KR101683460B1 - 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세온도 판단을 위한 이중화 온도센서 감지회로에 있어서, 온도센서로부터 출력되는 전압값을 측정하여 온도를 판단하는 이중화 회로에 있어서, 측온 대상에 연결되고, 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력하는 제1온도센서소자; 상기 제1온도센서소자에서 가변된 전압값을 증폭하는 제1증폭부; 상기 제1증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제1입력부; 상기 제1입력부에서 출력된 전압값이 미리 설정된 전압범위에 해당할 경우 상기 전압값에 해당하는 전압값을 출력하는 전압출력부; 상기 전압출력부와 연결되고, 상기 전압출력부로부터 출력되는 전압값에 따라, 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 상기 입력되는 전압값으로 변경하는 제2온도센서소자; 상기 제2온도센서소자에서 변경된 전압값을 증폭하는 제2증폭부; 상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제2입력부; 및 제2입력부에서 입력된 전압값을 통해 온도값을 환산하는 온도값환산출력부를 포함하는 미세온도 판단을 위한 이중화 온도센서 감지회로에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 산업분야에서 공정별로 정밀도가 요구 되는 온도범위가 다른 점을 감안하여 일반적인 온도감지 회로에 특정 온도범위에서 정밀도를 향상시키는 회로를 추가 구성하여 정밀도를 향상 시키기 위한 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로를 제공할 수 있다.

Description

미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로{Dual Thermistor Sensing Circuit for high Accuracy Temperature}
본 발명은 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업용으로 많이 사용되는 전류출력형 온도센서의 정밀도 향상을 위해 기존 회로에 특정 측정 온도범위에서 정밀하게 동작하는 회로를 추가 구성하여 정밀도 향상을 위한 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로 에 관한 것이다.
본 발명은 이중화 회로에 관한 것이다.
반도체 공정에서는 미세한 가공을 위해 주변 온도, 습도의 변화에 따라 장비들의 수축, 팽창으로 인해 미세한 변형이 발생시 불량율이 높아져 정밀한 작업환경을 제어하기 위해 장비들이 요구하는 동작온도, 습도 제어가 필수적으로 요구 되며, 이에 필요한 초정밀 센서들이 요구된다. 이러한 장비들은 산업분야(반도체, 화학공정, 제약공정 등)의 특성에 따라 필요로 하는 온도 조건이 다를 수 있다. 특히 반도체 공정에 사용되는 장비는 25℃+/-0.2℃ 근처에서의 정밀도를 요구하여 기존 온도센서의 측정범위(-10 ~ 60℃ +/-0.5℃)를 가지는 제품으로는 오차 범위가 커서 반도체 공정의 정밀한 온도제어에 적합하지 못하다.
반도체 공정에서 특별히 정밀하게 요구되는 작업환경인 25℃를 정확히 유지 하기 위해서는 오차 범위가 적은 약 0.1℃ 까지의 변화를 감지할 수 있는 초정밀 온도센서를 사용해야 온도 변화의 상승, 하강 추이를 미리 감지하여 작업환경의 온도제어를 적절히 제어 할 수 있고 미생물 배양(적정온도 37℃)등 다양한 산업분야 마다 요구되는 특정온도 범위에서의 좀더 정밀한 센서가 필요한 실정이다.
상술한 바와 같은 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 기존의 온도센서들이 감지(-10 ~ 60℃)하는 제품의 오차는 온도감지센서 소자 하나를 사용하여 증폭해서 넓은 온도 범위를 감지하여 오차범위가 최대 0.5℃ 까지 감지할 수 있으나 반도체 공정에서는 25℃ 범위에서 0.1℃ 정도의 정밀한 온도 측정이 필요하고 미생물 배양공정에서는 37℃ 범위에서의 정밀한 온도 측정이 요구 되는 등 산업분야 별로 다양한 정밀한 온도 측정이 요구 되는 영역이 있어 특정 온도 범위에서 정밀한 온도감지를 할 수 있는 회로를 병렬로 추가하여 정밀도를 극대화 할 수 있는 미세온도 판단을 위한 이중화 온도센서 감지회로를 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 온도센서로부터 출력되는 전압값을 측정하여 온도를 판단하는 이중화 회로에 있어서, 측온 대상에 연결되고, 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력하는 제1온도센서소자; 상기 제1온도센서소자에서 가변된 전압값을 증폭하는 제1증폭부; 측온대상과 연결되며, 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력하되, 상기 가변되는 전압값이 하나 이상의 저항을 통해 전압출력부로부터 출력되는 전압값으로 변경되는 제2온도센서소자; 상기 제2온도센서소자에서 변경된 전압값을 증폭하는 제2증폭부; 및 상기 제1증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제1입력부, 상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 미리 설정된 전압범위에 해당할 경우 상기 전압범위에 해당하는 전압값을 출력하는 전압출력부, 상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제2입력부 및 상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 미리 설정된 전압범위에 해당하지 않는 경우 상기 제1입력부에서 입력된 전압값을 통해 온도값을 환산하고 상기 제2입력부에 전압값이 입력될 경우 상기 제2입력부에서 입력된 전압값을 통해 온도값을 환산하는 온도값환산부를 포함하는 MPU(main processing unit);를 포함하고, 상기 전압출력부는, 상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제1전압범위에 해당할 경우 상기 제1전압범위에 해당하는 전압값을 출력하고, 상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제2전압범위에 해당할 경우 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값을 출력하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2온도센서소자는, 상기 제1전압범위에 해당하는 전압값이 출력되면, 지면에 접지된 제1저항을 통해 상기 가변되는 전압값이 상기 제1전압범위에 해당하는 전압값으로 변경되고, 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값이 출력되면, 지면에 접지된 제1저항 및 상기 전압출력부와 연결되고 상기 제1저항과 병렬로 연결된 제2저항을 통해 상기 가변되는 전압값이 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값으로 변경되는 것을 특징으로 한다.
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이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 기존의 온도센서는 넓은 범위의 온도(-10~60℃ +/-0.5℃)를 감지하여 온도센서 소자와 회로가 가지는 오차 범위를 개선하지 못했는데 본 발명은 산업분야별 정밀한 온도제어가 전 대역에서 필요한 것이 아니라 특정 온도 범위에서만 필요한 특징을 가지고 있어, 본 발명으로 인해 산업분야에 따라 요구되는 정밀한 온도 감지 영역에서 동작하는 회로를 이용하여 초정밀 온도센서 기능을 제공하여 정밀한 온도제어가 필요한 화학공정, 반도체 공정 및 제약 과 미생물 배양 등 다양한 산업분야에 활용가능한 미세온도 판단을 위한 이중화 온도센서 감지회로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로를 나타낸 회로도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 제1온도센서소자를 통한 전압값을 1차로 증폭해주는 1차 증폭회로의 회로도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 2차온도센서소자를 통한 전압값을 2차로 증폭해주는 2차 증폭회로의 회로도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 온도센서소자의 온도에 따른 저항, 전압 변동표
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 출력신호들을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
본 발명은, 온도센서로부터 출력되는 전압값을 측정하여 온도를 판단하는 이중화 회로에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로를 나타낸 회로도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 제1온도센서소자(110)를 통한 전압값을 1차로 증폭해주는 1차 증폭회로의 회로도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 2차온도센서소자를 통한 전압값을 2차로 증폭해주는 2차 증폭회로의 회로도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 온도센서소자의 온도에 따른 저항, 전압 변동표이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로의 출력신호들을 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명인 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로는, 제1온도센서소자(110), 제1증폭부(120), 제1입력부(130), 전압출력부(210), 제2온도센서소자(220), 제2증폭부(230), 제2입력부(240) 및 온도값환산부(310)를 포함한다.
여기서, 제1온도센서소자(110), 제1증폭부(120)는 1차 증폭회로에 포함되는 것이 바람직하고, 제2온도센서소자(220), 제2증폭부는 2차 증폭회로에 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 제1입력부(130), 제2입력부 및 온도값환산부(310)는 MPU(Microprocessor Unit; 이하 MPU)에 포함되는 것이 바람직하다.
제1온도센서소자(110)는, 측온 대상에 연결되고, 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력한다.
제1증폭부(120)는, 상기 제1온도센서소자(110)에서 가변된 전압값을 증폭한다.
제1입력부(130)는, 상기 제1증폭부(120)에서 증폭된 전압값을 입력한다.
즉, 1차 증폭회로는 일반적인 온도센서로써, 넓은 범위의 온도 변화를 감지하기 위해 온도센서 소자(PT-1000)의 온도에 따른 전압변동폭을 OPAMP-1(122)과 OPAMP-2(124)를 이용하여 V1의 전압변동폭(0.728 - 0.606=0.122mV)를 약 20배 증폭하여 출력-A 신호가 도 5에 기재된 A 사선과 같이 0.07 ~ 2.4V 로 출력되어 MPU(300) 의 analog 입력단자(A-in-1; 제1입력부(130))로 입력되어 MPU(300)에서 도 5에 기재된바 같이 온도변화(-10도 ~ 60도)를 감지하여 MPU(300) 출력단자인 A-out(온도값환산부(310))으로 전압을 출력해서 전류제어회로(330)를 통해 온도값에 따른 전류값(4~20mA)을 전원단자(340)으로 출력한다.
전압출력부(210)는, 상기 제1입력부(130)에서 입력된 전압값이 미리 설정된 전압범위에 해당할 경우 상기 전압범위에 해당하는 전압값을 출력한다.
즉, 전압출력부(210)는, 상기 제1입력부(130)에서 입력된 전압값이 미리 설정된 전압 또는 온도 범위에 해당할 경우 High 또는 Low를 출력하는 것이 바람직하다.
여기서, 미리 설정된 전압범위는 제1전압범위 및 제2전압범위인 것이 바람직하다.
도 3에서 V6의 전압은 전압출력부(210)의 출력이 High 또는 Low 상태에 따라 연결된 R7과 R8에 의해 변경된다.
제2증폭부(230)는, 상기 제2온도센서소자(220)에서 변경된 전압값을 증폭한다.
제2입력부(240)는, 상기 제2증폭부(230)에서 증폭된 전압값을 입력한다.
온도값환산부(310)는, 제1입력부(130)과 제2입력부(240)에서 입력된 전압값을 MPU(300)에서 인식하고 이를 온도값으로 환산하여 출력한다.
여기서 V6의 전압값은 상기 제1입력부(130)로부터 입력된 전압값이 제1전압범위내에 위치하면 전압출력부(210)를 High 또는 Low로 출력하여 접지된 제1저항(222)과 제2저항(224)를 통해 전압값을 변경하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 전압출력부(210)의 입력 전압값은, 출력이 high 또는 low로 변경되면 V6의 전압이 2단계로 변화되는데, 만일 MPU(300)에 전압출력부 단자가 여러 개 연결되면 여러단계로 변화시키는 것도 가능하다.
그리고, 전압출력부(210)의 입력 전압값은, 단자가 Low일 때는 V6의 전압이 낮게나와 20~30도(즉, 도 5의 B　사선) 으로 동작하고 High 일때는 V6의 전압이 높게 나와 40~50도(즉, 도 5의 C 사전)으로 동작하는 것이 바람직하다.
또한, 제1전압범위는, 전압값을 통해 환산되는 온도가 20도 내지 30도 및 40도 내지 50도일 경우를 말하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에서는 도 3에 기재된 2차 증폭회로를 추가하여 1차 증폭회로에서 감지한 온도가 20도 일 경우 도 3에 기재된 바와 같이 R8(제1저항(222))을 통해 V6의 전압이 변경되어 OPAMP-3(232)에 입력되는 전압이 1차 증폭회로에서 20도 일 때 V1 전압값인 0.661V와 근사한 0.66V로 변경되어서 OPAMP-4(234)에서 약 100배 정도 증폭을 하면 [도 5]의 사선 B와 같이 20도~30도에서의 온도변화에 따른 출력신호 변화(0.3 ~ 2.3V)는 약 2.0V로 나오게 된다. 이는 기존회로인 1차 증폭회로에서 20~30도 변화시 출력 변화(1.2 ~ 1.7V) 값이 약 0.5V 정도에 비해 약 4배의 온도변화를 감지하여 정밀도가 1차 증폭회로가 제공하는 약 0.4도에 비해 2차 증폭회로는 0.1도 까지 감지할 수 있다.
그리고, 상기 제2온도센서소자(220)는, 상기 제1입력부(130)로부터 입력된 전압값이 제2전압범위내에 위치하면 지면에 접지된 제1저항(222) 및 상기 전압출력부(210)와 연결된 제2저항(224)을 통해 전압값을 변경하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제2전압범위는, 전압값을 통해 환산되는 온도가 40도 내지 50도일 경우를 말하는 것이 바람직하다.
다른 온도영역인 40~50도에서 정밀도 향상을 위해 서는 MPU(300)의 D-out-1(전압출력부(210))단자를 Low에서 High로 출력시 2차 증폭회로에서 저항 R7(제2저항(224))과 R8(제1저항(222))을 통해 V6의 전압값을 변경되어 도 4의 표에서 40도에서의 V7 전압값인 0.695V인 0.69V로 V6값이 조정되도록 한다. 이로 인해 약 100배 증폭회로인 OPAMP-4(234)를 통해 출력되는 전압은 도 5에 기재된 그래프에서 사선 C와 같이 출력 전압이 40~50도 범위에서 0.3~1.7V로 변해 전압변화가 약 1.4V로 기존회로에서의 40~50도 에서의 출력 전압 범위(1.7 ~ 2.05V) 약 0.35V 에 비해 약 4배 정도로 온도변화를 감지하여 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 제1온도센서소자 120: 제1증폭부
122: OPAMP-1 124: OPAMP-2
130: 제1입력부 210: 전압출력부
220: 제2온도센서소자 222: 제1저항
224: 제2저항 230: 제2증폭부
232: OPAMP-3 234: OPAMP-4
240: 제2입력부 300: MPU
310: 온도값환산부 320: 전원회로
330: 전류제어회로 340: 전원단자

Claims (3)

  1. 온도센서로부터 출력되는 전압값을 측정하여 온도를 판단하는 이중화 회로에 있어서,
    측온 대상에 연결되고, 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력하는 제1온도센서소자;
    상기 제1온도센서소자에서 가변된 전압값을 증폭하는 제1증폭부;
    측온대상과 연결되며, 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력하되, 상기 가변되는 전압값이 하나 이상의 저항을 통해 전압출력부로부터 출력되는 전압값으로 변경되는 제2온도센서소자;
    상기 제2온도센서소자에서 변경된 전압값을 증폭하는 제2증폭부; 및
    상기 제1증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제1입력부, 상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 미리 설정된 전압범위에 해당할 경우 상기 전압범위에 해당하는 전압값을 출력하는 전압출력부, 상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제2입력부 및 상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 미리 설정된 전압범위에 해당하지 않는 경우 상기 제1입력부에서 입력된 전압값을 통해 온도값을 환산하고 상기 제2입력부에 전압값이 입력된 경우 상기 제2입력부에서 입력된 전압값을 통해 온도값을 환산하는 온도값환산부를 포함하는 MPU(main processing unit);를 포함하고,
    상기 전압출력부는,
    상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제1전압범위에 해당할 경우 상기 제1전압범위에 해당하는 전압값을 출력하고, 상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제2전압범위에 해당할 경우 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값을 출력하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제2온도센서소자는,
    상기 제1전압범위에 해당하는 전압값이 출력되면, 지면에 접지된 제1저항을 통해 상기 가변되는 전압값이 상기 제1전압범위에 해당하는 전압값으로 변경되고, 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값이 출력되면, 지면에 접지된 제1저항 및 상기 전압출력부와 연결되고 상기 제1저항과 병렬로 연결된 제2저항을 통해 상기 가변되는 전압값이 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값으로 변경되는 것을 특징으로 하는 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로.
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