KR101889780B1 - 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 입력된 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 등등)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 제어할 수 있고 미생물 배양(적정온도 37℃)등 다양한 산업분야 마다 요구되는 특정온도 범위에서의 좀더 정밀한 센서가 필요한 실정이다.
상술한 바와 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 0.4℃ 까지 감지할 수 있으나 반도체 공정에서는 25℃ 범위에서 0.1℃ 정도의 정밀한 온도 측정이 필요하고 미생물 배양공정에서는 37℃ 범위에서의 정밀한 온도 측정이 요구되는 등 산업분야별로 다양한 정밀한 온도 측정이 요구되는 영역이 있어 특정 온도 범위에서 정밀한 온도감지를 할 수 있는 회로를 병렬로 추가하여 정밀도를 극대화할 수 있는 미세온도 판단을 위한 이중화 온도센서 감지회로를 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 온도센서로부터 출력되는 전압값을 측정하여 온도를 판단하는 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로에 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 특정 전압범위에 해당하는 미리 설정된 전압값을 출력하는 전압출력부;
상기 전압출력부와 연결되고, 상기 전압출력부로부터 출력되는 전압값과 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력하는 제2온도센서소자;
상기 제2온도센서소자에서 가변된 전압값을 증폭하는 제2증폭부;
상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제2입력부; 및
상기 제2입력부에서 입력된 전압값을 통해 온도값을 환산하는 온도값환산출력부를 포함하되,
상기 전압출력부는,
상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제1전압범위에 해당할 경우 상기 제1전압범위에 해당하는 제1전압값을 출력하고,
상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제2전압범위에 해당할 경우 상기 제2입력부를 통해 상기 제2증폭부로 상기 제2전압범위에 해당하는 제2전압값을 출력하고,
상기 온도값환산출력부는,
상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력받는 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 통해 온도값을 환산하는 온도값환산부를 포함하는 MPU(Microprocessor Unit)를 포함하고 상기 온도값환산출력부는,
상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력받는 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 통해 온도값을 환산하는 온도값환산부를 포함하는 MPU를 포함하고,
상기 제2온도센서소자는,
상기 제1입력부에서 상기 제1전압범위에 해당하는 상기 제1전압값이 출력 또는 상기 제2전압범위에 해당하는 상기 제2전압값이 출력되면,
OPAMP-3의 비반전 단자의 입력단에 양극이 연결되고, 접지에 음극이 연결되는 커패시터에 병렬 연결된 저항에 연결되는 전압을 통해,
상기 제1전압값을 상기 제1전압범위에 해당하는 전압값으로 변경하고, 상기 제2전압값을 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값으로 변경하는 것을 특징으로 한다.
삭제
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 활용 가능한 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 온도값환산출력부(310)를 포함한다.
여기서, 제1온도센서소자(110), 제1증폭부(120)는 1차 증폭회로에 포함되는 것이 바람직하고, 제2온도센서소자(220), 제2증폭부는 2차 증폭회로에 포함되는 것이 바람직하다.
제2증폭부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이 OPAMP-3(232)과 OPAMP-4(234)를 포함한다. 여기서, OPAMP-3(232)의 비반전단자(+)는 커패시터(C1)의 양극과 연결되고, 저항의 일단과 연결될 수 있다. 이때, 커패시터와 저항은 일단이 OPAMP-3(232)의 비반전단자(+)와 연결되고, 타단이 동일한 접지에 연결되는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 커패시터와 저항은 병렬 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 제1입력부(130), 제2입력부 및 온도값환산출력부(310)는 MPU(Microprocessor Unit; 이하 MPU)에 포함되는 것이 바람직하다.
삭제
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=0.122V)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(온도값환산출력부(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 출력된 전압값이 미리 설정된 전압범위에 해당할 경우 특정 전압범위에 해당하는 미리 설정된 전압값을 출력한다.
즉, 전압출력부(210)는, 상기 제1입력부(130)에서 입력된 전압값이 미리 설정된 전압 또는 온도 범위에 해당할 경우 이에 적합한 전압을 출력하는 것이 바람직하다.
여기서 적합한 전압이란, 영하 10도 내지 0도일 경우 0.60V, 0도 내지 영상 10도일 경우 0.62V, 영상 10도 내지 영상 20도일 경우 0.64V, 영상 20도 내지 영상 30도일 경우, 0.66V, 영상 30도 내지 영상 40도일 경우, 0.67V, 영상 40도 내지 영상 50도일 경우 0.69V, 영상 50도 내지 영상 60도일 경우 0.71V, 영상 60도 내지 영상 70도일 경우 0.72V인 것이 바람직하다.
상기 전압출력부(210)는 사용자의 설정에 의해 온도범위 및 온도범위에 따른 전압출력값을 설정하는 것 또한 가능하다.
여기서, 미리 설정된 전압범위는 제1전압범위 및 제2전압범위인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전압출력부는, 상기 제1입력부에서 출력된 전압값이 제1전압범위에 해당할 경우 상기 제1전압범위에 해당하는 제1전압값을 입력하고, 상기 제1입력부에서 출력된 전압값이 제2전압범위에 해당할 경우 상기 제2전압범위에 해당하는 제2전압값을 입력한다.
제2온도센서소자(220)는, 상기 전압출력부(210)와 연결되고, 상기 전압출력부(210)로부터 출력되는 전압값과 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력한다.
보다 구체적으로 제2온도센서소자(220)는 제1입력부(130)에서 제1전압범위에 해당하는 제1전압값이 출력 또는 제2전압범위에 해당하는 제2전압값이 출력되면, 저항(R13)에 인가되는 전압을 통해 제1전압값을 제1전압범위에 해당하는 전압값으로 변경하고, 제2전압값을 제2전압범위에 해당하는 전압값으로 변경하는 할 수 있다.
제2증폭부(230)는, 상기 제2온도센서소자(220)에서 가변된 전압값을 증폭한다.
삭제
제2입력부(240)는, 상기 제2증폭부(230)에서 증폭된 전압값을 입력한다.
온도값환산출력부(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 정밀온도 측정이 필요한 온도 범위로 판단되면 이에 다른 전압을 전압출력부(210)을 통해 출력하여 V6의 전압값을 여러 단계로 변화시켜 제2증폭부 회로를 통해 정밀한 온도 측정을 한다.
즉, 제1입력부(130)로부터 입력된 전압값이 제1전압범위에 해당되면 제1전압범위에 해당하는 제1전압을 출력하고, 제2전압범위에 해당되면 제2전압범위에 해당하는 제2전압을 출력하되, 정밀온도 측정이 필요한 온도별로 전압범위가 각각 형성되어 각 전압범위에 해당되는 전압값을 출력하는 것이 바람직하다.
여기서, 제1전압범위는, 전압값을 통해 환산되는 온도가 20도 내지 30도이고 제2전압범위는 40도 내지 50도일 경우를 말하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에서는 도 3에 기재된 2차 증폭회로를 추가하여 1차 증폭회로에서 감지한 온도가 20도 일 경우 MPU analogue 출력단자 A-out(전압출력부(210))으로 도 4에서 20도 일 때 PT-1000 에 걸리는 V7 전압값인 0.661V 에 근접한 0.66V를 출력해서 OPAMP-4(234)에서 약 100배의 증폭효과를 통해 출력B로 도 5의 사선 B와 같이 20도~30도에서의 온도변화에 따른 출력신호 변화(0.3 ~ 2.3V)는 약 2.0V 가 된다.
즉, 1차 증폭회로에서 감지한 온도가 20도 내지 30도일 경우 전압출력부(210)는 0.66V에 해당하는 전압값을 출력하는 것이 바람직하다
이는 기존회로인 제1차 증폭회로에서 20~30도 변화시 출력 변화(1.2 ~ 1.7V) 값이 약 0.5V 정도에 비해 약 4배의 온도변화를 감지하여 정밀도가 기존 회로인 1차 증폭회로가 제공하는 약 0.4도에 비해 2차 증폭회로는 0.1도 까지 감지할 수 있다.
다른 온도영역인 40~50도에서 정밀도 향상을 위해 서는 MPU의 A-out(전압출력부(210)) 출력 전압을 도 4에서 40도에서의 V7 전압값인 0.695V인 0.69V로 V6값이 조정되어 약 100배 증폭회로인 OPAMP-4(234)를 통해 출력되는 전압은 도 5에서 사선 C와 같이 출력 전압이 40~50도 범위에서 0.02~2.0V 변해 전압변화가(2.0 0.02V) 약 1.98V로 기존회로에서의 40~50도 에서의 출력 전압 범위(1.8 ~ 2.3V) 약 0.5V 에 비해 약 4배 정도로 온도변화를 감지하여 정밀도를 향상 시킬 수 있다.
즉, 1차 증폭회로에서 감지한 온도가 40도 내지 50도일 경우 전압출력부(210)는 0.69V에 해당하는 전압값을 출력하는 것이 바람직하다
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 230: 제2증폭부
232: OPAMP-3 234: OPAMP-4
240: 제2입력부 300: MPU
310: 온도값환산출력부 320: 전원회로
330: 전류제어회로 340: 전원단자

Claims (2)

  1. 온도센서로부터 출력되는 전압값을 측정하여 온도를 판단하는 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로에 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 특정 전압범위에 해당하는 미리 설정된 전압값을 출력하는 전압출력부;
    상기 전압출력부와 연결되고, 상기 전압출력부로부터 출력되는 전압값과 온도에 따른 저항값의 변화에 따라 가변되는 전압값을 출력하는 제2온도센서소자;
    상기 제2온도센서소자에서 가변된 전압값을 증폭하는 제2증폭부;
    상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력하는 제2입력부; 및
    상기 제2입력부에서 입력된 전압값을 통해 온도값을 환산하는 온도값환산출력부를 포함하되,
    상기 전압출력부는,
    상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제1전압범위에 해당할 경우 상기 제1전압범위에 해당하는 제1전압값을 출력하고,
    상기 제1입력부에서 입력된 전압값이 제2전압범위에 해당할 경우 상기 제2입력부를 통해 상기 제2증폭부로 상기 제2전압범위에 해당하는 제2전압값을 출력하고,
    상기 온도값환산출력부는,
    상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력받는 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 통해 온도값을 환산하는 온도값환산부를 포함하는 MPU(Microprocessor Unit)를 포함하고 상기 온도값환산출력부는,
    상기 제2증폭부에서 증폭된 전압값을 입력받는 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 통해 온도값을 환산하는 온도값환산부를 포함하는 MPU를 포함하고,
    상기 제2온도센서소자는,
    상기 제1입력부에서 상기 제1전압범위에 해당하는 상기 제1전압값이 출력 또는 상기 제2전압범위에 해당하는 상기 제2전압값이 출력되면,
    OPAMP-3의 비반전 단자의 입력단에 양극이 연결되고, 접지에 음극이 연결되는 커패시터에 병렬 연결된 저항에 연결되는 전압을 통해,
    상기 제1전압값을 상기 제1전압범위에 해당하는 전압값으로 변경하고, 상기 제2전압값을 상기 제2전압범위에 해당하는 전압값으로 변경하는 것을 특징으로 하는 미세온도 판단을 위한 이중화 온도 감지회로.
  2. 삭제
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