KR19980021473A

KR19980021473A - 온도측정장치 및 그의 온도보상방법

Info

Publication number: KR19980021473A
Application number: KR1019960040334A
Authority: KR
Inventors: 이군석
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-06-25
Also published as: KR100202589B1

Abstract

본 발명의 온도측정장치는, 써모파일 센서로 대상물의 온도를 측정할 때 상기 써모파일센서의 출력을 증폭하는 부분과 주변온도의 영향을 제거하기 위한 보상회로를 하나의 증폭기 만을 사용하여 구현함으로써 온도 측정성능의 저하없이 종래의 온도 측정장치의 기준전압발생부와, 가산기와 하나의 증폭기의 제거가 가능하며, 이러한 회로부품의 감소로 소형화가 용이하며, 측정장치의 가격을 저하시켜 가격경쟁력을 향상시킬 수 있으며, 비선형적인 보상전압이 특성이 나타나는 구간을 보상전압과 최종출력을 이용하여 이상적인 선형적인 보상전압이 특성이 나타나도록 마이크로 컴퓨터에서 다시 산출함으로써 온도에 따라 비선형적으로 특성이 변하는 보상회로에 대해 넓은 범위의 주변온도에 대한 정밀 보상이 가능한 효과가 있다.

Description

온도측정장치 및 그의 온도보상방법

본 발명은 온도측정장치에 관한 것으로, 특히 측정성능을 저하시키지 않고 회로부품수와 기판크기를 줄일 수 있는 온도측정장치 및 그의 온도보상방법에 관한 것이다.

도1은 종래의 기술에 의한 온도측정장치을 도시한 것으로, 실제 온도를 측정하기 위한 써모파일센서(1)와, 상기 써모파일센서(1)의 미세한 출력을 증폭하기 위한 1단 증폭기(3)와, 주변온도의 영향을 제거하기 위해 상기 써모파일센서 근방에 설치된 온도보상소자(5)와, 상기 온도보상 소자의 출력에 따라 주변온도에 의해 감소 또는 증가된 온도만큼의 보상전압(Vth)을 발생하는 보상전압 발생회로부(7)와, 상기 써모파일센서(1)의 출력(Vs)과 보상전압(Va)을 더하여 필요에 따라 증폭하는 가산 및 2단 증폭기(9)로 구성된다.

이때 상기 써모파일센서는 도 2에 도시한 바와 같이, 적외선 입사창(la)을 구비하여 온도측정대상으로부터 입사되는 적외선에 의해 발생된 온도를 a,b리드선을 통해 출력하고, c,d 리드선을 통해 상기 써모파일센서 패키지 내부에 내장된 온도보상소자의 신호를 출력한다.

상기 제1증폭기(3)는, 도 3에 도시한 바와 같이 입력단자의 양단에 써모파일센서(1)가 연결되고, 아울러 상기 반전입력단자는 저항(R3)를 통해 출력단과 연결되고, 또한, 저항(R2)를 통해 정전압 소자를 이용하여 주변온도의 변화에 특성이 변하지 않는 기준전압 발생부(10)와도 연결된 오피엠프(A1)로 구성되어 상기 써모파일센서(1)의 출력을 증폭한다.

상기 온도보상소자는, 다이오드나 써미스터를 이용하는데, 상기 다이오드를 이용하는 경우에는 보상전압 발생회로부에 전압값을 출력으로 하고, 써미스터를 이용하는 경우에는 보상전압 발생회로부에 저항값을 출력한다.

상기 보상전압 발생회로부(7)는, 출력단자는 저항(R8)을 통해 반전입력단자와 연결되고, 비반전입력단자가 접점(n1)을 통해 써모파일센서(1)와 기준전압 발생부(10)의 출력측에 연결되며, 반전입력단자는 저항(R7)을 통해 상기 온도보상소자(5)와 연결된 오피엠프(A3)로 구성되어 보상 전압(Vth)를 출력한다.

상기 가산 및 2단 증폭기(9)는, 반전입력단자가 저항(R5)를 통해 상기 저항(R2)와 연결됨과 아울러 저항(R6)를 통해 출력단과 연결된 오피엠프(A2)로 구성되어 필요에 따라 주변온도에 의한 영향이 제거된 측정온도를 출력한다.

상기와 같이 구성된 종래의 온도 측정장치의 동작을 살펴보면, 상기 써모파일센서의 출력은 다음식(1)과 같이 1단 증폭기에서 1단 증폭되어 시간에 따라 변하지 않는 일정한 기준전압 Vr과 더해져서 Vo1로 출력된다.

식(1)

그리고 상기 보상전압 Vth는 상기한 바와 같이 상기 써모파일센서가 주변온도에 의하여 받는 영향을 보상하는 출력으로, 주변온도에 의하여 써미스터의 저항값이 변하고 이에따라 다음 식(2)와 같이 변하게 된다.

식(2)

이때 상기 저항 R4와 R9를 같은 값으로 하면 회로의 최종출력전압인 Vo는 다음 식(3)과 같이 된다.

Vth = Vr + _Vth

식(3)

상기 식(3)에서 써모파일 센서 주변의 온도가 1℃ 상승할 때 1단 증폭된 전압 Vo1이 10㎷ 감소한다면 상기 Vth 를 10㎷ 증가하도록 R7과 R8의 값을 설정하면 주변온도에 의한 영향을 제거할 수 있다.

그러나 이러한 종래의 온도측정장치는, 증폭회로와 주변온도의 영향을 보상하는 부분이 별도로 분리되어 있기 때문에 소형화가 어렵고, 많은 부품을 사용해야 하므로 가격경쟁력이 좋지 못한 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 저항소자만으로 보상전압을 발생하며, 한번의 증폭만으로 주변온도 영향이 보상된 최종출력을 얻을 수 있는 온도측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 온도측정장치를 효율적으로 제어하기 위한 온도측정장치의 온도보상방법을 제공하는 것이다.

도1은 종래의 기술에 의한 온도측정장치의 구성블럭도.

도2는 써모파일센서의 측면도.

도3은 종래의 기술에 의한 온도측정장치의 상세회로도.

도4는 본 발명에 의한 온도측정장치의 구성블럭도.

도5는 본 발명에 의한 온도측정장치의 제1실시예에 의한 회로도.

도6은 본 발명에 의한 온도측정장치의 제2실시예에 의한 회로도.

도7은 본 발명에 의한 온도측정장치의 보상전압 발생회로부의 일부 저항을 무한대 또는 0으로 할 때의 등가회로도.

도8은 본 발명에 의한 온도측정장치의 필요한 보상전압과 일반적으로 실제 보상되는 전압간의 관계를 도시한 그래프.

도9는 본 발명에 의한 온도측정장치의 온도보상순서도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 보상전압발생회로부 40 : 증폭부

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 온도측정장치는, 도 4에 도시한 바와 같이 써모파일센서의 출력(Vs)과 보상전압(Vth)을 하나의 증폭부(40)를 통해 입력하여 한번의 증폭을 통해 최종출력(Vo)를 얻도록 하는 것이다.

상세하게는 제1실시예의 경우 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 보상전압 발생회로부(3)를 써미스터(Rth)와, 상기 써미스터와 병렬연결된 저항(R10)과, 상기 저항(R10)과 접지사이에 직렬연결된 두 개의 저항(R20, R30)으로 구성하며, 상기 증폭부(40)를 써모파일센서(20)가 연결된 하나의 오피엠프와, 상기 오피엠프의 반전입력단과 출력단 사이에 연결된 저항(R50)과, 상기 오피엠프의 반전입력단과 상기 보상전압 발생회로부의 출력(Vth)단 사이에 연결된 저항(R40)으로 구성한다.

상기 도 5에 의하면 보상전압 발생회로부(30)로부터 출력되는 보상전압(Vth)는 다음 식(4)와 같이 나타낼 수 있다.

식(4)

여기서 상기 저항 R10,R20, R30의 값은 주변온도의 영향을 보상하기 위한 온도범위에서 보상전압 Vth와 온도의 관계가 원하는 기울기의 선형이 되도록 적절하게 선택하며, 상기 저항 R10은 온도에 따른 써미스터의 변화에 의한 보상전압의 변화를 둔감하게 하는 역할을 하며, R20과 R30은 주변온도의 변화에 대해 보상전압(Vth)이 선형적으로 변하는 온도범위와 전압범위를 결정하는 역할을 한다.

그리고 최종출력 Vo는 다음 식(5)와 같이 나타낼 수 있다.

식(5)

상기 식(5)에서 주변온도의 보상원리를 살펴보기 위하여, 예를 들어 주변온도가 25℃인 경우를 기준으로 하면, 주변온도가 25℃보다 높거나 낮은 경우 주변온도의 변화에 따른 상기 최종출력 Vo는, 써모파엘센서의 출력을 Vs(25)로 하고, 보상전압을 Vth(25)로하며, 보상전압의 변동성분을 △Vth로 하면 식(6)과 같이 표현된다.

식(6)

상기 식(6)에 의하여 주변온도의 변화에 따라 써모파일센서의 출력변화는로 증폭되어 변화되고, △V만큼 보상되므로, 이에따라 상기 써모파일센서의 주변온도 변화에 따른 출력변화특성과 써미스터의 특성을 고려하여 원하는 온도범위에서의관계가 성립하도록 상기 저항값 R10, R20, R30, R40, R50의 값을 설정하게 된다.

도 6은 본 발명에 의한 온도측정장치의 제2실시예를 도시한 것으로, 도 5의 제1실시예의 보상전압에 대해 전체적으로 일정전압을 올릴 필요가 있을 경우 옵셋 전압을 공급하기 위해 저항(R60, R70, R80)를 전압 Vc와 접지 사이에 직렬 연결하고, 상기 저항(R70)의 양단에 상기 써미스터와 저항(R10, R20, R30)가 연결되도록 한 것으로, 예를들어 증폭회로에 쓰이는 오피엠프가 동작할 수 있는 전압범위가 0.5V에서 4.5V일때 가장 최악의 경우에도 증폭된 전압이 0.5V 이상이 되도록 옵셋 전압으로 보상전압을 일정하게 올릴 수 있도록 한다.

상기 도 6에서 전압 Vb는 보상전압 Vth의 옵셋성분의 크기를 결정하느 것으로, 상기 Vb가 예를들어 1V가 되도록 상기 저항(R80)의 값을 조정하면 보상전압 Vth이 1V가 되며, 상기 저항(R70) 양단의 전압 차(Va-Vb)는 단위온도증가에 따른 보상전압의 증가(=(△Vth/℃)의 크기를 결정한다.

이에 따르면 상기 보상전압 Vth는 상기 식(4)를 수정하여 식(7)과 같이 나타낼 수 있다.

식(7)

상기 제2실시예에서는 제1실시예에서와는 달리 상기 저항 R10,R20,R30이 단지 보상 전압 Vth와 온도와의 관계가 원하는 온도구간에서 선형이 되도록 하며, 또한 저항 R10, R20, R30, R60, R70, R80은 써미스터의 온도특성과 보상전압의 온도에 대한 선형특성을 가지는 온도구간에 따라 0 또는 무한대의 값을 포함하는 것으로, 이러한 경우 해당저항은 제거되는데, 이를 도 7에 도시하였다.

즉, 저항 R10,R70 은 무한대값을 가짐으로써 제거될 수 있고, 나머지 저항 R20,R30,R60,R80은 0의 값을 가짐으로써 제거될 수 있는데, 도 7에서는 상기 저항 R10이 무한대이고, R20이 0인 경우 등가회로를 도 7과 같이 도시할 수 있다.

이처럼 본 발명은 주변온도 영향을 정밀하게 보상하고, 또한 넓은 범위의 주변온도의 영향을 보상하기 위하여 최종출력전압 Vo와 보상전압 Vth를 모두 측정하고 이두 전압을 이용하여 보상전압을 도 8의 ①과 같이 선형적인 특성을 가지도록 조절하는 것이다.

도 8을 살펴보면, 상기 보상전압 Vth(②)과 써모파일 센서의 출력이 모두 선형적인 구간(③)에서는 주변온도 영향에 대한 보상이 만족할만하지만, 비선형적인 특성이 심한 온도영역에서는 보상량이 작기 때문에 정확한 보상이 불가능하므로, 이러한 실제 비선형적인 특성을 가지는 보상전압 Vth(②)과 선형적인 특성을 가지는 써모파일센서의 출력(④)을 마이크로 컴퓨터에 입력하여 새로운 최적의 보상전압(①)을 산출하고 온도를 측정한다.

상기 마이크로 컴퓨터의 경우, 전자레인지나 냉장고등 마이크로 컴퓨터가 이미 사용되고 있는 제품은 새로운 보상전압을 산출하기 위한 별도의 마이크로 컴퓨터가 필요없다.

도 9는 상기 마이크로 컴퓨터를 이용한 새로운 온도보상방법을 이용한 온도측정장치의 제어방법을 도시한 것으로, 먼저 온도측정장치의 최종출력(Vo)와 보상전압(Vth)를 측정하여 상기 보상전압(Vth)에 대응되는 주변온도를 산출한다.

이어서 상기 산출된 주변온도를 이상적으로 보상할 수 있는 최적의 보상전압(Vab)를 산출하여 현재의 보상전압(Vth)과의 차(Vd)를 구하고, 상기 온도측정장치의 최종출력(Vo)에 상기 최적의 보상전압(Vab)과 현재의 보상전압(Vth)과의 차( Vd)를 더한 전압(Voo)를 구하며, 마지막으로 상기 전압Voo에 해당되는 온도를 산출한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하며, 써모파일 센서로 대상물의 온도를 측정할 때 상기 써모 파일센서의 출력을 증폭하는 부분과 주변온도의 영향을 제거하기 위한 보상회로를 하나의 증폭기 만을 사용하여 구현함으로써 온도측정성능의 저하없이 종래의 온도측정장치의 기준전압발생부와, 가산기와 하나의 증폭기의 제거가 가능하며, 이러한 회로부품의 감소로 소형화가 용이하며, 측정장치의 가격을 저하시켜 가격경쟁력을 향상시킬 수 있으며, 비선형적인 보상전압이 특성이 나타나는 구간을 보상전압과 최종출력을 이용하여 이상적인 선형적인 보상전압이 특성이 나타나도록 마이크로 컴퓨터에서 다시 산출함으로써 온도에 따라 비선형적으로 특성이 변하는 보상회로에 대해 넓은 범위의 주변온도에 대한 정밀 보상이 가능한 효과가 있다.

Claims

주변온도에 따라 선형적인 변화특성을 나타내는 온도센서와; 상기 온도센서 주변온도의 영향을 보상하기 위한 보상전압을 발생하는 보상전압 발생회로부와; 상기 온도센서와 보상전압 발생회로부의 출력을 입력으로 하는 하나의 오피엠프 및 증폭값을 결정하는 다수개의 저항들로 이루어진 증폭부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제1항에 있어서, 상기 보상전압 발생회로부는, 주변온도에 따라 저항값이 변하는 써미스터와, 상기 써미스터와 병렬연결된 저항(R10)과, 상기 저항(R10)과 직렬연결된 저항(R20, R30)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제1항에 있어서, 상기 보상전압 발생회로부는, 주변온도에 따라 저항값이 변하는 써미스터와, 상기 써미스터와 병렬연결된 저항(R10)과, 상기 저항(R10)과 직렬연결된 저항(R20, R30)과, 보상전압에 옵셋전압을 주기 위해 상기 저항(R10)과 저항(R30)이 양단에 연결된 저항(R70)과, 상기 저항(R70)과 전압(Vc)사이에 직렬연결된 저항(R60)과, 상기 저항(R70)과 접지 사이에 직렬연결된 저항(R80)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제1항에 있어서, 상기 증폭부는, 반전입력단자에 저항(R40)을 통해 보상전압이 인가되며, 비반전입력단자에 상기 온도센서의 출력전압과 상기 보상전압이 가산되어 인가되는 오피엠프로 구성된 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
제3항에 있어서, 상기 저항 R10, R70은 써미스터의 온도특성과 보상전압의 온도에 대한 선형특성를 가지는 온도구간에 따라 제거하기 위해 무한대의 값을 가지며, 저항 R20, R30, R60, R80은 0의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
주변온도에 따라 선형적인 변화특성을 나타내는 써모파일센서와; 상기 온도센서 주변온도의 영향을 보상하기 위한 보상전압을 발생하는 보상전압 발생회로부와; 상기 온도센서와 보상전압 발생회로부의 출력을 입력으로 하는 하나의 오피엠프 및 증폭 값을 결정하는 다수개의 저항들로 이루어진 증폭부; 를 포함하여 구성된 온도측정장치에 있어서, 상기 써모파일센서로 측정한 대상물의 온도와, 보상전압 발생회로부의 출력값으로부터 선형적인 보상전압을 산출하여 써모파일센서의 주변온도 변화에 대한 오차 온도를 보상하는 것을 특징으로 하는 온도측정장치의 온도보상방법.