KR200256286Y1 - 고정밀 디지털 온도제어의 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 통신장비 내부에서 발생되는 열을 크로멜과 알루멜 합성으로 이루어진 K타입 열전대(21)에서 온도 변화에 따라서 발생되는 열기전력을 측정하여, K타입 열전대(21)의 비선형성을 보상하여 정밀도를 높여 정확한 온도를 측정, 제어하는 회로의 구성에 관한 것이다.이를 위하여 본 고안은, 전원장치로부터 열전대증폭기(22)에 직류전압이 인가되면, 열전대증폭기(22)에서 크로멜과 알루멜 합성으로 이루어진 K타입 열전대(21)의 두 금속 온도차에 의해 발생되는 열기 전력을 측정하여, K타입 열전대의 비선형성을 보상하고 증폭시켜 출력이 되면, 출력된 전압을 증폭기(26)에서 다시 한번 증폭시켜 출력을 내줌으로써, 이 출력신호를 중앙처리장치에서 입력받아 셋팅시킨 온도보다 상승하면 팬을 가동시키고, 온도가 하강하면 팬을 정지시킴에 있어서 오차를 최소화하여 정밀한 온도를 제어하는 회로의 구성에 관한 것이다.

Description

고정밀 디지털 온도제어의 회로{Principle to circuit of precise digital temperature control}

본 고안은 고정밀 디지털 온도 제어하는 기술에 관한 것이고, 특히 통신 장비 등 전기, 전자 장치의 장비에서 발생하는 열로 인하여 장비 내부 온도가 비선형성을, 정확한 온도 센싱에 의해 셋팅 온도 이상이면, 팬을 동작시켜 장비 내부 온도가 상승되는 것을 방지하고, 셋팅 온도 이하로 되면, 팬을 정지시켜 적정온도로 유지할 수 있도록 제어하는 기술에 관한 것이다.

현재 국내에서 통신장비 등 전기, 전자 장치에서 보편적으로 사용되고 있는 온도제어에 관한 회로구성으로는, 바이메탈의 갭을 조정하는 회로와 트라이액을 이용한 위상제어에 의한 온도제어 회로구성, 레벨 검출용 반도체 사용의 온도제어 회로구성 등이 사용되고 있으나, 다음의 근본적인 문제점을 내재하고 있다.

첫째, 바이메탈의 갭을 조정하는 형태의 온도제어 회로구성의 가장 큰 문제점인 정확한 온도 센싱이 어렵고, 온도가 상승하면 바이메탈의 접점이 붙어서 떨어지지 않는 문제점을 가지고 있다.

둘째, 트라이액을 이용한 위상제어에 의한 온도제어 회로 구성은, 히스테리시스및 불안정 동작, 라디오 잡음 등이 발생하는 문제점이 생길 수 있으며, 히스테리시스 현상의 경감작용을 위해 히스테리시스 경감회로를 첨가해야 되고, 경감회로가 있다해도 10 퍼센트 정도의 히스테리시스현상을 각오해야 될 것이며, 라디오 잡음을 제거하기 위해 노이즈 필터를 필요로 한다.

셋째, 레벨 검출용 반도체 사용의 온도제어 회로구성은 온도검출을 서미스터로 한다. 비교적 정확하다고 하지만 고 정밀도를 요하는 곳에는 사용하기에는 오차의 범위가 크다고 할 수 있다.

본 고안의 목적은 전기, 전자 장치 및 통신장비 등 장비내부에서 변화하는 온도를 측정하여, 장비내부의 온도 제어 기술이 내재하고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장비 내부에서 발생되는 열로 인해 온도 변화를 K타입 열전대의 비선형성을 보상하여 정밀도를 높이고, 출력된 신호를 다시 증폭하여 출력된 신호를 중앙처리장치에서 제어를 함으로써 기존에 온도를 제어하는데 있어서 내재하고 있는 온도 센싱에서 오차를 줄이고 정확한 온도제어를 할 수 있도록 보완시켜 주는 것이다.

도1은 열전대증폭기 평면도

도2는 본 고안의 기본원리 회로도

도3은 증폭기 평면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

21 : K타입 열전대

22 : 열전대증폭기

23 : 발광 다이오우드

24 : 과전류 방지 저항

25 : 트랜지스터

26 : 증폭기

27 : 다이오우드

28 : 필터 저항

29 : 필터 콘덴서

30 : 증폭비 선정 저항

31 : 증폭비 선정 저항

본 고안은 상기목적을 위해 제백 효과를 이용한 열전대(21)로 온도

를 검출한다. 제백 효과는 1821년에 토마스 제백(Thomas Seeback)에

의해서 발견되었으며, 전류를 일으키는 기전력을 열기전력이라 하며,

열기전력의 크기는 도체의 재질이 각각 균등하고 조합이 똑같으면

양단의 온도차 만으로서 정해지고 도체의 길이나, 굵기, 양단 이외

부분의 온도 등에는 무관하다. 이와같은 제백효과를 이용하여 온도를

측정하는 것을 열전식 온도계라고 하며, 2개소의 접속점을 갖는

2종류의 금속도체를 열전대라 한다. 온도 센서에 가장 많이 이용하는

것으로는 열전대로써, 온도변화에 따라서 열기전력이 거의 리니어

하게 변화하는 것으로 알려져 있지만 실상 비선형성이 약간 존재하여

정확한 온도 센싱을 위해 비직선성 보상이 필요하다.

열전대증폭기(22)의 11장치 및(14)에 전원 장치로부터 직류 12볼트 전압을 인가하면, 크로멜과 알루멜 접합으로 이루어진 K타입 열전대(21)를 이용하여, 두 금속의 온도차에서 발생하는 열기전력을 14장치 및(11)과 1번핀(16)으로 입력받아 증폭을 시킨 후, 9번핀(15)으로 출력이 된다. 4번핀(17)과 7번핀(18)은 접지 상태가 되어야 열전대증폭기가 정상 동작을 하며, 12번핀(13)과 13번핀(12)은 과부하 방지 회로로써, 열전대의 입력 선이 한 선이라도 연결이 되어 있지 않으면, 직류 전원으로부터 인가된 전류가 발광 다이오우드(23)를 지나 과전류방지용 저항(24)을 통해, 13번핀(12)으로 흐르면서 발광 다이오우드(23)가 점등이 된다. 평상시에는 트랜지스터(25)에 의해 출력 신호가 중앙처리장치에 신호를 내보내주고 있지만, 발광 다이오우드(23)가 점등이 되면 트랜지스터(25)의 베이스에 전류가 흐르지 않고, 다이오우드(27)로 전류가 흘러 열전대증폭기(22)의 12번핀(13)을 통해 13번핀(12)을 거쳐 접지로 흘러버리게 되어 트랜지스터(25)의 컬렉터에서 에미터로 전류가 흐르지 않아, 중앙처리장치에 신호를 보내주지 않음으로써, 알람이나 표시등 형태의 고장신호를 발생하게 된다.

증폭기는 도3과 같이 핀을 구성하며 8번 핀에 3 볼트에서 26 볼트의 직류 전압이 인가되고, 4번 핀은 반드시 접지가 되어야만 동작할 수 있으며, 3번 핀에는 입력이 1번 핀은 출력이 되며, 증폭비율은 입력 전압을 V_i, 출력전압을 Vo, 저항(30)을 R_A, 저항(31)을 R_B로 하면 증폭된 출력 전압은 식(1)으로 할 수 있다.

(1)

K타입 열전대(21)에서 검출한 온도에 비례한 열기전력을 열전대 증폭기(22)에서 보정, 증폭된 출력 전압을 저항(28)과 콘덴서(29)에서 필터 링이 되어, 증폭기(26)의 3번 핀으로 입력되면 1번 핀으로 출력되는 전압을 피드백 받아 식(1)에 의해 저항(30),(31)으로 증폭 비를 결정하며, 도2에서는 입력전압을 2배 증폭시켜 출력신호를 중앙처리장치에 보내줌으로써, 보다 정밀하고 확실한 온도제어를 할 수 있다.

전술한 구성에 의해 본 고안은 비교적 감도가 높은 K타입 열전대를

이용하여 온도변화에 따라서 발생하는 열기전력의 비선형성을 열전대

증폭기에서 보상, 증폭하여 출력되는 전압을 다시 증폭기에서 2배로

출력을 증폭 시켜줌으로써, 종래 기술에 비해 오차를 최소화하여

정밀하고 확실한 온도 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. K타입 열전대를 사용하여 온도를 측정하고 이를 열전대증폭기에서 온도 변화에 따른, 열기전력 변화의 비직선성을 보상, 증폭하여 출력된 전압을 증폭기에서 다시 2배의 전압으로 증폭시켜 중앙처리장치에 신호를 보내줌으로써, 온도편차를 최소한으로 줄여 정밀한 온도측정을 실현하는 온도제어 회로