KR20040054305A - 습도 센서 신호 처리 회로 - Google Patents

Abstract

전자레인지와 같은 조리기기에서 습기나 온도 변화가 심한 가혹한 환경에서 사용할 수 있도록 한 습도 센서 신호 처리 회로에 관한 것으로서, 특히 특정 주파수의 구형파를 신호원으로 사용하고 저항을 습도센서에 직렬 연결하고, 습도의 변화에 따른 상기 습도센서의 임피던스 변화량을 상기 저항과 습도센서 사이에 걸리는 출력 전압으로부터 얻으며, 이때 상기 임피던스 변화량은 전자레인지 가동 후 센서가 주변습도에 반응한 후의 임의의 시점에서 출력전압으로부터 계산된 임피던스 값을 기준 값으로 하고, 전자레인지 가열에 의해 수분이 발생한 후의 임의의 시점의 임피던스 값으로 상기 기준 임피던스 값을 나누어 규격화하여 환경변화(주위 온도나 습도)를 보상함으로써, 전자레인지의 센서조리시 외부 환경변화에 따른 습도센서의 조리시간 오차를 크게 줄일 수 있어서 습도센서에 의한 전자레인지의 자동조리가 가능해진다.

Description

습도 센서 신호 처리 회로{Circuit for processing signal of humidity sensor}

본 발명은 전자레인지와 같은 조리기기에서 환경 변화에 대응할 수 있는 상대 습도센서의 신호처리 회로에 관한 것이다.

전자레인지와 같은 조리기기에서 사용되는 종래의 습도센서는 써미스터형의 절대습도센서 방식이 주류를 이룬다. 이러한 써미스터 소자에는 부 온도계수(NTC, Negative temperature coefficient) 또는 정 온도계수(PTC, Positive temperature coefficient)가 큰 특성을 갖는 재료들이 주로 사용된다. 상기 부 온도계수의 재료로는 반도성을 갖는 세라믹이 사용되고, 정 온도계수를 갖는 재료로는 Pt와 같은 금속이 사용된다.

상기 써미스터를 이용한 절대습도센서의 동작원리는 소자 양단에 전압을 인가하여 소자의 온도를 약 200∼300도로 발열한 상태에서 주위 습도변화에 따라서 습기에 노출된 써미스터 소자(감습소자)는 열을 뺏겨서 저항이 올라가거나 떨어지고, 밀폐된 소자(보상소자)는 저항의 변화가 일어나지않기 때문에 이들 소자들간의 저항 차이를 차동증폭기를 사용하여 수백배 증폭하여 전압출력으로 변환하여 습도변화를 알아낸다. 이러한 절대습도 센서는 감습소자와 보상소자를 독립적으로 패키지(Package)해야 하므로 제조 공정이 복잡하고, 습도 변화에 대한 써미스터 소자의 저항변화 폭이 작기 때문에 출력 신호가 작아 신호를 증폭해야 하고 이에 따른 노이즈(Noise)를 막기 위하여 고가의 실드 와이어(Shield wire)를 사용해야 되는 단점이 있다.

도 1은 종래의 전자레인지 자동조리용 절대습도센서 신호처리 회로도이다. 즉, 감습소자(S/E)와 보상소자(R/E)를 직렬로 연결하고 저항(R1,R2)을 이용하여 브리지 회로를 구성한다. 그리고, 상기 감습소자(S/E)와 보상소자(R/E) 사이의 미세한 저항변화에 의한 전압차이를 가변저항(VR)에 의해 미세 조절하여 기준값을 맞추고 연산 증폭기(OP-Amp)를 이용하여 수백배 증폭하여 전압으로 출력된다.

그러나, 상기된 종래의 절대 습도 센서 신호 처리 회로는 외부 노이즈가 그대로 증폭될 수 있고, 또한 연결된 저항(R1,R2,R3)들의 오차가 회로의 오차를 가져오기 때문에 출력 오차가 생기는 문제를 갖고 있다. 또한 임피던스 변화형 습도센서는 습기 변화에 대해 큰 출력을 얻을 수 있어 증폭을 하지 않고 사용할 수 있는 장점이 있으나 조리기기와 같이 주변 환경의 변화가 심한 경우에는 환경 변화에 대한 보상이 어려워 그 사용이 제한되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 조리기기 응용을 목적으로 임피던스 변화형 습도센서의 규격화 방법을 이용하여 주변 환경의 변화를 보상하고, 감습막의 임프던스 변화량을 전압으로 출력할 수 있는 습도 센서 신호 처리 회로를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 절대 습도 센서의 회로도

도 2는 본 발명에 따른 상대 습도 센서의 신호 처리 회로도

도 3은 전자레인지에서 물 300cc 가열시 발생되는 수증기에 의한 습도센서의 출력 특성 예를 그래프화한 도면

도 4는 전자레인지에서 물 300cc 가열시 분위기 습도에 따른 습도 센서의 규격화된 출력 예를 그래프화한 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201 : 상대 습도 센서 R_L: 저항

Vcc : 신호원 Vout : 출력 전압

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 습도 센서 신호 처리 회로는, 상대 습도 센서와, 특정 주파수의 구형파를 신호원으로 사용하고 저항을 상기 습도센서에 직렬 연결하여 구성되며, 습도의 변화에 따른 상기 습도센서의 임피던스 변화량을 상기 저항과 습도센서 사이에 걸리는 출력 전압으로부터 얻는 것을 특징으로 한다.

상기 임피던스 변화량은 전자레인지 가동 후 센서가 주변습도에 반응한 후의 임의의 시점에서 출력전압으로부터 계산된 임피던스 값을 기준 값으로 하고, 전자레인지 가열에 의해 수분이 발생한 후의 임의의 시점의 임피던스 값으로 상기 기준 임피던스 값을 나누어 규격화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 상대습도센서의 신호처리 회로를 나타낸 것이다. 본 발명에서는 일정 주파수의 구형파를 신호원 Vcc으로 사용하고, 저항(R_L)을 습도센서(201)에 직렬 연결하여 습도의 변화에 따른 습도센서(201)의 임피던스 변화량을 저항(R_L)과 습도센서(201) 사이에 걸리는 출력 전압(Vout)으로부터 얻을 수 있다.

따라서, 상기 습도센서(201)의 임피던스 Z는 하기의 수학식 1과 같이 표현된다.

이때, 상기 임피던스 변화량을 규격화함으로써 전자레인지의 센서조리시 외부 환경변화에 따른 습도센서의 조리시간 오차를 줄일 수 있다.

상기 임피던스의 변화량 즉, 습도 센서(201) 출력의 규격화는 전자레인지 가동 후 센서가 주변습도에 반응한 후의 임의의 시점(t1)에서 출력전압(Vout)으로부터 계산된 임피던스 값을 기준 값(Zt1)으로 하고, 전자레인지 가열에 의해 수분이 발생한 후의 임의의 시점(t)의 임피던스 값(Zt)으로 상기 기준 값(Zt1)을 나눔으로써 규격화한다.

즉, 규격화된 임피던스 Zn은 전자레인지 가동 후 시간에 따른 시점(t)에서의 Zt 값으로 전자레인지 가동 후 임의의 시점(t1)에서의 Zt1 값을 나누는 방법으로 하여 하기의 수학식 2와 같이 얻을 수 있다.

여기서, 임피던스 값 Zt1과 Zt는 하기의 수학식 3과 같다.

도 3은 전자레인지에서 물 300cc 가열시 발생되는 수증기에 의한 습도센서(201)의 출력특성을 일 예로 나타낸 것이다. 전자레인지에 의해 약 3분 정도 가열하면 물이 끓기 시작하며 이때 다량의 수증기가 발생된다. 도 3에서 전자레인지 가동직 후 센서의 히트 클리닝(heat cleaning)에 의해 주변 습기의 제거로 초기 출력전압은 유사하게 나타나지만 히트 클리닝이 끝나고 센서가 안정화된 직 후 곧 바로 주위습도에 대한 습도센서의 반응으로 출력이 상당히 차이가 남을 보여준다. 즉, 주위가 고습일 경우에는 주변 수분량이 많아 전자레인지의 가열에 의한 수분 발생이 적어도 센서신호의 출력이 초기부터 크게 나타나고, 반대로 저습일 경우에는 주변 수분의 영향이 적어 센서 출력이 작게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 물이 끓기 시작하는 시간을 감지하기 위하여 기존의 절대습도센서와 같은 방식으로 초기전압을 기준으로 하고 이로부터 일정 전압만큼 변하는 시점을 취하면, 일 예로 전압 변화량 ΔV를 2.75V로 취하면, 주변 습도 변화에 따라 감지 시점의 편차(ΔT1)가 65초 정도로 크게 되어 사실상 임피던스 변화형 습도센서를 사용하여 전자레인지를 자동 조리하기가 어렵게 된다.

따라서, 임피던스 변화형의 습도센서를 이용하여 전자레인지와 같이 음식물로부터 발생하는 수분의 양으로부터 자동조리를 하기 위해서는 주위습도에 따른 습도센서의 출력변화를 고려한 표준화된 값을 이용하는 것이 유리하다.

도 4는 도 3의 출력 값으로부터 상기된 수학식 2를 적용하여 분위기 습도에 따른 습도 센서의 규격화된 출력 예를 보이고 있다.

일 예로 t1을 50초로 하여 규격화한 것으로 전자레인지 가열에 의해 다량의 수분이 발생한 후의 감지 시간 편차가 적어짐을 볼 수 있으며, 규격화된 값(normalized value) Zn을 5로 하면 이때의 감지 시간 오차(ΔT2)는 35초 이내로 된다.

따라서, 이와 같은 방법을 이용하면 전자 레인지와 같은 조리기기 사용시 주변 습기나 온도 변화가 심한 가혹한 환경에서도 임피던스 변화형 습도센서를 이용하여 자동조리의 제어가 가능하다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 습도 센서 신호 처리 회로에 의하면, 상대습도센서의 출력 즉, 임피던스 변화량을 규격화하여 환경변화(주위 온도나 습도)를 보상함으로써, 감지 시간 편차 즉, 전자레인지의 센서조리시 외부 환경변화에 따른 습도센서의 조리시간 오차를 크게 줄일 수 있어서 습도센서에 의한 전자레인지의 자동조리가 가능해진다.

또한, 습도 변화에 대한 출력변화가 큰 임피던스 변화형 습도센서를 이용함으로써, 증폭이 필요 없고 노이즈에도 강해 회로구성이 간단하고 부품비가 적게 드는 장점이 있다.

그리고, 연산 증폭기를 사용하지 않음으로써, 비용을 절감할 수 있고 부품수가 적어서 부품간 편차에 의한 회로편차를 줄일 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (3)

1. 상대 습도 센서와,

   특정 주파수의 구형파를 신호원으로 사용하고 저항을 상기 습도센서에 직렬 연결하여 구성되며,

   습도의 변화에 따른 상기 습도센서의 임피던스 변화량을 상기 저항과 습도센서 사이에 걸리는 출력 전압으로부터 얻는 것을 특징으로 하는 습도 센서 신호 처리 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 임피던스 변화량을 규격화하는 것을 특징으로 하는 습도 센서 신호 처리 회로.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 임피던스 변화량은

   전자레인지 가동 후 센서가 주변습도에 반응한 후의 임의의 시점(t1)에서 출력전압으로부터 계산된 임피던스 값을 기준 값(Zt1)으로 하고, 전자레인지 가열에 의해 수분이 발생한 후의 임의의 시점(t)의 임피던스 값(Zt)으로 상기 기준 값(Zt1)을 나누어 규격화하는 것을 특징으로 하는 습도 센서 신호 처리 회로.