KR20130104747A - 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치에 관한 것으로서, 측온저항체 센서로 정전류를 공급하고, 그에 따른 전압을 입력 받아 온도를 측정한다. 특히, 배선의 수에 따른 각 유형의 측온저항체 센서가 선택적으로 연결될 수 있는 입력단자가 구비되며, 입력단자에 연결된 측온저항체 센서의 유형에 따라 해당 측온저항체 센서로 정전류를 공급할 단자를 변환시킨다. 예컨대 3선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 A 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급하고, 4선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 a 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급한다. 이에 따라 온도 측정 장치에 3선식 측온저항체 센서나 4선식 측온저항체 센서 중 어느 센서가 연결되어도 정확하게 온도를 측정할 수 있다.

Description

측온저항체를 이용한 온도 측정 장치{ Apparatus for Temperature Detection Using Resistance Temperature Detector }
본 발명은 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 특히 연결되는 측온저항체 센서의 배선(채널) 수에 관계없이 항상 정확하게 온도를 측정할 수 있도록 한다.
산업 현장에는 온도를 측정하기 위한 다양한 장치가 사용되고 있으며, 이러한 장치들은 온도를 측정하기 위하여 측온저항체(RTD: Resistance Temperature Detector)를 많이 사용하고 있다.
예컨대 공장 자동화를 위하여 흔히 사용되는 피엘시(PLC: Programmable Logic Controller) 시스템에는 측온저항체 센서와 연결되어 온도를 측정하는 입력 모듈이 구비된다.
이러한 측온저항체 센서는 배선 방식에 따라 여러 유형이 있으며, 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 갖는다. 온도 측정 장치는 측온저항체 센서에 정전류를 공급하고, 해당 정전류에 의해 측온저항체 센서에 인가되는 전압을 이용하여 온도를 측정한다.
3선식 측온저항체 센서는 도 1a에 도시된 바와 같이 3개의 채널(A, B, b)로 구성되고, 4선식 측온저항체 센서는 도 1b에 도시된 바와 같이 4개의 채널(A, a, B, b)로 구성된다. 여기서 Rt는 측온저항체의 순수 저항 요소이며, 각 배선에도 재질의 특성에 따른 저항 요소가 존재한다.
3선식은 한 단자에 두 개의 도선이 접속되고 다른 단자에는 한 개의 도선이 접속되어 있어서 도선 저항의 영향을 제거할 수 있다. 4선식은 양 단자에 각각 두 개의 도선이 접속되어 있어서 특히 정밀한 온도 측정이 가능하다.
한편, 종래의 온도 측정 장치는 한 유형의 측온저항체 센서에만 적합하게 사용할 수 있도록 구성되어 있기 때문에 3선식과 4선식 측온저항체를 모두 이용하기에는 부족함이 있었다.
예로서 4선식 측온저항체 센서를 사용하는 온도 측정 장치에는 각 채널(A, a, B, b)을 연결할 수 있도록 4개의 단자가 구비되어 있는데, 이러한 온도 측정 장치에 3선식 측온저항체 센서를 사용하기 위해서는 편법으로 A 단자와 a 단자를 단락시켜 4선식 타입으로 변경한 후 연결하여 사용하였다.
그러나 이렇게 사용하면, 3선식 측온저항체 센서의 내부에 존재하는 각 채널별 저항 성분 중 채널 A의 저항 성분을 제거하고 측온저항값만을 측정할 수 있는 방법이 없어 정확한 온도를 측정할 수 없다.
즉, 측온저항체 센서로부터 입력 받은 전압 신호 값이 순수하게 측온저항체에 의한 값인지, 아니면 내부의 저항 성분까지 포함된 값인지 구분할 수 없어 정확한 온도 측정이 불가능 하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연결되는 측온저항체 센서의 유형에 관계없이 정확하게 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치는 연결된 측온저항체 센서로 정전류를 공급하고, 그에 따른 전압을 입력 받아 온도를 측정한다.
특히, 배선의 수에 따른 각 유형의 측온저항체 센서가 선택적으로 연결될 수 있는 입력단자가 구비되며, 상기 입력단자에 연결된 측온저항체 센서의 유형에 따라 해당 측온저항체 센서로 정전류를 공급할 단자를 변환시키도록 구성된다.
본 발명에 따른 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치는, 각 유형의 측온저항체 센서를 선택적으로 연결하기 위한 입력단자; 상기 입력단자에 연결된 측온저항체 센서로 정전류를 공급하고, 측온저항체 센서에서 측정된 전압 신호를 입력 받는 센서 인터페이스부; 상기 센서 인터페이스부에서 입력 받은 전압 신호를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부에서 증폭된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부; 및 상기 입력단자에 연결된 측온저항체 센서의 유형에 따라 상기 센서 인터페이스부로 단자 선택 신호를 전달하고, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 변환된 디지털 신호를 입력 받아 온도를 판단하는 마이크로 프로세서를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때 상기 센서 인터페이스부는 상기 단자 선택 신호에 따라 정전류를 공급할 단자를 변환하도록 구성된다.
상기 입력단자는 3선식 측온저항체 센서와 4선식 측온저항체 센서가 선택적으로 연결될 수 있도록 4개의 단자를 가질 수 있다.
이러한 실시예에서, 상기 입력단자에 3선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 A 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급하고, 상기 입력단자에 4선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 a 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급한다.
상기 마이크로 프로세서는 상기 단자 선택 신호를 상기 증폭부로도 전달할 수 있는데, 이 경우 상기 증폭부는 상기 단자 선택 신호에 따라 증폭도를 조절하도록 구성된다.
본 발명을 이용하면, 온도 측정 장치에 연결되는 측온저항체 센서의 유형에 따라 배선(채널)의 수가 다르더라도, 측온저항체 센서에 올바로 정전류가 인가되기 때문에 정확하게 온도를 측정할 수 있다.
예컨대 온도 측정 장치에 3선식 측온저항체 센서나 4선식 측온저항체 센서 중 어느 센서가 연결되어도 정확하게 온도를 측정할 수 있다.
그러므로, 측온저항체 센서의 유형에 따라 별도의 온도 측정 장치를 구비하지 않아도 되어 비용을 절약할 수 있다.
도 1은 3선식과 4선식 측온저항체 센서의 예,
도 2는 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 일 실시예,
도 3은 연결되는 측온저항체 센서가 3선식일 때와 4선식일 때 정전류를 공급하는 단자를 설명하는 예,
도 4는 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 구체적인 실시예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치(20)의 일 실시예를 보인 것으로서, 기본적으로 정전류원(20-1)을 이용하여 입력단자(21)에 연결된 측온저항체 센서(10)로 정전류를 공급하고, 그에 따른 전압을 입력 받아 온도를 측정하도록 구성된다.
이러한 역할을 수행하는 온도 측정 장치(20)는 다양하게 구성될 수 있다.
본 발명과 관련하여 측온저항체 센서(10)의 유형은 배선(채널)의 수에 따라 구분되며, 온도 측정 장치(20)의 입력단자(21)에는 각 유형의 측온저항체 센서가 선택적으로 연결된다.
여기서 채널이란 신호의 통로라는 의미이고, 배선이란 물리적인 전선이라는 의미이지만, 각 단자를 특정한다는 면에서는 같은 의미이다.
입력단자(21)의 단자 수로는 최대 4선식 측온저항체 센서를 연결할 수 있도록 4개가 도시되어 있지만, 입력단자(21)의 단자 수는 온도 측정 장치(20)에 연결될 수 있는 측온저항체 센서(10)의 최대 배선 수이다.
도시된 예와 같이 입력단자(21)에 구비된 단자의 수가 4개인 경우, 3선식 측온저항체 센서와 4선식 측온저항체 센서가 선택적으로 연결될 수 있다.
이때 3선식 측온저항체 센서는 단자 A, B, b에 연결되고, 4선식 측온저항체 센서는 단자 A, a, B, b에 연결된다.
특히, 온도 측정 장치(20)는 입력단자(21)에 연결된 측온저항체 센서(10)의 유형에 따라 해당 측온저항체 센서(10)로 정전류를 공급할 단자를 변환시키도록 구성된다. 즉, 측온저항체 센서(10)는 그 유형에 따라 정전류가 공급될 단자와 전압이 측정될 단자가 서로 다르므로, 그 유형에 따라 해당 단자에 정전류가 공급되어야 한다.
도 3은 3선식 측온저항체 센서(11)와 4선식 측온저항체 센서(12)에 대한 정전류 공급 단자를 보인 것이다.
도 3a를 참조하자면, 온도 측정 장치(20)는 입력단자(21)에 3선식 측온저항체 센서(11)가 연결된 경우에는 A 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급한다.
그러나 도 3b에 도시된 바와 같이 입력단자(21)에 4선식 측온저항체 센서(12)가 연결된 경우에는 a 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급한다.
어떤 유형의 측온저항체 센서가 연결되었는지는 사용자가 설정하도록 구성될 수도 있고, 온도 측정 장치(20)가 파악하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 온도 측정 장치(20)의 구체적인 실시예를 도시한 것으로서, 온도 측정 장치(20)는 각 유형의 측온저항체 센서(10)를 선택적으로 연결하기 위한 입력단자(21), 센서 인터페이스부(22), 증폭부(23), 아날로그/디지털 변환부(24), 및 마이크로 프로세서(25)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 온도 측정 장치(20)는 피엘시(PLC) 시스템에 구비되어 온도를 측정하는 모듈의 형태로 구성될 수도 있다.
센서 인터페이스부(22)는 입력단자(21)에 연결된 측온저항체 센서(10)로 정전류를 전달하고, 측온저항체 센서(10)에서 측정된 전압 신호를 입력 받는 역할을 수행한다. 이를 위하여 센서 인터페이스부(22)는 정전류를 생성하는 정전류원을 구비하고 있다.
특히, 센서 인터페이스부(22)는 마이크로 프로세서(25)가 전달하는 단자 선택 신호에 따라 측온저항체 센서(10)로 정전류를 공급할 단자를 변환한다.
예컨대 단자 선택 신호가 입력단자(21)에 연결된 측온저항체 센서(10)가 3선식이라는 것이면, 센서 인터페이스부(22)는 도 3a를 참조하여 설명한 바와 같이 A 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급한다.
이때 센서 인터페이스부(22)는 A 단자와 B 단자 사이의 전압과, B 단자와 b 단자 사아의 전압을 입력 받는다.
그러나, 단자 선택 신호가 입력단자(21)에 연결된 측온저항체 센서(10)가 4선식이라는 것이면, 센서 인터페이스부(22)는 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이 a 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급한다.
이때 센서 인터페이스부(22)는 a 단자와 B 단자, A 단자와 a 단자, B 단자와 b 단자 사이의 전압을 입력 받는다.
센서 인터페이스부(22)가 측온저항체 센서(10)로부터 입력 받는 전압 신호는 아날로그 형태의 신호이다.
증폭부(23)는 센서 인터페이스부(22)를 통해 입력 받은 전압 신호를 아날로그/디지털 변환부(24)의 입력 전압 범위로 증폭하여 조정한다.
증폭부(23)에서 증폭된 전압 신호는 아날로그/디지털 변환부(24)에서 디지털 신호로 변환된 후 마이크로 프로세서(25)에 입력 된다.
마이크로 프로세서(25)는 입력단자(21)에 연결된 측온저항체 센서(10)의 유형에 따라 센서 인터페이스부(22)로 단자 선택 신호를 전달해 주는 역할을 수행한다. 그리고, 아날로그/디지털 변환부(24)에서 변환된 디지털 신호를 입력 받아 온도를 판단한다.
측온저항체 센서(10)의 유형에 따라 증폭부(23)에서 증폭해야 할 범위가 달라질 수 있는데, 이러한 경우 마이크로 프로세서(25)는 단자 선택 신호를 증폭부(23)로도 전달할 수 있다. 그러면, 증폭부(23)는 단자 선택 신호에 따라 증폭도를 조절한다.
이와 같이 본 발명에 따른 온도 측정 장치(20)는 연결되는 측온저항체 센서(10)의 유형에 따라 적절한 단자로 정전류를 공급하고, 측온저항체 센서(10)에서 감지된 전압 신호를 적절한 단자를 통해 입력 받는다.
그러므로 3선식 측온저항체 센서를 연결하거나 4선식 측온저항체 센서를 연결하거나 관계없이 해당 측온저항체 센서의 측정 가능한 범위 내에서 항상 정확하게 온도를 측정할 수 있다.
상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.
10,11,12: 측온저항체 센서 20-1: 정전류원
21: 입력단자 22: 센서 인터페이스부
23: 증폭부 24: 아날로그/디지털 변환부
25: 마이크로 프로세서

Claims (6)

  1. 연결된 측온저항체 센서로 정전류를 공급하고, 그에 따른 전압을 입력 받아 온도를 측정하는 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치에 있어서,
    배선의 수에 따른 각 유형의 측온저항체 센서가 선택적으로 연결될 수 있는 입력단자가 구비되며,
    상기 입력단자에 연결된 측온저항체 센서의 유형에 따라 해당 측온저항체 센서로 정전류를 공급할 단자를 변환시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력단자는 3선식 측온저항체 센서와 4선식 측온저항체 센서가 선택적으로 연결될 수 있도록 4개의 단자를 가지는 것을 특징으로 하는 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력단자에 3선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 A 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급하고, 상기 입력단자에 4선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 a 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치.
  4. 각 유형의 측온저항체 센서를 선택적으로 연결하기 위한 입력단자;
    상기 입력단자에 연결된 측온저항체 센서로 정전류를 공급하고, 측온저항체 센서에서 측정된 전압 신호를 입력 받는 센서 인터페이스부;
    상기 센서 인터페이스부에서 입력 받은 전압 신호를 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭부에서 증폭된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부; 및
    상기 입력단자에 연결된 측온저항체 센서의 유형에 따라 상기 센서 인터페이스부로 단자 선택 신호를 전달하고, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 변환된 디지털 신호를 입력 받아 온도를 판단하는 마이크로 프로세서를 포함하며,
    상기 센서 인터페이스부는 상기 단자 선택 신호에 따라 정전류를 공급할 단자를 변환하도록 구성되는 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서 인터페이스부는 상기 입력단자에 3선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 A 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급하고, 상기 입력단자에 4선식 측온저항체 센서가 연결된 경우에는 a 채널과 B 채널의 사이에서 정전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 단자 선택 신호를 상기 증폭부로 전달하고,
    상기 증폭부는 상기 단자 선택 신호에 따라 증폭도를 조절하는 것을 특징으로 하는 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치.
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