KR930004429Y1 - 온도측정회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

온도측정회로

제1도는 종래의 정전압 브릿지 회로도.

제2도는 종래의 정전류 브릿지 회로도.

제3도는 본 고안의 온도 측정 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 온도검출부 1-1 : 전류미러

2 : 전압 플로워 3 : 비교부

Rs : 센서저항 Ri : 기준저항

Rp : 플업저항 Q1,Q2 : 트랜지스터

본 고안은 저항온도 검출센서(이하 RTD라 칭함)를 이용하는 정전류 방식의 온도측정회로에 관한 것으로, 특히 RTD에 흐르는 일정전류가 전류제한치를 넘지 않도록 아날로그로 변환된 기준전압의 폭과 온도의 변화폭을 조절하는 온도측정회로에 관한 것이다.

일반적으로 RTD는 온도변화에 따른 저항 변화가 일정하여 정확성이 요구되는 온도계측기나 전기오븐레인지에 사용되어 있다. 이 RTD센서는 정전류 브릿지 방식과 정전압 브릿지 방식으로 사용되어 왔다.

제1도는 종래의 정전압 브릿지 방식의 회로로서, 저항(R_B1,Rs),(R_B2,R_D)이 직렬 접속되고, 저항(R_B1,_B2)의 접속점과 저항(Rs,R_D)의 접속점을 통해 입력전압(Vr)에 접속도며, 저항(R_B1,Rs)과, (R_B2,_D)의 전위치를 출력하도록 구성되었다.

이와같이 구성된 정전압 브릿지회로의 작용은 다음과 같다.

입력전압(Vr)을 인가시키면 전류는 저항(R_B1)과 센서(RTD)를 통해 흐름과 아울러 저항(R_B2,R_D)에 흐르게 되는데, 저항(R_B1,Rs)의 접속점과 저항(R_B2,R_D) 접속점의 전압차는 OV이다. 이는 정전압 브릿지 회로를 초기 상태로 설정하기 때문이다. 이때의 저항(R_D)은 0℃에서의 센서(RTD)저항값이고, 저항(Rs)은 센서저항이다.

온도가 가변되면 센서(RTD)에 감지되는 온도에 따라 저항(R_B1,Rs)의접속점과 저항(R_B2,R_D) 접속점의 전압차를 얻게 되는데 이 전압차에 의한 출력전압을 구하면 다음과 같다.

단, R_B1=R_B2=R_B이고, R_S=R_D+△R

이상에서와 같이 얻어지는 출력전압(V_A)의 식이 비선형이므로 비선형오차가 발생하며, 이 브릿지 회로의 센서를 흐르는 전류가 클수록 측정되는 감도는 높아져서 저항소자의 주울열 발생으로 온도가 상승하여 오차원인이 되기도 한다.

제2도는 종래의 정전압 브릿지 방식의 온도측정 회로로서, 입력전압(-Vr)이 저항(R1)을 통해 연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)에 인가됨과 아울러 센서저항(Rs)을 통해 연산증폭기(OP1)의 출력측에 인가되며, 입력전압(Vr)이 저항(R2) 및 (R3)로 분배되어 연산증폭기(OP1)의 비반전단자(+)에 인가되어 출력(V_A)하도록 구성되었다.

이와 같이 구성된 정전류 브릿지 방식의 온도측정회로의 작용은 다음과 같다.

제2도에서와 같이 입력전압(Vr)을 인가시키면, 저항(R2,R3)에 의해 분배된 전압은 연산증폭기(OP1)의 비반전 단자(+)로 인가되어 기준전압을 설정하고, 이 연산증폭기(OP1)의 출력을 센서저항( Rs)을 통해 피드백된 전압을 기준전압과 비교하여 출력하게 된다

이와같이 출력되는 출력전압을 구하면 다음과 같다.

그런데 이는 차동증폭기이므로 Vc= Vx이고,I_R1=I_S이므로

이와같이 얻어진 출력전압(V_A)의 식이 선형이므로 선형적인 신호를 얻어낼 수가 있으나 일정전류 이상이 센서에 흐르게 되면 센서가 발열되어 비선형 오차를 발생할 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 종래의 정전압 브릿지 방식의 온도측정 회로는 출력전압이 비선형으로 비선형 오차가 발생하고, 센서로 흐르는 전류가 크면 저항소자의 주울열 발생으로 온도가 상승하여 오차의 원인이 되고, 종래의 정전류 브릿지 방식의 온도측정회로는 선형적이긴하나 일정전류 이상이 센서에 흐르게 되면 센서가 발열되어 비선형오차를 발생할 수 있게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 정전압 브릿지 방식의 비선형 오차를 제거하고 정전류 브릿지 방식에서 센서에 흐르는 전류를 제한 할 수 있도록 한 온도측정회로를 안출한 것으로 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 고안의 센서를 이용한 온도측정회로를 도시한 것으로, 트랜지스터(Q1)(Q2)의 에미터를 공통 접속하여 그 접속점을 통해 전원단자(Vdd)에 접속하고, 상기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스를 공통 접속하여 그 접속점을 상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 접속혀 전류미러를 이루고, 상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터를 저항(R1)을 통해 접지에 접속하며, 상기 트랜지스터(Q2)의 콜렉터를 센서(RTD) 및 다이오드(Vd)를 통해 접지에 접속하여 구성된 온도검출부(1)와, 상기 온도검출부(1)의 출력(Va)을 연산증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 인가받고 상기 연산증폭기(OP1)의 출력을 반전단자(-)로 피드백시켜 이 연산증폭기(OP1)을 통해 다음단에 출력을 전달하는 전압플로워(2)와, 상기 전압플로워(2)의 출력전압(Vs)을 연산증폭기(OP)의 비반전단자(+)로 인가받아 반전단자()-)로 인가되는 기준전압(Vdac)과 비교하여 풀업저항(Rp)에 의해 풀업받아 출력(VO)하는 전압비교부(3)로 구성하였다.

이와같이 구성된 본 고안 온도측정회로의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

전원단자(Vdd)에 전원이 공급되는 전류미러(1-1)를 통해 센서(RTD)에 일정전류가 공급되는데 이를 수식으로 살펴보면 다음과 같다.

트랜지스터(TR1)과 (TR2)는 같은 종류의 트랜지스터이므로 에미터 베이스간의 전압이 같으므로(V_BE1=V_BE2), 두 트랜시스터의 에미터 전류는 같다(I_E1=I_E2).

따라서 I=I_B1+I_E1=I_B+I_E2일반적으로 전극의 전류관계인 I_E=I_C+I_E에서 I_E=I_C+I_E이므로 I=I_B+I_E1=I_B+=I_B2+I_B+I_C2=2I_B+I_C2가 된다.

트랜지스터의 전류이득을 β라할 때, Ic=βI_B이므로

즉,

이다.

a점의 전압(Va)은

이므로 (7)식에 (6)식을 대입하면

(단, Vd는 다이오드의 순방향 전압)

상기식(6)에서 알 수 있는 바와같이 전류미러에 기준저항(Ri)을 이용하여 센서(RTD)에 흐르는 전류의 양을 조절할 수 있게 함으로써 온도변화에 대해 전압폭을 넓게 하고, 다이오드(Vd)는 센서에 인가되는 전압을 센터에서 스위칭하도록 오프셋을 걸어준다.

연산증폭기(OP1)에서 온도검출부(1)의 출력전압(Va)을 검출하여 전압 비교기(3)에 출력하는데 연산증폭기(OP1)의 출력(Vs)은 전압플로워이므로 Va= Vs가 된다. 즉,

상기 온도검출부(1)의 온도센서에서 출력된 신호전압(Vs)을 아날로그로 변환된 기준전압(Vdac)과 비교하여 출력(VO)하게 된다.

상기 식(9)에서 알 수 있듯이 전압(Vs)을 센서저항(Rs)에 대하여 선형적인 변화를 나타내는 직선식으로 표현된다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 고안은 정전압 브릿지 방식의 비선형에 의한 온도오차를 제거하고, 정전류 브릿지 방식에서 센서에 흐르는 전류를 제한함으로써 D/A변환된 기준전압의 폭과 온도당 변화의 폭을 조절하여 센서에 흐르는 전류에 의한 센서 자체의 발열로 인한 온도오차를 없앨 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 전류미러로 부터 센서(RTD)에 흐르는 전류에 따라 온도를 검출하는 온도검출부(1)와, 이 온도검출부(1)의 출력전압(Va)을 검출하여 다음단에 출력하는 전압플로워(2)와, 이 전압플로워(2)의 출력전압(Vs)을 기준전압(Vbac)과 비교하여 비교출력(VO)하는 전압비교부(3)로 구성함을 특징으로 하는 온도측정회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 온도검출부(1)가 트랜지스터(Q1),(Q2)의 에미터를 공통접속하여 전원단자(Vcc)에 접속하고, 상기 트랜지스터(Q1),(Q2)의 베이스를 공통 접속하여 그 접속점을 상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 접속하여 저항(R₁)을 통한 후 접지에 접속하며, 상기 트랜지스터(Q2)의 콜렉터를 센서(RTD) 및 다이오드(Vd)를 통해 접지에 접속하여 구성함을 특징으로 하는 온도측정회로.