가정이나 산업현장에서 사용하는 센서에는 다양한 종류들이 있습니다. 특히 자주 사용하는 센서는 온도센서인데요 온도를 감지하는 아날로그 센서나 디지털 센서들이 존재합니다.
오늘은 온도센서의 원리 및 종류에 대해 알아보도록 하겠습니다.
목차
1. 온도센서란
2. RTD 온도센서
3. 열전대 온도센서
4. 서미스터 온도센서
5. 적외선 온도센서
온도센서의 원리
1) 온도센서란?
온도센서란 열을 감지하는 센서로 일반적으로 접촉식과 비접촉식으로 나누어집니다.
일반적으로 온도에 따라 재질의 저항이 변화하는 온도 저항소자와 열전 효과를 이용하는 열전소자 등을 사용합니다.
비접촉식 센서의 경우 적외선으로 열을 감지하는 적외선 센서를 이용하는 경우가 많습니다.
2) RTD 온도센서
일반적으로 많이 사용하는 RTD 온도센서의 원리입니다.
RTD센서는 Resistance Temperature Detector로 저항 온도센서입니다. 소자의 저항이 온도에 따라 변화하는 특성을 이용하여 온도를 검출하는 센서인데요, 일반적으로 백금 소자인 PT센서를 이용합니다.
PT 100 센서의 경우 백금 소자의 저항체를 이용하며 0도에서 100옴의 저항을 가지는 센서를 말합니다.
RTD 센서 외형
온도 검출의 원리는 간단합니다. 저항체를 온도 검출 장치에 설치하면 설치장소의 온도에 의해 백금 소자의 저항이 변하게 됩니다.
사진에서 길죽한 막대 모양이 소자가 백금 소자의 PT 100 센서입니다.
이러한 저항소자에 전선을 연결하여 저항을 검출함으로써 온도를 검출하게 됩니다.
전선의 수에 따라 2-Wire, 3-Wire 센서 등 종류로 나누어지는데요, 일반적으로 3-Wire RTD를 많이 사용합니다.
저항 검출에는 2선만 있으면 검출이 가능하지만 저항값에 의해 온도값을 검출하는 센서인 만큼 도선 저항의 영향을 많이 받게 되는데요, 이러한 도선 저항의 영향력을 최소화하기 위해 한쪽 단자에 공통선을 설치하여 도선 저항을 최소화합니다.
도선에 공통 도선을 추가하게 되면 도선이 병렬로 접속되어 도선저항이 1/2로 감소되는 원리를 이용합니다.
이렇게 검출된 저항값을 아날로그 저항값을 디지털 전기신호로 변화시키는 T/D에 연결하여 최종적으로 온도를 검출하게 됩니다.
PT 100 Table
인터넷 검색을 통해 쉽게 PT 100 센서의 기준 저항 표를 찾을 수 있는데요, 온도에 따라 해당 저항값을 가지게 되며, PT 100 센서의 경우 0도에서 100옴의 저항값을 가지게 됩니다.
3) 열전대 온도센서
서모커플이라고 불리는 열전대 온도센서의 경우, 열전 효과를 이용하여 온도를 검출하게 됩니다.
열전 효과란 다른 종류의 두 금속을 접합시켰을 때 양단의 온도차에 의해 두 금속 사이에 전류가 흐르는 현상을 말하는데요, 이렇게 흐르는 전류의 크기를 통해 온도의 차이를 확인할 수 있습니다.
백금-백금 로듐, 구리-콘스탄탄 등의 조합을 이용하여 사용합니다.
서모 커플 외형
열전대 센서의 경우 종류에 따라 다양한 외형을 지닙니다. RTD 센서와 유사한 외형을 지니기도 합니다.
4) 서미스터 온도센서
서미스터는 온도의 작은 변화에도 비례하여 큰 변화를 보이는 물질로 구성된 온도 감지 소자입니다. 서미스터는 가장 정확한 유형의 온도 센서로 낮은 오차율을 가지고 있습니다.
하지만 온도 범위가 0~100도로 제한된 측정범위를 가지는 단점이 있습니다.
휘스톤 브리지 원리를 이용하여 온도를 검출할 수 있는데요, 저항 변화에 의해 온도를 검출하는 것은 RTD와 큰 유사성을 가집니다.
다만, 순수 금속 소자를 이용하는 RTD센서와 달리 서미스터의 경우 반도체 소자를 이용한다는 차이를 지닙니다.
5) 적외선 온도센서
적외선 온도 센서의 경우 표면에서 방출되는 복사선의 양을 측정하는 온도센서입니다. 전자기 에너지는 모든 물질에서 방사가 되는데요, 온도가 오르면 적외선 복사선의 양이 증가하는 원리를 이용하여 온도를 측정합니다.
일반적으로 적외선 열화상 카메라 등 온도를 측정하는 측정기기로도 많이 사용합니다.
적외선 온도센서의 경우 방출되는 적외선을 감지하는 센서이기 때문에 비접촉으로 온도를 검출할 수 있는 장점이 있습니다.
다만, 접촉식 온도센서에 비해 상당히 비싸다는 단점이 있습니다.
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