서미스터 온도 측정 회로 - seomiseuteo ondo cheugjeong hoelo

서미스터(thermistor)란 저항기의 일종으로, 온도에 따라 물질의 저항이 변화하는 성질을 이용한 전기적 장치이다. 열가변저항기라고도 하며, 주로 회로의 전류가 일정 이상으로 오르는 것을 방지하거나, 회로의 온도를 감지하는 센서로써 이용된다.

서미스터는 주로 폴리머나 세라믹 소재로 제작되며, 섭씨 영하 90도에서 130도 사이에서 높은 정확도로 온도를 측정할 수 있다. 이러한 점에서 순수한 금속을 사용하여 고온의 온도를 측정하는 저항 온도계와는 차이를 보인다.

원리[편집]

서미스터의 저항이 온도 변화에 따라 선형으로 변화한다고 가정한다면 저항과 온도와의 관계는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

이 때,

저항의 온도 계수에 따라 서미스터는 크게 두 종류로 구분할 수 있다. 만일 k>0인 경우, 서미스터의 저항은 온도에 따라 증가하며, 이러한 서미스터를 정특성 서미스터(PTC thermistor:Positive Temperature Coefficient thermistor)라 한다. 반대로 k<0인 경우 서미스터의 저항은 온도가 증가하면 감소하게 되며, 이를 부특성 서미스터(NTC thermistor:Negative Temperature Coefficient thermistor)라 한다. 서미스터가 아닌 일반적인 저항기의 경우 k의 값이 가능한 0에 가깝도록 제작되어, 온도에 따른 저항 변화가 거의 없도록 조절된다.

이용[편집]

서미스터는 미소한 온도 변화에 의해서 저항의 변화가 크게 일어나도록 제작된다.[1] 따라서 미세한 온도의 측정을 수반하는 체온계나 온도계, 습도계, 기압계, 풍속계등에 서미스터가 활용된다. PolySwitch와 같은 PPTC는 과전류를 차단하는 재사용가능한 퓨즈용도로 사용되며, NTC는 장비의 전원투입시 돌입전류를 제한하는 용도로도 사용된다.

각주[편집]

1. ↑ 〈서미스터〉. 《두산백과사전》. 2009년 11월 26일에 확인함.

써미스터

1) 특성

▶ Thermally Sensitive Resister

▶ 반도체의 저항이 온도에 따라 변하는 특성을 이용

▶ 재질 : 탄화규소(SiC)를 주성분으로 만들어짐

▶ 측정 범위 : -50’C ~ 200’C

▶ 특성 : NTC, PTC, CTR

2) 분류

온도 특성에 따라 구분

1. NTC 방식

- 부온도계수 저항기 : 온도 상승에 따라 전기저항이 지속적으로 감소 

2. PTC 방식

- 정온도계수 저항기 : 온도 상승에 따라 전기저항치가 증가하는 온독계수성

3. CTR 방식

- 민감온도계수 저항기 : 어떤 온도에서 저항값이 급격히 감소

3) NTC 서미스터

- 통상적으로 말하는 서미스터는 NTC 서미스터를 말하는 것

- 서미스터 정수가 2000~5000K 정도의 것이 많이 사용됨.

NTC 서미스터 장점

• 온도변화에 대한 저항값 변화 폭 넓음 -> 모양, 저항값 자유도 높음
• 좁은 장소에서 온도 측정 가능
• 적은 오차
• 견고성
• 저렴한 가격
• 전기적 출력 처리 쉬움

NTC 서미스터 단점

• 측정온도범위가 좁음 (-100~500'C)
• 고온 영역에서 측정 불가능 : 300'C까지
• 변화율이 비직선적

4) NTC 서미스터 회로 구성 

[참조] 금속과 반도체의 저항온도계수

1. 금속

   온도 증가 - > 원자의 진동이 격렬해짐

                     - > 전자가 이동할 때, 원자와의 접촉이 심해져 전자운동이 방해를 받음

                     - > 저항이 증가

2. 반도체 : 전자가 풍부하지 않은 물질

   온도 증가 - > 원자핵의 핵력이 감소하는 결과를 가져옴

                     - > 전자의 에너지가 증가하고 전자의 이동이 더욱 활발해짐

                     - > 저항이 감소

열전대

1) 특성

2종의 금속선을 접합점을 가열(또는 냉각)시킬 때 제베크 효과로 인해 발생하는 열기전력을 이용한 온도센서

열전대의 장점

• 좁은 장소에서 온도 측정 가능
• 빠른 응답속도
• 진동, 충격에 강함
• 고온 영역 측정가능

열전대의 단점

• 작은 변화율
• 온도차 검출방식으로 냉접점 온도의 보정 필요

2) 구조와 형태

3) 주의사항

- 사용법을 잘못하면 측정 오차를 일으키거나 단기간에 열화 할 수 있음

- 열전대는 측정대상에 적합한 종류의 것과 정해진 온도 범위에서 사용하는 것이 필요