KR20130084520A - 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 온도측정장치는 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치에 있어서, 상기 측온저항체와 연결하기 위한 하나 이상의 연결단자; 상기 연결단자 중 적어도 하나와 연결되고, 상기 측온저항체에 전류를 공급하기 위한 전류 공급부; 상기 하나 이상의 연결단자 중 어느 하나와 연결되어 상기 측온저항체와의 연결 상태를 감지하기 위한 감지 회로; 상기 감지된 연결 상태에 따라 상기 온도 측정 장치와 상기 측온저항체간의 전류 흐름을 변경하기 위해 스위칭되는 복수의 스위치; 및 상기 전류 흐름에 의해 상기 측온저항체에 포함된 측온 저항 소자 양단에 발생하는 전압차를 계측하는 전압차 계측부를 포함한다.

Description

측온저항체를 이용한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법{AN APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE WITH RTD AND A METHOD FOR MEASURING TEMPERATURE USING IT}

본 발명은 측온저항체를 이용한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 측온저항체의 종류에 따라 적응적으로 회로 구성이 변경되며, 측온저항체의 종류에 따라 발생하는 온도 측정 오차를 줄이기 위한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법에 관한 것이다.

측온저항체(Resistance Temperature Detector Element, RTD라고도 함)는 백금센서 도는 백금박막을 이용하여 온도를 센싱하기 위한 기기로서, 실용화 되어 있는 온도 센서 중에서 가장 안정도가 높으며, 감도가 좋아 정밀온도 측정에 이용된다. 또한, 온도-저항의 선형 특성이 우수하고 비교적 간단한 부가회로로 직선출력을 얻을 수 있다. 따라서, 측온저항체는 소형화되고 양산화되면서 앞으로 각종 가전제품, 산업용, 자동차용 및 사무용에 이르기까지 정밀온도 측정 및 제어용으로 광번위하게 사용될 수 있다.

측온저항체는 재질상 금속저항체와 써미스터 측온 저항체로 분리되며, 금속의 전기저항과 온도와의 사이에 일정 관계가 있으므로, 전기저항에 의한 온도변화의 비례증감을 통해 그 온도를 도출할 수 있다. 측온저항체로 온도를 측정하기 위해서는 측온저항체에 포함된 금속저항체(RTD 소자)에 에 전류를 흐르게 하고 그 양끝의 전압이 옴의 법칙에 의하여 측정되게 되며, 이 전압을 통하여 측정 저항에 따른 온도를 알 수 있게 된다. 따라서, 측온저항체에 흐르는 전류는 일정한 것이 바람직하며, 예를 들어 현재 공업용으로는 2mA, 5mA, 10mA의 전류가 규정되어 있다.

한편 이와 같은 측온저항체는 상술한 방법을 통해 온도를 측정하기 위해 통상 회로 구성에 있어 저항의 저항 값을 측정하는 방법으로서 일정한 양의 전류(온도 측정 회로에서 공급하는 정 전류)를 저항에 흘려주고 해당 저항의 양단전압을 측정한 후, 측정 전압 값을 흘려준 전류 값으로 나누어 계산된 값으로 저항 값을 얻을 수 있다. 그리고, 알아낸 저항 값을 온도-저항 특성 표에 대비하여 감지된 온도를 측정할 수 있다.

그런데 측온저항체와 온도 측정 회로를 연결할 때 연결되는 도선에도 저항이 존재하므로, 측온저항체의 저항 값과 도선 저항이 포함되게 되어 회로에서 측정하는 온도 값에 오차가 발생하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 도선 저항을 줄이기 위한 3선 배선형 측온저항체와 4선 배선형 측온저항체가 제안되었다.

도 1은 4선 배선형 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하기 위한 일반적인 온도 측정 장치를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 4선 배선형 측온저항체(20)는 측온저항체 소자(25), 측온저항체 소자(25)와 연결된 4개의 각 도선에 의한 내부저항(21, 22, 23, 24)을 포함하여 구성되며, 이를 이용하여 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치(10)는 측온저항체의 4개의 도선(21, 22, 23, 24)과 온도 측정 장치(10)를 연결하기 위한 4개의 연결단자(11, 12, 13, 14), 측온저항체(20)에 정전류를 공급하기 위한 정전류 공급 회로(18), 측온저항체(20)에 공급되는 전류의 흐름에 의해 발생하는 전압을 증폭하기 위한 전압증폭기(16, 17) 및 전압증폭기(16, 17)에 의해 전달된 양단 전압의 차를 계측하여 전압차를 측정하는 전압차 계측부(15)를 포함하여 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 정전류 공급부(18)에서 공급되는 전류는 제2 연결 단자(12)에서 제2 도선 저항(22)을 거쳐 측온저항체(25)를 지나, 다시 제3 도선 저항(23)과 제3 연결 단자(13)를 통해 접지단으로 흐르게 되고, 이에 의해 측온저항체(25) 양단에는 전압이 발생하게 된다. 그리고, 각 전압 증폭기(16, 17)는 이를 증폭하며, 전압차 계측부(15)는 두 전압의 차이를 계측하게 된다. 그리고, 계측된 전압차를 공급된 정전류값으로 나누면 저항값이 나오며, 이를 측온저항체(25)의 온도-저항 특성 테이블과 비교함으로써 현재 온도를 측정할 수 있다.

도 2는 3선 배선형 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하기 위한 일반적인 온도 측정 장치를 도시한 것이다.

도 2에서는 도 1과 유사하므로 그 동작에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 3선 측온저항체(40)는 3개의 도선으로 연결되기 때문에 3선 측온저항체(40)의 제1 도선 저항(41)을 포함하는 도선은 온도 측정 장치(30)의 제1 연결 단자(31) 및 제2 연결 단자(31)에 모두 연결하여 온도를 측정하게 된다.

그러나, 이와 같은 일반적인 온도 측정 방식으로 측정하는 경우, 3선 배선형 측온저항체(40)에 대해서는 측온저항체(40) 내부에 존재하는 제1 도선 저항(41)이 측정하고자 하는 측온저항체(40)의 측온 저항 소자(45)의 저항과 직렬 연결되어 계측한 저항값에 오차가 발생하고 그로 인해 측정온도의 오차가 발생하는 문제점이 있다.

예를 들어, 도 1과 같이 4선 배선형 측온저항체(20)를 연결하는 경우 정전류 공급부(18)에서 공급하는 전류값이 i 라고 하면, 전류 i는 제 2 연결 단자(12)와 도선에 의한 제2 내부 저항(22)을 거쳐서 측온저항체 소자(25)에 전달된다. 이때 제1 내부 저항(21) 및 제4 내부 저항(24) 쪽으로는 전류가 흐르지 않게 되며, 이는 전압증폭기(16, 17)의 큰 입력 임피던스 때문이다. 따라서, 측온저항체 소자(25)를 통과한 전류는 제3 내부 저항(23)을 거쳐서 제3 연결 단자(13)로 흐르게 된다.

여기서, 제1 전압증폭기(16)와 제2 전압증폭기(17)의 전압을 각각 V(16), V(17)라고 하고, 측온저항체 소자(25)의 저항값을 RTD라 하면 수학식 1과 같다.

측정된 저항값을 구하기 위해 위 양단의 전압의 차를 구하면 수학식 2와 같이 구해진다.

수학식 2로부터 전압차 계측부(15)를 통해 얻은 전압을 정전류(i)로 나누어 주면 측정하고자 하는 RTD를 정확히 구할 수 있다는 것을 파악할 수 있다.

그러나, 도 2와 같이 3선 배선형 측온저항체(40) 를 연결하는 경우, 위와 같은 원리에 의해 수식으로 표현하면, 하기의 수학식 3과 같이 되며,

결과적으로 최종 전압차를 i로 나누더라도, 센서내부 도선저항(r)이 남아있어서 저항측정에 오차가 발생함을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 3선 측온저항체(20)를 이용한 온도 측정 과 4선 측온저항체(40)를 이용한 온도 측정에 동일한 회로 구성을 사용함으로써 온도 측정 장치를 효율적으로 이용할 수 없는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 사용하는 측온저항체의 배선방식에 따라 발생할 수 있는 온도 측정 오차를 제거한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제공함에 있다.

또한, 측온저항체의 다양한 배선 방식에 대응하여 자동적으로 회로 구성을 전환할 수 있는 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제공함에 있다.

그리고, 측온저항체의 전압 증폭기의 증폭율을 이용하여 온도 측정 오차를 제거할 수 있는 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 온도 측정 장치는 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치에 있어서, 상기 측온저항체와 연결하기 위한 하나 이상의 연결단자; 상기 연결단자 중 적어도 하나와 연결되고, 상기 측온저항체에 전류를 공급하기 위한 전류 공급부; 상기 하나 이상의 연결단자 중 어느 하나와 연결되어 상기 측온저항체와의 연결 상태를 감지하기 위한 감지 회로; 상기 감지된 연결 상태에 따라 상기 온도 측정 장치와 상기 측온저항체간의 전류 흐름을 변경하기 위해 스위칭되는 복수의 스위치; 및 상기 전류 흐름에 의해 상기 측온저항체에 포함된 측온 저항 소자 양단에 발생하는 전압차를 계측하는 전압차 계측부를 포함한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 온도 측정 방법은, 온도 측정 장치가 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하는 방법에 있어서, 상기 측온저항체와 상기 온도 측정 장치를 연결하는 단계; 상기 연결 상태에 따라 운전 모드를 판단하는 단계; 상기 판단된 운전 모드에 따라 상기 온도 측정 장치 내부 회로에 포함된 복수의 스위치를 제어하는 단계; 상기 연결된 측온저항체로 전류를 공급하는 단계; 및 상기 공급된 전류에 의해 발생한 상기 측온저항체 양단의 전압차를 계측하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하는 경우, 배선 방식을 판단하여 적응적으로 회로 구성을 변경함으로써, 전류 공급 경로가 가변되도록 할 수 있다.

또한, 측온저항체의 배선 방식 또는 측온저항체의 종류에 따라 회로 구성이 변경되어 배선 변경에 따른 측정 오차를 제거할 수 있는 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제공할 수 있다.

특히, 측온저항체의 배선 방식 또는 측온저항체의 종류에 따라 전압증폭기의 증폭율을 다르게 변경함으로써 오차가 제거되어 정확도가 향상되고, 효율성 있는 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 4선 배선형 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하기 위한 일반적인 온도 측정 장치를 도시한 것이다.
도 2는 3선 배선형 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하기 위한 일반적인 온도 측정 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치가 4선 측온저항체와 연결된 경우의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치가 3선 측온저항체와 연결된 경우 연결 상태의 변화를 감지하는 것을 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치가 3선 측온저항체와 연결된 경우의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 모드 변경 과정을 도시하기 위한 흐름도이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치가 4선 측온저항체와 연결된 경우의 동작을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치(100)는 측온저항체(200)가 4선 배선인 경우, 각 선에 연결되기 위한 제1 연결 단자(101), 제2 연결 단자(102), 제3 연결 단자(103) 및 제4 연결 단자(104)와, 상기 연결 단자들 중 적어도 한 쌍의 단자와 연결되어 측온저항체(200)에 전류를 공급하기 위한 전류 공급부(150)와, 공급된 전류에 의해 발생하는 측온저항체(200) 양단 전압 증폭하기 위한 제1 전압증폭기(120), 제2 전압증폭기(141) 및 제3 전압증폭기(142)와, 증폭된 전압에 따라 전압차를 계측하는 전압차 계측부(130)와 계측된 전압에 대응하는 온도를 출력하는 온도 출력부(190)와, 연결 단자의 연결 상태를 감지하기 위한 감지 회로(110)와, 상기 감지된 연결 상태에 따라 연결 상태를 판단하여 운전 모드를 변경하기 위한 제어부(180) 및 제어부(180)의 제어에 의해 스위칭되어 운전 모드에 따라 전류 흐름을 변경하기 위한 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(170)를 포함하여 구성된다.

각 4개의 연결 단자는 제1 연결 단자(101), 제2 연결 단자(102), 제3 연결 단자(103) 및 제4 연결 단자(104)로 구성되어, 4선 측온저항체(200)의 각 선에 연결되도록 구성된다.

그리고, 온도 측정 장치(100)와 연결된 4선 측온저항체(200)의 1각 선에 의한 도선 저항은 4개의 내부저항으로 구분될 수 있다. 즉, 4선 측온저항체(200)는 측온저항체 소자(250), 제1 내부저항(201), 제2 내부저항(202), 제3 내부저항(203) 및 제4 내부저항(204)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 감지 회로(110)는 예를 들어 풀 다운 회로 또는 풀 업 회로로 구성되어 4선 측온저항체가 연결되었는지를 감지할 수 있다.

그리고, 4선 측온저항체가 연결된 경우, 제어부(180)는 제1 스위치(160)와 제2 스위치(170)를 4선 모드로 제어한다. 4선 모드의 경우 스위치 동작은 다음과 같다.

도 3과 같이 4선 모드인 경우 제1 스위치(160)는 제2 연결 단자(102)와 전류 공급부(150)를 연결하고, 제1 연결 단자(101)와 전류 공급부(150)를 분리한다. 그리고, 제2 스위치(170)는 제2 전압증폭기(141)와 전압차 계측부(130)를 연결하고, 제3 전압증폭기(142)와 전압체 계측부(130)는 분리하게 된다. 이와 같이 스위칭된 경우, 전류 흐름은 전류 공급부(150)로부터 제2 연결 단자(102)를 통해 전류가 흐르며, 측온저항체 소자(250)를 거쳐 다시 제3 연결 단자(103)를 통해 접지단으로 흐르게 된다. 그리고, 제1 연결 단자(101)와 제4 연결 단자(104)에는 각 전압 증폭기의 높은 임피던스로 인하여 전류가 흐르지는 않고, 측온저항체 소자(250)의 양단 전압이 그대로 걸리게 된다.

따라서, 제1 전압증폭기(120)와 제2 전압증폭기(141)는 인가된 각 전압을 증폭하여 전압차 계측부(130)로 입력하고, 전압차 계측부(130)는 증폭된 양단 전압의 차이를 계측하여 저항값을 계산하고, 온도 출력부(190)로 전송한다.

온도 출력부(190)는 전압차 계측부(130)에 의해 계산된 저항값을 온도-저항 특성 테이블을 참조하여 온도값으로 변환하고, 변환된 온도값을 외부로 출력한다.

도 3과 같이 4선 배선 측온저항체(200)가 연결된 경우 4선 모드로 동작하게 되면 전류 흐름에 따라 측온저항체(200)의 측온저항체 소자(250) 양단 전압이 발생하고, 이에 따라 온도를 측정할 수 있으며, 온도 계산에 있어 내부저항이 고려되지 않으므로 정확한 온도를 측정할 수 있다.

도 4는 4선 모드로 동작하는 중에 3선 배선 측온저항체(300)가 연결된 경우를 나타낸 도면이다.

반면 도 4와 같이 온도 측정 장치(100)가 4선 모드로 동작하는 중에 3선 배선 측온저항체(300)가 연결된 경우에는 제2 연결 단자(102)에는 선을 연결하지 않는다. 이 경우, 전류 공급부(150)와 제1 스위치(160)에 의해 흐르던 전류는 제2 연결 단자(102)가 오픈(OPEN) 상태가 되어 전류가 흐르지 못하게 된다. 또한, 제1 연결 단자(101)와 연결된 감지 회로(110)가 풀 다운 회로인 경우에는 제1 전압증폭기(120)에 음전압(-)이 걸리게 되며, 제2 전압증폭기(141)에는 영전위(접지전위)가 걸리게 되어 전압차 계측부(130)의 측정 전압차는 음전압이 된다.

따라서, 도 4와 같이 4선 모드 동작 중 3선 배선 측온저항체(300)가 연결된 경우, 감지 회로 또는 전압차 계측부(130)에 의해 연결 상태의 변화 또는 변경을 감지할 수 있게 된다. 즉, 제2 연결 단자(102)로의 전류 공급 중단으로 감지 회로가 동작하거나, 감지 회로에 의해 전압차 계측부(130) 측정 전압차의 극성이 변경되는 경우 연결 상태가 변경되었음을 감지할 수 있다.

한편, 도 4와 같이 연결되면 온도 측정이 불가하므로, 제어부(180)는 스위치를 제어하여 3선 모드로 변경하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 사용자의 설정에 따라 측온저항체를 연결하기 이전에도 3선 또는 4선 모드로 동작하도록 제어할 수 있음은 물론이며, 별도의 배선 확인 모드를 설정하여, 전류 공급 이전에 연결 상태만을 미리 감지하고 3선 배선인지 4선 배선인지를 판단할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치가 3선 측온저항체와 연결된 경우의 3선 모드로 동작하는 것을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치는 3선 측온저항체(300)가 연결된 경우, 제어부(180)의 제어에 의해 스위칭되어 3선 모드로 변경 동작할 수 있다.

각 구성요소의 설명은 도 3 및 도 4에서 상술한 바와 같으나, 본 실시예의 경우에는 제어부(180)의 3선 모드 변경에 의해 제1 스위치(160)와 제2 스위치(170)가 도3 및 도 4에서와 다른 방향으로 스위칭되는 점이 차이가 있다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1 스위치(160)는 제1 연결 단자(101)와 전류 공급부(150)를 연결하고, 제2 연결 단자(102)와 전류 공급부(150)는 분리한다.

그리고, 제2 스위치(170)는 제2 전압증폭기(141)와 전압차 계측부(130)를 분리하고, 제3 전압증폭기(142)와 전압차 계측부(130)를 연결한다. 여기서, 제3 전압증폭기(142)의 증폭율은 제2 전압증폭기(141)의 증폭율의 2배일 수 있다. 이와 같은 증폭율의 차이에 의해 상술한 측정 오차가 제거될 수 있으며 상세한 내용은 후술하도록 한다.

도 5와 같이 3선 모드로 동작하는 경우, 전류의 흐름은 전류 공급부(150)로부터 출발하여 제1 스위치(160)를 거쳐 제1 입력 단자(101)로 흐르게 된다. 제1 입력 단자(101)는 3선 측온저항체(300)의 도선 저항 중 하나인 제1 내부 저항(301)과 연결되고, 전류는 그 경로를 통해 측온저항체 소자(350)로 입력된다. 측온저항체 소자(350)를 통과한 전류를 제2 내부 저항(302)을 거쳐 제3 입력 단자(103)를 통해 접지단으로 흐르게 된다.

도 5와 같은 구성상에서 흐르는 전류에 의해 전압차 계측부(130)가 계측하는 전압차는 다음과 같이 계산될 수 있다.

먼저, 제1 전압증폭기(120)의 전압을 V(120)이라 하면, V(120)은 하기의 수학식 4와 같다.

여기서, i는 전류의 크기, r은 내부 저항, RTD는 3선 측온저항체 소자(350)의 저항값을 나타낸다.

그리고, 제3 전압증폭기(142)의 출력 전압을 V(142)라 하면, 이에 대한 식은 하기의 수학식 5와 같다.

V(142)가 수학식 5와 같은 이유는 측온저항체(300)와 연결된 제3 내부 저항(303)에는 제3 전압증폭기(142)의 높은 임피던스로 인해 전류가 흐르지 못하므로, 전압강하가 없기 때문이다.

한편, 전압차 계측부(130)에서 계측되는 전압차는 수학식 4와 수학식 5에 의해서 하기와 같이 계산된다.

따라서, 수학식 6과 같이 전압차 계측부(130)에서 계측되는 전압차를 전류 공급부(150)의 입력 전류값 i로 나누게 되면, 측온저항체 소자(350)의 저항값 RTD를 오차 없이 정확하게 구할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 온도 측정 장치에 따르면, 연결 상태에 따라 3선 또는 4선 모드를 감지하여 측온저항체의 종류와 배선에 맞게 운전 모드를 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 3선 모드에서도 온도 측정 오차를 제거함으로써 측온저항체의 내부 저항 영향 없이 정확한 온도를 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 모드 변경 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 먼저 감지 회로(110) 또는 제어부(180)는 각 연결 단자의 전압 또는 전류 상태에 기초하여 연결 상태를 감지한다(S100). 도 6에서는 연결 상태를 기본적으로 4선 측온저항체(200)가 연결되어 있는 상태로 가정하고 있다. 따라서, 제어부(180)는 감지 결과에 따라 4선 모드로 온도 감지 장치의 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(170)를 동작시킨다.

이후, 상술한 바와 마찬가지로 각 연결 단자의 전압 전류 상태에 기초하여 연결 상태가 변경되었는지 확인한다(S110). 또한, 연결 상태가 변경된 경우가 아니라 하더라도, 사용자 설정 등에 의해 배선 확인 모드로 동작하는 경우, 현재 연결 상태에 변화가 있는지를 재확인 하는 것이 가능하다.

그리고, 연결 상태가 변경되지 않은 경우에는 4선 모드 그대로 동작하게 된다.

그러나, 연결 상태가 변경되었다고 판단되는 경우에는 전압차 계측부(120)에서는 전압차를 계측하고(S120), 계측된 전압차의 전압 극성이 음전압을 갖는지 여부를 판단한다(S130). 상술한 바와 같이, 음전압을 갖는 경우에는 도 4와 같은 상태이므로, 4선 모드 동작 중 3선 측온저항체(300)가 연결된 것임을 판단할 수 있다.

따라서, 전압 극성이 음전압이 아닌 경우에는 4선 모드를 그대로 유지할 수 있으나, 음전압인 경우에는 제어부(180)는 3선 모드로 변경하여 오류 없이 전압을 측정할 수 있도록 한다(S140).

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 측정 방법을 전체적으로 나타낸 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 먼저 측온저항체와 온도 측정 장치(100)를 연결한다(S200). 4선 모드의 경우, 온도 측정 장치(100)의 4개의 연결 단자에 각 대응되는 측온저항체의 도선을 연결하며, 3선 모드의 경우에는 온도 측정 장치(100)의 연결 단자 중 제1 연결 단자(101), 제3 연결 단자(103) 및 제4 연결 단자(104)에 각 대응되는 도선을 연결할 수있다.

이후, 제어부(180)는 감지 회로(110)를 통하여 연결 상태를 감지한다(S210). 감지 회로(110)가 감지한 결과에 의해 제어부(180)가 연결 상태를 감지하거나, 제어부(180) 자체에서 입출력 전류를 검출하여 연결 상태를 감지할 수도 있다. 또한 감지 회로(110)에서도 감지 결과를 출력할 수도 있다. 감지 회로(110)는 풀 다운 회로 또는 풀 업 회로로 구성되어 전류 또는 전압 입출력에 따라 다른 출력이 나오도록 구성될 수 있다.

그리고, 제어부(180)는 감지된 연결 상태에 따라 운전 모드를 판단한다. 4선 모드로 판단되는 경우에는 4선 모드에 대응되도록 제1 스위치(160)와 제2 스위치(170)의 동작을 제어한다(S230). 4선 모드의 경우, 스위치의 동작에 따라 전류는 제2 입력 단자(102)를 통해 측온저항체(200)를 통과하여 제3 입력 단자(103)로 흐르게 된다.

한편, 제어부(180)는 3선 모드로 판단되는 경우에는 3선 모드에 대응되도록 제1 스위치(160)와 제2 스위치(170)의 동작을 제어한다(S225). 3선 모드의 경우, 스위치의 동작에 따라 전류는 제1 입력 단자(102)를 통해 측온저항체(200)를 통과하여 제3 입력 단자(103)로 흐르게 된다.

이후, 상술한 바와 같은 전류 흐름이 이루어지도록 전류 공급부(150)는 정전류를 공급한다(S240). 공급되는 정전류의 크기는 측온저항체 규격에 맞는 허용 전류로서, 공업용 규정전류인 2mA, 5mA, 10mA중 어느 하나일 수 있다. 또한, 표준용 규정전류인 1mA일 수도 있다.

그리고, 제1 전압증폭기(120), 제2 전압증폭기(141) 또는 제3 전압증폭기(142)는 전류가 공급됨에 의해 발생하는 측온저항체의 양단 전압을 증폭하여 전압차 계측부(130)로 전달한다(S250).

이후, 전압차 계측부(260)는 전압차를 계측하여 온도 출력부(190)로 전달한다(S270). 전압차 계측부(260)는 계측된 전압차를 전류 공급값으로 나누어 측온저항체의 저항값을 도출할 수도 있다.

온도 출력부(190)는 전압차 계측부(260)에서 계측된 전압차 또는 저항값에 기초하여 측온저항체의 측온저항체 소자 온도-저항 테이블과 비교하고, 대응되는 온도값을 외부로 출력한다(S270).

이와 같은 온도 측정 방법에 의해, 측온저항체 연결 상태를 감지하여 이에 대응되는 운전 모드에 따라 온도를 측정할 수 있으며, 연결 상태가 변경되더라도 오차를 줄일 수 있는 온도 측정 방법을 제공할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 온도 측정 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

100: 온도 측정 장치 101: 제1 연결 단자
102: 제2 연결 단자 103: 제3 연결 단자
104: 제4 연결 단자 110: 감지 회로
120: 제1 전압증폭기 130: 전압차 계측부
141: 제2 전압증폭기 142: 제3 전압증폭기
150: 전류 공급부 160: 제1 스위치
170: 제2 스위치 180: 제어부
190: 온도 출력부 200: 4선 측온저항체
250: 4선 측온저항체 소자 300: 3선 측온저항체
350: 3선 측온저항체 소자

Claims (14)

1. 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치에 있어서,
   상기 측온저항체와 연결하기 위한 하나 이상의 연결단자;
   상기 연결단자 중 적어도 하나와 연결되고, 상기 측온저항체에 전류를 공급하기 위한 전류 공급부;
   상기 하나 이상의 연결단자 중 어느 하나와 연결되어 상기 측온저항체와의 연결 상태를 감지하기 위한 감지 회로;
   상기 감지된 연결 상태에 따라 상기 온도 측정 장치와 상기 측온저항체간의 전류 흐름을 변경하기 위해 스위칭되는 복수의 스위치; 및
   상기 전류 흐름에 의해 상기 측온저항체에 포함된 측온 저항 소자 양단에 발생하는 전압차를 계측하는 전압차 계측부를 포함하는 온도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전압차 계측부의 양단에 연결되고, 상기 측온저항체에 공급되는 전류에 의해 발생하는 전압을 증폭하기 위한 하나 이상의 전압증폭기를 더 포함하는 온도 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 스위치를 제어하기 위한 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 감지된 연결 상태에 따라 3선 모드 또는 4선 모드로 스위칭하도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 온도 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전압차 계측부로부터 계측된 전압차를 측정 온도로 변환하여 출력하는 온도 출력부를 더 포함하는 온도 측정 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 감지 회로는 풀 다운 회로를 포함하고, 상기 전압차 계측부의 양단 전압의 극성에 기초하여 상기 연결 상태를 감지하는 온도 측정 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 스위치는 상기 양단 전압의 극성에 따라 3선 모드 또는 4선 모드로 스위칭되는 온도 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전압차 계측부의 일단에 연결된 제1 스위치; 및
   상기 제1 스위치와 연결된 제1 전압증폭기와 제2 전압증폭기를 더 포함하고,
   상기 제2 전압증폭기의 증폭률은 상기 제1 전압증폭기의 증폭률의 2배인 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 스위치는 상기 감지된 연결 상태에 따라 제1 전압증폭기 또는 제2 전압증폭기와 상기 전압차 계측부가 연결되도록 스위칭되는 온도 측정 장치.
9. 온도 측정 장치가 측온저항체를 이용하여 온도를 측정하는 방법에 있어서,
   상기 측온저항체와 상기 온도 측정 장치를 연결하는 단계;
   상기 연결 상태에 따라 운전 모드를 판단하는 단계;
   상기 판단된 운전 모드에 따라 상기 온도 측정 장치 내부 회로에 포함된 복수의 스위치를 제어하는 단계;
   상기 연결된 측온저항체로 전류를 공급하는 단계; 및
   상기 공급된 전류에 의해 발생한 상기 측온저항체 양단의 전압차를 계측하는 단계를 포함하는 온도 측정 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 측온저항체 양단의 전압을 증폭하는 단계를 더 포함하는 온도 측정 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 측온저항체 일단의 전압의 증폭률은 상기 측온저항체 타단의 전압의 증폭률의 2배인 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
12. 제9항에 있어서,
    상기 운전 모드는 상기 측온저항체의 종류에 따른 3선 모드 또는 4선 모드인 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
13. 제9항에 있어서,
    상기 계측된 전압차를 변환하여 온도 값으로 출력하는 단계를 더 포함하는 온도 측정 방법.
14. 제9항에 있어서,
    상기 연결 상태에 따라 운전 모드를 판단하는 단계는
    전압차 계측부의 양단 전압의 극성에 기초하여 상기 연결 상태를 감지하는 단계; 및
    상기 연결 상태에 따라 3선 또는 4선 모드를 판단하는 단계를 포함하는 온도 측정 방법.

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