제 4 장 센서 위덕대학교 에너지전기공학부 이 수 형

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 2 4 절. 기타 물리량 센서 물리적인 양 자체를 측정하여 표시하는 센서 물리적인 양 자체를 측정하여 표시하는 센서 온도센서 온도센서 – 용도 가전제품 ( 보온 밥솥, 에어컨, 냉장고, 전자레인지 ) 가전제품 ( 보온 밥솥, 에어컨, 냉장고, 전자레인지 ) 자동차 ( 라지에이터 수온측정, 실내온도 측정 ) 자동차 ( 라지에이터 수온측정, 실내온도 측정 ) 산업용 ( 기체, 액체 등의 온도 ) 산업용 ( 기체, 액체 등의 온도 ) – 측정 대상 기체, 액체, 고체, 플라즈마, 생체 기체, 액체, 고체, 플라즈마, 생체 미생물, 시스템, 주변환경, 지구 및 천체 미생물, 시스템, 주변환경, 지구 및 천체 – 요구되는 특성 열저항이 적고, 프로브와 소자의 열접촉성이 좋을것 열저항이 적고, 프로브와 소자의 열접촉성이 좋을것 검출단에서 열방사가 없을것 검출단에서 열방사가 없을것 열용량이 적고 소자에 열을 빨리 전달 열용량이 적고 소자에 열을 빨리 전달 피측정체에 외란으로 작용하지 않을것 피측정체에 외란으로 작용하지 않을것

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 3 열전쌍 (Thermocouple) 열전쌍 (Thermocouple) – 서로 다른 두 종류의 금속의 양끝을 접합하고 온도차부여 금속 고유의 페르미 준위 및 자유전자 밀도에 따라 열기전력 발생 ( 제베크 효과 ) – 금속의 형상, 치수, 도중의 온도변화는 영향이 없음 –-200 도 ~ 1400 도까지 측정 가능

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 4 서미스터 (Thermistor) 서미스터 (Thermistor) – 온도에 민감한 저항체 (thermally sensitive resistor) –Mo, Ni, Co 등의 산화물 ( 반도체 ) 를 사용 – 단순 서미스터 : NTC 형 –PTC, CTR : 특정온도 검출용

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 5 측온 저항계 측온 저항계 – 도체의 전기저항 : 거의 온도에 비례하여 증가 – 도체의 순도가 높을수록 온도계수가 큼 – 조건 저항 온도계수가 클 것 저항 온도계수가 클 것 온도 - 저항 특성이 직석적일 것 온도 - 저항 특성이 직석적일 것 온도범위가 넓고 제작이 용이하며 저렴할 것 온도범위가 넓고 제작이 용이하며 저렴할 것 가공이 용이할 것 가공이 용이할 것 열적, 화학적, 기계적으로 안정 경시변화가 적을 것 열적, 화학적, 기계적으로 안정 경시변화가 적을 것 – 저항체 : 백금, 구리, 니켈

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 6 적외선 센서 적외선 센서 – 적외선 : 모든 물체가 온도에 따라 방출하는 전자파 예 ] 인간 : 36~37[ºC] – 동작원리에 따른 구분 열형 : 적외선을 흡수하여 물질의 온도 변화 파이로센서, 서모파일, 서미스터 감온이 낮고 응답이 늦다 열형 : 적외선을 흡수하여 물질의 온도 변화 파이로센서, 서모파일, 서미스터 감온이 낮고 응답이 늦다 양자형 반도체 이동간 에너지 흡수차 이용하는 광도전 효과 P-N 접합에 의한 광기전력 효과 : 광량자의 직접 감지 고감도 응답속도 빠름 양자형 반도체 이동간 에너지 흡수차 이용하는 광도전 효과 P-N 접합에 의한 광기전력 효과 : 광량자의 직접 감지 고감도 응답속도 빠름

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 7 2. 압력센서 압력 : 물질이 인접하는 각 부분에 서로 미치는 힘의 크기 압력의 측정 : 힘, 무게 측정 압력 : 물질이 인접하는 각 부분에 서로 미치는 힘의 크기 압력의 측정 : 힘, 무게 측정 기계적 요소 ( 감압요소 ) : 다이어프램, 캡슐, 벨로스 물성적 요소 : 저항선, 수정소자 기계적 요소 ( 감압요소 ) : 다이어프램, 캡슐, 벨로스 물성적 요소 : 저항선, 수정소자 2 차 변환 ( 전기신호 발생용 ) : 저항식, 광학식, 전자유도식 2 차 변환 ( 전기신호 발생용 ) : 저항식, 광학식, 전자유도식

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 8 스트레인 게이지 스트레인 게이지 – 금속체를 잡아당기면 길이는 늘어나고 지름이 가늘어진다. → 저항 증가 – 응력, 힘, 변형, 압력, 변위 등의 측정 – 전기량의 측정 : 브리지회로의 1 변 또는 2 변을 변화 로드 셀 ( 전자저울에 사용 ) 로드 셀 ( 전자저울에 사용 ) – 스트레인 게이지 이용중 중량센서에서 이용 – 수 [g] ~ 수백 [ton] 측정 – 간단한 구조 – 높은 정밀도 (1/1000~1/5000) – 반영구적 수명 – 출력이 전기신호 ( 아날로그, 디지털 자유 )

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 9 3. 변위센서 변위 : 위치, 길이, 각도, 변형 등의 정보 변위 : 위치, 길이, 각도, 변형 등의 정보 변위 센서의 고려사항 변위 센서의 고려사항 – 기준점 등의 정기적인 교정 필요 – 온도 변화에 따른 변화 – 임에 의한 변위량 증가형 증가형 – 분할 x 회수 = 전체 길이 – 측정 결과 = 기준 단위의 정수배 절대형 절대형 – 직접 거리를 계측 – 디지털 출력의 변의센서 → 4 개의 센서 : 16 개의 조합

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 자기센서 자계를 이용한 센서 : 홀 소자, 홀 IC, 자기저항 소자 자계를 이용한 센서 : 홀 소자, 홀 IC, 자기저항 소자 홀 소자 홀 소자 – 자속계, 전류계, 회전계, 속도계에 사용 – 홀 효과 : 입력에 전류, 자속 인가 → 홀 전압 발생

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 11 자기저항 소자 자기저항 소자 – 수도 미터에 사용 – 자기저항 효과 : 자계가 가해질 때 홀 효과에 의하여 전류의 경로가 길어짐 → 저항 증가

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 12 자기저항 소자의 특징 자기저항 소자의 특징 –2 단자 소자 – 저 임피던스 ( 수백  ) – 높은 저항 변화율 –10[kg] 이상 가능 – 저잡음 비접촉식의 각도 측정 비접촉식의 각도 측정 – 영구자석 이동식 – 자기저항 소자 이동식

Division of Energy & Electrical Engineering, Uiduk Univ. 4장. 센서 초음파센서 음파 : 매질의 진동으로 전달 가청 주파수 : 20[Hz] ~ 20[kHz] 음파 : 매질의 진동으로 전달 가청 주파수 : 20[Hz] ~ 20[kHz] 초음파 : 20 kHz 이상의 주파수 초음파 : 20 kHz 이상의 주파수 – 거리측정 : 30~300[kHz] 장점 장점 – 다양한 물체 검출 – 환경의 영향이 없음 – 옥외에 설치 가능 단점 단점 – 물체 표면에 경사가 있으면 곤란 – 낮은 스위칭 주파수 (125Hz 이내 ) – 광센서에 비해 고가 (2 배 정도 )