먼저 알아둘 용어
NTC(Negative Temperature Coefficient)·R-T 표 — NTC는 온도가 올라갈수록 저항이 내려가는 온도 센서(sensor)입니다. R-T 표는 해당 센서의 저항과 온도 관계를 나타내며 같은 25°C 정격 저항이라도 곡선이 같다고 가정하지 않습니다.
선형화·기하평균·외삽 — 선형화는 관심 구간에서 출력과 온도의 관계를 직선에 가깝게 만드는 작업입니다. 두 저항의 기하평균은 두 값의 곱에 제곱근을 취한 값입니다. 외삽은 검증 구간 밖까지 관계식을 늘려 쓰는 것입니다.
자가 발열·열 정착·Vref — 자가 발열은 측정 전류가 센서 자체의 온도를 올리는 현상입니다. 열 정착은 센서와 측정 대상이 충분히 안정된 상태이며 Vref는 출력 영점을 조정하는 기준 전압입니다.
작동 원리
NTC를 고정 저항과 분압하면 온도에 대한 전압 곡선을 제한된 범위에서 완만하게 만들 수 있습니다. 이후 이득과 오프셋(offset)으로 ADC(Analog-to-Digital Converter) 범위를 넓게 사용합니다. 핵심은 전체 온도 영역의 직선성이 아니라 실제 관심 구간에서의 오차와 감도를 정하는 것입니다.
적용 순서
- 센서의 R-T 표에서 관심 구간 두 끝점의 저항을 찾습니다. 이 예의 두 저항의 기하평균은 약 1.359 kΩ이며 표준값 1.37 kΩ을 선택합니다.
- 3.3 V → NTC → 분압 노드(node) → 1.37 kΩ → GND(Ground)의 연결을 가정합니다. 분압 노드 전압은 3.3×1.37 kΩ/(NTC 저항+1.37 kΩ)입니다. NTC가 25°C에서 2.252 kΩ, 50°C에서 819.7 Ω이면 각각 약 1.248 V와 2.065 V입니다.
이 노드를 비반전 입력에 넣고, 출력에서 반전 입력까지 2.87 kΩ, 반전 입력에서 낮은 임피던스(impedance)의 기준 Vref까지 1 kΩ을 둔 관계에서는 Vo=3.87×분압 전압−2.87×Vref입니다. Vo는 출력 전압입니다. Vref를 약 1.659 V로 두어 출력의 중심을 조정합니다.
- 표준 저항값으로 다시 계산합니다. 이상적인 목표 0.05~3.25 V를 정했더라도 이 저항비와 기준을 적용한 출력 계산은 약 0.07~3.23 V입니다. 반올림과 저항·기준의 오차를 함께 고려합니다. 목표 범위와 실제 부품값의 계산 범위를 구분합니다.
- 기준 온도점과 중간점에서 충분히 안정시킨 뒤 출력 오차를 기록합니다. 단순 두 점 보정 뒤에도 중간 구간 비선형 오차를 확인합니다.
적용 조건과 한계
선형화 후에도 센서 자체 오차와 자가 발열, 접촉 상태, 온도가 전달되는 데 걸리는 시간, 기준 전압 오차는 남을 수 있습니다. 분압으로 만든 Vref의 출력 저항이 피드백(feedback)망에 더해지면 이득도 바뀔 수 있습니다. 검증한 온도 구간 밖에서도 같은 직선 관계가 성립한다고 가정해 계산하지 않습니다.
확인과 기록
25°C와 50°C만 맞고 중간값이 틀리면 선형화 오차를 확인합니다. 온도가 변할 때만 오차가 커지면 열적 정착과 자가 발열 조건을 분리해서 봅니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
