52. 온도 측정

1. 온도 측정 센서의 종류

    온도 센서는 원리와 측정 방식에 따라 여러 가지 종류가 있으며, 대표적인 방식은 다음과 같습니다.

 

1) NTC 서미스터 (Negative Temperature Coefficient Thermistor)

-원리 

NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient Thermistor)는 온도가 상승하면 저항값이 감소하는 특성을 가진 반도체 기반의 온도 센서입니다.

저항 변화가 크기 때문에 작은 온도 변화도 감지할 수 있어 높은 감도를 제공합니다.

저항과 온도의 관계는 비선형적이므로 보정이 필요합니다.

 

- 특징

온도 변화에 빠르게 반응.

저가형이며 가전제품 및 배터리 보호 회로에서 많이 사용됨.

온도 범위: -50°C ~ 150°C (일반적인 NTC)

 

- 적용 분야

배터리 온도 모니터링.

자동차 및 가전제품의 온도 감지.

냉장고 및 히터 시스템.

 

 

2) 열전대(Thermocouple, TC)

- 원리

서로 다른 두 금속을 연결하면 접합점에서 온도 차이에 의해 기전력이 발생하는 원리(제벡 효과)를 이용한 센서입니다.

전압(기전력)은 온도에 따라 변하며, 이를 측정하여 온도를 계산합니다.

 

- 특징

높은 온도(최대 2000°C)까지 측정 가능.

반응 속도가 빠르며 내구성이 뛰어남.

출력 전압이 매우 낮아(수십 μV/°C) 증폭기와 기준 전압 보정이 필요.

 

- 열전대의 종류

열전대 유형	온도 범위	주요 특징
K형	-200°C ~ 1250°C	일반적으로 사용되며 내구성이 뛰어남
J형	-40°C ~ 750°C	낮은 온도 범위에서 안정적
T형	-200°C ~ 350°C	저온 측정에 적합
E형	-40°C ~ 900°C	감도가 높음
R/S형	0°C ~ 1600°C	고온에서 매우 안정적

- 적용 분야

  산업용 고온 장비.

  용광로 및 보일러 온도 측정.

  가스 터빈 및 엔진 온도 모니터링.

 

 

3) RTD (Resistance Temperature Detector) - PT100, PT1000

- 원리

RTD(저항 온도 감지기)는 금속의 저항이 온도에 따라 변하는 특성을 이용한 온도 센서입니다.

백금(Platinum) 기반의 RTD는 선형성이 우수하고 정밀도가 높습니다.

 

- PT100 vs. PT1000

센서 종류	저항값 (0°C)	특징
PT100	100Ω	일반적으로 사용되며 높은 정확도
PT1000	1000Ω	저항값이 높아 전류에 의한 발열이 적음

 

- 특징

높은 정밀도 (0.1°C 이내).

온도 범위: -200°C ~ 850°C.

반응 속도가 상대적으로 느림.

전력 소비가 많아 저전력 시스템에는 적합하지 않음.

 

- 적용 분야

산업용 정밀 온도 측정.

연구소 및 의료기기.

화학 공정 및 환경 모니터링.

 

 

4) IC 기반 온도 센서

- 원리

반도체 내부의 트랜지스터를 이용해 온도를 측정하는 방식.

I2C, SPI, Analog 등의 인터페이스를 통해 데이터를 읽을 수 있음.

대표적인 IC 온도 센서

센서	인터페이스	특징
LM35	Analog	10mV/°C의 선형 출력
TMP36	Analog	저전력, -40°C ~ 125°C
DS18B20	1-Wire	방수형 옵션, 디지털 출력
TMP102	I2C	저전력, 높은 정확도

 

- 특징

아날로그 및 디지털 방식 지원.

작은 크기, 저전력 소비.

별도의 증폭기 없이도 사용 가능.

 

- 적용 분야

IoT 온도 센서.

웨어러블 디바이스.

냉장고 및 스마트 홈 자동화.

 

2. 아두이노를 이용한 온도 측정 예제

아두이노에서 가장 많이 사용하는 온도 센서는 NTC 서미스터, DS18B20(디지털 센서)입니다.

두 가지 예제를 소개하겠습니다.

1) NTC 서미스터를 이용한 온도 측정 (아날로그 방식)

연결 방법

서미스터 핀아두이노 핀

한쪽 핀	아두이노 A0
다른 핀	10kΩ 저항을 통해 GND 연결

코드

 

#define THERMISTORPIN A0  // NTC 서미스터 연결 핀

#define SERIESRESISTOR 10000  // 시리즈 저항 (10kΩ)

 

void setup() {

  Serial.begin(9600);

}

 

void loop() {

  int analogValue = analogRead(THERMISTORPIN);

  float resistance = (1023.0 / analogValue - 1.0) * SERIESRESISTOR;

  float temperature = 1.0 / (0.001129148 + (0.000234125 * log(resistance)) + (0.0000000876741 * pow(log(resistance), 3))) - 273.15;

 

  Serial.print("Temperature: ");

  Serial.print(temperature);

  Serial.println(" °C");

 

  delay(1000);

}

2) DS18B20 (디지털 방식)

연결 방법

DS18B20 핀아두이노 핀

VCC	5V
GND	GND
DQ	아두이노 2번 핀 (4.7kΩ 풀업 저항 연결)

코드

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 2
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  sensors.begin();
}

void loop() {
  sensors.requestTemperatures();
  float temperatureC = sensors.getTempCByIndex(0);
  
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureC);
  Serial.println(" °C");
  
  delay(1000);
}

 

 

3. 결론

온도 센서는 다양한 방식으로 구현되며, 측정 정확도와 응답 속도, 비용 등을 고려하여 적절한 센서를 선택해야 합니다. NTC 서미스터, 열전대(TC), RTD(PT100, PT1000), IC 센서는 각각의 장점과 한계를 가지며, 환경에 따라 적절한 방식이 적용됩니다.

아두이노를 이용한 온도 측정은 비교적 쉬우며, 다양한 프로젝트에서 활용될 수 있습니다. 특히 IoT, 산업 자동화, 스마트 홈, 의료 기기에서 온도 센서는 필수적인 요소이며, 올바른 센서 선택과 회로 설계를 통해 더욱 정밀한 측정이 가능합니다.