NTC 서미스터의 고유 정확도는 이를 판독하는 회로의 정확도에 달려 있습니다. 부정확한 판독값은 센서 자체보다는 최적이 아닌 회로 설계 및 교정에서 비롯되는 경우가 많습니다. 이 가이드에서는 견고한 회로를 설계하고 NTC에서 가장 정확한 온도 데이터를 추출하는 핵심 기술을 다룹니다.
1. 전압 분배기 마스터하기: 기초
NTC를 읽는 데 가장 일반적이고 효과적인 회로는 간단한 전압 분배기입니다.
회로: NTC 서미스터를 아래쪽(접지)에, 고정밀 기준 저항(R_ref)을 위쪽에 배치합니다. 출력 전압(V_out)은 두 저항의 접점에서 측정합니다.
원리: 온도가 변하면 NTC의 저항이 변하여 V_out에 상응하는 변화가 발생합니다. 마이크로컨트롤러의 ADC(아날로그-디지털 변환기)는 이 전압을 읽을 수 있습니다.
공식: V_out = V_supply * (R_NTC / (R_ref + R_NTC))
2. 기준 저항(R_ref) 값 최적화
R_ref의 선택은 해상도를 극대화하고 오류를 최소화하는 데 매우 중요합니다. 흔히 저지르는 실수 중 하나는 임의의 값을 사용하는 것입니다.
목표: 관심 있는 온도 범위의 중간 지점 에서 NTC 저항과 동일한 R_ref 값을 선택합니다.
왜 그럴까요? 이렇게 하면 전체 범위에서 전압 스윙의 균형을 맞춰 가장 중요한 측정 지점을 중심으로 최상의 ADC 분해능과 선형성을 얻을 수 있습니다.
3. 자체 가열 오류 최소화
NTC에 흐르는 전류는 NTC 자체의 열을 발생시키며, 이는 오류의 주요 원인입니다. 이는 데이터시트의 손실 상수(δ) 로 정의됩니다.
해결 방법: 더 높은 공급 전압과 더 큰 R_ref 또는 더 낮은 NTC R25 값을 사용하여 센서에 흐르는 전류를 크게 줄입니다. 소모 전력은 P = V² / R입니다. 전류가 적을수록 자체 발열이 적어 주변 온도를 더 정확하게 측정할 수 있습니다.
4. 정밀 여기 및 ADC 참조 활용
판독 결과의 정확성은 전적으로 기준점의 안정성에 달려 있습니다.
조정된 전원 공급 장치를 사용하세요. 깨끗하고 안정적인 전압 조정기를 사용하여 전압 분배기에 전원을 공급하세요. 전원 레일의 노이즈는 측정값의 노이즈로 직접 변환됩니다.
ADC의 외부 레퍼런스를 사용하세요. 마이크로컨트롤러의 ADC에는 노이즈가 많은 내부 전압 레퍼런스를 사용하지 마세요. 대신 고정밀 외부 전압 레퍼런스 IC를 사용하세요. 이렇게 하면 V_out 측정에 사용하는 "룰러"가 완벽하게 안정됩니다.
5. 교정을 통한 비선형성 극복
NTC의 응답은 매우 비선형적입니다. 전체 범위에 단일 베타(β) 값을 사용하지 마세요.
최상의 방법: 슈타인하트-하트 방정식: 높은 정밀도를 위해 펌웨어에서 슈타인하트-하트 방정식을 사용하세요. 이 방정식은 세 가지 계수(A, B, C)를 사용하여 저항으로부터 매우 정확하게 온도를 계산합니다. 이러한 계수는 센서 데이터시트에 종종 제공됩니다.
실용적인 방법: 조회 테이블(LUT): 많은 애플리케이션에서 ADC 값을 온도에 직접 매핑하는 조회 테이블을 만드는 것은 매우 효과적입니다. 여러 개의 알려진 온도에서 정밀한 측정을 수행하고 코드에서 지점 간 보간을 수행합니다.
6. 필터링을 잊지 마세요
실제 환경은 소음이 많습니다. 간단한 소프트웨어 필터만으로도 놀라운 효과를 얻을 수 있습니다.
평균화 구현: 여러 ADC 샘플을 빠르게 연속해서 수집하여 평균화합니다. 이 간단한 기법으로 상당한 양의 무작위 잡음을 제거할 수 있습니다.
결론
정확한 NTC 온도 감지는 달성 가능한 목표입니다. 잘 설계된 전압 분배기에 집중하고, 부품 값을 최적화하고, 자가 발열을 완화하고, 안정적인 레퍼런스를 사용하고, 적절한 교정을 적용하면 부정확한 측정값과 영원히 작별할 수 있습니다. 이러한 핵심 기술을 통해 시스템의 온도 데이터가 신뢰할 수 있고 정밀하게 유지됩니다.
