열저항온도계는 도체나 반도체 재료의 저항값이 온도 변화에 따라 체계적으로 바뀌는 원리를 바탕으로 온도를 정확하게 측정하는 센서다.그 핵심은 재료의'저항-온도 특성'을 이용하여 저항이라는 전참량을 정밀하게 측정하여 간접적이고 정확하게 온도값을 확정하는 데 있다.

1. 핵심물리원리: 저항의 온도효과

그 작업의 초석은 물질의 저항률과 온도 사이의 고유한 관계이다.순도가 높은 금속 도체 (예: 백금, 구리) 의 경우, 그 효과적인 온도 측정 범위 내에서 저항률과 온도 사이에는 양호하고 반복 가능한 상관관계가 나타난다. 즉 온도가 높아지면 원자열 운동이 심해지고, 정방향으로 이동하는 전자에 대한 산란 작용이 강화되어 저항치가 규칙적으로 증가한다.이러한 변화 관계는 확실하고 교정 가능하며 저항을 측정하여 온도를 추산하는 것이 가능합니다.국제적인 통일과 정확성을 확보하기 위하여 관련 표준은 특정재료 (특히 백금) 의 저항-온도관계를 엄격히 규정하였다.

2. 온도측정메커니즘과 신호전환사슬

열저항의 전반 온도측정과정은 정밀한 신호전환과 처리사슬로서 구체적인 고리는 다음과 같다.

감온과 초급 전환: 감온 소자 (일반적으로 매우 가는 금속사로 절연 골격에 감겨 있거나 퇴적) 는 측정된 매체와 열교환을 진행하여 열균형을 이룬다.온도의 변화(T)는 직접적이고 선형적으로 감온소자 자체의 저항값에 대응하는 정확한 변화(R)를 일으킨다.이 단계는 열량 (온도) 에서 전기량 (저항) 으로 가장 중요한 1차 변환을 완료합니다.

정밀저항측정: 어떻게 이 미소한 저항변화를 정확하게 측정할것인가 하는것은 정밀도를 보장하는 핵심이다.일반적으로 휘스톤 브리지나 더 정밀한 측정 회로를 사용한다.열저항을 다리길을 측정하는 하나의 팔로 삼으면 그 저항값이 온도에 따라 변화할 때 다리의 균형을 파괴하고 저항변화량과 정비례하는 밀리볼트급 전압신호를 출력한다.원거리 전송 시 연결 도선 저항으로 인한 측정 오차를 극복하기 위해 일반적으로 3선제 또는 4선제접법을 채택하여 회로 설계에서 도선 저항의 영향을 효과적으로 보상하거나 제거한다.

신호 처리와 선형화: 브리지에서 출력되는 미약한 신호는 계기 증폭기를 통해 증폭해야 한다.그 후 실제 열 저항-온도 관계 곡선이 이상적인 직선이 아니기 때문에 내장된 마이크로프로세서나 전용 회로는 이를 선형화하여 전체 온도 측정 범위 내에서 출력 신호와 온도 값이 고도로 일치하는 선형 관계를 유지하도록 한다.

표준 신호 출력: 증폭, 선형화 및 온도 보상을 거친 신호는 최종적으로 산업 표준의 4-20mA 아날로그 전류 신호 또는 디지털 신호로 변환되어 원거리, 내간섭으로 디스플레이 계기, 레코더 또는 제어 시스템으로 전송되어 전체 온도에 대한 모니터링과 제어를 완료할 수 있다.

요약하자면, 열저항온도계는 그 감온소자를 통해 온도를 저항값으로 정확하게 변환하고, 다시 정밀한 전자측정과 처리회로를 거쳐 이 저항값을 최종적으로 원거리 전송과 제어가 가능한 표준화 신호로 변환하여 고정밀, 고안정성의 온도측정을 실현하며, 공업과정제어와 과학실험 등 분야에 널리 응용된다.