온도를 감지하는 센서

지난 호에는 ‘자동차 센서 따라잡기’ 그 첫 시간으로 센서의 종류와
원리에 대해 살펴보았다. 이번 호에는 온도를 감지하는 센서에 대해
알아본다

김민복 「자동차 전기 기술원」

● 자동차용 온도 센서의 종류

온도를 감지하는 센서를 크게 나누어 보면 측정하고자 하는 온도
부에 직접 센서를 접촉해 측정하는 접촉식 온도 센서와 주위에 열을
방사하는 곳에 직접 접촉하지 않고 일정 거리에서 온도를 감지하는 비접촉식
센서가 있다.

현재 자동차용으로 사용되는 온도 센서로는 가격이 저렴한 접촉식
센서가 대부분 이용되고 있고, 주로 온도 센서를 이용하는 곳은 쾌적한
실내 환경을 유지하기 위해 실내 온도 및 실외 온도를 감지하는 공조
시스템용 온도 센서와 엔진의 과열 상태나 엔진의 성능 향상을 목적으로
엔진 정보를 감지하는 엔진 매니지먼트 시스템용 온도 센서, 동력 전달의
성능 향상을 위해 사용되는 AT 시스템용, 4WD 시스템용 온도 센서 등이
있다.(그림 1, 2 참조)

이와 같은 시스템에 적용되는 자동차용 온도 센서를 종류별로 구분해
보면 <표 1>과 같이 물체의 자기 변태 현상을 이용해 온도의 특정
영역을 검출하는 센서와 서로 다른 이종의 금속 열팽창 계수를 이용한
바이메탈식 센서, 온도의 변화에 따라 물체의 고유 저항값이 변화하는
것을 이용한 서미스터 센서, 서로 다른 2종의 물체의 에너지 준위를
이용한 열전대식 센서로 구분 할 수 있다.

자기 변태 현상을 이용한 센서는 자성 재료로 우수한 페라이트라를
사용하는 것이 주종을 이루며, 사용 온도 범위는 그 종류에 따라 차이는
있지만 자동차용으로는 약 60℃에서 150℃의 것을 많이 사용한다. 바이메탈을
이용한 센서의 경우는 철과 콘스탄탄 및 크로멜을 사용한 센서로 그
사용 온도 범위는 약 300℃ 몰리므덴의 금속산화물에 초산염이나 탄산염을
혼합해 소결 시켜 만들고 있으며, 사용 소재에 따라 사용 온도의 범위를
폭 넓게 선택 할 수가 있고 내구성이 우수하다. 특히 가격이 저렴해
현재에는 자동차용 외에도 폭 넓게 사용되고 있는 센서이다.

열전대를 이용한 온도 검출 센서는 사용 온도 범위가 약 1000℃로
비교적 높아 자동차의 배기 부분과 같은 고열 부위의 측정에 적합하며,
사용 소재로는 크로멜이나 알루멜 등을 사용하고 있다.

● 자기 변태를 이용한 센서

① 리드 스위치의 구조와 원리

리드
스위치는 자석에 잘 흡인되는 강자성체로서, <그림 3>의 ①과
같이 강자성체의 리드는 탄성력을 갖고 있는 리드(reed) 2매를 작은
유리관 안에 넣고 리드에는 부식이 일어나지 않도록 유리관 안에는 불활성
가스를 봉입해 놓은 것으로 일종의 마그네틱 스위치이다.

리드 스위치의 동작 원리는 <그림 3>의 ③와 같이 리드 스위치
부근에 자석을 배치해 놓고 자석이 리드 스위치의 중심부에 위치 할
때 자석에 의한 자력선이 N극에서 S극으로 이동한다. 이때 리드(reed)를
통과한 자력선은 리드(reed)의 끝을 서로 다른 N극과 S극으로 자화가
되어 리드는 서로 흡인력이 작용하게 돼 리드의 접점은 ON상태가 된다.
자석을 <그림 3>의 ②와 같

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