온습도 센서란?
온습도 센서는 온도와 습도를 측정하는 기기입니다.
온도 센서와 습도 센서로 구성되어 있으며, 하나의 장치로 온도와 습도 두 가지 항목을 측정할 수 있어 설치가 간편하고 설치 공간도 필요하지 않습니다.
온습도 센서의 사용 용도
온습도 센서는 온도 및 습도를 측정하기 위해 사용되는 것으로, 예를 들어 다음과 같은 분야에서 사용됩니다.
- 외부 온도 및 습도 측정
- 에어컨, 히터 등 공조기기의 센서
- 자동차의 엔진을 관리하는 센서
- 스마트폰, 컴퓨터 등의 센서
- 산업용 검사
온습도 센서의 원리
온습도 센서는 온도 센서와 습도 센서로 구성되어 있습니다. 온도 센서는 크게 온도계 저항체(RTD), 선형 저항기, 서미스터의 세 가지로 구분되며, 습도 센서는 저항 변화형과 정전 용량 변화형의 두 가지로 나뉩니다. 아래에 순서대로 설명하겠습니다.
1. 온도 센서
온도 저항체(RTD)
온도 센서의 일종인 RTD는 전기 저항값을 측정하여 온도를 알 수 있는 방식입니다. 백금, 니켈, 구리 등의 금속이나 금속 산화물, 반도체의 전기저항이 온도 상승에 따라 올라가는 성질을 이용하여 전기저항 값을 측정함으로써 온도를 측정합니다.
선형 저항기
선형저항체는 니켈 니켈이나 팔라듐 합금을 사용한 온도계 저항체로, 온도와 저항이 거의 일직선으로 증가하는 특성을 이용합니다. 백금 등을 이용한 온도 측정 저항체만큼 정확도는 높지 않습니다.
서미스터
서미스터는 온도에 따라 저항값이 변화하는 소자입니다. 이를 이용한 온도 센서에서는 소자의 온도와 저항의 상관관계를 이용하여 온도를 측정합니다. 서미스터는 온도 상승에 따라 저항이 높아지는 PTC 서미스터(양특성)와 온도 상승에 따라 저항이 낮아지는 NTC 서미스터(음특성)의 두 가지 종류가 있습니다.
PCT 서미스터는 특정 온도에서 저항이 급상승하는 것이 특징이며, 반도체가 열폭주할 때 과전류 보호용 등에 적합합니다. 반면 NCT 서미스터는 상온에서의 저항값이 높고, 온도 상승에 따른 저항값 변화가 큰 특성을 가지고 있습니다. 따라서 온도에서의 회로 보호 등이 일반적인 사용 방법입니다. 참고로 보통 서미스터라고 하면 NCT 서미스터를 말합니다.
2. 습도 센서
저항 변화형
저항 변화형 온도 센서는 저항값의 변화로 습도를 유도하는 센서입니다. 센서에 내장된 빗살형 회로의 빗살 사이를 고분자로 이루어진 감습막으로 연결한 구조를 가지고 있는 것이 특징입니다.
습도가 상승하여 감습막이 흡습하면 감습막 내의 이동이온이 증가하여 감습막의 저항값이 낮아지고, 반대로 습도가 낮아지면 저항값이 높아지는 것을 이용하고 있습니다. 즉, 저항변화형 온도센서에서는 저항값의 변화로부터 습도를 도출합니다.
정전 용량형
정전 용량형 온도 센서는 정전 용량의 변화를 습도로 환산하는 방식의 센서로, 두 개의 전극으로 고분자로 이루어진 감습막을 끼워 넣은 구조가 특징입니다. 습도가 높아지면 감습막 내 이동이온이 증가해 전극 사이의 정전 용량이 증가합니다.
반면, 습도가 낮아지면 감습막의 이동이온이 줄어들기 때문에 전극 간 정전 용량이 감소한다. 즉, 정전 용량형 온도 센서는 정전 용량의 변화를 습도로 환산하는 방식입니다.
온습도 센서의 종류
온습도 센서는 형태에 따라 분류하기도 하는데, IC칩에 내장된 IC형 온습도 센서와 IoT(Internet of Things)에 활용되는 무선형 온습도 센서 등이 있습니다.
1. IC형 온습도 센서
IC형 온습도 센서는 센서 소자와 A/D 변환 등의 계측 회로가 집적되어 하나의 칩으로 구성된 구성입니다. 센서 소자 단품을 각각 사용할 경우 용도에 따라 주변 회로 설계가 필요하여 시간과 비용이 많이 소요됩니다.
하지만 일체형 IC 타입 온습도 센서는 이러한 번거로움이 없어 간편하게 사용할 수 있습니다. 또한, 기판에 실장할 때 필요한 실장 면적을 줄일 수 있어 소형화, 저소비전력, 저비용을 실현할 수 있습니다.
2. 무선 온습도 센서
최근 들어 컴퓨터나 스마트폰뿐만 아니라 다양한 기기들이 인터넷에 접속하여 연동할 수 있게 되었다. 이른바 IoT(Internet of Things)라고 불리는 기술로 사물 간 정보 교환, 원격 조작, 데이터 수집 등이 가능해지면서 다양한 서비스에 활용되고 있습니다.
특히 원격으로 물건의 상태를 모니터링하고, 이상 징후를 감지하는 등의 서비스나 시스템에서 센서의 역할은 매우 중요하다. 그래서 IoT 센서라고 불리는 와이파이, 블루투스 등 무선 통신 수단으로 데이터를 전송하는 센서가 등장하고 있습니다.
무선 온습도 센서도 그 중 하나로, 무선 온습도 센서를 활용하면 원격지의 온습도 확인 및 모니터링 시스템을 구축할 수 있다. 구체적으로 데이터센터, 제조라인, 냉방설비, 창고, 비닐하우스 등 상시 사람이 없는 곳이나 보이지 않는 곳의 온습도 관리 및 이상 감지 등에 활용되고 있습니다.
또한, 응용 사례로 창문이나 문 개폐 감지, 사람이나 동물의 움직임을 감지하는 센서, 가전제품과 연계한 홈 보안 서비스, 노약자 돌봄 서비스 등 다양한 용도와 장면에서 활용되고 있습니다.