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수경재배용 전기전도도 및 pH 전극 온도 보상 회로 설계
한희조 ( Hee-jo Han ),조우재 ( Woo-jae Cho ),권준기 ( Jun-ki Gwon ),김학진 ( Hak-jin Kim ),정대현 ( Dae-hyun Jung ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
수경재배에서 작물에게 관수되는 양액은 pH와 EC (Electrical Conductivity, 전기전도도)를 기반으로 제어가 이루어진다. 양액의 온도가 바뀌게되면 양액 내 이온의 활성도가 변화게 되어 측정된 pH와 EC 값이 자동 제어기반의 관수 시스템의 오차로 작용하여 잘못된 EC, pH 값을 가진 양액의 조성을 야기 할 수 있다. 본 연구에서는 최종적으로 온도 보상이 가능한 pH/EC 측정시스템을 개발하기 위하여 온도에 의해 영향을 받은 양액 센서 신호를 기준온도(25°C)에서의 신호 값으로 보정 유지 할 수 있는 회로와 관련 알고리즘을 개발하여 그 효과를 실험적으로 구명하고자 하였다. 온도측정은 기존 상용시스템과 같이 NTC(Negative Temperature Coefficient) 써미스터를 이용하였다. EC, pH 센서의 온도영향 반응성은 양액 농도범위인 EC 0.5~2.5 ds/m이고, pH 5.0~7.0에 대해 각각 5개씩 용액을 제작하여 농도 범위에서 양액 센서의 온도 반응 특성 곡선을 구하였다. 이때 나타난 온도 반응 특성에 맞추어 NTC 기반의 OP amp 회로를 설계하고 이에 대한 전달함수를 기반으로 온도 보상회로의 증가 값을 결정하는 저항 소자들에 대해 각각 100Ω 단위로 저항값을 변화시키면서 각 용액의 농도별로 보상 후의 신호 값과 기준온도에서의 신호 값의 차이의 평균제곱근편차(RMSD)를 구하였다. 전체 용액 구간에서 가장 낮은 RMSD를 갖는 저항소자를 결정하는 연산식을 구성한 뒤 이를 기반으로 주어진 양액 센서의 온도 반응 특성에 대해 가장 보상성능이 우수한 회로를 구성하였다. 최적화된 온도 보상회로를 기반으로 양액 센서에 대해 온도에 따른 신호값을 측정하고 이를 온도 보상회로 적용 전의 신호와 RMSD를 비교한 결과 RMSD가 줄어들면서 온도 보상이 이루어짐을 확인하였다.
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