서미스터 (Thermistor)

한 줄 정의: 온도가 변하면 전기저항이 크게 변하는 반도체 소자를 이용해 온도를 측정하는 센서입니다.

쉽게 풀면

온도를 재는 도구는 여러 종류가 있는데, 열전대가 두 금속의 접합부에서 생기는 미세한 전압 차이를 이용하는 것과 달리, 서미스터는 온도에 따라 저항값이 크게 변하는 반도체 재료를 이용합니다.

온도가 오르면 저항이 급격히 떨어지는 방식(NTC, 부온도계수)이 흔히 쓰이며, 이 저항 변화를 회로에서 전압으로 읽어 온도로 환산합니다. 좁은 온도 범위 안에서는 열전대보다 훨씬 민감하고 정밀하게 온도를 잴 수 있어, 의료기기나 정밀 실험 장비에서 많이 쓰입니다.

왜 중요한가

서미스터는 좁은 온도 범위에서 높은 민감도로 온도를 측정할 수 있어 생명과학 실험, 의료기기, 전자기기 온도 모니터링 등 정밀 제어가 필요한 연구에서 자주 사용되는 센서입니다. 낮은 비용과 소형화 용이성 덕분에 다양한 실험 장비와 소비자 기기에 폭넓게 내장되어 있습니다.

무엇을 재는가

서미스터(thermistor)는 온도에 따라 전기저항이 크게 변하는 반도체 소자로, 저항을 재서 온도를 구하는 센서입니다.

NTC(부온도계수): 온도가 오르면 저항이 줄어듭니다. 온도 측정에 가장 흔합니다.
PTC(정온도계수): 온도가 오르면 저항이 늘어납니다. 일정 온도 이상에서 급격히 변하는 것을 과열·과전류 보호에 씁니다.

온도 변화 대비 저항 변화가 매우 커서 좁은 온도 구간에서 작은 온도 차이를 민감하게 잡아냅니다. 예를 들어 백금 저항온도계(Pt100)는 온도 1 K당 저항이 약 0.385% 변하는 데 비해, 아래 예의 NTC는 37 °C 근처에서 약 4.1% 변합니다.

구성과 채점

널리 쓰는 근사식은 β 매개변수 식 R = R₀ · exp[β(1/T − 1/T₀)] (T는 켈빈)입니다. 더 정밀하게는 스타인하트–하트 식 1/T = a + b·ln R + c·(ln R)³을 쓰며, 계수 a, b, c는 세 점의 보정으로 구합니다(Steinhart & Hart, 1968).

작은 계산 예(가상의 값). 25 °C에서 10 kΩ, β = 3950 K인 NTC 서미스터의 저항은 다음과 같습니다.

온도	4 °C	25 °C	37 °C	50 °C
저항	27,288 Ω	10,000 Ω	5,989 Ω	3,588 Ω

이 서미스터를 5 V 전원과 10 kΩ 기준 저항으로 분압해 읽으면 25 °C에서 2.500 V, 37 °C에서 3.127 V가 됩니다. 이렇게 얻은 전압을 아날로그-디지털 변환기로 읽어 식에 넣어 온도를 계산합니다. 저항과 온도의 관계가 선형이 아니므로 보정식이 필요합니다.

결과 읽는 법

자기가열: 저항을 읽으려고 흘리는 전류가 소자 자체를 데워 실제보다 높은 온도를 읽게 만듭니다. 소비 전력을 소자의 열 방산 상수(mW/°C)로 나눈 값이 온도 상승량이므로, 전류를 작게 유지합니다.
보정: 사용할 온도 범위에서 기준 온도계와 함께 여러 점에서 확인합니다.
범위: 고감도인 대신 넓은 범위를 하나의 식으로 정확히 맞추기 어렵습니다. 넓은 온도 범위에는 열전대나 백금 저항온도계를 쓰기도 합니다.
소자의 허용오차 등급, 보정 방법, 측정 회로를 데이터시트와 방법 절에 적어야 다른 사람이 같은 정밀도를 기대할 수 있습니다.

보고 예. “온도는 NTC 서미스터(제조사, 모델)로 측정하였고, 스타인하트–하트 식으로 보정하였다.”

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

"배양기 내부 온도는 서미스터 센서를 통해 0.01°C 단위로 실시간 기록하였다."

이 문장은 연구자가 온도를 아주 미세한 단위까지 정밀하게, 그리고 실시간으로 감시했음을 보여줍니다.

"착용형 기기에 내장된 서미스터를 이용해 피부 표면 온도를 연속적으로 측정하였다."

소형 웨어러블 기기에서 서미스터를 이용한 생체 온도 모니터링을 설명할 때 쓰인다.

"전력변환장치의 과열 보호를 위해 방열판 표면에 NTC 서미스터를 부착하여 온도 임계값 초과 시 회로를 차단하도록 설계하였다."

전자기기의 과열 보호 회로 설계에서 서미스터의 활용을 설명하는 문장이다.

조금 더 깊게 보면

서미스터는 온도가 오르면 저항이 감소하는 NTC(부온도계수)형과, 반대로 저항이 증가하는 PTC(정온도계수)형으로 나뉘며, PTC 서미스터는 과전류·과열 보호 회로의 자동 차단 소자로도 활용됩니다.

저항과 온도 사이의 관계가 선형이 아니기 때문에 정밀한 측정을 위해서는 스타인하트-하트 방정식과 같은 보정식이나 별도의 캘리브레이션 곡선을 함께 사용하는 것이 일반적입니다.

좁은 온도 구간에서는 스타인하트-하트 방정식보다 계산이 간단한 베타 파라미터 모델도 실용적으로 쓰이며, 측정 전류가 크면 서미스터 자체가 발열해 실제 온도보다 높게 읽히는 자기가열 오차도 함께 고려해야 합니다.

주의할 점

서미스터는 측정 가능한 온도 범위가 열전대보다 좁고, 저항과 온도의 관계가 비선형적이어서 정확한 측정을 위해서는 별도의 보정식이나 캘리브레이션 곡선이 필요합니다.

헷갈리기 쉬운 용어

온도 센서는 무엇의 변화를 읽는가로 구분합니다.

용어	원리	특징
서미스터	반도체의 저항 변화	좁은 범위에서 고감도, 비선형
열전대	두 금속 접합부의 열기전력	넓은 온도 범위, 기준 접점 보상이 필요
백금 저항온도계(RTD)	금속(백금)의 저항 변화	선형에 가깝고 안정적이며 감도는 서미스터보다 낮음

참고 문헌

Steinhart, J. S., & Hart, S. R. (1968). Calibration curves for thermistors. Deep-Sea Research and Oceanographic Abstracts, 15(4), 497–503.
Webster, J. G. (Ed.). (1999). The Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. CRC Press.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.