오늘은 온도센서에 대해서 얘기해 볼까 합니다.
기본적으로 공정제어의 3대요소가 유량, 온도, 압력이라고 생각합니다.
물론 훨씬 많은 계측제어요소(속도, 밀도, 무게 etc...)들이 있지만,
가장 중요한 3대요소가 위 3가지라고 생각합니다.
먼저 위 세가지 요소의 Instrument에 대해서 정리 볼까 합니다.
오늘은 그 첫번째 시간 온도에 대해서 얘기해 보려합니다.
오늘은 온도센서의 종류와 간단한 원리에 대해서 정리해 보겠습니다.
1. 온도센서의 종류
온도센서의 종류는
1) 열전대 (Thermocouple)
2) 측온저항체 (RTD)
3) 서미스터 (Thermistor)
4) 바이메탈 (Bi-metal)
6) etc....
등이 있습니다.
2. 각 온도센서의 원리
1) 열전대 (Thermocouple)
일명 TC라고 불리우는 열전대(열전쌍)의 원리는 열기전력을 이용한 방식인데, 쉽게 풀어서 설명해 보겠습니다.
먼저 A라는 금속이 있고, B라는 금속이 있다고 가정을 하겠습니다.
이 두 금속의 한쪽을 위 그림 처럼 붙여서 온도를 측정해야 하는곳에 두고,
나머지 한쪽 끝들은 터미널블럭의 단자에 연결시켜 둡니다.
온도를 측정하는 곳에서 열이 발생하면 A금속과 B금속은 온도차이가 발생하게 되고,
이때 열기전력에 의해 기전력이 발생하는데, 이것을 검출하여 온도를 계산하는 방식이다.
이 두개의 금속의 종류는 J / K / T / E / N / R / S / B / C / G / D 등의 다양한 종류로 정해져 있으며,
온도범위와 검측되는 기전력의 온도테이블이 달라지게 됩니다.
자세한 내용은 아래 Thermocouple 포스팅을 참조해 주십시오.
Thermocouple (써모커플)
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2) 측온저항체 (RTD)
온도의 변화에 따라 금속체의 전기적 저항이 변화하는 특성을 이용한 온도센서 입니다.
이때 측온저항체로 사용하는 금속체의 재질은
백금 (가장 보편적으로 사용하는 재질), 니켈, 구리, 발코, 텅스텐 등이 있습니다.
소위 말하는 PT100옴의 PT가 백금의 원소기호 입니다.
그리고 RTD가 설치된 곳과 PLC나 DCS간의 거리가 멀어지면 중간에 연결된 케이블의 저항에 의하여
오차가 발생할 수 있는데, 이것을 3선식 혹은 4선식을 이용하여 보정하여서 사용합니다.
자세한 내용은 아래 RTD 포스팅을 참조해 주십시오.
https://mech19.tistory.com/41?category=807452
RTD (측온저항체)
Instrument 세번째 시간!! 온도센서 두번째 시간으로!! RTD에 대하여 이야기 해 보겠습니다. RTD는 서미스터와 함께 측정체의 온도변화에 따른 전기적 저항변화를 이용한 온도센서로 정확도와 반복성, 안정성이..
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3) 서미스터 (Thermistor)
RTD와 마찬가지로 온도의 변화에 따른 전기적 저항의 변화를 이용하는데,
다른점은 금속이 아닌 반도체를 이용한 방식이라는 점입니다.
RTD가 선형적인 저항 변화 특성을 보이는데 반해, 서미스터는 비선형적인 저항 변화 특성을 가지고 있습니다.
서미스터의 종류는 크게 3가지로 나눌 수 있는데,
온도 상승시에 저항값은 하락하는 NTC 타입
온도 상승시에 저항값이 상승하는 PTC 타입
특정 온도에서 저항값이 급변하는 CTR 타입이 있습니다.
서미스터는 산업용에서는 그렇게 크게 사용하지는 않습니다.
다만 모터의 권선온도를 측정할 때 사용하기도 하는데,
좀더 자세한 내용은 서미스터 포스팅에서 다루도록 하겠습니다.
4) 바이메탈 (Bi-metal)
바이메탈은 주로 온도계 (GAUGE)에 사용하는 타입입니다.
두 금속간의 열팽창 계수의 차이를 이용하는 방식으로 온도측정부에 열이 가해지면, 두 금속중에서
한쪽 금속이 더 많이 팽창하게 되고, 이를 온도계의 지시침을 움직이는데 사용하여 온도를 측정하는 방식입니다.
5) 기타....
적외선 온도계같은 다양한 온도센서들이 많이 나와 있지만...
산업용으로는 그다지 사용되지 않습니다.
산업용으로는 튼튼하고 견고해야 하고, 정확도 및 신뢰도가 확보되어야 하며,
수천 수만번의 동작에도 일정한 반응을 보여야 하는 안정성이 굉장히 중요합니다.
다음 포스팅부터 산업용으로 주로 사용되는 T/C, RTD, 서미스터에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
감사합니다.
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