온도 센서 / 써모커플 (열전대, Thermocouple)

 

온도 센서 / 써모커플 (열전대, Thermocouple)

​

​

​

1. 정의

​

열전대는 서로 다른 종류의 금속을 접한 것으로 열전 효과를 일으키는 금속선 입니다.

열전쌍 혹은 열전기라고 합니다.

​

두 가지의 각각 다른 금속선을 접속 했을 때 두 개의 접점 온도가 다르면 기전력이 생겨서 회로에 전류가 흐릅니다. 이 기전력을 열기전력이라 부르고, 이 열기전력을 이용하기 위해서 사용하는 두가지의 금속선을 열전대라고 합니다.

​

열전대의 열기전력은 열전대를 구성하는 2종의 금속선의 종류와 두 접점의 온도에 의해서 달라지며, 금속선의 굵기, 길이나 두 접점 이외의 온도에는 영향받지 않습니다. 따라서 한쪽의 접점을 일정한 온도로 유지하면 열기전력은 다른 접점의 온도만으로 정해진다. 그러므로 그 온도와 열기전력과의 관계를 미리 알아둠으로써 온도를 측정 할 수 있습니다.

​

온도 측정에 사용하는 열전대의 접점을 측온접점이라고 하며, 다른 접점은 일정한 기준 온도로 유지하기 때문에 기준 접점이라고 합니다. 일반적으로 측온 접점의 온도가 기준 접점의 온도보다 높으므로 기준접점을 가리켜 냉접점이라고도 합니다.

​

실제의 온도 측정에서는 측정 회로에 열전대를 접속해서 전압계로써 열기전력을 측정하여 측온 접점의 온도를 알아 볼 수 있습니다. 이경우 S1, S2가 기준 접점이 되며, 이 두 접점은 기준 온도로 유지되어야 합니다. 흔히 사용되는 열전대는 백금로듐과 백금, 구리와 콘스탄탄 등이 있습니다. 알맞는 열전대를 사용하면 -200~+1400°C 범위의 온도 측정이 가능하므로 공업상의 온도 계측에 널리 쓰이고 있습니다.

​

-출처 : 위키백과-

​

​

​

2. 특징

​

제작이 간단하다

경제적이다

내구성이 좋다

비교적 정확하고 넓은 온도 측정 구간을 가지고 있다

형대 변형이 쉽다

측정 자동화가 쉽니다.

​

​

​

3. 열전기 회로의 법칙

​

동질 금속의 법칙 : 같은 선으로 구성된 회로는 열기전력이 없다

중간 금속의 법칙 : 일정한 온도 구간에서는 다른 금속의 영향이 없다

중간 온도의 법칙 : 열 기전력은 회로 중간의 온도에 영향을 받지 않는다

​

​

​

4. 열전대의 종류

기호	열전소자
	양극 (+)	음극(-)
B	Pt-30Rh	Pt-6Rh
R	Pt-13Rh	Pt
S	Pt-10Rh	Pt
E	Chromel	Constantan
J	Fe	Constantan
K	Chromel	Alumel
N	Nicrosil	Nisil
T	Cu	Constantan

-기타 열전대

Pt-40Rh vs Pt-20Rh

W-Re 계

Pt-Mo 계

초고온, 원자로, MBE 등 특수용도

​

-순수 귀금속 열전대

Au vs Pd : 1000°C, 불확도 ±30mK

Au vs Pt : 1000°C, 불확도 ±30mK

Pt vs Pd : 1300°C

안정도 및 재현 성이 매우 좋다

​

​

​

​

5. 열전대의 특성

​

a) TC-B형 열전대의 특징

산화성, 불활성 분위기에서 1700°C까지 사용 가능

환원성 분위기에서 사용 금지

공기 중에서 가장 안정된 특성을 보인다.

기전력이 가장 작다

1000°C 이상에서 사용하는 것이 바람직 하다.

​

b) TC-R, TC-S 형 열전대의 특징

산화성, 불활성 분위기에서 1400°C 까지 사용 가능

환원성 분위기에서 사용 금지

가장 안정된 열전대 임

2차 표준기로 사용

공기중에서 사용하는 것이 최상

​

c) TC-K 형 열전대의 특징

산화성, 불활성 분위기에서 1260°C 까지 사용 가능

가장 많이 사용되는 열전대

저온에서도 사용이 가능

유황, 진공, 낮은 산소압, 산화-환원이 반복되는 조건에서는 사용 금지

​

d) TC-J 형 열전대의 특징

유황 분위기를 제외한 거의 모든 조건에서 사용

최고 760°C 까지 사용 가능

비교적 안정된 특성을 보임

​

e) TC-E 형 열전대의 특징

산화성, 불활성 분위기에서 870°C 까지 사용 가능

가장 큰 열기전력을 나타냄

유황, 진공, 낮은 산소압, 산화-환원이 반복되는 조건에서는 사용 금지

​

f) TC-T 형 열전대의 특징

거의 모든 분위기에서 340°C 까지 사용 가능

저온에서 많이 사용 함

​

g) TC-N 형 열전대의 특징

TC-K 형 열전대의 단점을 보완 함

고온에서 K형에 비해 높은 안정성을 지님

​

​

​

6. 직경에 따른 사용 한도

​

종류	열전대의 직경 (mm)
	3.25	1.63	0.81	0.51	0.33
B	-	-	-	1700	-
S, R	-	-	-	1450	-
K	1260	1100	1000	870	870
J	760	600	500	370	370
E	870	650	540	430	430
T	-	370	260	200	200
N	1260	1100	1000	870	870

※주의 : 위의 표는 보호관을 사용했을 경우 임

​

​

​

7. 제조 오차 허용도 (ASTM 규격)

​

종류	온도범위 (°C)	허용오차
B	870 ~ 1700	±4.4 or ±0.5%
S, R	0 ~ 1450	±1.5 or ±0.25%
K, N	0 ~ 1250	±2.2 or ±0.75%
J	0 ~ 760	±2.2 or ±0.75%
E	0 ~ 870	±1.7 or ±0.5%
T	0 ~ 350	±1.0 or ±0.75%
K	-200 ~ 0	±2.2 or ±0.75%
E	-200 ~ 0	±1.7 or ±1.0%
T	-200 ~ 0	±1.0 or ±1.5%

​

​

[출처] 온도 센서의 종류 / 써모커플 (열전대, Thermocouple)|작성자 kingsofstars