온도온도센서 및 열전대 종류 (열전대 / RTD / 써미스터)

온도센서의 종류는 열전대, RTD, 써미스터 (Thermistor) 및 적외선 온도센서가 있습니다.


열전대(Thermocouple)란 서로 다른 두 종류의 금속 도체에 폐회로가 형성되도록 결합하고, 두 결합 사이에 온도차이를 유지하면 폐회로 내에 기전력(EM)이 발생합니다. - Steinbeck's effect 제백효과

한 쪽(냉접점)을 정확하게 0℃로 유지하고, 다른 한 쪽을 측정하려는 대상에 놓아두면 기전력이 측정되어 온도를 알 수 있습니다. 이렇게 서로 다른 금속 도체의 결합을 "열전대"라고 합니다.

열전대는 측정하는 온도와 상관관계를 가지는 전압을 출력하며, J, K, T, E, N, R, S, B, C 등의 타입이 있습니다. 일반적으로 가장 넓은 온도 범위를 가지고 있지만, RTD와 써미스터에 비해 정확도와 안정도가 떨어집니다. 합리적인 금액으로 통상적으로 많이 사용되는 센서 입니다. 


저항 온도계 RTD (Resistance Thermometer)는 일반적인 금속 도체의 전기저항은 온도변화, 이 현상을 이용하여 온도를 측정하는 센서입니다. RTD는 높은 안정도와, 정확도로 다른 온도 센서보다 정밀하게 온도를 측정할 수 있습니다. 하지만, 온도범위가 제한적이고 비용이 상대적으로 높은 편입니다. 

RTD는 온도측정을 위해 전류가 필요하기 때문에 자가 발열로 인해 온도 정확도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 사용에 주의가 필요합니다. 


RTD는 3가지 타입이 있으며 각각 다음과 같은 특징이 있습니다. 

2선식 (Type W) : 선간 저항의 영향을 받기 쉬워 오차가 발생하기 때문에 고정밀도의 온도측정에는 적합하지 않은 센서입니다. 상대적으로 비용이 저렴합니다. 

3선식 (Type X) : 이 방법은 2선식과 4선식의 장단점을 고려하여 제작된 센서로, 일반적으로 가장 많이 사용되는 센서입니다.

4선식 (Type Y) : 선과 선 사이의 노이즈를 최소화 하기 때문에 높은 정밀도가 요구되는 온도 측정에 적합한 센서입니다.


서미스터(Thermister)는 저항기의 일종으로 온도에 따라 물질의 저항이 변화하는 성질을 이용한 전기적 센서입니다. 열가변 저항기라고도 하며, 주로 회로의 전류가 일정 이상으로 오르는 것을 방지하거나, 회로의 온도를 감지하는 센서로 사용됩니다. 서미스터는 열전대와 RTD 보다 훨씬 더 높은 정확도를 자랑하지만, 그 만큼 온도 범위가 상당히 제한적이며, RTD처럼 자가 발열의 문제가 있기 때문에 사용시 주의해야 합니다. 


마지막 적외선 온도센서는 말 그대로 측정 대상 표면에 직접 접촉하지 않고도 온도를 측정하며, 방사율에 민감한 온도센서입니다. 

방사율이란, 적외선 가열을 이용한 난방기구나 열화상 카메라, 발열체를 시작으로 하는 다양한 방사기기 표면으로부터 적외선 방사를 나타내는 수치입니다. 일반적인 방사율 측정에서는 샘플을 가열하여 표면으로부터의 적외선 방사량을 측정하고, 같은 온도에 있어서 흑체로 등의 기준 방사원으로부터의 적외선 방사량과 비교하여 구할 수 있습니다. 

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다음은 온도센서 중 열전대를 결정할 때 고려해야할 요인들에 대해 알아보겠습니다.

열전대(Thermocouple)는 탁월한 내구성으로 극한환경에서 많이 이용되며, 실제로 발전소, 제철소 등에서 온도를 측정하기 위해 사용되고 있습니다. 

이러한 열전대를 결정할 때 고려해야할 요인으로는 온도 범위와 정확도, 센서의 직경, 길이, 리드선의 길이, 측정 대상 환경, 온도센서 접촉하는 매개체의 특징 등이 있습니다. 

가장 먼저 온도 범위와 정확도에 따라 열전대 타입을 선택해야 하며 이는 아래의 표를 참고해주세요.



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