열전대(써모커플, Thermocouple) - 원리, 종류

- 열전대(써모커플, Thermocouple) 원리

- Thermocouple type

- Thermocouple 종류

 

 

열전대(써모커플, Thermocouple)

 

써모커플은 서로 다른 두 종류의 금속의 기전력을 이용한 온도센서입니다.

특성이 다른 두 종류의 도체의 양단을 접합해 폐회로를 만들고

한쪽 끝단에 온도차이를 주면 이 회로에 열기전력이 발생하게 됩니다.

온도에 비례하여 기전력이 커지는데 이 기전력의 크기를 이용하여 온도를 측정하는 온도센서를 써모커플이라 합니다.

서로 다른 두 종류의 도체인 두 라인이 서로 다른 열 특성(열용량, 열전도 등)을 가짐으로써 둘의 차이를 통해 온도를 알아냅니다.

써모커플은 전도체에 전류가 흐르지 않아도 에너지의 흐름(열)에 의해 전압의 차이가 생기고 기전력이 발생한다는 열전 효과 중 하나인 Seebeck 효과의 원리입니다.

 

2020/09/08 - [정리, 공부해요/전기, 전자, 통신] - 열전 효과 (Thermal-electric effect)

열전 효과 (Thermal-electric effect)

 

즉, 써모커플의 온접점이 가열되면 냉접점과 전압차이가 생기며 온접점에서 많은 전자가 냉접점으로 이동합니다.

 

 Thermocouple type

 

주로 많이 사용되는건 J, K, T로 보입니다.

 

 Thermocouple 종류

 

접지형: 접점을 금속으로 된 보호대 외피에 연결한 형태로, 응답속도가 좋으면서 고온 고압에 사용할 수 있다.

그러나 접점이 금속 외피와 연결되어 있기에 전압이 있는 곳에는 적합하지 않다.

 

비접지형: 열전대가 외부와 완전히 절연된 상태로 응답속도는 떨어지나 외부환경에 강하다.

노출형: 열전대를 보호대 밖으로 노출시킨 형태로, 온도 변화에 대한 응답속도가 가장 빠르지만 내구성이 좋지 않아 고온, 고압, 부식이 많은 곳에는 적합하지 않다.

비드 와이어 써모커플 Beaded Wire Thermocouple

비드 와이어 써모커플은 가장 단순한 형태의 열전대 입니다. 두 금속선이 끝 쪽에서 용접된 비드 형태로 합쳐지기 때문에 비드 와이어 써모커플 이라고 합니다. 비드 와이어 써모커플은 대기 중이나 가스를 측정할 때 좋은 솔루션입니다. 매우 빠른 반응속도를 보이며, 가늘거나 협소한 공간에서 이상적입니다. 하지만 이 형태는 열전대 금속에 보호 장치가 되어 있지 않아 액체 환경에서 사용 시 금속이 부식될 수 있어 액체 투입 조건이나 습윤한 환경에서는 사용하지 않습니다. 또한 표면이 금속 재질이므로, 시스템의 전기적 부분과 마찰을 빚어 측정 시 오류나 문제가 발생할 수 있습니다.

써모커플 프로브는 금속관 내부에 위치한 열전대 와이어로 구성됩니다. 금속관 또는 금속 피복은 프로브의 시스 또는 쉬쓰(Sheath)라 불립니다. 보편적으로 시스 재질은 스테인리스 강과 인코넬이 사용됩니다. 인코넬은 스테인리스 강보다 더 높은 온도 범위를 지원하지만 스테인리스 강이 더 다양한 내화학성을 갖고 있어 용도에 따라 다른 재질이 이용됩니다. 1000도 이상의 고온 측정 시에는 Inconel®, OMEGACLAD® 재질을, 2000도 이상의 극고온 측정 시에는 몰리데늄, 탄탈륨, 백금로듐과 같은 기타 특수 재질 프로브를 사용합니다.

표면용 써모커플 프로브

일반적인 온도센서로는 고체 표면의 온도를 측정하기 어렵습니다. 정확한 측정을 보장하기 위하여 센서의 전체 측정 영역이 표면에 접촉 해야하기 때문입니다. 견고한 센서로 단단한 표면에 작업해서는 어렵기 때문에, 표면 온도 측정용 열전대는 유연한 금속으로 만들어집니다. 접합부가 단단한 고체 표면에 최대한 접촉할 수 있도록 평평하고 얇게 형성 된 구조로 설계 됩니다. 표면에 부착할 수 있는 형태가 되거나, 손잡이가 있고 평평한 센서 헤드가 있는 프로브 타입으로 구성될 수도 있습니다. 사진과 같이 평평한 센서 헤드에 손잡이를 장착한 롤러식 형태는 움직이는 표면의 온도를 측정하는데 적합합니다.

무선 써모커플

온도 모니터링과 데이터 로깅을 위하여 열전대 온도센서와 스마트폰 또는 태블릿에 연결되는 블루투스 무선 송신기를 연결한 온도 트랜스미터 타입입니다. (해당 제품은 다른 온습도 센서와 사용할 수 있도록 여러 모델을 제공합니다.) 데이터는 블루투스 무선 기술을 통하여 스마트폰이나 태블릿에 앱을 설치하여 바로 데이터를 확인, 편집, 전송할 수 있습니다. 또한 앱을 통해 여러 대의 송신기와 페어링하고 이를 설정하는 것도 가능합니다.

 

 

참고

 

다른 온도 측정 툴

2020/09/10 - [분류 전체보기] - 써미스터 (Thermistor=Thermal resistor) - 사용온도, B value

써미스터 (Thermistor=Thermal resistor) - 사용온도, B value