열전대(THERMOCOUPLE)의 원리와 구조: 온도 측정의 핵심 기술

열전대(THERMOCOUPLE)의 원리와 구조: 온도 측정의 핵심 기술

 

 

 

 

 

1. THERMOCOUPLE의 원리

- 두 종류의 서로 다른 금속선을 양 끝에서 접합하여 폐회로를 형성하면, 접합부의 온도 차이에 의해 열전류가 흐르는 

  현상이 발생함
- 이때, 두 금속 간의 온도 차이에 의해 열기전력(Seebeck 전압)이 발생하는데, 이를 이용하여 온도를 측정하는 센서가

  열전대임
- 이러한 현상은 제백 효과(Seebeck Effect, Seebeck 현상) 라고 하며, 온도 변화에 따른 전압의 크기를 측정하여 온도를

  판별함

 

 

 

 

 

2. THERMOCOUPLE의 구조

열전대는 기본적으로 두 종류의 금속선(열전소자)으로 구성되며, 주로 보호 튜브 및 절연체가 포함됨

1) 열접점(Junction)

  - 두 금속선이 서로 접합된 부분으로 온도를 측정하는 지점

 

2) 리드선(Lead Wire)
  - 열전대를 측정 장비(온도 컨트롤러, 데이터 로거 등)와 연결하는 전선

 

3) 절연체(Insulation)

  - 열전대 내부에서 두 금속선이 직접 닿지 않도록 보호하는 역할

 

4) 보호관(Protective Tube)

  - 외부 환경으로부터 열전대를 보호하는 역할을 하며, 내열성 및 내구성이 뛰어난 소재로 제작됨

 

5) 단자(Terminal or Connector)

  - 측정 기기와의 연결을 위한 단자

 

 

 

 

 

3. THERMOCOUPLE 종류

 

 

 

 

 

4. THERMOCOUPLE 온도에 따른 허용 오차

열전대의 허용 오차는 국제 표준(IEC 60584, ANSI MC96.1)에서 정의되며, 정밀 등급(Class 1, Class 2, Class 3)에 따라 허용 오차가 다름. 측정 온도 범위에 따라 적용되는 오차 기준이 달라짐

 

Class 1: 가장 정밀한 등급으로, 일반적으로 실험실 및 정밀한 온도 측정이 필요한 환경에서 사용됨
Class 2: 산업 표준 수준으로, 대부분의 산업 환경에서 널리 사용됨
Class 3: 저온에서 사용되며, 극저온 환경이나 특정 특수 환경에서 사용됨

 

 

 

 

 

5. SHEATHED THERMOCOUPLE (보호관 열전대) 형상

1) 비접지형(Non-Grounded Type)
  - 내부의 열전소자가 보호관과 전기적으로 절연됨
  - 전기적 간섭이 적고 노이즈에 강하지만, 응답 속도가 다소 느림
  - 전자기장이 강한 환경이나 노이즈 영향을 받기 쉬운 환경에서 적합함

 

2) 접지형(Grounded Type)
  - 열전소자가 보호관에 직접 접촉되어 전기적으로 연결됨
  - 응답 속도가 빠르며, 신속한 온도 변화 감지가 가능
  - 전기적 노이즈가 문제되지 않는 환경에서 주로 사용됨

 

3) 노출형(Exposed Type)
  - 열전소자가 보호관 밖으로 직접 노출되어 있음
  - 가장 빠른 응답 속도를 가지며, 기체나 액체와 직접 접촉하는 환경에서 유리함
  - 보호 기능이 부족하여 내구성이 낮고, 부식성 환경에서는 사용이 제한됨