온도측정법 및 온도계의 분류

온도측정법 및 온도계의 분류

온도측정법의 분류

온도측정방법에는 온도감지부를 피측정물체에 직접 접촉시켜 측정하느냐 접촉시키지 않고 간접적으로 측정하느냐에 따라서 접촉법과 비접촉법으 로 분류한다.  

 

(1) 접촉법

열은 고온에서 저온으로 이동하고 온도가 다른 두개 이상의 물체를 접촉시켜 충분한 시간이 주어지면 접촉된 물체들은 온도가 같게 되는 열평형상태를 이루며 열역학적 제영법칙 (임의 두 물체가 각각 제3의 물체와 열평형상태를 이룬다면 임의 두 물체도 열평형상태에 있다)에 의거 온도를 측정하고자 하는 피측온체에 감온부를 접촉 열평형상태

를 이루었을 때 감온부의 물리적 변화량 즉 공업적 신호를 측정함으로서 피측온체의 온도를 감지하는 측정방식이다.

(2) 비접촉법

피측정물체에 감온부를 직접 접촉시키지 않는 상태에서 고온의 피측 온체로 부터 방사하는 방사에너지(빛 또는 열)를 감지, 온도와 방사 에너지와의 사이 일정 관계를 이용 온도를 감지하는 측정방식이다.

       

(3) 접촉법과 비접촉법의 비교 

 표 1 일반적 비교

 

번호	비교사항	접촉방식	비접촉방식
1	측정조건	① 온도측정물체에 측온부를 충분히 접촉시킬 것 ② 실용상 측온체 접촉시 피측정물체의 온도가 변하지 않을 것	① 온도측정물체로 부터 방사 되는 방사에너지가 측온부 에 충분히 감지되도록 할 것
2	특 징	① 피측정물체에 측온부 접촉시 온도가 변하는 작은 물체온도 측정은 곤란 ② 이동물체의 온도측정은 곤란 ③ 물체의 내부온도측정 용이	① 피측정물체의 온도를 일정히 하면서 온도를 측정 ② 이동물체의 온도측정 용이 ③ 물체의 표면온도측정 용이
3	온도범위	① 1000℃이하 측정용이	① 1000℃이상 측정용이 * 1000℃이하에서는 측정 오차가 크다. 저온용 방사 고온도계로서는 100℃ 정도측정이 불가능하나 일반적으로 700℃이하 측정곤란
4	오 차	① 일반적으로 눈금폭의 1%정도 측정조건에 따라서는 0.01deg정도까지 측정가능	① 일반적 20deg정도 양호해도 10deg 정도
5	시간지연	① 일반적으로 크다 측정조건에 따라서 양호하면 1분간, 불량하면 1시간	① 일반적으로 작다 길어도 10초 이내

    

나. 온도계의 분류

온도측정 원리에 따른 온도계 분류는 다음 표2와 같다. 온도(θ)와 변환 량(Y) 과의 관계는 θ=f(y)이다. 

  표 2 온도계 분류

 

측정성	원리		변환량	기기 및 계기요소
접 촉 방 식	열팽창현상	고 체	변 위	Bimetal온도계 금속제봉상온도계
		액 체	액위․압력	Glass온도계 액체팽창(수은, 일반유기액체) 압력온도계
		기 체	액위․압력	기체온도계(정압,정적형),기체팽창온도계
	전기저항변화	금 속	정저항	저항식온도계 (Pt, Ni, Cu)
		반도체	부저항	Thermister식 온도계
	열전효과		전압	열전식온도계 (B,R,S,K,E,J,T)
	상태의 변화	용융점	변형	Seger Cone
		증기압	압력	증기압 온도계
	물체의 색변화		변색	Thermocolour(시온시료)
	열량변화		열량	열량계식온도계
	열잡음		전압	잡음온도계
	수정진동		주파수	수정온도계
비 접 촉 방 식	열방사현상	방사광	광의 강도 (휘도)	광고온계
		전방사	전압	방사고온계 (써모파일형)
		방사광	색	색온도계
		광전효과	전류	광전관 고온계
		열 선 (적외선)	전압	적외선온도계 (초전도체형, 반도체형

 

 

2. 열전대 온도계와 측온저항 온도계

 

1) 열전대 온도계

 

열전대는 구조적으로 간단하고 조작이 간편하여 산업현장이나 실험실 등에서 많이 쓰이는 전기 신호식 온도계이다. 측정값이 전기적 신호인 전압크기로 출력되어 측정값을 먼 거리까지 전송할 수 있어 중앙제어에 유용하게 활용되고 있는 범용의 온도센서이다.

열전대는 -273 ℃부터 3,000 ℃까지 광범위한 측정범위와 0.1～1 %의 정밀도를 갖고있다. 300여종의 열전대가 있으나 한국 산업 표준규격에는 8종류로 규격화되어 있다. 열전대는 제작형태에 따라 일반열전대(KS C 1602)와 시스열전대(KS C 1615)로 나뉘어지고, 온도측정부위에 위치한 열전대로부터 계측기까지는 보상도선(KS C 1609)으로 연장하여 사용하고 있다. 

 

<표 3-7> 일반열전대의 허용오차(KS C 1602, JIS C 1602, JIS C 1605)

열전대 기호	구분	허용오차1)의 분류
		클래스 1	클래스 2	클래스3
Ｂ	온도범위 허 용 차	-	-	600 ℃ 이상 800 ℃ 미만 ±4 ℃
	온도범위 허 용 차	-	600 ℃ 이상 1700 ℃ 미만 ±0.0025∙󰠐t󰠐	800 ℃ 이상 1700 ℃ 미만 ±0.005∙󰠐t󰠐
	구계급	-	-	0.5급
Ｓ,Ｒ	온도범위 허 용 차	0 ℃ 이상 1100 ℃ 미만2) ±1℃	0 ℃ 이상 ＋600 ℃ 미만 ±1.5 ℃	-
	온도범위 허 용 차	-	600 ℃ 이상 1600 ℃ 미만 ±0.0025∙󰠐t󰠐	-
	구계급	-	0.25급	-

열전대 기호	구분	허용오차1)의 분류
		클래스 1	클래스 2	클래스3
N	온도범위 허 용 차	－40 ℃ 이상 ＋375 ℃ 미만 ±1.5 ℃	－40 ℃ 이상 ＋333 ℃ 미만 ±2.5 ℃	－167 ℃ 이상 ＋40 ℃ 미만 ±2.5 ℃
	온도범위 허 용 차	＋375 ℃ 이상 1000 ℃ 미만 ±0.004∙󰠐t󰠐	＋333 ℃ 이상 1200 ℃ 미만 ±0.075∙󰠐t󰠐	－200 ℃ 이상 －167 ℃ 미만 ±0.015∙󰠐t󰠐
	구계급※	-	-	-
K	온도범위 허 용 차	－40 ℃ 이상 ＋375 ℃ 미만 ±1.5	－40 ℃ 이상 ＋333 ℃ 미만 ±2.5 ℃	－167 ℃ 이상 ＋40 ℃ 미만 ±2.5 ℃
	온도범위 허 용 차	＋375 ℃ 이상 1000 ℃ 미만 ±0.004∙󰠐t󰠐	＋333 ℃ 이상 1200 ℃ 미만 ±0.075∙󰠐t󰠐	－200 ℃ 이상 －167 ℃ 미만 ±0.015∙󰠐t󰠐
	구계급	0.4급	0.75급	1.5급
E	온도범위 허 용 차	－40 ℃ 이상 ＋375 ℃ 미만 ±1.5℃	－40 ℃ 이상 ＋333 ℃ 미만 ±2.5℃	－167 ℃ 이상 ＋40 ℃ 미만 ±2.5℃
	온도범위 허 용 차	＋375 ℃ 이상 800 ℃ 미만 ±0.004∙󰠐t󰠐	＋333 ℃ 이상 1200 ℃ 미만 ±0.075∙󰠐t󰠐	－200 ℃ 이상 －167 ℃ 미만 ±0.015∙󰠐t󰠐
	구계급	0.4급	0.75급	1.5급
J	온도범위 허 용 차	－40 ℃ 이상 ＋375 ℃ 미만 ±1.5 ℃	－40 ℃ 이상 ＋333 ℃ 미만 ±2.5 ℃	-
	온도범위 허 용 차	＋375 ℃ 이상 750 ℃ 미만 ±0.004∙󰠐t󰠐	＋333 ℃ 이상 1200 ℃ 미만 ±0.075∙󰠐t󰠐	-
	구계급	0.4급	0.75급	-
Ｔ	온도범위 허 용 차	－40 ℃ 이상 ＋125 ℃ 미만 ±0.5 ℃	－40℃ 이상 ＋133℃ 미만 ±1℃	－67 ℃ 이상 ＋40 ℃ 미만 ±1℃
	온도범위 허 용 차	＋125 ℃ 이상 350 ℃ 미만 ±0.004∙󰠐t󰠐	＋133 ℃ 이상 ＋350 ℃ 미만 ±0.075∙󰠐t󰠐	－200 ℃ 이상 －67 ℃ 미만 ±0.015∙󰠐t󰠐
	구계급	0.4급	0.75급	1.5급

주 1) 허용차란 열기전력을 규준 열기전력표에 의해서 환산한 온도에서 측온접점의 온도를 뺀 값의 허용되는 최대 한도를 말한다.

2) R,S 열전대의 허용오차 클래스 1은 표준열전대에 적용한다.

비고 1. 󰠐t󰠐는 측정 온도의 ＋,－의 기호에 무관한 온도(℃)로 표시되는 값이다.

     2. 구계급은 참고용임.

 

2) 측온저항체 온도계 

 

금속은 고유 저항값을 갖고 있으며, 그 전기저항은 온도에 따라 일정하게 변하는 성질을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하여 순도가 아주 높은 금속선을 감온부로 만들어 온도측정 대상체에 접촉시켜 온도를 감지하게 한다. 그리고 온도크기에 따라 변한 저항값을 저항측정기로 계측하여 온도눈금으로 바꾸어 읽는 전기식 온도계를 만들 수 있다. 이 온도계가 측온저항체온도계(Resistance Temperature Detector ; RTD)이다. 표 3-8은 백금측온저항체의 사용온도 범위이고, 표 3-9는 각국의 규격에서의 백금측온저항체의 계급 및 허용 온도오차이며, 표 3-10은 백금측온저항체의 온도에 대한 허용오차를 나타내었다.

<표 3-8> 백금측온저항체의 사용온도

기 호	구 분	사용 온도의 범위
Ｌ Ｍ Ｈ	저온용 중온용 고온용	-200 ℃ ∼ 100 ℃ 0 ℃ ∼ 350 ℃ 0 ℃ ∼ 650 ℃

<표 3-9> 백금측온저항체의 등급 및 허용온도 오차

규 격		등급	허 용 온 도 오 차
번 호	제 목
KS C 1603-91 JIS C 1604-89	측온저항체	A 급	±(0.15 + 0.0020 ×∣t∣) ℃
		B 급	±(0.30 + 0.0050 ×∣t∣) ℃
ASTM E1137-87	Standard Specification for Industrial Platinum Resistance Thermometers	Grade A	±(0.13 + 0.0017 ×∣t∣) ℃
		Grade B	±(0.25 + 0.0042 ×∣t∣) ℃
BS1904-84 DIN,IEC751-83	Industrial Platinum Resistance Thermometer Sensors.	Class A	±(0.15 + 0.0020 ×∣t∣) ℃
		Class B	±(0.30 + 0.0050 ×∣t∣) ℃

<표 3-10> 백금측온저항체의 온도에 대한 허용오차

관련규격	KS C 1603-91, JIS C 1604-89 BS1904-84, DIN,IEC751-83				ASTM E 137
계급	A		B		A		B
측정온도 ℃	온도 ℃	저항 Ω	온도 ℃	저항 Ω	온도 ℃	저항 Ω	온도 ℃	저항 Ω
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 650	±0.55 ±0.95 ±0.15 ±0.35 ±0.55 ±0.75 ±0.95 ±1.15 ±1.35 ±1.45	±0.21 ±0.14 ±0.06 ±0.13 ±0.21 ±0.29 ±0.37 ±0.44 ±0.52 ±0.56	±0.13 ±0.80 ±0.30 ±0.80 ±1.30 ±1.80 ±2.30 ±2.80 ±3.30 ±3.60	±0.50 ±0.31 ±0.12 ±0.31 ±0.50 ±0.693 ±0.89 ±1.08 ±1.27 ±1.39	±0.47 ±0.30 ±0.13 ±0.30 ±0.47 ±0.64 ±0.81 ±0.98 ±1.15 ±1.24	±0.20 ±0.12 ±0.05 ±0.11 ±0.17 ±0.23 ±0.28 ±0.33 ±0.37 ±0.40	±0.11 ±0.67 ±0.25 ±0.67 ±1.10 ±1.50 ±1.90 ±2.40 ±2.80 ±3.00	±0.47 ±0.27 ±0.10 ±0.25 ±0.40 ±0.53 ±0.66 ±0.78 ±0.88 ±0.94