온도 측정의 정확성과 효율성을 높이기 위해서는 적절한 온도계를 선택하는 것이 중요합니다. 온도 측정 기기는 다양한 종류가 있으며, 각각 고유한 특성과 장점을 가지고 있습니다. 올바른 기기를 선택하면 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있으며, 에너지 관리와 품질 관리를 효과적으로 수행할 수 있습니다. 이 장에서는 대표적인 온도 측정 기기의 종류와 선택 방법에 대해 설명합니다.
2.1 온도계의 종류
온도계는 크게 접촉식과 비접촉식으로 나뉩니다.
접촉식 온도계: 측정 대상과 직접 접촉하여 온도를 측정하는 방식 (예: 서미스터, 열전대, 저항 온도 검출기 (RTD)).
비접촉식 온도계: 적외선을 이용하여 물체의 표면 온도를 측정하는 방식 (예: 방사 온도계, 열화상 카메라).
아래에서는 각 유형별 특징을 소개합니다.
2.1.1 접촉식 온도계
접촉식 온도계는 대상 물체와 직접 접촉하여 온도를 측정하는 방식입니다. 주요 종류는 다음과 같습니다.
서미스터 (Thermistor)
서미스터는 “Thermal(열)”과 “Resistor(저항)”의 합성어로, 온도에 따라 전기 저항이 변하는 반도체 소자입니다. 니켈 산화물이나 망간 산화물과 같은 금속 산화물을 사용하며, 온도가 변하면 내부 전자의 이동이 변화하여 전기 저항이 변합니다. 이를 이용하여 온도를 전기 신호로 측정할 수 있습니다.
특징: 높은 정밀도, 빠른 응답 속도.
온도 범위: -50℃~+300℃(고온 타입 500℃)
용도: 가전제품, 자동차, 의료기기, 정밀 기기의 온도 관리.
주의점: 자체 발열로 인해 온도가 상승하여 측정값에 오차가 발생할 수 있음.
열전대 (Thermocouple)
열전대는 서로 다른 두 종류의 금속을 연결하고, 접점에 온도 차이가 발생할 때 발생하는 전압(제백 효과)을 이용하여 온도를 측정하는 방식입니다.
특징: 넓은 온도 범위, 높은 내구성, 작은 대상물 측정 가능.
온도 범위:
K형 열전대: -200°C ~ +1200°C (일반용).
R형/S형 열전대: 최대 +1600°C (고온용).
용도: 공장 자동화 및 공정 제어부터 자동차, 항공 우주, 군사, 에너지, 금속 제조, 의료 등 모든 산업
주의점: 장기간 사용 시 재료의 열화 및 산화로 인해 측정 오차 증가 가능.
저항 온도 검출기 (RTD, Resistance Temperature Detector)
RTD는 온도 변화에 따라 전기 저항이 변하는 백금(Pt) 등의 금속을 이용한 온도 센서입니다. 높은 정밀도를 유지하며, 산업 및 연구 분야에서 널리 사용됩니다.
특징: 높은 정밀도 (±(0.15+0.002|t|)°C, Class A), 장기간 안정성 유지 가능.
온도 범위: -196°C ~ +600°C (일반 백금 RTD 기준).
용도: 반도체 제조, 화학 플랜트, 식품 가공 등의 정밀 온도 관리.
주의점: 서미스터나 열전대보다 크기가 크고, 온도 변화에 대한 반응 속도가 다소 느림.
2.1.2 비접촉식 온도계
비접촉식 온도계는 물체의 표면에서 방출되는 적외선을 측정하여 온도를 계산하는 방식입니다.
방사 온도계 (Radiation Thermometer）
방사 온도계는 적외선을 이용하여 물체의 표면 온도를 측정하는 온도계입니다.
특징: 비접촉으로 온도 측정 가능, 고온 및 위험한 대상에도 사용 가능.
온도 범위: -50°C ~ +3000°C (모델에 따라 다름).
용도: 철강 및 유리 공장, 식품 가공, 의료, HVAC(냉난방 설비).
주의점: 색상 및 재질에 따라 방사율이 달라지므로 방사율 보정을 적절히 설정하지 않으면 측정 오차가 발생할 수 있음.
열화상 카메라 (Thermal Imaging Camera)
열화상 카메라는 방사 온도계와 마찬가지로 적외선을 이용하지만, 온도 분포를 이미지로 시각화할 수 있는 기능이 있습니다.
특징: 온도 편차를 시각적으로 표현 가능, 넓은 영역을 한 번에 측정 가능.
용도: 설비 점검, 이상 발열 감지, 건물 단열 성능 분석.
주의점: 색상 및 재질에 따라 방사율이 달라지므로 방사율 보정을 적절히 설정하지 않으면 측정 오차가 발생할 수 있음.
2.2 온도계 선택 방법
2.2.1 측정 대상의 온도 범위
온도계를 선택할 때 측정 대상의 온도 범위를 고려하는 것이 중요합니다.
저온 (-50°C ~ 300°C): 서미스터, RTD, 열전대.
중온 (-200°C ~ 1200°C): 고온용 서미스터 (500°C), Pt100 RTD (600°C), K형 열전대 (1200°C).
고온 (1200°C 이상): R형/S형 열전대, 방사 온도계.
2.2.2 정밀도 및 안정성
고정밀 측정이 필요한 경우: RTD, 고정밀 서미스터.
온도 변동이 큰 환경: 응답 속도가 빠른 열전대 및 서미스터 적합.
2.2.3 측정 환경
혹독한 환경 (고온, 진동, 충격): 열전대.
원거리 및 고온 비접촉 측정: 방사 온도계, 열화상 카메라.
좁은 공간: 서미스터, 열전대.
2.3 요약
온도 측정 결과는 사용 기기에 따라 크게 달라지므로, 용도에 맞는 적절한 기기를 선택하는 것이 중요합니다.
적절한 온도계를 선택하면 온도 관리의 효율성과 정확성이 향상되며, 제품 품질 개선 및 에너지 관리에 기여할 수 있습니다. 이 장에서 소개한 온도 측정 기기의 특징과 선택 방법을 참고하여 최적의 온도계를 선택하시기 바랍니다.
