온도 측정은 산업, 의료, 연구, 식품 가공 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 측정된 온도가 “진정한 온도”를 완벽하게 반영하는 것은 아니다라는 점을 인식하는 것이 중요합니다.
온도 측정에는 측정 장비의 오차, 환경 요인, 측정 방법의 영향 등 여러 요소가 관련되며, 이러한 요소를 적절히 고려하지 않으면 잘못된 온도 관리로 이어질 수 있습니다. 따라서 실제 운영에서는 “관리 온도” 개념을 도입하여 측정 오차를 허용하면서도 적절한 온도 관리를 수행하는 것이 중요합니다.
본 장에서는 온도 측정의 한계와 오차 요인을 상세히 설명하고, 보다 정확한 측정을 위한 방법 및 실용적인 온도 관리 개념으로서의 관리 온도의 역할에 대해 설명합니다.

5.1 진정한 온도와 측정 오차

5.1.1 진정한 온도의 정의

“진정한 온도”란 측정 대상이 본래 가지는 이상적인 온도를 의미하며, 측정 방법이나 환경 요인의 영향을 완전히 배제한 상태에서의 온도 값입니다. 그러나 실제로는 이를 완벽하게 측정하는 것이 어렵고, 다양한 요인으로 인해 측정 오차가 발생합니다.

5.1.2 진정한 온도를 측정하기 어려운 이유

다음과 같은 요인으로 인해 진정한 온도와 측정된 온도 사이에 차이가 발생할 수 있습니다.

1. 온도 센서의 허용 오차
측정 장비에는 제조 공차 및 정확도의 한계가 존재하며, 특히 **열전대(Thermocouple)나 측온 저항체(RTD)**와 같은 센서는 특정 **허용 오차(Tolerance)**를 가집니다.
예를 들어, 열전대의 허용 오차는 온도 범위에 따라 **±1~2℃**이며, 이로 인해 측정 오차가 발생할 수 있습니다.

2. 온도 센서가 측정 대상에 미치는 영향
접촉식 온도 센서(열전대, RTD, 서미스터 등)는 측정 대상과 접촉하면서 열의 이동이 발생하여 측정값이 달라질 수 있습니다.
측정 대상이 작을 경우, 센서가 열을 빼앗아 실제보다 낮은 온도로 표시될 가능성이 있습니다.
또한, 장기간 사용된 온도 센서는 노후화로 인해 측정 정확도가 떨어질 수 있습니다.

3. 적외선 복사의 영향
적외선 가열을 활용한 측정에서는, 측정 대상과 온도 센서 자체가 동시에 가열될 가능성이 있어 특히 접촉식 온도 센서의 경우 올바른 온도를 측정하기 어려울 수 있습니다.

4. 방사율(Emissivity)의 영향
**적외선 온도계(비접촉식 온도계)**는 측정 대상의 **방사율(Emissivity)**을 기반으로 온도를 계산합니다.하지만, 방사율 설정이 단 1%만 차이가 나도 측정 온도가 변할 수 있습니다.
예를 들어, 방사율을 0.95로 설정해야 하는 물체를 0.90으로 설정하면, 실제보다 낮은 온도로 측정될 수 있습니다.

5. 측정 환경의 영향
바람, 습도, 주변 열원은 온도 측정값을 변동시키는 주요 요인입니다.
예를 들어, 공기 흐름이 측정 대상의 표면 온도를 변화시키거나, 습도에 의해 온도 센서에 결로가 생겨 측정값이 왜곡될 수 있습니다.

6. 온도 조절기의 응답 속도
온도를 실시간으로 측정하더라도 **측정값과 실제 온도 사이에 지연(타임 래그, Time Lag)**이 발생할 수 있습니다.
특히 급격한 온도 변화가 발생하는 환경에서는 이 차이가 더욱 커질 수 있습니다.

5.2 관리 온도의 필요성

온도 측정에는 필연적으로 오차가 존재하므로, 실제 운영에서는 절대적인 “진정한 온도”를 얻기보다, 일관되고 신뢰할 수 있는 온도 제어가 더 중요합니다.따라서 “관리 온도” 개념을 도입하여, 허용 가능한 오차를 고려한 적절한 온도 관리를 수행하는 것이 필요합니다.

관리 온도의 예시
500℃로 가열하는 장비를 이용해 물체를 가열하는 경우를 가정해 봅시다.

1. 설정 온도: 500℃ (온도 조절기의 설정값)
2. 측정 온도: 500℃ (열전대가 측정한 온도)
3. 진정한 온도: 측정 방법 및 환경 요인의 영향으로 인해 ±수 ℃의 오차가 발생할 가능성이 있음

이 경우, 측정 온도가 500℃라고 해서 “진정한 온도”라고 단정할 수는 없습니다. 하지만 실제 제조 공정에서는, 가열 대상이 필요한 온도에 도달하고 원하는 품질을 충족하는 것이 가장 중요합니다.따라서, 관리 온도를 설정하고 측정 오차를 고려한 온도 제어를 실행하면 보다 효과적인 온도 관리가 가능합니다.

5.2.1 관리 온도를 도입하는 장점

1. 오차를 고려한 실용적인 온도 관리 가능
절대적인 진정한 온도를 측정하는 것이 아니라, 일관된 온도 관리가 가능
설비의 특성을 반영하여 최적화된 온도 제어 가능

2. 장비 특성에 맞춘 온도 관리 가능
장비 및 센서 자체가 가지는 측정 오차를 보정하여 허용 가능한 범위 내에서 안정적인 온도 제어 가능

3. 제조 공정의 품질 유지
미세한 측정 오차보다는, 제조 공정과 품질 요구 사항을 충족하는 온도 관리가 더 중요
예를 들어, 식품 가공 및 금속 가공에서는 일정한 온도 범위를 유지하는 것이 제품 품질을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

5.3 결론

온도 측정에서는 측정 오차를 완전히 제거하는 것이 불가능하므로, 실무에서는 이러한 오차를 고려하여 효율적인 온도 관리를 수행해야 합니다.
따라서, “관리 온도” 개념을 도입하고, 설비 및 제조 공정에 적합한 온도 제어 전략을 수립함으로써, 측정 오차를 허용하면서도 최적의 온도 관리를 실현할 수 있습니다.