온도 변환기: 무엇인가요? (유형 및 예시)
온도 변환기란?
온도 변환기는 열량을 기계 에너지, 압력, 전기 신호 등의 물리적 양으로 변환하는 장치입니다. 예를 들어, 테르모커플에서 단말 간의 온도 차이로 인해 전위차가 발생합니다. 따라서 테르모커플은 온도 변환기입니다.
온도 변환기의 주요 특징
입력은 항상 열량입니다
일반적으로 열량을 전기량으로 변환합니다
주로 온도와 열 유동을 측정하는 데 사용됩니다
온도 변환기의 기본 구조
온도 변환기의 기본 구조는 다음과 같습니다
감지 요소.
온도 변환기의 감지 요소는 온도 변화에 따라 속성이 변경되는 요소입니다. 온도가 변하면 해당 요소의 특정 속성에도 변화가 발생합니다.
예 - 저항 온도 검출기(RTD)에서 감지 요소는 백금입니다.
감지 요소 선택 시 고려해야 할 조건은 다음과 같습니다
단위 저항 당 온도 변화에 따른 변화가 커야 합니다
재료는 높은 비저항을 가져야 하며, 최소한의 부피로 제작할 수 있어야 합니다
재료는 온도와 연속적이고 안정적인 관계를 가져야 합니다
변환 요소
변환 요소는 감지 요소의 출력을 전기량으로 변환하는 요소입니다. 감지 요소의 속성 변화가 변환 요소의 출력으로 작용하며, 이를 측정합니다. 변환 요소의 출력은 칼리브레이션되어 열량 변화를 나타내는 출력을 제공합니다.
예 - 테르모커플에서 두 단말 사이에서 발생하는 전압차는 볼트미터로 측정되며, 칼리브레이션 후 전압의 크기는 온도 변화를 나타냅니다.
온도 변환기의 종류
접촉형 온도 센서 종류
이 경우 감지 요소가 열원과 직접 접촉합니다. 열 전달은 전도를 통해 이루어집니다.
비접촉형 온도 센서 종류
비접촉형 온도 센서에서는 요소가 열원과 직접 접촉하지 않습니다(비접촉형 전압 테스터 또는 전압 펜과 유사). 비접촉형 온도 센서는 대류 원리를 사용하여 열 흐름을 측정합니다. 일반적으로 사용되는 다양한 온도 변환기는 다음과 같습니다:
테르미스터
테르미스터라는 단어는 열 저항을 의미합니다. 이름이 나타내는 바와 같이, 이는 온도 변화에 따라 저항이 변하는 장치입니다. 높은 민감도 덕분에 온도 측정에 널리 사용됩니다. 테르미스터는 일반적으로 금속 산화물 혼합물로 구성됩니다.
테르미스터의 특성
음의 온도 계수를 가지며, 즉 온도가 증가할수록 테르미스터의 저항이 감소합니다
반도체 재료로 만들어져 있습니다
RTD(저항 온도계) 및 테르모커플보다 민감도가 높습니다
저항 범위는 0.5Ω부터 0.75 MΩ까지입니다
일반적으로 -60°C부터 15°C 범위의 온도 측정에 사용됩니다
저항 온도계
다른 종류의 온도 변환기는 저항 온도 검출기(RTD)입니다. RTD는 순도가 높은 전도성 금속(백금, 구리, 니켈 등)을 코일 형태로 감아서 그 전기 저항이 온도 변화에 따라 변하는 정밀 온도 센서입니다. 테르미스터와 유사합니다.
저항은 다음과 같은 관계로 변화합니다,
R = 주어진 온도에서의 요소 저항
α = 요소의 열 계수
Ro = 0°C에서의 요소 저항
RTD의 주요 특징
테르미스터 및 테르모커플에 비해 매우 민감하고 저렴합니다
-182.96°C부터 630.74°C 범위의 온도를 측정할 수 있습니다
테르모커플
테르모커플은 기본적으로 동일하지 않은 두 금속(구리와 콘스탄탄 등)의 결합으로 구성된 온도 변환기입니다. 한 결합은 참조(냉)결합이라고 불리며 일정한 온도를 유지하고, 다른 하나는 측정(열)결합입니다. 두 결합이 서로 다른 온도를 가질 때 결합 사이에 전압이 발생하여 이를 이용하여 온도를 측정합니다.
테르모커플의 원리
두 금속(예: 구리와 콘스탄탄)의 결합을 연결하면 그들 사이에 전위차가 발생합니다. 이 현상을 시벡 효과라고 부르며, 전도선을 따라 온도 경사가 발생하여 전압을 생성합니다. 그러면 테르모커플의 출력 전압은 온도 변화의 함수가 됩니다.
테르모커플의 주요 특징
-200°C부터 +2000°C 범위의 극단적인 온도를 측정할 수 있으며, 이는 RTD와 테르미스터보다 우위입니다
그들은 활성 변환기로서 온도 측정을 위해 외부 소스가 필요하지 않습니다
RTD와 테르미스터보다 저렴합니다
RTD와 테르미스터에 비해 정확도가 낮으므로, 보통 고정밀 작업에는 사용되지 않습니다
통합 회로 온도 변환기
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