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[화학공학]열전대의 종류와 특징

◎열전대 정의열전대는 열원을 기초로 한 모든 분야에서 온도 변화의 수치를 가장 민감하게 감지할 수 있는 온도 센서이다. 그림1,그림2와 같이 서로 종류가 다른 2개의 금속도체 양단을 전기적으로 접속시켜 개회로를 만들고, 용접 부분에 다른 온도를 가하면 온도와 일정한 관계가 있는 열기전력이 발생한다. 따라서 기준 접점 온도를 일정하게 유지하면 이 기전력에 의해 측온접점의 온도를 알 수 있다.◎열전대의 원리근본적으로 열전대는 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로써 세 가지 열전효과가 열전대 안에서 작용되고 있다.?제벡효과서로 다른 두 금속으로 폐회로를 구성하고, 양 접점에 온도 차를 주었을 때 온도 차가 없으면 각 선 전위차가 없으나, 양쪽사이에 온도차를 주면은 양 접점에는 접촉 전위차 불 평형이 발생하면서 저온 측 접합 점으로 부터 고온 측으로 열전류가 이동하게 되는 것이다. 이러한 현상을 이용, 한쪽을 일정한 기준점으로 만들고 측정하고자 하는 고온 측을 미지 온도차로 하면 측정하고자 하는 접속점의 온도가 변하면 미지의 온도에 대응되는 열기전력만을 정확히 측정함으로써 공업적으로 양측 변화측정이 아닌 온도측정 개념이 되는 것이다.이때 일정한 온도 유지점을 기준 접점이라 칭하며, 측정하고자 하는 지점인 점을 측온 접점이라 부른다. 즉, 열전효과는 서로 다른 금속을 접속하여 양단의 온도차가 발생하면 열전류가 흐르고, 한 끝을 개방하였을 때는 양단에 기전력이 존재하는 것인데 이 효과를 이용하여 열전대를 온도 측정에 이용하게 하는 것이다.열과 전기의 관계 현상으로서는 제벡 효과 외에 펠티어 효과, 톰슨효과를 가지고 설명이 되어야 하는데,?펠티어 효과제벡 효과의 역현상으로서 2개의 서로 다른 금속 접속점에 전류를 흘리면 그 전류의 방향에 따라서, 한쪽은 열을 발생시키고 다른 쪽은 열을 흡수하는 현상을 말한 것으로 열전대를 이용하여 측정할 때 현상은 고온의 측온접 점에서는 열의흡수가, 저온인 기준 접점에서는 열의 발생이 일어나므로 실제 사용 시 열전대 자신의 열전류에 의한 온도 변화는 지극히 작다.? 톰슨 효과온도 기울기가 있는 도선 상에 전류에 의한 열의 수송에 관한 효과로 동종 금속 내 에서도 부분적으로 온도차가 있는 경우 그 곳을 흐르는 전류에 의해서 열을 발생 또는 흡수하는 현상을 말하며, 이 현상으로 인한 영향은 펠티어 효과 보다 작게 나타난다.따라서 펠티어, 톰슨효과의 사이의 관계에 관한 영구는 열전대에 의해 생기는 기전력이 소선을 따른 열전효과와의 온도 기울기에 의한 연구 결과로서 대부분의 열전대 응용에서는 제벡 효과만으로도 열전대의 설명은 충분하다.◎열전대의 특징○장점?응답이 빠르고 시간 지연에 의한 오차가 적다.?측정 온도 범위가 넓으며, 작은 곳의 온도측정도 가능하다.?열기전력을 이용하여 온도를 검출하므로 지시, 조절, 증폭, 제조, 변환 등의 정보처리가 용이하다.?고온에도 기계적 강도가(진동, 충격) 뛰어나며, 내식성이 강하고, 안전성이 높다.○단점? 기준 접점이 필요하며 접점으로 인하여 오염이 발생 할 수 있다.? 기준 접점 및 보상 도선에 의한 오차를 고려할 필요가 있다.? 상온 부근에서는 보정에 주의하지 않으면 좋은 정도를 얻기가 어렵다.그림 1. 열전대의 원리T1T2금속 A금속 B기전력그림 .열전대의 실제 모습◎열전대의 종류▶ 열전대의 구성 재료와 특징에 따라 B-TYPE, R-TYPE, S-TYPE, K-TYPE, E-TYPE, J-TYPE, T-TYPE로 나눈다.○ B-TYPE ＋극 쪽에 RH 30%를 포함한 백금 RH과 -쪽에 RH 6%를 포함한 백금 RH 합금을 사용한 열전대이다. 고온에 있어서 정밀 측정과 내구성이 요구 되는 경우 주로 이용하며 온도의 측정범위는 0～1700℃ 정도 이다.○ R-TYPE ＋극 쪽에 Pt, Rh(13%)합금과 －쪽에 순 Pt를 사용한 열전대로서 극히 고 순도 백금의 귀금속을 사용하고 있기 때문에 KS규격에 의한 0.25%의 오차를 충분히 만족시키는 고정도를 갖고 있다. 보호관 및 전열관에는 철 함유량이 낮은 고 순도 알루미나 재질을 사용하여야 한다. 또 열전대 자체의 취급도 주의를 요하며 손의 땀이나 기름으로 오염되어 손실되지 않도록 알코올, 벤젠 등으로 오염을 제거하는 것이 중요하다. 온도의 측정범위는 600～1600℃ 정도 이다.○ S-TYPE ＋쪽에 Pt, Rh(10%) 합금과 －쪽에 순수한 Pt를 사용한 열전대이다. 사용할 때에는 R 열전대와 같이 오염에 주의가 필요하며 측정 가능한 온도의 범위는 0～1600℃정도 이다.○ K-TYPE ＋쪽에 Cr을 약 10% 포함한 Ni-Cr 합금과 －쪽에 Al, Mn을 조금 포함한 Ni합금을 사용한 열전대 이다. 현재 공업용의 열전대로서 가장 넓게 사용되며 신로성이 높다. 저온에서는 사용 할 수 없지만 고온에서 사용 가능하고, 기전력특성의 직선성이 양호하여 비교적 내열, 내식성이 높은 것이 특징이다. 고온에서 사용하는 온도계인 만큼 측정 가능한 온도의 범위는 200～1370℃ 정도이다.○ E-TYPE ＋쪽에 K열전대와 같은 Ni-Cr합금과 －쪽에 Cu-Ni합금을 사용한 열전대이다. 공업용 열전대로서 기전력 특성이 가장 높은 것이 특징이다. 현재 사용되고 있는 열전대 중에서는 전기 저항이 가장 높기 때문에 사용계기의 선택에서 충분한 주의가 필요하다. 측정 가능한 온도의 범위는 －200～800℃ 정도 이므로 저온과 고온의 물질 모두를 측정 할 수 있다.

공학/기술| 2006.05.20| 4페이지| 1,000원| 조회(1,799)

물리화학, 온도계, 써미스터, Thermistor, 열전대온도계

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