페이지 1 / 5 Thermocouple, 열전대열분석 2012/06/22 19:25 Thermocouple( 열전대, 열전쌍 ) http://blog.naver.com/rider17/80162854141 Thermocouple은서로다른두종류의금속의기전력을이용한온도센서입니다. 특성이다른두종류의도체의양단을접합해폐회로를만들고한쪽끝단에온도차이를주면이회로에열기전력이발생하게됩니다. 이온도에비례하여기전력이커지는데이기전력의크기를이용하여온도를측정하는온도센서를 thermocouple이라고합니다. 1. Thermocouple 의특징 Thermocouple은다른온도계와비교하여 1. 빠른응답과적은오차그리고비교적시간지연이적습니다. 2. 상황에맞게사용할수있도록사용온도범위가넓습니다. 3. 기전력을이용한온도센서이므로증폭조절, 변환등의처리가쉽습니다. 4. 비교적저렴하고내구성이좋아활용도가높습니다. 그외의온도센서는써미스터측온저항체등이있습니다. 두온도센서의명확한차이는모르겠지만둘다소재의온도계수와저항률을이용한온도센서입니다.
페이지 2 / 5 2. Thermocouple 의원리 제백효과 (Seebeck Effect) Seebeck Effect은전도체에전류가흐르지않아도에너지의흐름에의해전압의차이가생기고기전력이발생한다는원리입니다. Seebeck 이란사람이발견한열전현상이며전도체의양끝단이온도차이가기전력을발생시키는원인이됩니다. Seebeck Effect와같은열전현상에는 Pelitier Effect, Thomson Effect가있습니다. 참고로온도차이에의해기전력이발생하는열전현상과함께압력에의해기전력이발생하는압전현상이있습니다. 온접점에서많은전자가충만대에서전도대로이동되고냉접점으로확산됩니다. 이에따라상대적으로온접점에서냉접점쪽으로향하는전기장이생기므로회로내부의에너지준위가경사를이루고양측금속의페르미준위사이에온도차가생겨양전위의열기전력이발생합니다. 팰티어효과 (Peltier Effect) Peltier효과는 Seebeck효과와는다소차이가납니다. 온도차에의한에너지의흐름때문에기전력이발생하는것이아니라, 다소다른관점에서에너지의흐름을서술하고있습니다. 펠티어효과의이론은, 두개의전도체에전류가흐를때온도구배는 0이되지만만약두전도체가다른물질로구성되어있다면에너지의흐름은불연속적이될것이며, 이불연속성때문에마치열의흐름과도같이에너지가전달된다는것입니다. 따라서, 에너지의흐름에따라기전력이발생하게됩니다. 톰슨효과 (Thomson effect) 톰슨효과는전류가흐르고또온도구배가존재하는개개의전기전도체에있어서열의변화를분포적으로고려합니다. 온도구배와전류의흐름모두에의존하므로열은전도체로부터흡수될수있고방출될수도있습니다. Thomson열은전자에대류됩니다.
페이지 3 / 5 B 형열전대 (Pt-30%Rh / Pt-6%Rh ) 0 1,700 B형열전대는다른백금, 로듐열전대보다로듐함량이높기때문에용융점 ( 熔融點 ) 및기계적강도가높습니다. B형열전대는 1600 까지의산화및중성분위기에서지속적으로사용할수있고, 다른백금, 로듐열전대보다환원분위기에도장시간사용할수있습니다. B형열전대는특히정밀 ( 精密 ) 측정및고온하에내구성 ( 耐久性 ) 을요구하는장소에적극추천 ( 推薦 ) 합니다. R 형열전대 (Pt-13%Rh / Pt) 0 1,600 R형열전대는 1,400 까지, 간헐적으로 1,600 까지산화및비활성 ( 非活性 ) 분위기내에서지속적으로사용시추천할수있습니다. 그러나, 세라믹절연관과보호관으로올바르게보호했더라도진공, 환원또는금속증기 ( 蒸氣 ) 분위기내에서는사용할수없습니다. S 형열전대 (Pt-10%Rh / Pt) 0 1,600 S 형열전대는 1886 년 LeChatelier 에의해처음으로개발된역사적인열전대입니다. IPTS (International Practical Temperature Scale : 국제실용온도눈금 ) 에의해정의된 630.74 에서 Antimony( 안티모니 ) 로부터 1064.43 의 Gold( 금 ) 범위까지동결점으로정의하는표준열전대로널리사용됩니다. K 형열전대 (Chromel / Alumel) - 200 1,250 K형열전대는 1906년미국의 Hoskins사의 A.L.Marsh 씨가처음으로개발했고, 그이후로많은개량을해왔습니다. 오늘날다양한특성때문에신뢰성이높은산업용열전대로가장널리사용됩니다. 1260 까지산화및비활성분위기내에서사용할수있습니다. K형열전대는이슬점 (Dew-point) 이 - 42 보다낮으면수소또는분해된암모니아분위기에서사용할수있습니다. 그러나, 적절히보호관을사용했더라도, 환원, 산화와환원이교차, 황화또는 "Green-rot" 부식성분위기에서는사용할수없습니다. "Green-rot" 는큰경 ( 經 ) 또는환기 ( 換氣 ) 되는보호관을사용하여산소공급을증가시킴으로최소화할수있습니다. 또한밀봉된보호관에산소를흡입하고 "getter( 잔류가스제거재 )" 를넣어최소화할수도있습니다.
페이지 4 / 5 E 형열전대 (Chromel / Constantan)- 200 900 E 형열전대는산업용열전대중기전력 (EMF) 특성이가장높습니다. 1964년 ANSI 및 1974년 JIS에서채택 ( 採擇 ) 된이후수요 ( 需要 ) 가급속히증가하고있고대단위화력및원자력발전소에서폭넓게사용되고있습니다. 750 까지지속적으로사용할수있고, 실제사용을위해, E형과유사한 K형을예방책으로사용해보는것이좋습니다. E형열전대는기본금속열전대중가장높은저항성을갖고있어이와연결시키는계기선정시에각별한주의가요구됩니다. J 형열전대 ( Iron / Constantan ) 0 7 5 0 J형열전대는 E형열전대다음으로기전력 (EMF) 특성이높고, 750 까지의환원, 비활성, 산화, 또는진공분위기에추천됩니다. 저렴한가격으로다양한곳에서사용되고있습니다. 그러나, 538 이상의유황분위기에서는사용할수없으므로, J형의철소선은녹이슬거나물러지기때문에저온측정용 T형이보다바람직합니다. T 형열전대 ( Copper / Constantan )- 200 350 T형열전대는습한분위기에서부식에강하며, 중간이 0 인온도측정에적합합니다. 400 까지진공및산화, 환원또는비활성분위기에서사용할수있습니다. 기전력특성이안정되고정확하기때문에실험용으로폭넓게사용되고있습니다. T형은규격화된열전대중에서중간이 0 인 온도범위내에서공차 (Tolerance ) 가가장적은열전대입니다. N 형열전대 ( Ni-Cr-Si / Ni-Si-Mg ) 0 1,300 N형열전대는 84%Ni-1 4.2%Cr-1.4%Si / 95.5%Ni-4.4%Si-0.1%Mg의배합으로호주국방성의재료연구실험실에서처음으로개발했습니다. NBA, ASTM 및기타다른연구기관에서다방면으로연구하고개선하여표준화및규격화된오늘날의기전력 (EMF) 표를만들어냈습니다. N형열전대는 600 에서 1,250 의높은온도범위에서사용시 K형열전대보다오랫동안안정되고산화에우수한저항력을보여줍니다. Si 및 Mg의첨가로 Cr (Chromiun : 크롬 ) 혼합물의조정에의해, "Short range ordering" 부근에서의기전력 (EMF) 변화가적어졌고 "Green Rot" 부식에저항력역시개선되었습니다. K형과비교하여기전력 (EMF) 표류의비율이 1,000 이상의온도범위에서절반또는 1/3로보고되므로 1,000 에서 1,200 의지속적인산화분위기에서사용하도록추천되고있습니다.
페이지 5 / 5 4. 열전대 (ThermoCouple) 사용상주의사항 열전대는여러가지의종류가있지만사용장소, 용도에따라서적정한것을선정하는것이중요하다. 온도를정확하게측정하기위해서는열전대의선정의내열, 내식, 내진성을고려한보호관등의선정, 구조및취부방법 ( 위치 ) 등에유의할필요가있다. 각종열전대 E, J, T 어느쪽도 -쪽에 Cu-Ni합금 (constantan) 을사용하고있다. 그러나호칭이같아도각각 + 쪽의종류에따라 Cu-Ni 합금 (constantan) 의배합비를변화시켜열기전력특성을조정하고있다. 따라서이들열전대소선의 -쪽과의호환성은없으므로주의해야한다. 열전대종류별기전력그래프 출처 : http://blog.daum.net/_blog/blogtypeview.do?blogid=07wjh&articleno=10219807#ajax_history_home http://www.think-tank.co.kr/145