온도 - 정밀한측정방법은? 김용규 한국표준과학연구원온도센터 2012. 5 Better Standards, Better Life 1
목차 I. 열과온도 II. 저항식온도측정 III. 열전식온도측정 IV. 복사온도계 V. 온도계교정 Better Standards, Better Life 2
제 1 장. 열과온도 1. 온도단위및눈금 2. Mise en Pratique of Kelvin (MeP-K) 3. 열전달과열적성질 Better Standards, Better Life 3
1. 온도단위및눈금 Lord Kelvin Ludwig Boltzmann Better Standards, Better Life 4
1-1. 온도란무엇인가? 온도 직관적으로물체의뜨거움혹은차가움의척도 정확히는, 열에너지 (kt) 의척도 k : Boltzmann constant 열흐름의구동력 High T Low T 온도계발견의동기로작용 Better Standards, Better Life 5
최초의온도계 1594 년, 이탈리아갈릴레오 기체온도계의일종 온도에따른부피팽창을이용 Better Standards, Better Life 6
1-2 온도단위 국제단위 : K or o C 열역학눈금 : Kelvin, K 1K Triple il point of 273.16 water 섭씨도 ( o C) 일반적이며실용적단위 1 o C = 1 K K = 273.15 + o C Better Standards, Better Life 7
섭씨도 ( o C) 1742 년, 스웨덴셀시우스고안 물의빙점 : 100 o C 물의끓는점 :0 o C 100 개로분할하여 1 o C 로구분 1744 년, 스트뢰머가변경 셀시우스사망후스케일뒤집음 빙점 :0 o C, 끓는점 : 100 o C 켈빈단위계와함계국제적으로사용됨 Better Standards, Better Life 8
켈빈, K 가역적인카르노엔진에서, 열효율이온도에비례함을확인 ( 켈빈경 ) Q2 Q 1 T T 2 1 이관계식에서절대온도,T, 를정의함. 이상기체의경우, PV = constant x T At T = 0, 기체부피는제로로가야함. 실제기체의경우, 온도에따른부피변화를외삽하면제로에접근함 (T = 0 K). Better Standards, Better Life 9
1-3. 온도눈금 1954 년이전, 섭시도눈금이사용됨 물의빙점과끓는점을기준으로활용 1954 년이후, 열역학눈금을사용 물의삼중점 (TPW) 을온도단위의정의로활용 온도눈금의정의 TPW 273.16 K The unit of thermodynamic temperature, the kelvin, symbol K, is defined as the fraction 1/273.16 of the thermodynamic temperature of the triple point of water Better Standards, Better Life 10
물의삼중점 Better Standards, Better Life 11 11
온도눈금의변화 ITS-27 ITS-48 IPTS-68 산소끓는점 (-182.970 o C) ~ 복사온도계영역까지정의 6 개의고정점 은고정점값변경광고온계의내삽공식변경여러개의 2차고정점채택 수소삼중점까지온도하한확장 (13.81 K) 11개의고정점정의 표준온도계의내삽공식변경 thermometer ITS-90 PLTS-2000 현재의온도눈금체계 0.9 mk 까지하한확장 Mise en Pratique of Kelvin (MeP-K) 현재의켈빈에대한정의 Better Standards, Better Life 12
2. Mise en Pratique of Kelvin (MeP-K) Mise en Pratique of Kelvin : Practical Realization of Kelvin using Nobel Method 고품위온도계에적용 ( 유리온도계, 바이메탈등은제외함 ) 2006년 CCT에서채택 새로운열역학온도측정기술의개발및발전 온도눈금을쉽고폭넓게실현가능 열역학온도측정기술로온도눈금실현이가능 이러한발전으로부터온도눈금의혁신이이루어짐 MeP-K 의구성 ITS-90 Technical Annex of ITS-90 PLTS-2000 Primary thermometers, ITS-90 and PLTS 2000 uncertainties Better Standards, Better Life 13
A. 국제온도눈금 1990 (ITS-90) (In 1989, CIPM approved) Better Standards, Better Life 14
7 o C (Zn FP) 3 o C (Al FP) o C (Ag FP) 8 o C (Au FP) 2 o C (Cu FP) Fixed-points of ITS-90 0 K 0.65 K 3 K 5 K K (e-h2 ~ 17 ~ K (Ne K (O2 K (Ar K (Hg 0.01 o C (H2O TP) o C (Ga MP) C (In C (Sn 13.8033 TP) K 20.3 K 24.5561 TP) 54.3584 TP) 83.8058 TP) 234.3156 TP) 29.7646 o 156.5985 o FP) 231.928 o FP) 419.52 660.32 961.78 1064.1 1084.6 He Gas thermometer Pt resistance thermometer He vapor pressure thermometer t Better Standards, Better Life 15 Pyrometer
저온삼중점 < 실현장치모습 > Better Standards, Better Life 16
Ar 삼중점실현예 5.3465 Resistan nce () 5.3460 5.3455 5.3450 5 mk Pulse heating 0 1 2 3 Time /h 4 5 Melting plateau Better Standards, Better Life 17
제 3 장국제온도눈금 -1990 (ITS-90) 금속고정점 Resistance bridge Fixed point cell Furnace and system Better Standards, Better Life 18
구리응고점실현예 13247 PtPd thermocouple at Cu Point (1084.62 o C) 13246 0.05 o C Emf / V 13245 13244 Standard deviation: ± 0.02 V (=1 mk) 13243 13242 15:40 16:00 16:20 16:40 Time /h.min Better Standards, Better Life 19
o C (Ga MP) 5 o C (In FP) o C (Sn FP) o C (Zn FP) o C (Al FP) 961.78 o C (Ag FP) SPRT sub-ranges 13.8033 K (e-h2 TP) ~ 17 K ~ 20.3 K 24.5561 K (Ne TP) 54.3584 K (O2 TP) 83.8058 K (Ar TP) 234.3156 K (Hg TP) 0.01 o C (H2O TP) 29.7646 156.598 231.928 419.527 660.323 11 sub-ranges! Better Standards, Better Life 20
KRISS 측정능력 Temperature Uncertainty (k=2) Temperature Uncertainty (k=2) Ne (24.5561 K) 0.4 mk In (156.5985 o C) 1.7 mk O 2 (54.3584 K) 0.7 mk Sn (231.928 o C) 0.9 mk Ar (83.8058 K) 0.8 mk Zn(419.527 o C) 1.3 mk H 2 O (0.01 o C) 0.2 mk Al (660.323 o C) 1.8 mk Ga (29.7646 o C) 04 0.4 mk Ag (961.78 o C) 26 2.6 mk Better Standards, Better Life 21
3. 열전달과열적특성 온도측정은온도계와시스템간의열교환을측정하는과정 Better Standards, Better Life 22
3-1. 열전달 3 가지방법 전도 (Conduction), 대류 (Convection), 복사 (Radiation) Better Standards, Better Life 23
3-2. 열적성질 3 개의주요인자 열전도도 ( thermal conductivity), 열용량 (heat capacity), 잠열 (latent heat) Better Standards, Better Life 24
3.3 온도측정오차 온도계는측정대상의온도를지시. 많은경우, 완벽한측정은불가능. 즉, 완벽한열적평형은불가능 온도계를넣을경우열평형을방해함. 일반적인오차들 담금오차 열용량오차 반응시간오차 일정한온도변화시시간지연오차 복사오차등 Better Standards, Better Life 25
A. 담금오차 온도계몸체, 보호관, 리드선은연속적인열흐름통로로작용 Heat absorbed by thermometer Heat lost from thermometer Temperature profile along thermometer stem T m 간단한오차모델 ( T amb T sys L ) K exp( D eff T sys : Temperature of system T amb : Temperature of ambient L : depth of immersion of sensor D eff : effective diameter of thermometer K : constant (~ 1) ) Better Standards, Better Life 26
상대적인담금오차 Rela ative temper rature error (%) For K = 1 For 1 % accuracy 센서굵기 5배 + sensor length For 0.0101 % accuracy 센서굵기 10배 + sensor length For 0.00010001 % accuracy, 센서굵기 15배 + sensor length 최고수준정확도 Immersion (diameter) Better Standards, Better Life 27
제 2 장. 저항식온도측정 1. 금속의저항 2. 저항측정 3. 백금저항온도계 4. 오차및사용방법 5. 기타저항식온도계 Better Standards, Better Life 28
1. 금속의저항 금속은일반적으로양호한전도체 금속내자유전자에기인 V = IR ( 오옴읭법칙 ) V : voltage, I : current, R: resistance 전기전도도에영향을주는 2 가지인자 온도 불순물 Better Standards, Better Life 29
A. 온도효과 온도상승 격자진동증가 전자의산란증가 저항증가 Better Standards, Better Life 30
B. 불순물효과 불순물 : 다른원자, 격자결함등 불순물은전자의산란을증가시킴 매티슨의법칙 고순도금속을사용하는것이유리 Better Standards, Better Life 31
2. 저항측정 기본적으로오옴의법칙활용 V = IR 온도측정학에서, 저항은기준저항값과비교하는방법을이용하여정밀하게측정함. 이방법은인가전류를정밀하게측정할필요가없음. Potentio-metric ti ti method Bridges method 상용의표준방법 Better Standards, Better Life 32
A. Bridge method 영점감지기가아래브릿지회로의출력전압을비교하여제로에맞춤 교류전류인가방법을채택하여 (AC method), 직류전류의오프셋에러를제거할수있음. 대부분의표준기관이 AC method을채택하여사용함. Most accurate AC Resistance Bridges(ASL F900) Better Standards, Better Life 33
B. 리드선효과 2 선, 3 선, 4 선식방법 2 선식 : 가장초보적방법 3선식 : 산업체에서많이사용됨. 그러나한쪽리드선의저항이보정되어야함. 4선식 : 리드선효과가없으며, 표준방법임. Three wires Four wires Better Standards, Better Life 34
리드선효과실험예 3.0 Immersion depth : 20 cm t (= t - t 3wire 4wire )/o C 2.5 2.0 1.5 10 1.0 W86-8 W86-11 W86-17 NI08-1 NI08-2 NI08-3 Ni lead wires Silver lead wires 0.5-100 -50 0 50 100 150 200 250 300 Temperature / o C Better Standards, Better Life 35
3. 백금저항온도계 백금 고온까지사용가능 화학적반응정도가약함 고순도금속이가능 온도에따른저항변화특성이우수 온도에따른저항변화식 (CVD 방정식 ) Above 0 o C, Below 0 o C, Called Calendar-van Dussan equation (CVD equation) Better Standards, Better Life 36
A. 표준백금저항온도계 (SPRT) 고순도의백금선을이용 (99.999 % 이상 ) R tp = 25.5, 2.5, 0.25, Capsule type SPRT Long stem SPRT Better Standards, Better Life 37
형상 Better Standards, Better Life 38
SPRT 특징 외적효과에매우민감 백금선의변형 탄성변형 오염 사용대기환경 기계적혹은열적충격 비평형결함농도의변화등 표준혹은교정실에서사용하여야함 잘숙련된전문가 Better Standards, Better Life 39
B. 산업용백금저항온도계 (IPRT) SPRT보다저급사용하기쉽기튼튼 100 00 00 1000 박막형혹은권선형타입이대부분 Thin-film type Wire wound type Better Standards, Better Life 40
활용방정식 CVD 방정식 -200 o C ~ 850 o C R(t o C) = R(0 o C)[1 + At + Bt 2 +C(t 100)t 3 ] Above 0 o C, C = 0 온도계수, o R(100 C) R(0 o 100R(0 C) o C) 현재 = 0.003 85 이대부분 Better Standards, Better Life 41
4. 오차및사용방법 Error tree of PRT Better Standards, Better Life 42
A. 자기가열오차 전류가센서부위를지나감에따라줄가열발생 줄가열 (Joule heating), P = I 2 R 온도오차 2 T R( t) I / h h : 열감쇄상수 (mw/ o C) 온도보정방법 온도 T 1, 전류 I 1 온도 T 2, 전류 I 2 2 I 1 T ( 0 T1 T1 T2 ) 2 2 I I 1 2 Better Standards, Better Life 43
B. 이력곡선 온도를상승 / 하강시킬때나타나는상이한온도-저항거동백금선의탄소성변형과관계됨 온도를증가시킬때이완되어저항감소 온도를낮추면줄어들어저항증가 이력곡선측정예 최근에개발되어판매되는 PRT 는상대적으로작은이력곡선특성치를보여줌 Better Standards, Better Life 44
C. PRT 선택방법 정확도 Quartz sheath Glass sheath Accurac cy ( o C) Metal sheath Fully supported PRT Partially supported PRT Standard PRT Continuous Intermittent Operating temperature ( o C) Better Standards, Better Life 45
5. 기타저항식온도계 써미스터 금속산화물을이용한반도체형세라믹저항체 고감도센서 (PRT보다 100배이상, 열전대보다 1000 배이상 ) 작고빠른응답특성 상용온도영역 : 100 o C ~ 150 o C 가정용기기, 자동차, 전자제품등에많이활용 두가지방법 PTC (positive i temperature coefficient) i NTC (negative temperature coefficient) More suitable and popular in thermometry 교정방정식 1 3 T 2 a0 a1 log( R) a2 log ( R) a3 log ( R) 1 3 T a0 a1 log( R) a3 log ( R) (Steinhart-Hart equation) Better Standards, Better Life 46
Cu 및 Ni 저항온도계 Cu 저항온도계 200 o C 이하에서직선성이매우좋다 낮은저항이단점 (10 at 25 o C) 상용온도영역 : - 80 o C ~ 260 o C Ni 저항온도계 값이저렴하고감도가좋다 (PRT 보다 2배이상 ) 상용온도영역 : - 60 o C ~ 180 o C 2 R ( t ) R0 (1 A t B t C t 급탕열량계, 공기조화기에사용 4 ) Better Standards, Better Life 47
제 3 장. 열전식온도측정 1. 열전효과 2. 열전대의종류및특징 3. 측정시스템 4. 오차및사용방법 Better Standards, Better Life 48
1. 열전효과 제벡 (Seebeck) 효과 온도차이 전기발생펠티어 (Peltier) 효과 전류인가 온도차이발생톰슨 (Thomson) 효과 단일도체에서위두가지효과가동시에발생 Better Standards, Better Life 49
1-1. 제벡 (Seebeck) 효과 1821 년, T.J.Seebeck A Hot current Cold B 서로다른두 (A and B) 금속선으로구성 Better Standards, Better Life 50
Battery!!! 어떤금속도체에온도차이를만들었을때 T h E T c S E lim t 0 t( T T ) ( h c E S( t) dt Better Standards, Better Life 51
열전대는. 온도구배정도에따라전압이다른배터리가연속적으로연결된상태라생각할수있음 e emperature Te Position Better Standards, Better Life 52
2. 열전대타입및특징 규격화된열전대 귀금속 (Noble metal thermocouples) 卑금속 (Base metal thermocouples) 비규격화된열전대 순금속열전대 W/Re 열전대 기타 Better Standards, Better Life 53
2-1. 열전대종류 온도 vs. 기전력변화거동 100 80 E EMF (mv V) 60 40 20 T J K N R S B 0-20 -250 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 Temperature ( o C) Better Standards, Better Life 54
2-2. 열전대특징 Type Composition + - Properties S Pt90Rh10 Pt R B Pt87Rh13 Pt70Rh30 Pt Pt94Rh6 공지중에서가장안정 SR S, 은 1450 o C, B 는 1700 o C 까지연속적사용가능금속계열불순물에매우취약보호관없이진공중사용금지 K Ni90Cr10C Ni95(Mn,Al,Si)5 (Chromel) (Alumel) 가장잘알려진열전대 공기중혹은불활성분위기사용고온에서특성변화가심하다 N Ni84.5Cr14.2Si1.3 2Si13 Ni95.5(Si,Mg)4.55(Si Mg)45 K 형을대체하기위하여개발된타입 (Nicrosil) (Nisil) 고온안정도를향상시킴 T J E Cu Fe Ni90Cr10 Cu55Ni45 (Constantan) T 는주로저온에서사용 J 와 E는드물게사용 Better Standards, Better Life 55
비규격화된열전대 Type Composition + - Properties Au/Pt Au Pt Pt/Pd Pt Pd 고순도순금속을이용 (5N 이상 ) 조성변화가거의없다가장안정되고정확한열전대 W3Re/W25Re W97Re3 W75Re25 최대 2300 o C 초고온용으로특별히고안된열전대 W5Re/W26Re W95Re5 W74Re26 불활성, 진공, 환원분위기에서만사용가능 이외에수백개의열전대조합이보고됨 Better Standards, Better Life 56
3. 측정시스템 열전대센서 기준접점 절연관 / 보호관 보상선 측정장비 Better Standards, Better Life 57
3-1. 열전대센서 Reference thermocouple Better Standards, Better Life 58
식별색깔 Better Standards, Better Life 59
3-2. 기준접점 Silicon oil J Cold junction 안정도 ±5 mk Better Standards, Better Life 60
3-3 절연관 / 보호관 Better Standards, Better Life 61
3-4. 보상선 경제적이유에서사용 주로고가의귀금속열전대에적용 Type Composition + - Temperature error B Copper Copper 0 ~100 0 S, R K J Copper Chromel Iron Copper Alloy Alumel Constantan 0 ~ 200 0 ~ 200 0 ~ 200 ± 5.0 ± 2.2 ± 22 2.2 E T N Chromel Copper Nicrosilil Constantan Constantan Nisilil 0 ~ 200-60 ~ 100 0 ~ 200 ± 1.7 ± 1.0 ± 22 2.2 Better Standards, Better Life 62
3-5. 측정장비 Digital volt(multi)meters (0.1 V 분해능 ) Digital indicators (with internal reference Junction) Better Standards, Better Life 63
4. 오차및사용방법 Error tree of thermocouple Better Standards, Better Life 64
4-1. 고온에서의조성변화 Type S, 1400 o C, 1440 h SEM image Negative leg Negative : 95% Pt + 5% Rh (originally 100 % Pt) Positive leg Better Standards, Better Life 65
4-2. 사용분위기에따른변화 Test temperature: 1600 K Type Gas Time /h Temperature change Result Argon 10,000-19 ~ -28 K Completed R Vacuum 1,610-1.5 K Failed Air 10,000-4.9 K Completed B Argon 10,000-7 ~ - 18 K Completed Vacuum 2,780-3.2 K Failed Better Standards, Better Life 66
4-3. 보호관 측정온도 1000 o C Type S - Pt10Rh, Pt20Rh, Inconel, S.steel Type B - Inconel and S.steel Better Standards, Better Life 67
제 4 장. 복사온도계 1. 흑체복사 2. 온도눈금 3. 온도계종류 4. 오차및사용방법 Better Standards, Better Life 68
1. 흑체복사 Planck slaw law N T 5 2 C 1 e c 2 T 1 C 1 = 5.95445 x 10-17 J m 2 /s C 2 = 0.0143883 m-k max =C 3 /T (C 3 =2897.8 m K) Better Standards, Better Life 69 69
다양한복사법칙 Wien s Law N ( T ) 5 C2 / T 2C1 e T 1 Rayleigh-Jeans s Law N ( T ) Stefan-Boltzmann s Law E( T ) T 4 T 5 2C1 T 1 C 2 5 4 8 2 (2 C 1 15C 2 ) 5.6696x10 ( W m K Better Standards, Better Life 70 4 )
2. 온도눈금 Plank s law ratio R I I C T 1 x (exp( 2 / x ) 1) 1 T 90 (exp( C2 / T90) 1) 기준온도 (T 90 ) : Ag 혹은 Au 혹은 Cu 응고점 파장 : 650 nm 혹은 900 nm Better Standards, Better Life 71 71
진온도 vs. 겉보기온도 1 T A 1 T BB e ln C 2 e 2200 2000 T BB = 2000 K T A : 겉보기온도 (K) 1400 T BB : 진온도 (K) 1200 : 복사율 : 유효파장 (m) 1000 Apparent Tem mperature /K 1800 1600 T BB = 1500 K T BB = 1000 K 800 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Emisivity Better Standards, Better Life 72 72
3. 온도계종류 Disappearing Filament Optical Pyrometer Red filter, visible range Radiation Pyrometer Infrared range Total Radiation i Pyrometer Stefan-Boltzmann equation Better Standards, Better Life 73 73
3-1. Disappearing Filament Pyrometer 시편 기준선 낮음적절높음 사람눈에전적으로의존!!! Better Standards, Better Life 74 74
3-2. 적외선복사온도계 광전검출기개발로인하여사람의눈을대체할수있는복사온도측정이가능 1950 년에처음으로 650 nm 영역에서광고온계개발 실리콘포토다이오드를이용하여고감도로1000 nm 이상파장영역에서활용가능한장비개발됨 복사온도계는비접촉식방법으로온도를측정하는가장일반적인방법임. Better Standards, Better Life 75 75
각종검출기의분광감응도 Better Standards, Better Life 76
실리콘포토다이오드및다양한검출기 Better Standards, Better Life 77
적외선온도계신호의상대적세기비교 10 5 0.9 m 10 4 ative Int tensity Rel 10 3 10 2 10 1 10-1 10-2 2.5 m Total 0 10 10 m 10-3 10-4 10-5 500 1000 1500 2000 2500 3000 Temperature /K Better Standards, Better Life 78
검출기와적정사용온도영역 Better Standards, Better Life 79
4. 오차및사용방법 사용하기쉽다 광경로및타겟의상태에민감 수분에의한오차 타겟의투명도 윈도우존재유무 타겟의시계면적 타겟의복사율 복사원의크기에따른오차등 Better Standards, Better Life 80 80
4-1. 유리창을통하여측정하는경우 유효파장이 0.9 m 인복사온도계를사유리창용하여복사율이 0.9인복사체의온도를투과율이 0.9인유리창을통할때측정했을때측정된온도가 900 o C 였다면이전기로복사체의진온도는섭씨몇도일까? 흑체에서나오는복사선이흡수가있는매질을통과하면투과된복사선은복사율이매질의투과율과같은물체에서방출된복사선과같이취급할수있다. 따라서, 복사율이 0.9인물체를측정할때투과율이 0.9인유리를통하여측정하였다면이물체는복사율이 081(09x 0.81 (0.9 0.9 =0.81) 인복사체로취급할수있다. S 1 1 0.910 ln (273.15 900) 0.014388 2222 Better Standards, Better Life 81 o C 6 0.81 273.15
4-2. 복사온도계의유효파장추정 한종류의복사온도계를흑체를사용하여교정하고있다. 복사온도계의복사율설정을 1로하면측정된온도는 1200 o C 이고복사율을 0.5로놓으면 1450 도C로측정되었다면이복사온도계의유효파장은얼마일까? 흑체의복사율을 0.5 로놓은것은복사율이 1 인경우를기준으로할때보다복사량이 2 배인경우를계산한것과같다. 따라서 1 1 e ln 1200 273.15 1450 273.15 0.014388 6 210 m 2m e 2 Better Standards, Better Life 82
4-3. 복사율설정을잘못하였는데... 어제어떤시편의온도를복사율을 07 0.7 로맞추고측정하였더니 1250 o C 였다. 그런데오늘자료를찾아보니그시편의복사율을 0.8로맞추는것이더타당한것을알았다. 그러면어제측정한온도 1250 o C는어떻게보정할수있을까? ( 측정에사용한복사온도계의유효파장은 0.9 mm 이다.) 같은복사선의량을복사율 0.7 과 08 0.8 로각각측정한경우이다. 기준온도가 1250 o C 일때복사량의비가 0.8/0.7인온도를계산하면된다. 1 T 1 1250 273.15 6 0.910 ln 0.014388 0.8/ 0.7 T=1231 o C Better Standards, Better Life 83
생각해볼점! 어떤반응 A to B 실험에서, 철수와영희는각각독립적으로실험해서 430 o C 와 450 o C 라고보고했다. 누가올바른가? 위와같은실험에서, 영수와민희는같은실험실선후배ㅇ다. 영수는 450 o C로측정하고졸업해나가고, 2년뒤민희가같은실험을해봤더니 430 o C였다. 누가올바른가? Better Standards, Better Life 84
한가지더! 물의끓는점을재고있다. 영수는 99.035 o C (SPRT) 민희는 99.5 o C ( 열전대 ) 철수는 100.35 o C (IPRT) 영희는 100 o C ( 바이메탈 ) 누가가장정확한가? Better Standards, Better Life 85
제 5 장. 온도계 교정 Better Standards, Better Life 86
1. 교정이란 교정 : 명시된조건하에서첫번째단계로, 측정 표준에의해제공된값 ( 측정불확도포함 ) 과대응 되는지시값 ( 연계된측정불확도포함 ) 사이의관 계를확립하고, 두번째단계로지시값에서측정 결과를얻는관계를확립하기위해첫번째단계 의정보를이용하는작업 Better Standards, Better Life 87
1-1. 교정방법 고정점방법 ITS-90 에서정의된고정점을이용 국가표준실혹은잘갖추어진교정실에서가능 비교교정 기준온도계와비교 가장널리사용되고편한방법. Better Standards, Better Life 88
A. 고정점방법 가장정확한방법 13247 PtPd thermocouple at Cu Point (1084.62 o C) 13246 0.05 o C Emf / V 13245 Pd 13244 Standard deviation: ± 0.02 V (=1 mk) 13243 TC wire Freezing cell 13242 15:40 16:00 16:20 16:40 Time /h.min Typical freezing curve Better Standards, Better Life 89
SPRT 고정점교정불확도 Temperature Uncertainty (k=2) Temperature Uncertainty (k=2) Ne (24.5561 K) 0.4 mk In (156.5985 o C) 1.7 mk O 2 (54.3584 K) 0.7 mk Sn (231.928 o C) 0.9 mk Ar (83.8058 K) 0.8 mk Zn(419.527 o C) 1.3 mk H 2 O (0.01 o C) 0.2 mk Al (660.323 o C) 1.8 mk Ga (29.7646 o C) 04 0.4 mk Ag (961.78 o C) 26 2.6 mk Better Standards, Better Life 90
열전대고정점교정불확도 Temperature/ o C Expanded uncertainty (k=2) Au/Pt Pt/Pd S, R, B 231.928 (Sn) 0.02 o C 0.03 o C 0.04 o C 419.527 (Zn) 0.02 o C 0.03 o C 0.05 o C 660.323 (Al) 0.03 o C 0.03 o C 0.06 o C 961.78 (Ag) 0.03 o C 0.04 o C 0.08 o C 1084.62 (Cu) - 0.05 o C 0.09 o C 1154 (Fe/C) - 0.15 o C 0.2 o C 1324 (Co/C) - 0.65 o C 0.65 o C 1554.8 (Pd) - - 0.8 o C o o Better Standards, Better Life 91
B. 비교교정 가장흔한방법 기준기와전기로혹은액체항온조에서서로비교하는방법 PRT s Thermocouples Liquid-in glass thermometers Bi-metal etc. Better Standards, Better Life 92
비교교정법에의한교정불확도 Thermocouple Temperature range Expanded uncertainty (k=2) -80 o C ~ 0 o C 16 mk IPRT 0 o C ~ 250 o C 16 mk 250 o C ~ 550 o C 20 mk S, R, B 0 o C ~ 1100 o C 02 0.2 o C 1100 o C ~ 1554 o C 2.0 o C Better Standards, Better Life 93
1-2. 기본적인교정절차 교정대상기기 (DUT) 를육안으로검사하여결함여부판정 기준기와 DUT 를같이항온장치에설치 항온장치의온도를정해진교정온도로설정 온도안정도가확보되었는가를확인 기준기와 DUT 의지시값을반복해서측정 기준기에서기준온도를얻고, 이값과 DUT 지시값을비교 하여적절한내삽공식을작성 Better Standards, Better Life 94
더읽을거리 T.D. McGee, Principles and methods of temperature measurement, 1988, John Wiley & Sons J.V.Nicholas and D.R.white, Traceable Temperatures, 2 nd edition, 2001, John Wiley & Sons Manual on the use of thermocouples in temperature measurement, 4 th edition, 1993, ASTM Better Standards, Better Life 95