모든 센서는 특정 온도 범위에 대한 자체 사양을 가지고 있습니다. 이제 어떤 유형의 센서가 자신의 애플리케이션에 가장 적합한지 결정하는 것은 사용자의 몫입니다.
센서 선택은 다양한 사양, 즉 응용 분야, 허용 오차, 정확도, 최대 온도 범위에 따라 달라집니다.
이제 중요한 것은 온도 범위, 허용 오차, 정확도, 상호 호환성, 각 센서 유형의 상대적인 강점과 약점을 포함하여 다양한 유형의 센서를 구별하는 것입니다.
RTD 및 열전대 기본 사항 검토
RTD 온도에 따라 저항을 변화시키는 전기 저항기인 감지 소자를 포함합니다. 이러한 저항 변화는 잘 알려져 있으며 반복 가능합니다. RTD의 감지 소자는 일반적으로 와이어 코일 또는 도체 패턴이 절단된 전도성 필름 그리드를 포함합니다. 연장 와이어는 감지 소자에 부착되어 어느 정도 떨어진 곳에서도 전기 저항을 측정할 수 있습니다. 그런 다음 감지 소자는 공정에서 공정과 동일한 온도에 도달할 수 있는 위치에 배치할 수 있도록 패키징됩니다.
열전대, 반면에, 한쪽 끝이 연결된 서로 다른 재료로 만들어진 두 개의 전기 도체를 포함합니다. 공정 온도에 노출되는 도체의 끝을 측정 접합부라고 합니다. 열전대 도체가 끝나는 지점(일반적으로 도체가 측정 장치에 연결되는 곳)을 기준 접합부라고 합니다. 열전대의 측정 및 기준 접합부가 서로 다른 온도에 있을 때 도체 내부에 밀리볼트 전위가 형성됩니다.
사용된 열전대의 유형, 열전대 내의 밀리볼트 전위의 크기, 기준 접합부의 온도를 알면 사용자는 측정 접합부의 온도를 결정할 수 있습니다. 열전대 도체에서 생성되는 밀리볼트 전위는 사용된 재료에 따라 다릅니다. 일부 재료는 이러한 재료에서 생성되는 밀리볼트 전위가 더 반복 가능하고 잘 확립되어 있기 때문에 다른 재료보다 더 나은 열전대를 만듭니다. 이러한 열전대는 유형 E, J, K, N, T, B, R 및 S와 같은 특정 유형 지정이 부여되었습니다.
RTD 및 열전대의 온도 제한
RTD와 열전대에 사용되는 재료에는 온도 제한이 있으며, 이는 사용 시 중요한 고려 사항이 될 수 있습니다.
RTD
앞서 언급했듯이 RTD는 감지 요소, 감지 요소를 측정 기기에 연결하는 전선, 그리고 프로세스에서 감지 요소를 배치하는 일종의 지지대로 구성됩니다. 이러한 각 재료는 RTD가 노출될 수 있는 온도에 대한 한계를 설정합니다.
재료 사용 가능 온도 범위
플래티넘 -260°C ~ 650°C
니켈 -100°C ~ 300°C
구리 -70°C ~ 150°C
니켈/철 0°C ~ 200°F
RTD의 감지 요소에는 일반적으로 백금선이나 필름, 세라믹 하우징이 포함됩니다.
감지 소자를 밀봉하고 소자 와이어를 지지하기 위한 세라믹 시멘트 또는 유리. 일반적으로 백금 감지 소자는 최대 약 650°C의 온도에 노출될 수 있습니다. 니켈, 구리 및 니켈/철 합금과 같은 다른 재료도 사용할 수 있지만, 이들의 유용한 온도 범위는 백금보다 훨씬 낮습니다. 감지 소자를 판독기 또는 제어 계측기에 연결하는 와이어는 일반적으로 니켈, 니켈 합금, 주석 구리, 은도금 구리 또는 니켈 도금 구리와 같은 재료로 만들어집니다. 사용되는 와이어 절연은 RTD가 노출될 수 있는 온도에 직접적인 영향을 미칩니다. 표에는 일반적으로 사용되는 와이어 및 절연 재료와 최대 사용 온도가 포함되어 있습니다.
열전대
열전대 재료는 E, J, K, N, T, R, S 및 B 유형으로 제공됩니다. 이러한 열전대 유형은 기본 금속 및 귀금속 열전대의 두 가지 범주로 구분할 수 있습니다.
E, J, K, N 및 T형 열전대는 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 크롬 및 실리콘과 같은 일반적인 재료로 만들어지기 때문에 기본 금속 열전대로 알려져 있습니다. 각 열전대 유형에는 선호하는 사용 조건이 있습니다. 예를 들어, 맨 J형 열전대(철/콘스탄탄)의 사용은 일반적으로 최대 온도 540°C로 제한되며 철 도체의 열화로 인해 산화 또는 유황 분위기에서 사용하는 것이 권장되지 않습니다. 맨 T형 열전대(구리/콘스탄탄)는 구리 도체의 열화로 인해 370°C 이상에서 사용되지 않습니다.
R, S 및 B형 열전대는 백금과 로듐으로 만들어졌기 때문에 귀금속 열전대로 알려져 있습니다. 이러한 열전대는 기본 금속 열전대의 성능을 초과하는 응용 분야에서 사용됩니다. R 및 S형 열전대는 540°C~1480°C 사이의 온도에서 사용하도록 정격이 매겨졌고, B형은 540°C~1700°C에서 사용하도록 정격이 매겨졌습니다. 13700°C 이상의 온도에서 장기간 노출될 것으로 예상되는 경우, 열전대 수명을 개선하기 위해 B형 열전대를 지정하는 것이 좋습니다. R 및 S형 열전대는 장기간 상한 사용 한계 근처에 보관하면 상당한 입자 성장을 경험할 수 있습니다.
열전대는 감지 요소가 없기 때문에 RTD에 있는 온도 제한 재료가 많지 않습니다. 열전대는 일반적으로 맨 도체를 사용하여 제작되며, 그런 다음 압축 세라믹 압축 세라믹 분말 또는 성형 세라믹 절연체로 절연됩니다. 이러한 구조로 인해 열전대는 RTD보다 훨씬 높은 온도에서 사용할 수 있습니다.
허용 오차, 정확도 및 상호 교환성
허용오차와 정확도는 온도 측정에서 가장 오해받는 용어입니다.
허용오차라는 용어는 특정 요구 사항을 말하는데, 일반적으로 플러스 또는 마이너스 금액입니다. 반면 정확도는 지정된 범위에 대한 무한한 수의 허용오차를 말합니다.
예를 들어, RTD에는 감지 요소가 포함되어 있으며, 이는 특정 온도에서 특정 전기 저항을 갖도록 제조됩니다. 이 요구 사항의 가장 일반적인 예는 DIN 표준이라고 알려진 것입니다. DIN 표준의 요구 사항을 충족하려면 RTD가 0°C에서 100Ω ±0.12 %(또는 0.12Ω)의 저항을 가져야 Grade B 센서로 간주될 수 있습니다(Grade A 센서는 100Ω ±0.06%입니다. ±0.12Ω의 허용 오차는 32°C에서의 저항에만 적용되며 다른 온도에는 적용할 수 없습니다. 많은 공급업체가 상호 교환성을 제공합니다.
반면 열전대는 RTD와 다르게 제조되기 때문에 다르게 지정됩니다. RTD에서 발견되는 감지 요소와 달리 열전대에서 생성되는 mV 전위는 도체의 재료 구성과 야금 구조의 함수입니다. 따라서 열전대는 특정 온도에서 값이 지정되지 않고 전체 온도 범위를 포괄하는 오차 한계가 지정됩니다.
열전대에 할당된 이러한 한계를 표준 오차 한계 또는 특수 오차 한계라고 합니다.
사용자는 높은 신뢰성이나 정밀한 정확도의 응용 분야에 사용되는 열전대의 상태를 확인하기 위해 주기적으로 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.
다양한 센서의 응답시간 비교
강점과 약점
각 유형의 온도 센서 특정한 강점과 약점이 있습니다.
RTD 강점:
RTD는 반복성과 정확성이 중요한 고려 사항인 애플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다. 적절하게 구성된 플래티넘 RTD는 시간이 지남에 따라 매우 반복 가능한 저항 대 온도 특성을 갖습니다. 프로세스가 특정 온도에서 실행될 경우 해당 온도에서 RTD의 비저항은 실험실에서 결정할 수 있으며 시간이 지남에 따라 크게 변하지 않습니다. RTD는 또한 원래 변동이 열전대보다 훨씬 낮기 때문에 상호 교환이 더 쉽습니다. 예를 들어, K형 열전대 400°C에서 사용되는 표준 오차 한계는 ±4°C입니다. 100-Ohm DIN, Grade B 플래티넘 RTD는 이 동일한 온도에서 ±2.2°C의 상호 교환성을 갖습니다. RTD는 또한 정확한 측정을 얻기 위해 열전대에 일치하는 열전대 와이어가 있어야 하는 디스플레이 또는 제어 장비에 연결하기 위해 표준 계측 케이블과 함께 사용할 수 있습니다.
RTD의 약점:
동일한 구성에서 RTD는 기본 금속 열전대보다 2~4배 더 비쌉니다. RTD는 감지 소자 제조, 연장선 연결 및 센서 조립을 포함하여 RTD를 만드는 데 필요한 구성이 더 많기 때문에 열전대보다 비쌉니다.
RTD는 감지 요소의 구조로 인해 진동과 기계적 충격이 심한 환경에서 열전대만큼 잘 작동하지 않습니다. RTD는 또한 온도가 약 650°C로 제한되는 반면 열전대는 최대 1700°C까지 사용할 수 있습니다.
열전대 강점:
열전대는 1700°C의 높은 온도에서 사용할 수 있으며 일반적으로 RTD보다 비용이 적게 들고 더 작은 크기(직경 약 .020인치)로 만들어 온도에 대한 더 빠른 반응을 허용할 수 있습니다. 또한 열전대는 RTD보다 내구성이 뛰어나 진동과 충격이 심한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
열전대의 약점:
열전대는 중간 또는 고온 조건에 노출될 때 RTD보다 덜 안정적입니다. 중요한 응용 분야에서는 열전대를 제거하고 성능을 확인하기 위해 제어된 조건에서 테스트해야 합니다. 열전대 센서를 열전대 계측기 또는 제어 장비에 연결할 때는 열전대 연장선을 사용해야 합니다. 계측선(도금 구리)을 사용하면 주변 온도가 변할 때 오류가 발생합니다.
