열전대 최종본

목차

- 온도 측정 방법

- 열전대의 측정원리

- 열전대 특징과 종류

- 각 열전대의 특징 요약

본문내용

점이다. 특히 임해 공업 지대에서는 염해가, 또 일반 지역에서도 광화학 스모그 등에서 볼 수 있는 황화가스 등이 증가하여, 철에 대한 마이너스 요소가 증대하고 있다. 일반적인 방청 처리로는 주석이나 아연 도금이 생각될 수 있으나, 고온에서의 장시간 사용에 의한 계면 합금층의 형성이 열기전력 특성을 변화시키는 원인이 된다. 이밖에 파칼라이징이나 에나멜 소부에 의한 것은 고온에 사용할 수 없어, J 열전대에 대한 결정적인 방청 대책은 없다. 또, 다른 문제점은 규준 열기전력이 국제적으로 통일되어 있지 않다는 것이다. IEC, ANSI, JIS 등은 통일되고 있지만, 유럽에서 영향력이 강한 DIN은 앞의 세 규격과 다르다. 따라서, 어는 규격에 의해 눈금이 매겨져 있는 계기인가를 확인하여, 적합한 열전대를 선책하지 않으면 커다란 오차가 생기게 된다.
9) K 열전대
1960년에 호스킨스사에 의해 크로멜/알루멜의 상표로써 개발된 비금속 열전대이다. 그러므로 이 호칭이 유명해져, 지금도 K열전대의 대명사로써 쓰이고 있다. +각, -각 공히, 니켈을 주로 하는 합금이며, 내열성이 있고, 저온의 습기 찬 분위기에서 내식성이 좋고, 열기전력 특성은 온도에 대한 직선상이 양호하여, 1000도씨까지의 산화, 불활성 가스 분위기에서 가장 많이 쓰이고 있다. 공업용의 온도 계측에서는, 오랜 세월 동안의 실적에서 그 성질이 잘 알려져 있으며 정도, 안전성이 뛰어나고, 열기전력이 크고, 또한 가격이 적정하다는 점에서, 현재의 다른 열전대와 비교할 때 뛰어난 특징이 있어, 반세기에 걸쳐 널리 이용되고 있다.
10) 고온 측정용 열전대
귀금속 열전대는 백금-로듐 합금을 쓰는 것과, 이리듐-로듐 합금을 쓰는 것이 있다. 백금에 로듐 40%를 함유하는 합금과, 백금에 로듐 20%를 함유하는 합금으로 구성하는 PR40-20 열전대는 1100도씨~1800도씨의 범위로 사용할 수 있다. 열기전력이 작아 저온 영역에서 사용할 수 있게 고온 영역 전용으로서 개발된 것이다. 측정치의 분해능이 올라가지 않으므로, 고정도를 얻기는 곤란하다. 이리듐-로듐 합금의 열전대는 몇 가지 종류가 개발되어 있다. 일례로 Ir-Rh 40%/Ir 열전대가 있다. 상용한도는 1100~2000도씨이다. 특징은 진공, 불활성 가스, 약한 산화성 분위기에서 사용 가능하다. Ir-Rh는 모두 경도가 높아 신선가공이 곤란하다는 점도 있어 고가이다. 또 열기전력이 작고, Ir는 증발 오염되기 쉽다는 등의 이유로, 사용되는 일은 드물다.
고온의 열전대로 많이 쓰이는 것에 텅스텐계의 열전대가 있다. 그중에서도 대표적인 것은, 텅스텐에 레늄 5%를 함유하는 합금과, 텅스텐에 레늄 26%를 함유하는 합금으로 구성된 열전대이다. 통칭, W-Re5-26 열전대라고도 한다. 사용 온도 범위는 0~2400도씨이고, 단시간이라면 300도씨까지 사용 가능하다고 알려져 있다. 이 금속은 산화하기 쉬우므로, 환원성, 분위기, 불활성 가스 도는 수소 가스 중에서 아용하지 않으면 안된다. 열기전력은 약간 크고, 실용상으로는 충분한 성능을 갖고 있다. 양각 공히 고경도이고 취약하므로, 조립은 조심해서 취급해야 한다. 보관 중 또는 사용 중에도 특히 측온 접점 부근에서는 단선되기 쉬우므로, 충분한 배려가 요구된다.
11) 극저온용 열전대
표준화된 열전대는, -200도씨까지 규정되어 있어, 그 이상의 온도 영역은 많은 열전대가 실용화되고 있다. 최근에는 그 이하의 온도 영역, 즉 극저온에서의 온도 측정의 요구가 높아지고 있다. 이 영역의 온도계에는, 저항 온도계를 비롯하여 몇 가지가 있고, 열전대도 널리 이용되고 있다. 극저온용으로 최초에 개발된 열전대는, 구리와 금에 2.1%의 코발트를 함유하는 합금으로 구성된 것이다. 이 열전대는 10K 정도까지는 실용상 충분한 감도를 갖고 있으나, 그보다 저온이 되면 급격히 감도가 감소한다. 과학 기술의 진보에 따라 보다 극저온의 측정이 요구되었고, 특히 액체 헬륨(4.2K)의 이용 확대에 수반하여 새로운 열전대의 개발이 진행되어, 크로멜과, 금에 0.07%의 철을 함유하는 합금에 의해 구성되는 열전대가 완성 되었다. 이 열전대는 열기전력이 크고, 또 온도와의 직선성도 양호하며, 특성도 안정되어 있으므로 극저온 영역에서 널리 쓰이고 있다. 극저온 영역의 온도 측정에서는, 측정 오파를 작게 하고 피측정물의 단열 효과를 저하시키지 안ㄹ도록 소형의 센서가 요구 된다. 이 열전대는 소선지름 파이 0.2mm에 에나멜 피복을 한 것이 사용된다. 한편, 극저온의 이용 기술이 연구 단계에서 실용 단계로 발전하게 되면 장치가 대형화되는 경향이 있어, 장기간에 걸쳐 안전하게 조업하기 위해서는 고신뢰성의 열전대가 요구되어, 시스형의 열전대도 개발되고 있다.
- 각 열전대의 특징 요약
《1》귀금속 열전대(B, R, S)의 공통적인 특징
① 산화성 분위기 중에서는 연속 사용이 가능하지만, 환원성 분위기에서는
적합하지 않다.
② 내식성, 내약품성이 좋다.
③ 수소 및 금속증기에서 변질하기 쉽다.
④ 고온측정용에 적합하다.
⑤ 열기전력이 작다(특히 B는 매우 작다).
⑥ 열기전력의 직선성이 좋다.
《2》비금속 열전대(K, E, J, T)의 특징
1) K 열전대(클로멜 아루멜)
① 산화성 분위기 중에서 사용이 가능하다.
② 환원성 분위기에서는 노화가 빠르다.
③ 금속증기에 강하다.
④ 열기전력의 직선성이 좋다.
2) E 열전대(크로멜 콘스탄탄)
① 내식성, 내산화성이 좋다.
② 환원성 분위기 중에서는 노화가 빠르다.
③ 열기전력이 크다.
④ 전기저항이 크다.
⑤ 측정의 지연이 적다.
3) J 열전대(철 콘스탄탄)
① 환원성 분위기 중에서 사용이 가능하다.
② 비교적 열기전력이 크고 직선성이 좋다.
③ 녹슬기 쉽다.
④ 품질이 고르지 못하다.
⑤ k온(800℃)에서 열기전력의 이력현상이 있다.
4) T 열전대(동 콘스탄탄)
① 저온용, 극저온용에 적합하다.
② 환원성 분위기 중에서의 사용에 적합하다.
③ 열전도 오차가 크다.
위에서 설명한 각 열전대의 특징을 고려하여 사용목적에 맞는 열전대를
선택하여야 한다.

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