끓는 쇳물의 온도는 어떻게 잴까?

 

철의 용융점은 1530℃여서 일반적인 온도계로는 온도를 잴 수 없습니다.

 

열전대나 써미스터를 이용할 수 있고 그 이상의 온도에서는 높은 열을 가지는 물체가 내는 복사선을 분석해서 온도를 알 수 있습니다.

 

열전대의 경우 접촉식 온도 측정이므로 철이 녹아 있는 쇳물에 접촉해도 녹지 않아야 하는데,

B 열전대(로듐 30%의 백금합금 과 로듐 6%의 백금합금)의 경우 최고 1700℃까지 측정가능하며 보통은 1600℃ 이하의 온도를 잽니다. 일반적으로 접촉식은 비접촉식에 비해 정확합니다. 그리고, 반응이 빠르기 때문에 이러한 온도 측정은 접촉후 변형이 일어나기 전에 순간적으로 행할 수 있습니다. 열전대에 관한 추가 정보는 http://engineer.netian.com/elec/thermocouple.htm 을 참고하세요.

 

 

온도계 일반에 관한 자세한 건 아래를 참고하세요.

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온도 센서

도체에 있어서 전기저항은 온도의 변화에 따라 변화한다.  이러한 특성을 이용,   단위온도 변화에 대한 저항 변동율을 안다면 변동되는 저항치 만으로 해당 온도를 측정할 수 있게 된다.  여기서 단위온도에 대한 저항 변동율은 온도계수라 하며, 온도 증가시 저항치가 증가하면 정의 온도계수 저항치가 감소하면 부의 온도계수라고 한다.  주로 온도측정에 사용하는 금속 재질은 정의 온도계수를 갖고 있으며 이중에서도 온도측정에 사용되는 재질은 백금, 니켈, 동 등이며 재질이 순수한 것일수록 온도계수는 커지고 그 값도 일정해진다.

 

온도 센서를 분류하는 방법으로는 감지원리에 따른 방법, 센서 종류에 따른 방법, 측정 방법에 따른 여러가지 방법이 있지만 일반적으로 측정방법에 의한 분류방법이 널리 쓰이고 있다. 측정방법으로는 접촉식 센서와 비접촉식 센서로 나눌 수 있다. 접촉식은 측정대상물에 직접 열적으로 접촉시켜 열평형상태에 도달한 뒤 온도를 측정하는 것이며 비접촉식은 측정 대상물에서 방사되는 자외선이나 주로 적외선을 검출하여 온도를 측정하는 방법이다. 접촉식은 측정 대상물의 열에너지가 온도 센서로 이동하므로 측정대상물의 온도변화를 야기시킬 수 있어 정확한 온도 측정이 어려울 수 있다. 따라서 측정 대상물의 열용량이 센서소자에 비해 충분히 커야 영향을 줄일 수 있다. 비접촉식은 측정 대상물과 직접 열접촉이 없으므로 이와같은 문제는 없으나 측정 원리상 고가이며 정확도등이 접촉식에 비해 떨어진다.

[접촉식과 비접촉식 온도 센서의 비교]

	접촉 방식	비접촉 방식
필요 조건	측정대상과 센서를 잘 접촉시킬 것 측정 대상에 센서를 접촉시켰을 때 측정대상의 온도가 변화하지 않을 것	측정대상에서의 방사가 충분히 센서에    도달할 것 측정대상물의 실효 방사율이 명확하게 알려져 있거나 , 혹은 재현 가능할 것
특징	열용량이 적은 측정대상에서는 센서 접촉에 의한 측정대상 온도 변화가 쉬움 움직이는 물체는 측정하기 어려움	측정대상 온도가 변화하지 않음 움직이는 물체 측정 가능 물체의 표면 온도 측정
정밀도	높음	접촉 방식에 비해 낮음
응답 속도	늦음	접촉 방식에 비해 빠름
기타

이상적인 온도 센서는 측정 범위가 넓고 정확하며 소형이며 값이 싸야 되지만 이러한 모든 조건을 만족시키는 만능형 센서는 존재하지 않는다. 따라서 측정대상물의 종류 , 측정 범위 요구 정밀도 , 가격등을 잘 고려해 적합한 온도 센서를 선택하여 사용하여야 한다. 온도센서의 종류와 특성에 대해 알아보면

[접촉식 온도 센서의 종류와 특성]

종  류	원  리	사 용     온 도	비  고
유리 온도계	열팽창	-50~500	저가격
백금저항 온도 센서	저항 변화	-200~500	고정밀도, 직진성 우수, 고가
써미스터	저항 변화	-150~1300	고감도, 직선성 나쁨, 응답속도 빠름
열전대	열기전력	-200~1600	직선성 우수,저감도, 응답 속도 빠름
IC온도계	반도체 물성	-200~1600	직선성 우수
방사(복사) 온도계			비접촉식

가. 백금저항온도센서 (자세히)

온도에 따라 백금의 저항치가 변하는 원리를 이용한 것으로 현존하는 온도센서중 가장 정확도가 높아 -260~630'C 영역에서는 표준온도센서로 사용된다.

대부분 절연물질이 충진된 보호관에 넣어 사용하며 정밀한 측정이 요구되는 염색, 화학공업이나 프로세서 제어용으로 많이 사용하고 있으나 가격이 다소 비싼 것이 흠이다.

나. 써미스터

금속산화물을 소결하여 만들며 온도에따라 저항치가 변하는 특성을 이용한 것으로 부특성(NTC) 서미스터, 정특성(PTC) 서미스터로 나눈다.

현재 온도센서로 가장 많이, 그리고 널리 사용되고 있으며 값이 싸고 소형이지만 직선성, 감도, 기준온도등이 문제가 된다.

NTC 서미스터는 주로 온도감지, 온도보상, 액위/풍속/진공검출, 돌입전류방지, 지연소자등으로 사용되고 있으며 PTC 서미스터는 모터기동, 자기소거, 정온발열, 과전류보호용으로 사용된다.

최근에는 기술개발의 진보로 극저온, 저온, 고온용의 서미스터들이 개발되어 사용중에 있으며 응용범위도 폭넓게 확대되고 있다.　

다. 열전대 (Thermocouple) (자세히)

두종류 금속선의 접합점양단에서 발생하는 기전력변화를 이용한 것으로 철강, 발전소, 중화학등 공업용으로 많이 사용되고 있으나 대체로 백금저항온도센서나 복사온도계에 비해 정확도가 떨어진다.

그러나, 열전대는 IPTS(국제실용온도측도)에서 630~1064.43'C 까지 표준온도측정기로 사용토록 규정되어 있으며 열전대의 백금선과 로듐선에 보호관을 씌워 산화되지 않도록 하여 사용한다.　

라. 방사(복사) 온도계

측정대상물의 표면에서 발생하는 열방사(복사)를 이용한 것으로 비접촉식이며 단색 파장대복사와 2개 파장대복사를 이용하는 방식이 있다.

철강, 요업에서 많이 사용하며 최근에는 저온복사온도계가 실용화되어 열전대들을 대체해가고 있다.　

마. IC 온도센서

서미스터나 열전대의 단점인 직선성, 감도, 기준온도등을 보완한 것이 IC온도센서이다.

이것은 온도에따라 P-N접합부의 전류전압특성이 변하는 것을 이용한 것으로 전압출력형과 전류출력형이 있다.　

바. 기타

바이메탈, 감온페라이트, 유리온도계, 수정온도계, NQR온도계등 많은 종류가 있으나 정밀도가 떨어지고 응용범위가 제한되어 있다.

다만, 수정온도계는 매우 고감도이므로 아직은 특수용도로 많이 사용되고 있다.

우선은 온도계 하나를 준비를 해야 하는데,
온도계 중에서도 뜨거운 물에 들어가서 깨지지않는 온도계를 준비해야 합니다.
그 다음 온도계를 끓는 쇳물안에 집어넣고 온도를 재면 되요...
단 온도계가 바닥에 닿지 않도록 주의를 해야 합니다.
이것이 제가 알고 있는 거예요.