Thermocouples & RTD 선정 시 참고사항

Thermocouple 과 RTD 선정 시 참고사항

 

플랜트 산업을 포함해 특정 산업에 국한되지 않고 온도는 계측 제어에 있어 가장 중요한 측정 인자 중 하나입니다. 일반적으로 가장 널리 알려진 Thermocouple (TC)과 Resistance Temperature Detectors (RTD) 는 온도라는 물리적 양을 전기적 신호로 변환하여 계측 제어로 사용할 수 있는 신호로 바꿔주는 중요한 온도 변환 장치입니다. 두 가지 장치의 호칭은 분명히 다르지만, 외형적으로 유사한 형태를 띠고 있기 때문에 차이점을 발견하기란 쉽지 않습니다. 아래 두 개의 사진을 통해 알 수 있는 것은 TC와 RTD 모두 외형적으로 매우 유사한 형태를 보이고 있다는 것입니다. 외형적으로 알 수 없는 TC와 RTD의 차이점은 무엇일까요?

 

** 본문에서는 편의를 위해서 Thermocouple 은 TC로, Resistance Temperature Detectors 는 RTD로 통일하겠습니다. 

 ** 아래 그림에서는 Connector box, wall, element 와 같은 TC, RTD의 기본적인 파트는 포함되어 있지 않습니다. 

 

Thermocouple출처 Bing 상업적으로 무료 공유 및 사용 필터 적용

RTD출처 Bing 상업적으로 무료 공유 및 사용 필터 적용

 

TC와 RTD의 차이점

• Thermocouple 은 우리말로 열전대라 하며, 온도의 다양성에 의한 전압 차이를 측정하는 방법을 사용합니다. 두 개의 와이어는 서로 다른 이종 금속으로 한쪽 끝이 서로 고정 부착되어 있으며 이 접점에서의 온도 변화가 전압을 발생하고 이를 신호로 변환합니다. 

• RTD 는 우리말로 측온저항체라 하며 온도의 변위값에 의해 발생하는 전류의 저항값을 이용합니다. 일반적으로 백금(pt)을 사용하며 특정 물체에 온도가 변화 (증가/감소) 할 때 저항도 비례적으로 변화 (증가/감소) 하는 원리를 이용합니다. 다시 말해 금속의 온도가 올라갈 대 저항이 커지는 것을 이용해서 측정된 전류값으로 온도를 확인합니다. 

이를 정리하여 차이점을 살펴보면, TC는 전압의 차이를 이용하며 RTD는 소재의 저항에 의한 전류의 차이를 이용하는 것으로 정리할 수 있습니다. 

 

TC와 RTD의 장단점

 

TC는 아래 그림과 같이 설치게 되고 온도를 측정하는 Hot side 는 측정 구간 내부에 위치하여 직접적으로 온도를 검출하게 됩니다. TC는 RTD 에 비해서 넓은 측정 온도 범위를 갖고 있습니다. Type 에 따라 차이가 있으며 검출 범위는 최대 약 -200°C 에서 2600 °C 입니다. 전원 공급장치의 고장이나 접지 측의 불량으로 인해 전류가 누출될 경우 판독 값에 오차가 발생할 수 있으며 방사선과 같은 전압을 유도하는 구간에서는 출력에 오류가 발생할 수 있습니다. 또한 측정 장치에서 거리가 멀 경우 이를 보상하기 위한 추가적인 케이블, 보정 케이블이 함께 사용되어야 합니다. 이는 추가적인 비용이 발생함을 의미합니다. 

• TC 측정 범위 (최대) : - 200°C ~ 2600 °C
• TC 측정 범위 (일반적 사용범위) : 0~1100 °C

Thermouple 출처 위키미디어

 

RTD는 응답속도가 매우 빠르기 때문에 신속한 온도의 측정이 필요한 구간에 사용할 수 있습니다. 또한 측정 범위 내에서의 감도가 우수하므로 TC보다 정확하고 저항값을 이용하기 때문에 방사선과 같은 전압을 유도하는 공간 내에서도 영향을 받지 않고 온도 값을 검출 할 수 있습니다. 다만 소재로 사용되는 금속은 순수한 형태를 유지해야 하는 백금과 같은 고가의 재질을 사용하기 때문에 비용이 아주 비싸다는 단점을 갖고 있습니다. 또한 저항이라는 특성은 부식에 영향을 받기 때문에 RTD의 표면을 보호하기 위한 연결부에 부식이 발생할 경우 오류가 발생할 수 있습니다. 측정 온도 범위는 최대 -200 °C에서 850 °C입니다. 

 

• RTD 측정 범위 (최대) : - 200°C ~ 850 °C
• RTD 측정 범위 (일반적 사용범위) : -50~300 °C

 

TC와 RTD의 선택 시 참고 사항. 

1. TC 의 최대 측정 가능 범위는 2600 °C 으로 RTD (850 °C) 측정 가능 범위보다 높습니다. 다만 영하 온도 측정 시에는 TC보다는 RTD를 많이 사용합니다. 
2. 높은 온도의 측정에는 TC (0~1100 °C) 를 사용합니다. 
3. TC 대비 RTD가 사용 수명이 길다는 장점이 있습니다. 
4. RTD가 정밀도, 응답성, 노이즈의 영향이 적습니다. 
5. TC는 RTD 대비 비용이 저렴하지만 거리가 길 경우 별도의 케이블 설치 비용이 발생합니다. 

한 줄 요약 

• RTD : 영하 온도, 정밀도가 요구되는 온도 측정 시 검토. 
• TC : 상대적으로 저렴하고, 높은 온도의 측정 시 검토. 

 

Appendix 1. Thermowells 

 

Appendix 2. Ranges of six types of thermocouples

 

재질	온도범위
K Chromel , Alumel	–190 to +1371 °C
J Iron , Constantan	–190 to +760 °C
T Copper, Contantan	–190 to +760 °C
E Chromel, Constantan	–190 to +1472 °C
S Platinum, 10% rhodium/platinum	0 to +1760 °C
R Platinum, 10% rhodium/platinum	0 to +1670 °C

 

 

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