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열전대는 과학 및 산업 전반에서 사용되는 간단한 온도 센서입니다. 이들은 단일 지점 또는 접합부에서 서로 연결된 2 개의 이종 금속 와이어로 구성되며, 일반적으로 견고성과 신뢰성을 위해 용접됩니다.
이 전선의 개방 회로 끝에서 열전쌍은 접합 온도에 응답하여 전압을 생성하며, 1821 년 독일 물리학 자 토마스 시벡 (Thomas Seebeck)이 발견 한 제벡 효과 (Seebeck effect)라는 현상의 결과입니다.
열전대의 종류
서로 다른 금속으로 된 두 개의 와이어는 가열 될 때 전압을 생성합니다. 그러나 출력 수준, 안정성 및 화학적 특성으로 인해 합금의 특정 조합이 표준입니다.
가장 일반적인 것은 철 또는 니켈과 다른 원소의 합금으로 만들어진 "모재"열전대이며 구성에 따라 J, K, T, E 및 N 유형으로 알려져 있습니다.
고온 용 백금-로듐 및 백금 와이어로 만들어진 "귀금속"열전대는 유형 R, S 및 B로 알려져 있습니다. 유형에 따라 열전대는 약 -270도에서 1,700C 이상의 온도를 측정 할 수 있습니다 ( 화씨 약 -454도에서 3,100F 이상으로).
열전대의 한계
열전대의 장점과 단점은 상황에 따라 다르며, 먼저 한계를 이해하는 것이 중요합니다. 열전대의 출력은 매우 작으며 일반적으로 실온에서 약 0.001 볼트이며 온도가 상승함에 따라 증가합니다. 각 유형에는 전압을 온도로 변환하는 자체 방정식이 있습니다. 관계는 직선이 아니므로 이러한 방정식은 많은 용어로 다소 복잡합니다. 그럼에도 불구하고, 열전대는 최대 약 1C 또는 약 2F의 정확도로 제한됩니다.
교정 된 결과를 얻으려면 열전대의 전압을 기준 값과 비교해야합니다.이 값은 한 번 빙수 조에 잠긴 또 다른 열전대였습니다. 이 장치는 0 ° C 또는 32 ° F에서 "냉 접점"을 생성하지만 분명히 어색하고 불편합니다. 현대의 전자식 빙점 기준 회로는 일반적으로 빙수를 대체하여 휴대용 응용 분야에서 열전대를 사용할 수있게했습니다.
열전대는 서로 다른 두 금속의 접촉이 필요하기 때문에 부식에 노출되어 교정 및 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 열악한 환경에서 접합부는 일반적으로 강철 피복으로 보호되어 습기 나 화학 물질이 전선을 손상시키지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 우수한 장기 성능을 위해서는 열전대 관리 및 유지 보수가 필요합니다.
열전대의 장점과 단점
열전대는 간단하고 견고하며 제조가 쉽고 상대적으로 저렴합니다. 곤충과 같은 작은 물체의 온도를 측정하기 위해 극도로 미세한 와이어로 만들 수 있습니다. 열전대는 매우 넓은 온도 범위에서 유용하며, 체강과 같은 어려운 위치 나 원자로와 같은 혹독한 환경에 삽입 할 수 있습니다.
이러한 모든 장점을 위해 열전대의 단점을 적용하기 전에 고려해야합니다. 밀리 볼트 레벨 출력은 빙점 참조 및 작은 신호 증폭을 위해 신중하게 설계된 전자 장치의 추가 복잡성을 필요로합니다.
또한 저전압 응답은 주변 전기 장치의 소음 및 간섭에 취약합니다. 좋은 결과를 얻으려면 열전대에 접지 차폐가 필요할 수 있습니다. 정확도는 약 1C (약 2F)로 제한되며 접합부 또는 전선의 부식에 의해 추가로 감소 될 수 있습니다.
열전대의 응용
열전대의 장점은 가정용 오븐 제어에서 비행기, 우주선 및 위성의 온도 모니터링에 이르기까지 광범위한 상황에 통합되었습니다. 가마와 오토 클레이브는 열전대를 사용하며, 제조를위한 프레스와 금형도 마찬가지입니다.
많은 열전대를 직렬로 연결하여 열전대를 만들 수있어 단일 열전대보다 온도에 반응하여 더 큰 전압을 생성합니다. 서 모필은 적외선을 감지하기위한 민감한 장치를 만드는 데 사용됩니다. 서 모필은 또한 방사성 동위 원소 열전 발전기에서 방사성 붕괴 열로부터 우주 탐침을위한 전력을 생성 할 수있다.