온도 센서 비교: 열전대, RTD, 써미스터

온도 센서는 열전대, RTD, 써미스터 세 가지가 보편적이며, 정확도·온도 범위·가격이 서로 다릅니다.

열전대(써모커플), RTD, 써미스터는 온도 측정에 쓰는 세 가지 일반적인 온도 센서입니다. 여러 온도 센서에 익숙하지 않은 사람에게는 가장 적합한 센서를 고르는 일이 어려울 수 있어, 유형별 원리와 특징을 정리합니다.

온도 센서 유형을 소개하는 사진.

원리

열전대는 제벡 효과로 온도를 측정합니다

서로 다른 두 전기 전도성 물질을 연결해 루프를 만들고 온도 차이가 생기면, 전자가 온열기 접합부에서 냉각기 접합부로 흐르기 시작합니다. 온열기 접합부에는 양전하, 냉각기 접합부에는 음전하가 생겨 전압이 만들어지며, 이 현상을 제벡(Seebeck) 효과라고 합니다.

열전대는 서로 다른 두 종류의 금속 와이어로 구성되며, 와이어 접합부 중 하나에서 온도가 변하면 제벡 효과로 생긴 전압을 측정해 온도를 계산합니다. 열전대 와이어의 전압은 차동 온도를 나타내므로, 절대 온도를 구하려면 기준 온도와 비교하는 냉접점 보상(콜드 정션 보상)을 거쳐야 합니다.

열전대 유형은 금속 와이어의 조합으로 정해집니다. 예를 들어 일반적인 K형 열전대는 크로멜과 알루멜 와이어를 사용합니다. 열전대 유형과 와이어 게이지에 따라 사용할 수 있는 온도 범위가 정해지고 정확도 등급에도 영향을 줍니다.

프로브

프로브 스타일은 응답 시간과 내구성을 좌우합니다

온도는 서로 다른 두 와이어의 접합부인 열전대 끝 부분에서 측정됩니다. 접합부를 그대로 노출하는 방식은 두 와이어를 용접하거나 함께 꼬아 만들고, 피복 방식은 와이어 접합부를 프로브 피복(SUS 캡 등)으로 덮습니다.

연결

열전대 로거는 커넥터 유형을 확인합니다

열전대를 MadgeTech 데이터로거(또는 다른 장치)에 연결하려면 올바른 커넥터 유형을 골라야 합니다. MadgeTech 데이터로거가 쓰는 주요 커넥터는 나사 단자, 미니 플러그, 터미널 블록 세 가지입니다.

외부 열전대 프로브를 수용하는 MadgeTech 데이터로거에는 멀티채널 TCTempX, TC101A, 무선 RFTCTemp2000A, TCTemp2000, Titan S8 등이 있습니다. 모든 MadgeTech 열전대 로거는 냉접점 보상이 내장되어 있고 다양한 열전대 유형과 호환됩니다.

RTD

RTD는 저항 변화로 높은 정밀도를 냅니다

저항 온도 검출기(RTD)는 저항으로 온도를 측정하는 센서이며, 가열되면 센서의 저항이 증가합니다. 이는 반복 가능한 효과이므로, 센서에 소량의 전압을 흘린 뒤 회로 내 저항을 측정하면 높은 정밀도로 온도를 결정할 수 있습니다.

RTD는 보통 금속 프로브 피복(SUS 캡 등)에 들어 있고, 용도에 맞는 여러 스타일로 나옵니다. MadgeTech 데이터로거는 PT100 프로브 타입과 호환되며, 여기서 PT는 물질(백금)을, 100은 0°C에서의 저항이 100옴임을 나타냅니다.

RTD 프로브는 2-와이어, 3-와이어, 4-와이어 구성이 있습니다. 4-와이어 프로브가 최상의 정확도를 내므로 가능하면 4-와이어 RTD를 쓰는 것이 좋습니다. 대부분의 3선 RTD 프로브는 작동하지만 MadgeTech 장치와 함께 쓸 때 정확성을 보장할 수 없어, 2-와이어 프로브가 차선책이 될 수 있습니다. 외부 RTD 프로브를 수용하는 모든 MadgeTech 로거는 터미널 블록 또는 커넥터로 RTD 프로브를 연결합니다.

RTD 프로브는 보통 열전대 프로브보다 훨씬 높은 정확도를 내므로, 로깅 응용에서 정확도가 최우선일 때 적합합니다. 반면 열전대보다 섬세하고 쉽게 손상되는 경향이 있으며, 열전대 프로브가 대체로 RTD보다 저렴합니다.

외부 RTD 프로브를 수용하는 MadgeTech 데이터로거에는 RTDTemp101A, RFRTDTemp2000A, RTDTempX, Titan S8 등이 있습니다. 많은 데이터로거가 RTD 센서를 내장 온도 센서로 쓰며, HiTemp140 시리즈, Temp1000/RHTemp1000, 101A 및 RF2000A 시리즈의 여러 모델이 내장 RTD 센서를 사용합니다.

써미스터

써미스터는 정확하고 저렴하지만 범위가 좁습니다

써미스터라는 이름은 열(thermal)과 저항기(resistor)의 합성어입니다. RTD처럼 전기 저항을 측정해 온도를 계산하지만, RTD가 보통 순수한 금속(대개 백금)으로 만들어지는 것과 달리 써미스터는 여러 반도체 재료로 구성됩니다.

써미스터는 온도 측정 외에도 쓰이며 NTC와 PTC 두 유형이 있습니다. NTC는 부특성 온도계수, PTC는 정특성 온도계수를 뜻합니다. NTC 써미스터는 온도가 올라가면 저항이 감소하고, PTC 써미스터는 온도가 올라가면 저항이 증가하며, 온도 측정에는 NTC 써미스터만 씁니다.

써미스터는 높은 수준의 정확도를 내지만 RTD나 열전대보다 온도 범위가 훨씬 제한적입니다. 대부분의 써미스터는 최대 온도 사양이 150°C이며, 일부 특수 써미스터는 더 높은 온도에서 쓸 수 있습니다. 또 RTD나 열전대만큼 보편적이지 않아서, 써미스터 저항으로 온도를 계산하는 시스템은 해당 저항과 써미스터의 다른 특성에 맞춰 설계해야 합니다.

이런 제한이 있어도 높은 정확도와 낮은 가격 덕분에 많은 응용 분야에 알맞은 선택입니다. 써미스터는 RTD, 열전대와 마찬가지로 피복에 담은 외부 온도 탐침으로 쓸 수 있고, 가전제품 같은 전자기기의 내부 온도 센서로도 흔히 쓰입니다.

CryoTemp, LyoTemp, MicroTemp, MicroTemp100을 포함한 여러 MadgeTech 데이터로거가 내장 온도 센서로 써미스터를 씁니다. 외부 써미스터를 쓸 수 있는 데이터로거는 Titan S8이며, 2252와 10K NTC 써미스터와 호환됩니다.

비교

정확도·범위·가격으로 센서를 고릅니다

세 센서의 특징은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

Titan S8

Titan S8은 세 가지 센서를 함께 씁니다

Titan S8은 앞에서 나열한 모든 센서 유형을 쓸 수 있고, 8개 채널에서 세 가지 유형의 조합을 모두 지원합니다. 유연성이 필요하거나 여러 센서 유형을 함께 써야 할 때 알맞은 선택입니다.

Titan S8은 실시간 모니터링을 위한 터치스크린 인터페이스를 갖춘 8채널 원격 액세스 데이터 로거입니다. 일체형 모니터링 장비로, PC나 소프트웨어 없이도 전압, 전류, 온도, 펄스를 동시에 측정할 수 있습니다.

Titan S8 8채널 원격 액세스 데이터 로거 사진.

관련 로거

원문이 소개한 MadgeTech 데이터로거

원문은 관련 제품으로 HiTemp140, Temp101A, MadgeTech CryoTemp를 소개합니다.

HiTemp140 관련 제품 사진.

HiTemp140 관련 제품의 다른 사진.

Temp101A 관련 제품 사진.

MadgeTech CryoTemp 관련 제품 사진.

자주 묻는 질문

참고 자료

• MadgeTech 데이터로거