[정보공유] 온도센서의 종류와 특성 - 써모커플 / RTD / 써미스터

[YunKook_PARK]

안녕하세요,

온도센서에는 매우 다양한 종류가 있습니다.

이렇게 다양한 온도센서에 익숙하지 않은 분들에게는 본인에게 꼭 필요하고 적합한 센서를 선택하는 것이 어려운 일이 될 수 있습니다.

슈나이더 일렉트릭에서 제공하거나, 슈나이더 컨트롤러와 호환되는 온도센서에는 크게 세 가지 종류가 있습니다.

1. 열전대 라고도 하는 써모커플(Thermocouple)
   써모커플은 두 개의 서로 다른 전기전도성을 가진 금속을 연결하여 제백효과를 통해 온도 차이를 측정하는 방식의 센서 입니다.
   이 때 센서가 어떤 금속들의 조합으로 구성되느냐에 따라 아래 표와 같이 다양한 유형의 센서로 구분됩니다.
   
   열전대 유형과 와이어 게이지에 따라 열전대를 사용할 수 있는 온도범위가 결정되며 열전대의 정확도 등급에 영향을 미칩니다.
   
   열전대 센서의 장점은 온도 변화에 대한 반응 속도가 상대적으로 빠르고, 협소한 공간에 설치가 용이하다는 점입니다.
   또한 다양한 유형을 제공하여 넓은 온도범위를 측정 가능하고, 내구성이 강하며, 상대적으로 가격이 저렴합니다.
   
   이에 대비되는 단점은 액체나 습한 환경에서 사용시 부식의 우려가 있으며,
   절연 와이어를 연결하지 않을 경우 간섭으로 인한 측정값의 오류가 발생할 수 있습니다. 
   
   
2. 측온저항체 (RTD)
   RTD는 Resistance Thermometer Detectors의 약자로, 금속의 온도변화에 따라 저항값이 변하는 점을 사용한 센서입니다.
   금속의 전기 저항은 온도가 증가할수록 함께 증가하고, 온도가 내려갈수록 감소합니다.
   센서를 통해 작은 전압을 발생시켜 회로 내의 저항을 측정하면 높은 정밀도로 온도를 측정할 수 있습니다.
   이를 위해 RTD에 사용되는 금속은 반드시 고유 전기저항값을 가지고 있어야 합니다, 주로 니켈(Ni), 백금(Pt)이 사용됩니다.
   RTD는 보통 소자명+숫자의 형태로 표기되며, 소자명+숫자+옴으로 읽습니다.
   예를 들면  Pt100 은 섭씨 0도에서 100옴의 저항을 가지는 Pt(백금, Platinum)소자로 이루어진 RTD 센서라는 의미입니다.
   RTD 센서의 종류는 여러가지이지만 보통 Pt100, Pt1000, NI100, Ni1000 등이 주로 사용됩니다.
   또한 RTD는 결선 방식에 따라 2선식/3선식/4선식으로도 구분됩니다.
   결선에 따라 소자나 측정원리가 달라지는 것은 아니고, 저항 측정의 정밀도에 차이가 발생합니다.
   2선식 - 주로 Pt1000에 사용
   3선식 - 주로 Pt100에 사용, 선간저항을 배제하여 좀 더 정확한 온도값 측정
   4선식 -  잘 사용되지 않지만 가장 정밀하게 온도값 측정
   
   RTD의 장점은 매우 정밀한 온도 측정 성능과, 뛰어난 안정성 및 반복성을 제공한다는 점입니다.
   또한 상대적으로 전기적 노이즈에 영향을 덜 받으며 열악한 산업 환경에서도 사용이 가능한 점도 장점입니다.
   물론 단점도 있습니다. 상대적으로 쉽게 손상되는 경향이 있고 열전대에 비해 가격이 높습니다.
   
   
3. 써미스터 (Thermistors)
   써미스터는 Thermally Sensitive Resistor의 합성어로서, 온도 변화에 대해서 저항값이 민감하게 변하는 저항기를 뜻합니다.
   세라믹 재질에 코발트/구리/망간/니켈/티탄 등의 불순물을 첨가하여 만든 물질의 도전율이 주위 온도변화에 민감한 점을 이용한 센서입니다.
   일반적인 금속과 달리 온도가 높아지면 저항값이 감소하는 NTC와, 온도가 높아지면 저항값이 증가하는 PTC로 종류가 나뉘어집니다. 또한 특정 온도에서 저항값이 급격하게 변화하는 점을 사용한 CTR도 있습니다.
   
   써미스터의 장점은 큰 저항온도계수로 인해 미소온도 및 정밀 측정이 가능한 점과, 구조가 간단하여 소형화가 가능한 점,
   신뢰성이 높고 압력/자성 등에 둔감한 점, 가격이 낮은 점 등이 있습니다.
   그러나 비선형적인 저항변화로 인해 측정 가능한 온도범위가 상당히 제한적인 점은 써미스터의 단점입니다.
   
   

슈나이더 일렉트릭 자동화 사업부에서는 NTC 써미스터와 PT1000 RTD 타입의 센서를 제공하고 있습니다. (TM1ST 시리즈)

이에 대한 좀 더 자세한 내용은 첨부의 카탈로그를 통해 확인하실 수 있습니다.

슈나이더 일렉트릭의 PLC는 그 종류에 따라 받아들일 수 있는 온도센서가 다릅니다.
이에, PLC를 선택하실 때에는 연결해야 하는 온도센서의 종류가 무엇인지 꼭 확인이 필요하겠습니다.

Modicon M2xx 시리즈에 연결하는 TM3 아날로그 입력 모듈은 종류에 따라 써모커플, 측온저항체, 써미스터를 모두 연결할 수 있습니다.

하지만 HVAC 어플리케이션에 특화된 Modicon TM171/TM172 의 경우에는 써모커플은 연결할 수 없고, 일부 측온저항체(PT1000)와 써미스터만 연결 가능합니다.

이번 포스팅은 온도센서의 종류와 특성에 대한 내용을 공유하려는 목적으로 작성하였습니다.

당사의 온도센서, 혹은 온도입력을 받는 컨트롤러를 선택하실 때 조금이나마 도음이 되었으면 합니다.

관련하여 문의사항이 있으시면 언제든지 연락해 주세요!

슈나이더 일렉트릭의 제품을 사용해 주셔서 감사합니다.