■ 저항식 온도계의 원리와 역사, 측온 저항 소자의 종류와 2도선식·3도선식·4도선식 결선 포인트정리
금속의 저항이 온도에 따라 일정하게 변하는 성질을 이용한 저항식 온도계를 정리한 보고서입니다. 표준 백금 측온 저항체 온도계와 산업용 저항체 온도계의 구분, 1821년 Humphry Davy의 발견과 Siemens, Callender로 이어진 역사를 소개하고, 백금, 구리, 니켈 등 측온 저항 소자의 종류와 권선형 등 제조 방법, 보호관과 단자로 조립되는 측온 저항체의 구조를 설명합니다. 일반형과 시스형 측온 저항체, lead 선 저항이 오차를 만드는 2도선식과 이를 보상하는 3도선식, 가장 정밀한 4도선식의 원리와 정밀도·가격·편리성을 비교합니다.
■ 저항식 온도계의 원리와 역사, 측온 저항 소자의 종류와 2도선식·3도선식·4도선식 결선 주요 특징만 골랐어요.
센서보다 높은 저항 값을 가지게 되는 센서에 비할 때에 상대적으로 큰 오차를 발생시키게 되고 여기에서 lead 선의 길이가 길어지면 더욱 더 큰 오차를 발생시키게 된다. 그래서 여기에서 Lead선의 저항 부분이 만약에 변화하지 않는 상수 값이라고 한다면, 보상 저항을 삽입할 수 있을 것이다. 그러면 그것으로 인해서 오차를 상쇄시킬 수 있다. 그러나 Lead선의 저항성분도 온도의 함수이다 그렇기 때문에 주변의 온도 변화에 따라서 생겨나는 측정 오차는 제거할 수가 없다. 그래서 2도선의 측온 저항체 온도계를 사용한다면 측온 저항체 온도계의 온도와 저항 특성에 비해서 저항 값이 작게 설정되어 있는 Lead 선을 사용해야 한다.
위의 그림은 3도선 방식의 측온 저항체 온도계의 배선 브릿지 등가 회로를 나타낸 것이다. 3도선 방식의 측온 저항체 온도계의 경우에는 Lead 선의 저항 성분의 효과를 비교적 덜 받도록 만들기 위해서 주로 많이 사용하는 방식이다. 위의 그림에서 Lead 선인 L1과 L3는 Rt에 전류를 공급하는 도선이다. 그렇지만 L2는 전위를 읽는 용도에만 사용되는 도선이다. 여기에서 L2가 전위를 읽는 용도로만 쓰인다는 것의 의미는, 전위를 읽는 전압계에서 입력되는 저항이 큰 경우에는, L2를 통해 전류가 흐르지 않을 것이라는 뜻이다. 만약 전류가 흐르지 않는다면 L2에서는 선간의 저항 때문에 생기는 전압강하가 없어질 것이다. 여기에서 L1과 L3의 저항값이 똑같다고 한다면 브릿지 암의 구성에서 L1과 L3가 서로 상쇄될 수가 있는 것이다.그러면 Lead선의 저항성분은 온도를 측정하는데 영향을 줄 수가 없다.
앞서 언급하였듯이, 2도선이나 3도선 방식보다 4도선 방식은 값이 비싸지만 정밀도가 훨씬 높다. 그래서 보다 더 정밀한 온도를 측정하기 위한 용도로 4도선 방식의 측온 저항체 온도계를 사용한다. 4도선 방식의 측정 방법을 Kelvin 방법 또는 4-Wire Sensing이라고 부른다. 위의 그림이 4도선 측온 저항체 온도계의 등가회로를 나타낸 것이다.
측온 저항체 온도계는 금속이 온도에 따라서 전기전도도가 달라진다는 특성을 이용한 온도계이다. 측온 저항체는 일반형 측온 저항체와 시스형 측온 저항체로 구분할 수 있으며, 일반형 측온 저항체는 내부 도선에서 계측기의 회로와 결선하는 도선의 개수에 따라서 2도선식, 3도선식, 4도선식으로 제작될 수가 있다. 정밀도의 관점에서 보면, 2선식, 3선식, 4선식 순으로 좋고, 가격 또한 2선식, 3선식, 4선식의 순서이다.
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저항식 온도계의 원리와 역사, 측온 저항 소자의 종류와 2도선식·3도선식·4도선식 결선
■ 저항식 온도계의 원리와 역사, 측온 저항 소자의 종류와 2도선식·3도선식·4도선식 결선 세부정리
온도를 저항으로 읽는 센서
3선식은 현장에서 가장 많이 쓰이고, 4선식은 비싸지만 정밀도가 가장 높습니다. 이 보고서는 측온 저항체의 원리부터 결선 방식별 특징까지 그림과 함께 설명합니다.
보고서 구성
- 저항식 온도계의 원리
- Davy부터 Callender까지 측온 저항체의 역사
- 백금, 구리, 니켈 측온 저항 소자
- 권선형 등 제조 방법과 측온 저항체의 구조
- 일반형과 시스형 측온 저항체
- 2도선식, 3도선식, 4도선식 결선 비교
결선 방식 비교
| 방식 | 특징 |
|---|---|
| 2도선식 | 편리하지만 lead 선 저항으로 오차 발생 |
| 3도선식 | lead 선 저항 보상, 현장에서 가장 많이 사용 |
| 4도선식 | 고가이지만 가장 높은 정밀도 |
측온 저항체의 원리와 2도선식·3도선식·4도선식 저항식 온도계 비교
- 센서의 원리, 구조, 결선 방식을 체계적으로 정리했습니다.
- 계측공학이나 센서공학 과목 과제에 참고하기 좋습니다.
- 최신 센서기술과 활용을 참고문헌으로 제시합니다.
■ 저항식 온도계의 원리와 역사, 측온 저항 소자의 종류와 2도선식·3도선식·4도선식 결선 참고문헌
최신 센서기술과 활용, 김종오, 복두출판사, 2016.
