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RTD 온도센서

RTD (Resistance Temperature Detector) 란?

RTD - Resistance Temperature Detectors - 는 저항 온도 센서의 한 종류로, 온도가 변함에 따라 저항 수치가 변하는 저항을 포함하는 온도 센서입니다. 수년간 시험기관과 산업 프로세스에서 온도 측정을 위하여 사용되어 왔으며 정확도와 반복성 그리고 안정성으로 명성을 얻어왔습니다.

대부분의 RTD 소자는 긴 극세코일 전선으로 둘러쌓인 세라믹 또는 유리 코어로 이루어집니다. 소자는 보통 망가지기 쉽기 때문에 종종 보호를 위하여 피복 처리된 프로브 내부에 위치합니다. RTD 소자는 다양한 온도에서의 저항수치 데이터가 정리되어 있는 순물질로 만들어집니다. 그러한 물질은 온도가 변함에 따라 예측 저항 내에서 가능한 변화를 보이며, 이러한 예측 가능한 변화, 즉 수치에 따른 데이터 (RTD 저항-온도 도표)로 온도를 확인할 수 있는 것입니다. 흔히 PT100 온도센서로 많이 이용하는 RTD는, 가장 정확하고 보편적인 플라티늄, 백금 재질에 0도에서 100옴 저항을 보이는 규격의 RTD를 말합니다. RTD의 저항은 아래에서 더 자세히 설명하겠습니다.

본 문서는 RTD를 더 잘 이해하는데 도움이 되는 내용을 담고 있으며, 특수한 측정 상 또는 제품 선정의 어려움이 있다면 당사의 엔지니어에게 연락하시기 바랍니다. (1588-8983)

Typical RTD Design

RTD 온도센서의 원리와 구조

RTD의 기원

지벡이 열전대(Thermocouple)를 발견한 해에 험프리 다비 경은 금속의 저항력이 분명한 온도 의존성을 보여준다는 사실을 발견하였습니다. 50년 후 윌리엄 지멘스 경은 측온저항체의 소자로서 백금을 사용할 것을 제시하였습니다. 이것이 PT100 RTD의 시초입니다.

RTD의 장점

RTD는 가장 정확한 온도 센서 중 하나입니다. 훌륭한 정확도를 제공할 뿐만 아니라 뛰어난 안정성과 반복성을 제공합니다. 대부분의 오메가 표준 RTD는 DIN-IEC B등급을 준수합니다. RTD는 또한 상대적으로 전기적 노이즈에 면역이 있어 산업 환경, 특히 모터, 발전기 및 기타 고전압 장비에서의 온도 측정에 상당히 적합합니다.


RTD의 구조

RTD의 저항 소자, 센서부는 그 자체로는 약하므로 산업 공정에 이용 시에는 RTD Probe프로브의 형태로 이용합니다. RTD 프로브는 소자, 피복, 도선 그리고 종단부 또는 연결부로 이루어진 조립품입니다. RTD 소자가 정밀도와 저항 규격에 따라 선택되면, 배선(2선식, 3선식, 4선식)과 외장 사양(프로브 재질, 형태 등)이 추가로 결정되어야 합니다. 온도 측정 시에는 다양한 환경 조건과 사용자 요구 사항이 존재하므로, OMEGA에서는 RTD 센서, 배선, 외장에 따라 RTD프로브는 셀 수 없이 다양한 종류의 제품을 제공하고 있습니다.

RTD Probe 배선 (Wiring)
온도를 측정하기 위하여 RTD 소자는 일정 종류의 모니터링 또는 제어 장비에 연결되어야 합니다. 온도 측정은 소자의 저항에 근거하기 때문에 회로에 더해진 다른 저항(도선 저항, 연결부 등)들은 측정 오류를 야기합니다. 2선식 설정 이외에 모든 기타 선 배치는 모니터링 또는 제어 장비가 윈치 않는 도선 저항과 회로에서 발생하는 기타 저항을 제외하도록 해줍니다. 3선식 구조를 사용하는 센서가 가장 보편적인 디자인이며 산업 프로세스와 모니터링 적용분야에서 찾을 수 있습니다. 도선 저항은 모든 도선이 동일한 저항을 가지기 전까지는 오류를 초래할 수 있기 때문에 제외됩니다. 4선식이 가장 오류가 적은 배선 방식입니다.

와이어 재질
와이어 재질을 정할 때의 기준은, 센서가 작동 중에 노출되는 온도와 환경입니다. 도선을 선택할 때 온도가 가장 중요한 고려사항이지만, 마모 저항 그리고 침수 특성과 같은 물리적 속성 또한 중요합니다. 가장 보편적인 재질은 다음 세 종류 입니다.
- PVC 절연 도선이 사용 된 RTD 프로브는 -40 ~ 105°C의 온도 범위에서 적용 가능하고, 마모에 대한 내구성이 양호하며, 물에 투입해서 사용할 수 있습니다.
- PFA 절연처리 도선이 사용 된 RTD 프로브는 -267 ~ 260°C의 온도 범위를 제공하며 내마모성이 뛰어납니다. 이 프로브는 또한 물에 투입하여 사용할 때 이상적입니다.
- 유리섬유 절연 도선이 사용 된 RTD 프로브는 -73 ~ 482°C의 높은 온도 범위에서 적용이 가능합니다. 다만 내마모성이 약하고 액체 측정에 사용할 수 없습니다.

종단부 (프로브 연결방식)
RTD를 다른 장비와 연결하기 위해, 프로브의 끝 부분은 연결 피팅, 커넥터, 터미널 블록, 리드 와이어(피복 끝 부분이 벗겨진 연장도선) 중 선택할 수 있습니다. 사용자 편의에 따른 다양한 연결 방식이 제공 가능합니다.

구조
RTD 소자, 도선 배치 그리고 도선 구조가 선택되면 센서의 물리적인 구조가 고려되어야 합니다. RTD 센서의 형태는 적용분야에 따라 다릅니다. 액체, 표면 또는 기체 스트림의 측정은 서로 다른 구조를 요하기 때문입니다.


가장 보편적인 RTD저항 재질:


1. 백금(=PT, 가장 보편적이고 정확함)

2. 니켈

3. 구리

4. 발코(흔치 않음)

5. 텅스텐(흔치 않음)

RTD 규격 (저항 표준)

백금 RTD에는 유럽식 곡선(European Curve, Alpha = .00385)과 미국식(American Curve, Alpha = .00392)의 두 가지 규격이 있습니다. 유럽표준은 DIN 또는 IEC 표준으로 알려져 있으며 백금 RTD의 전세계적 표준 규격으로 간주됩니다. 이 DIN/IEC 60751(또는 간단히 IEC 751) 규격은 RTD가 0°C에서 100.00 Ω의 저항 그리고 0과 100°C 사이에서 0.00385 Ω/Ω/°C의 온도저항계수(TCR)를 갖는 사양입니다. 이러한 RTD를 PT100, 알파계수 385 사양이라고 합니다.
RTD 저항-온도 도표 (European Curve, Alpha = .00385)

DIN/IEC 751에는 다음과 같이 두 가지 저항 허용치가 규정되어 있습니다:
Class A = = ±(0.15 + 0.002*t)°C 또는 0ºC에서 100.00 ±0.06 Ω
Class B = ±(0.3 + 0.005*t)°C 또는 0ºC에서 100.00 ±0.12 Ω

산업계에서 쓰이는 두 가지 저항 허용치는 다음과 같습니다:
1⁄3 DIN = ±1⁄3* (0.3 + 0.005*t)°C 또는 0ºC에서 100.00 ±0.10 Ω
1⁄10 DIN = ±1 ⁄10* (0.3 + 0.005*t)°C 또는 0ºC에서 100.00 ±0.03 Ω

이러한 저항 허용치 및 온도 계수의 조합은 RTD 센서의 저항-온도 특성을 규정합니다. 소자의 허용치가 클수록 센서는 일반화된 곡선으로부터 더 많이 벗어나고 센서-센서로부터 더 큰 변화(상호 교환성)를 가지게 됩니다. 이는 센서를 교환 또는 교체할 필요가 있으며 상호 교환성의 오류를 최소화 하고자 하는 사용자들에게 중요합니다.

RTD의 종류

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RTD 온도센서 RTD 소자
RTD 소자는 가장 단순한 형태의 RTD입니다. 도선으로 감싼 세라믹 조각 또는 유리 코어로 이루어집니다. 작은 크기로 인하여 RTD 소자는 제한된 공간에 사용됩니다.
표면용 RTD 온도센서 박막형 RTD 센서
박막형(Thin Film) RTD 센서는 특수한 유형의 RTD 소자입니다. 최대한 얇게 설계되어 평평한 표면의 온도 측정 시 양호한 접촉성을 제공합니다.
RTD 프로브 RTD 프로브
RTD 프로브는 가장 견고한 형태의 RTD입니다. 프로브는 시스(Sheath)라고 알려진 금속관 내부에 장착된 RTD 센서로 구성됩니다. 시스(Sheath)는 소자를 환경으로부터 보호합니다. 오메가는 다양한 설정을 갖춘 여러 종류의 프로브를 제공합니다.

FAQ - RTD 센서에 대해 자주 묻는 질문

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써모커플(열전대)이나 써미스터 대신 RTD를 사용해야 하는 경우는 언제입니까?

각 유형의 온도 센서는 가장 잘 어울리는 특정한 조건을 가지고 있습니다. RTD는 여러 가지 장점을 제공합니다:
-넓은 온도 범위(약 -200에서 850°C까지)
-높은 측정 정확성(써모커플보다 높고, 써미스터보다 덜 민감함)
-호환성(interchangeability)
-장기안정성
최대 850°C의 온도 범위와 함께 RTD는 최고온의 산업 프로세스를 제외한 모든 분야에서 사용 가능합니다. 백금과 같은 금속으로 만들어지면 매우 안정적이고 부식 또는 산화의 영향을 받지 않습니다. (니켈, 구리 및 니켈-철 합금과 같은 기타 재료 또한 RTD에 사용되어 왔습니다. 그러나 이러한 재료는 낮은 온도 특성을 가지고 백금과 같은 안정성이나 반복성을 가지지 못하기 때문에 보편적으로 사용되지는 않습니다.)

RTD로 액체의 온도 측정을 할 수 있습니까?

프로브형 RTD 센서는 보통 액체 측정에 사용할 수 있습니다. 당사의 범용 RTD 프로브 PR-10과 PR-11의 구조와 같이 단순하거나 PR-12, 14, 18 또는 19와 같이 연결 헤드와 송신기를 갖추고 있습니다. 보편적인 제품은 간단하게 분리-연결할 수 있는 연결방식의 프로브 입니다. 이 센서는 있는 그대로 다른 장비와 연결하고 프로브를 액체에 투입하여 사용하거나, 다양한 피팅을 이용 또는 플라스틱 핸들(손잡이)과 함께 사용 가능합니다. 도금조 또는 고압력 시스템과 같은 열악한 환경에서 온도를 측정하는 경우 센서는 PFA 테프론® 같은 물질로 코팅되거나 센서를 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 써모웰 내부에 배치할 수 있습니다.

RTD 센서로 기체 및 가스 온도 측정을 할 수 있습니까?

유체로부터 센서로의 온도 전달률이 액체의 경우보다 느리기 때문에 기체 및 가스 스트림 측정은 어려운 일입니다. 그러므로 기체 또는 가스에 사용하기 위하여 특별히 설계된 센서는 감지 소자를 매개체에 최대한 가까이 위치 시킵니다. 이러한 기체용 RTD 센서는 감지 소자가 공기 스트림과 직접 접촉하도록 가까이 위치하게 합니다. 공기가 소자를 통과하여 흐르도록 하는 로트(lot)를 포함하고 있는 하우징 설계 구조는 시험기관, 클린룸 및 기타 장소에서 공기 온도를 측정하는데 있어 상당히 보편적입니다. 센서에 대한 보호가 좀 더 필요한 상황에서는 RTD-860과 유사한 디자인을 사용하는 것이 한가지 선택사항입니다. 이러한 디자인은 장착용 플랜지를 갖춘 작은 직경의 프로브를 가집니다. 구조 상 공기 스트림의 변화에 대응하기 위하여 반응속도는 약간 느려지지만 개선된 센서 보호 효과를 보여줍니다.

RTD 센서를 온도 측정 대상의 표면에 부착시킬 수 있습니까?

표면 온도 측정은 정확하게 하기가 가장 어려운 일 중 하나입니다. 센서 부착 방식, 센서가 가진 온도 변화에 대한 민감성 그리고 설치가 영구적인지 여부에 따라 다양한 선택사항이 존재합니다. 가장 정확하고 빠른 반응을 가진 표면 RTD 는 당사의 SA1-RTD 센서입니다. 표면에 적용 시 이 센서는 사실상 측정하는 표면의 일부가 됩니다. 표면 센서는 또한 볼트, 나사, 접착제 또는 시멘트로 결착이 가능합니다. RTD-830은 덮개에 사전 가공된 구멍이 있어 #4 나사로 쉽게 설치 가능합니다. RTD-850은 나사 결속 팁을 가진 덮개가 있어 표준 #8-32 나사구멍에 설치할 수 있습니다. 이러한 RTD는 열 흡수원 또는 나사구멍이 이미 존재하는 구조의 온도를 측정하는데 유용합니다.

RTD 관련 용어와 정의

»RTD / Resistance Temperature Detector / 측온저항체 / 저항온도검출기
저항온도센서의 한 종류로 모두 RTD 온도센서를 이르는 말.

»RTD Element / RTD 소자
백금, 니켈 또는 구리로 보통 만들어지는 RTD의 감지부. 오메가는 권선형(Wire Wound Resistor) 또는 박막형(Thin Film)의 두 가지 형태의 소자를 특징으로 함

»RTD Probe / RTD 프로브
소자, 시쓰(Sheath), 리드 와이어(연장도선) 그리고 연결부(말단)로 이루어진 조립품. 표준 오메가 RTD 프로브는 100 옴의 백금 유럽 곡선 소자(PT100, 알파 = 0.00385)로 만들어짐

»Platinum RTD / PT100 / PT1000 / 백금 RTD
Pt RTD로도 알려진 백금 RTD는 보통 모든 RTD 중에서 가장 뛰어난 선형성, 안정성, 반복성 그리고 정확도를 가진 제품임. PT100은 0도에서 100옴의 저항을 갖는 백금 RTD, PT1000은 0도에서 1000옴의 저항을 갖는 백금 RTD를 뜻함

»박막형 RTD / Thin Film RTD
얇은 필름 형태의 박막형 RTD는 이상적인 저항 수치를 만들어내기 위하여 기초금속이 세라믹 기질에 내장되고 손질된 얇은 막으로 구성됨. 오메가의 RTD는 피막으로써 백금을 기질에 증착시킨 후에 둘 모두를 감싸 만들어짐. 이러한 방식은 제품을 작고 빠른 반응과 정확도를 가지는 센서로 만들어줌. 얇은 필름 소자는 유럽 곡선, DIN 43760 표준에 적합하며 0.1% DIN 표준 허용치를 가짐

»Class A RTD / A등급 RTD
IEC 규격에서 가장 높은 RTD 소자 정밀도와 좁은 허용치, A등급(IEC-751), 알파 = 0.00385. (*별도 DIN 규격으로 더 높은 정밀도의 1/3 DIN 규격, 1/10 DIN 규격 RTD 센서도 있음)

»Class B RTD / B등급 RTD
가장 보편적인 RTD 소자 허용치 및 정확도, B등급(IEC-751), 알파 = 0.00385

»알파 .00385 곡선 / 알파계수 385 / 유럽식 곡선 / 유럽 표준
유럽 곡선은 0.1% DIN 표준 허용치를 충족하며 DIN 43760 표준에 적합한 규격. 알파 계수 0.00385를 보이는 RTD 규격을 말함

»Sheath / 시스 / 시쓰 / 쉬쓰 / 보호관 / 보호피복
끝이 막힌 관인 시스(Sheath)는 소자를 움직이지 못하게 하여 습기 및 측정 환경으로부터 보호. 시스(Sheath)는 또한 취약한 소자 도선으로부터 전이 도선에 보호와 안정성을 제공함. 오메가의 표준 시스(Sheath)는 3 mm (1/8") 및 6 mm (1/4") O. D. 304 스테인리스 강철 금속관임. 기타 직경 및 재료는 요청에 따라 제공 가능