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온도센서 교정

온도센서 교정 오메가 엔지니어링이 작성한 본 백서는 센서에 검교정 (캘리브레이션)이 필요한 이유와 교정 주기를 포함하여 제조 및 온도 기록에 사용되는 온도 센서에 관한 내용을 다루고 있습니다. 교정 장비 (캘리브레이터) 선택과 AS 17025 인정 교정기관의 활용 이유에 관한 내용 또한 포함되어 있습니다.

온도센서 종류



제조분야에서는 보통 다음과 같은 다섯 가지 종류의 온도센서를 볼 수 있습니다:
  1. 바이메탈 온도계 또는 스프링형 써모미터. 가격이 싸고 조정이 쉽기 때문에 느린 반응과 정확성 부재에도 불구하고 광범위하게 사용됨
  2. 열전대 (Thermocouple). 가장 광범위하게 사용되는 산업용 센서이며 한쪽 끝이 연결된 두 개의 이종금속 전선으로 구성되어 있으며 이 두 전선이 온도에 비례하는 전압을 생성함
  3. RTD (측온저항체). 보통 플래티넘 전선으로 감겨 있으며 가격이 비싸지만 반응이 빠르고 측정 정확도가 높음
  4. 써미스터. 제한된 범위의 온도를 측정하고 주로 의료분야에서 사용되는 반도체 기반 장비
  5. 적외선 온도센서(IR). 표면온도 측정을 위한 비접촉 센서이며 적외선 온도계와 열화상 카메라의 두 종류로 나뉨. 다수의 제품들이 시장에 출시됨에 따라 두 종류 모두를 사용하는 경우가 증가하고 있음

위의 리스트에는 없지만 유리 온도계도 있습니다. 유리 온도계는 조절기능이 없어 오류를 기록하는 기능 밖에 없으므로 교정이 불가능합니다. 특히 전통적인 수은 온도계의 경우에는 파손으로 인한 수은 유출에 대한 우려가 있습니다.


온도 측정과 기록



여러 산업분야에서 온도 제어가 충분히 이루어지고 있지 않습니다. 제품에 영향을 주는 온도나 열주기를 기록하는 일은 필수적입니다. 그러한 기록은 식품가공이나 의약품 생산 및 저장에 필요합니다. 이는 기록 기능을 갖춘 온도컨트롤러에 의하여 이루어질 수 있습니다. 바퀴 허브, 서스펜션 연결부 또는 브레이크 부품과 같이 안전이 필수적인 품목들의 경우 기록은 제조사가 부품에 열처리가 제대로 이루어졌고 잘 깨지지 않고 견고함을 증명하는데 도움이 됩니다.

자동차 및 항공우주 산업에서 쓰이는 탄소섬유 부품의 생산의 경우 그 중요성이 점차 커지고 있습니다. 다른 가류공정에서도 마찬가지지만 온도와 압력은 정밀하게 제어하여야 합니다. 제품 성능에 있어 온도 제어가 필수적이지 않은 상황에서조차 제품의 일관성을 위하여 반복시험이 필요합니다.

품질경영시스템은 일반적으로 최종제품의 품질에 영향을 줄 수 있는 모든 측정장비의 교정을 요구합니다. 계량장비의 교정은 일반적인 일로 받아들여지고 있으나 온도센서 교정의 중요성은 때때로 간과되고 있습니다.

온도센서 교정 필요성



프로세스에 중대한 영향을 주는 측정에 사용되는 모든 장비는 요구되는 정확도를 지속적으로 유지하고 있음을 검증하기 위하여 주기적으로 점검하여야 합니다. 조정이 가능한 경우 예상된 범위를 벗어나는 측정 장비를 수용 가능한 성능 수준으로 되돌릴 수 있지만 장비 조정이 불가능한 경우 편차나 측정 성능을 기록하고 해당 장비가 그 목적에 부합하는지 여부를 판단하여야 합니다.

온도측정장비의 경우 바이메탈 온도계와 써모커플 와이어(열전대 선)의 속성은 계속 사용하게 되면 시간이 지날수록 변하게 되고(특히 고온에서 사용되는 경우) 측정 오류를 초래하게 됩니다. 또한 써모커플 프로브(시스 열전대)는 기계적으로 또는 부식에 의하여 사용 중에 손상될 수 있으며 그로 인하여 와이어의 급격한 열화를 초래하게 됩니다. RTD 및 써미스터 또한 내구성이 좋은 장비가 아니며 쉽게 손상될 수 있으므로 주기적으로 점검하여야 합니다. 이는 적외선 온도계와 열화상 카메라의 경우에도 마찬가지입니다.

온도센서 교정 주기



품질표준은 보통 사용자가 장비 교정 주기를 결정하도록 합니다. 그러나 심사원은 사용자가 정한 교정 주기에 대한 타당한 이유를 요구할 것입니다. 교정 주기를 정할 때에는 해당 장비의 사용 유형, 손상 위험 그리고 오류율(이전 교정기록을 근거로 판단 가능)을 고려하여야 합니다.

교정 결과 해당 장비가 수용 가능한 범위를 넘어서는 측정 결과를 보이는 경우에 필요한 조치를 규정하는 절차를 실행하여야 합니다. 예를 들어 가장 최근에 이루어진 교정 이후 제조된 제품은 리콜되어야 할 수도 있습니다(그리고 리콜 비용은 교정 주기에 영향을 줄 수 있습니다). 식품이나 의약품 생산과 같이 안전이 필수적인 환경에서는 매일, 심지어는 매 근무교대 시마다 교정을 수행하여야 할 수도 있습니다.


온도센서 교정



온도센서를 교정하는 가장 간단한 방법은 해당 센서가 두 가지 물리상수인 얼음이 녹는 온도와 물이 끓는 온도(하지만 후자는 대기압력에 따라 수정되어야 합니다)를 인식하는 방식을 점검하는 것입니다. 빠르고 비용이 적지만 한 가지 단점은 이러한 방식이 일반적으로 미국 국립표준기술원(NIST)에 의한 추적 가능한 교정이 아니라는 것입니다.

건식 캘리브레이터

드라이 블록 캘리브레이터(Dry Block Calibrator)는 이러한 문제를 극복하고 써미스터, 써모커플 및 RTD 프로브 교정을 위한 빠르고 정확한 수단을 제공합니다. OMEGA의 hot point® 건식 캘리브레이터 Dry Block Probe Calibrator 와 같은 교정장비는 써모커플을 선택한 온도까지 가열하는데 사용되며 장비에 나타난 수치를 교정기의 수치와 비교합니다. 다음으로, OMEGA TRCIII ice point® 레퍼런스 셀 은 0oC의 비교온도를 제공합니다. 또한 장비에 나타난 수치를 교정기의 수치와 비교합니다. 이러한 두 번의 측정을 통하여 교정 여부를 결정할 수 있습니다.

열전대 (써모커플) 의 작동 또한 탐침기가 생성한 전기신호를 모방하여 나타난 수치 대비 예상 수치를 확인하여 검증할 수 있습니다.

적외선 흑체 캘리브레이터 Infrared Blackbody Calibrators 는 열 카메라와 고온측정기와 같은 비접촉 온도측정장비 교정에 사용됩니다. 이러한 교정기는 알려진 온도까지 가열된 “온전한” 방사율(0.95와 0.98 사이) 표면을 활용하며 해당 장비에 나타난 수치와 비교합니다(정확도는 블랙바디 캘리브레이터 내의 온도측정 품질에 따라 달라지며 1% 밖에 되지 않을 수도 있으므로 반복시험이 상당히 필요할 수도 있음에 주의하시기 바랍니다.).

냉점 캘리브레이션 보상 챔버

자체 교정 또는 외부 교정 기관 이용 판단기준
대부분의 조직에 있어 자체 교정을 할 것인지 교정기관을 활용할 것인지를 결정하는 요인은 교정업무의 규모와 내부적으로 가능한지 여부에 따라 결정될 것입니다. 게이지 교정이 이미 이루어졌다면 온도센서를 교정 대상 장비 목록에 추가하는 일은 건식 또는 흑체 캘리브레이터에 대한 투자만 있으면 가능합니다. 그러나 미국 국립표준기술원(NIST)이 정한 추적성을 보장하고, 한국 국제공인시험기관(KOLAS) 기준에 부합하기 위해서는 외부 전문 교정 기관을 이용하시는 것이 좋습니다.

AS 17025 인정 기관 활용의 중요성
ISO 9000이 제조업체들에게 품질경영의 기본틀을 제공하는 것과 마찬가지로 AS 17025(국제규격인 ISO/IEC 17025의 미국판)는 교정기관에 품질경영의 기본틀을 제공합니다. 규정된 절차는 수행하는 교정업무에 활용되는 방법을 문서화하고 그러한 방법이 탄탄하고 미국 국립표준기술원(NIST)이 정한 적절한 수준의 추적성을 제공함을 보장합니다. 교정의 결과를 고객에게 통보하는 일에 상당한 강조가 이루어지는데 이는 측정의 불확실성에 대한 정보를 포함합니다.

ISO/IEC 17025의 요구사항을 충족하지 못하는 교정기관도 적절한 수준의 추적성을 갖추고 만족스러운 교정업무를 수행할 수도 있습니다. 그러나 공식적인 인정은 해당 교정기관이 적절한 절차를 준수함을 고객이 확신할 수 있음을 의미하며 그에 따라 고객이 스스로 이를 검증하는데 들어가는 비용을 아낄 수 있습니다.

교정, 제품 품질의 필수요인
여러 제조 프로세스는 제품 특성에 변화를 주기 위하여 열을 사용합니다. 일부의 경우 목적에 대한 적합성을 보장하기 위하여 정밀한 온도 제어가 필수적이며 문서화된 기록(온도 기록 및 교정의 증거)은 제조사가 생산품의 품질 유지를 위하여 적절한 단계를 밟았음을 검증하게 해줍니다. 온도센서 교정은 그러한 교정업무를 자체적으로 수행하였든 이를 교정기관에 의뢰하였든 간에 이러한 활동에 있어서 필수적인 부분입니다.


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