[공구 노트] 계측기 온도계와 습도계의 종류와 특징
안녕하세요. YoungH입니다.
오늘은 산업현장에서 사용되는 온도계와 습도계의 종류와 특징에 대해 알아보겠습니다.
온습도 기록계(데이터 로거)란?
온습도 기록계(데이터 로거)란 온도·습도 데이터를 간단하게 기억시켜 PC와 접속하여 다양한 측정 처리를 가능하게 하는 계측기이다.
전자식 데이터 로거와 센서 분리형 데이터 로거, 센서 일체형 데이터 로거가 있다. 온도·습도 데이터를 본체 메모리에 기억시키고, 그 뒤 PC상에서 데이터를 관리하거나 해석할 수 있다. 공장의 제품 및 시설 관리, 공사 현장 등의 데이터 관리, 냉난방 시설 공조 관리, 창고 관리, 주택 건설 재료 관리 등에 사용된다.
환경 실험실·약품 보관고, 반도체, LSI 생산 공장 등에서 사용되는 종이에 기록하는 아날로그식 온습도 기록계, 데이터 로거도 있다.
바이메탈식 온도계
바이메탈식 온도계란 열팽창률이 다른 2종의 금속 박판을 맞붙이고, 그 온도 변화에 따른 만곡을 이용해 온도를 측정하는 방식이다. 바이메탈식 온도계는 그 구조가 단순하기 때문에 보수가 간단하고 유리 온도계에 비해 견고하게 되어 있다. 또한 표시를 직독 할 수 있으므로 공업용 용도로는 유리 온도계 대신에 그 사용 범위가 확대되고 있다.
※ 바이메탈(Bi-Metal)이란, 온도에 따른 팽창 계수가 다른 2종류의 얇은 금속판을 겹쳐 맞붙인 것으로, 팽창 토크를 이용해 온도를 표시합니다.
공장의 제조 라인, 식품 관련 가공 기계, 냉난방용 덕트, 산업 기계, 빙딩 배관 등에 사용된다. 뒷면 돌출형과 수직형 타입이 있다.
격측식 온도계
격측식 온도계란 피측정물로부터 거리를 둔 임의의 장소에서 온도를 측정한다. 격측식 온도계는 지시부와 감온부 및 이와 연결하는 리드선(도관)으로 구성되며 시스템 내부는 충전액, 휘발성 액체로 채워져 있다. 따라서 바이메탈식과 달리 피측정물로부터 거리를 둔 임의의 장소에서 온도를 계측할 수 있다. 사용 액체는 알코올, 석유 등을 사용하고 측정 가능한 최단 감온부의 길이가 각기 다르다.
방사식 온도계
방사식 온도계란 대상물에 접촉하지 않고 표면 온도를 계측하는 계측기이다. 모든 물체는 적외선을 방사한다. 물체의 온도가 변화하면 방사되고 있는 적외선 에너지도 변화한다. 또한 적외선은 빛과 같은 성질을 가지며 측정 가능하다. 이를 응용하여 적외선 에너지를 측정하여 물체의 온도를 측정한다. 주로 전기 설비(배전반)의 보수 점검에 사용된다.
※ 방사율이란, 기준이 되는 이상적인 흑체의 방사 에너지와 실제 측정 대상인 방사 에너지의 비율이다. 이 방사율은 측정 대상물의 재질과 표면 상태로 변화한다. 방사 온도계로 정확한 온도를 측정하려면, 측정 대상의 방사율에 맞춰 설정하거나 흑체 테이프 등을 피측정물에 부착하여 방사율을 고정해야 한다.
※ 방사율 설정
측정하는 대상물에 따라, 같은 온도라도 대상물로부터 방사되는 적외선의 양이 다르다. 방사 온도계를 이용하여 정확한 온도를 측정하는 경우, 미리 문헌이나 제조업체의 취급설명서에 기재된 방사율을 조사하고 설정해야 한다. 또한 방사율을 알고 있는 흑체 스프레이나 흑체 테이프를 이용하는 방법도 있다.
서모 라벨(써머 라벨, 온도 라벨)
색 변화로 온도를 측정할 수 있는 라벨(씰재)이다.
- 색의 변화로 온도를 검지할 수 있다. 여러 온도를 검지하는 제품이 및 반복 사용할 수 있는 제품 등 타입은 다양하다.
- 내구성이 우수하고 실내외의 발열·가열 온도 관리용으로 넓은 분야에 걸쳐 활용되고 있다.
- 전력회사 및 공장의 수변전 설비·기계 설비의 발열 점검용으로 누전으로 인한 사고의 사전 방지, 보수 관리화에 이용되고 있다.
- 이외에도 식품 제조 시의 위생 관리용이나 자외선(UV) 검지, 결로·누수의 이력 관리용 등 다양한 타입의 제품이 있다.
- 설정 온도 이상이 되면 변색되고 원래대로 되돌아오지 않는 불가역성 타입은 온도 이력을 확인하는 경우에 사용한다.
- 일정한 온도 이상에서 변색이 되고, 온도가 내려가면 원래 대로 돌아오는 가역성 타입이 있다.
- 현재(가역성)와 과거(불가역성)를 조합한 조합 라벨도 있다.
습도란?
습도는 공기 중에 수증기가 포함된 정도를 나태는 척도이며 공기가 건조하다 혹은 습하다를 표현하는 정도이다. 우리가 흔히 말하는 상대습도를 의미하여 상대습도를 줄여 습도라고 말한다. 이 상대습도는 대기에 포함할 수 있는 포화 수증기량에 대한 현재 수증기량을 백분율로 나타낸 것이다.
습도계는 측정방식에 따라 크게 4가지로 나뉘어진다.
건습구 습도계
학창 시절 과학실에서 흔히 접할 수 있는 습도계로 한쪽은 건구 온도를 측정, 다른 한쪽은 습구의 온도를 측정하여 두 온도의 차이를 이용하여 습도를 알아내는 방식이다. 건습구 습도계는 습도를 측정할 때 비교적 많은 시간이 소요되고 헝겊을 매번 교체해야 하는 번거로움 있어 여러 환경에서 사용하기에는 부적합하다.
모발 습도계
모발 습도계는 가장 전통적인 방식을 이용한 습도계로 모발이 공기 중의 수증기를 흡수하여 늘어나고 건조하면 줄어드는 현상을 이용한 습도계이다. 모발 습도계의 경우 온도가 일정 온도를 넘어가게 되면 측정이 불가하며 높은 유지 비용이 들어 여러 환경에서 사용하기에는 부적합하다.
정전용량형 습도계
커패시터 사이를 수분에 잘 반응하는 유전물질로 채우고, 습도에 따라 유전율이 변하여 전극 양단의 전기용량이 변하면 이를 측정함으로써 습도를 측정한다. 극저온부터 상온까지 측정이 가능하여 대기 환경의 다양한 분야를 측정하는 데 사용할 수 있다. 정전용량형 습도계의 장점은 빠른 습도 측정, 높은 정확성, 수분에 강하다는 것이다.
전기저항식 습도계
수증기를 흡수하면 전기저항이 변하는 물질을 이용한다. 목면 등의 흡수성이 강한 물질을 사용하며, 상대습도가 높으면 수분 흡수가 크게 일어나고 전기저항은 감소한다. 이러한 저항의 변화를 측정하여 습도를 측정한다.
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