분야
hwp2. 열전대의 종류
3. 열전대의 특징과 용도
4. 구조와 계측방법
5. 출처
(1) 열전대의 정의
두 종류의 서로 다른 물질(대개의 경우 금속이나 합금)의 양쪽을 접촉시켜서 폐회로를 만든 것을 열전대(Thermo couple)라 하며 양 접점에 온도차를 주면 열기전력이 생겨 금속선 내에 전류가 흐르게 되는데, 이 현상은 1821년 제베크(Seebeck)가 발견하여 제베크(Seebeck)효과라 한다.
(2) 기전력 현상
열전대를 이용한 온도측정의 기본원리는 측정접점과 기준접점사이의 온도 차이에 따른 열기전력이 열전대에 유도된다는 것이다. 이 때, 기준접점의 온도를 알면 회로에 나타나는 기전력을 측정함으로써 측정접점의 온도를 결정할 수 있다. 따라서 기전력을 측정할 수 있는 측정기기가 열전대를 이용한 온도 측정에 필수적이다. 또한 발생하는 열기전력은 금속의 형상이나 치수, 도중의 온도 변화에는 영향을 받지 않는다.
냉접점의 온도를 0℃, 열접점의 온도를 t℃라고 하면, 열기전력 E는 다음과 같다
E = a+bt+ct²
여기서 a, b, c는 각각 열전대에 따른 상수로서 안티몬, 금, 은 등의 응고점에서 E를 측정하여 결정한다. 측정된 열기전력은 온도로 환산하여 나타낸다.
(3) 열전회로의 원리
근본적으로 열전대는 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로써 세 가지 열전효과가 열전대 안에서 작용되고 있다.
①균질금속의 법칙
하나의 균질한 금속만으로 된 폐회로에서는 형상, 온도분포 등의 어떠한 상태이건 단지 가열에 의해서 열전류가 흐를 수는 없다. 즉, 열기전력은 0이 된다. 열기전력이 0이 되는 이유는 A,B금속(A=B)의 제베크계수가 같기 때문이다.
② 중간금속의 법칙
회로의 일부 중간에 중간금속의 삽입하여도 그 중간 금속 양끝의 온도가 같으면 열기전력에는 변화가 없다.
③ 중간온도의 법칙
두 개의 서로 다른 균질한 금속으로 된 폐회로에 그 접점을 T₁과 T₂에 있을 때의 기전력을 E₁, T₂이 T₃에 있을 때의 기전력을 E₂라 하면 그들 접점이 T₁과 T₃에 있을 때의 기전력은 E₁+ T₂와 같다.
A, B 금속을 사용할 때의 열기전력은 이것과 접점온도가 같은 A,C 금속에 의한 열기전력과 C,B 금속에 의한 열기전력 합과 같다. 회로의 임의의 점에서 양끝의 온도가 같은 경우에는 절대점이 어디든지 간에 열기전력은 변함이 없다.
