서머커플(THERMOCOUPLE)

적용
분야

  • 온도 검출용

 

1. 서머커플(열전대)의 원리

      서머커플은 종류가 다른  2개의 금속선의 양단을 접속한 것으로 이 양단의 접점에 온도
    차가 생겼을 때 이 폐회로에 열기전력 이 발생해 회로에 전류가 흐릅니다.
      이 열기전력의 크기와 그 극성은 양단의 온도와 2개의 금속선의 조합에 의해 정해져
    금속선의 굵기나  길이에는 영향을 받지 않습니다.
    
따라서 특정 열전대의 각 온도에 있어서의 열기전력을 미리 알아두는 것으로 온도를 측정
    할 수가 있습니다.

한일전열엔지니어링/생산품목/열전대[THERMOCOUPLE]

     이 열전대는 온도 측정 범위, 측정 장소의 상황, 필요한 정밀도등에 의해 적당한 소선을 선택하는 것은 말할 필요도 없이 장시간
    연속 사용해도 항상 같은 성능을 가지는 것이 아니면 안됩니다.
     당사에서는 JIS 규격의 B, R, S, N, K, E, J 및 T열전대를 제작하고 있습니다만, 그 외에도 W-5Re/W-26 Re열전대등도 제작하고
    있기 때문에, 사용 목적에 맞은 것을 선택해  채용해 주십시오.
     
온도센서로서 넓게 사용되고 있는 열전대는 공업 규격으로 특성이 정해져 있기 때문에, 같은 종류의 열전대라면  메이커를 불문
    하고 사용할  수 있습니다.
    열전대는 비록 단선되지 않아도 특히 고온으로 장시간 사용하면, 열화에 의해 특성이 변화합니다

2. 서머커플(열전대)의 구조

     서머커플(열전대)는 소선,보호관,단자박스,절연관 및 취부에 필요한 취부금구로 구성되어 있다.

  (
1) 서머커플(열전대)소선

       서머커플(열전대)소선의 종류에는 B, R, S.K, E, J 및 T가 있고, φ0.5~φ3.2까지 여러가지 외경이 있습니다.
        이것들의 접점은 용접하여 측온접점을 만들어 있습니다.

  (2) 보호관

        열전대소선이나 절연 애자를 주위의 조건으로부터 보호하는 것으로, 이것에 단자박자 및 나사,플랜지등을 붙입니다.
        보호관은 사용 온도, 분위기, 목적등에 적절한 재료나 형상을 선정할 필요가 있습니다.

  (3) 단자박스 및 단자판

      보상 도선과 열전대를 접속하는 단자박스로 방수형(알루미늄 다이캐스팅 재질)

  (4) 절연 애자

      열전대의 선 및 보호관과의 절연, 합선 방지에 사용하는 것으로 절연 애자로 절연 되어 있습니다.

  (5) 마운팅

     열전대를 측정 장소에 설치하기 위해 보호관에 마운팅을 부착합니다.
       자세한 것은 당사로 문의하시기 바랍니다.

3. 열전대 보호관의 종류

       보호관은 열전대나 측온저항체 등의 온도 검출단을 측정개소의 여건에 따라 물리적,화학적 영향을 받지 않도록 보호 목적으로
       사용된다.
       따라서 장기적으로 안전하게 사용하기 위해서는 다음 조건을 충분히 고려하여 선택하여야 합니다.

        -  내압성 및 기밀성이 좋아야 합니다.
        -  진동,충격등에 대하여 기계적 안정성이 있어야 합니다.
        -  열 충격이나 열 저항에 충분히 강하여야 합니다.
        -  측온분위기에 대하여 화학적 안정성 및 내식성이 좋아야 한다.

 (1) 금속보호관

재 질

상용온도

과열온도

특 징

SUS 304

850℃

950℃

Cr 18%, Ni 8% 내열, 내식성이 우수하여 일반적으로 사용되나 유황 환원성가스에는 약하다.

SUS 316

850℃

950℃

Cr 18%, Ni 12%, Mo 2.5% 내열,내산, 내알카리성이 우수하고 SUS 304보다 내식성이 우수하다

SUS 310S

950℃

1200℃

Cr 25%, Ni 20%, SUS 동중 내열,내식성이 우수하다.

SANDVI P4

1000℃

1200℃

고 Cr, Ni 포함,내열,내식성이 우수하고 환원성 가스에 강하다

INCONEL

1050℃

1200℃

Ni<50%, Cr<20%, 내식성이 우수하고 아연,도시가스등에 강하나 유황에는 약하다.

MONEL

 

 

Ni 70%, Cu/Fe를 함유,해수나 석영에 강학도 고온고압 및 내식성이 강하다.

HASTELLOY B

760℃

800℃

고 농도의 염산에 강하고 염화수소가스,인산에 강하다.

HASTELLOY C

1090℃

1100℃

산화,환원성 분위기에 강하여 염화제이철,염화제이동,염소가에 특히 우수하다

 (2) 비금속보호관

재 질

상용온도

과열온도

특 징

테프론

190℃

210℃

내약품성이 좋으며,이물질이 붙지 않는다.

경질비닐

60℃

100℃

화학적 안전성이 있다.

경질유리

500℃

600℃

산,알칼리에 강하나 깨지지 쉽다.

석영관

1000℃

1050℃

응답성이 좋고,화학물질에 강하나 깨지기 쉽다.

뮤라이트 PT1,PT2

1400℃

1500℃

기밀성 세라믹,용융금속,연소가스에 강하나 급열,급냉에 약하다.

재결정알루미나
PT0

1750℃

1850

Al2O3 99.7%의 기밀성 고순도세라믹, 내열성 및 기계적 강도가 PT1보다 우수하다

GK-SiC

1400℃

1600℃

산, 알카리에 강하고 열전도율이 높아 용융금속과 측온에 이중보호관으로 적합하다.

지르코니아

1950℃

2300℃

기밀성과 화학성 안전성이 우수하여 용융금속, 유리 Slag의 고온측정에 적합하다.

4. 열전대의 특징

     열전대는 중,고온 영역을 중심으로 가장 많이 이용되고 있는 온도센서로 아래의 특징이 있습니다.

      - 열기전력이 크고, 특성의 불균형이 작게 호환성이 있다.
      - 고온 또는 저온으로 사용해도, 열기전력이 안정으로 수명이 길다.
      - 내열성이 높고, 고온 냄새나도 기계적 강도가 유지되고 있다.
      - 내식성이 높고, 가스 등에 대해도 양호.

      - 응답이 신속하고 시간지연에도 오차가 비교적 적습니다.
      - 적합한 열전대를 선택하면 0 - 2500°C 범위내의 온도를 측정할 수 있습니다.
      - 고온에도 기계적 강도가 높고 내식성이 강하며,안전성이 높습니다.
      - 특정한 위치나 좁은 장소에서도 온도측정이 가능합니다.
      - 열기전력에 의하여 온도가 검출되므로 지시,조절,제어,변환등 정보처리가 용이하다.  
      - 가공이 용이하여 장시간 사용하여도 거의 변하지 않고 가격이 저렴하다.

5. 열전대의 사용상 주의사항

     열전대는 여러가지의 종류가 있지만 사용장소,용도에 따라서 적정한 것을 선정하는 것이 중요하다.
     온도를 정확하게 측정하기 위해서는 열전대의 선정의 내열,내식,내진성을 이용한 보호관등의 선정,구조 및 취부방법등에 유의할
     필요가 있다.

6.
열전대의 종류

     
열전대는 2가지의 다른 금속선을 접속하고 회로를 만들어, 2개의 접점에 온도차를 주면 전압이 발생하는 현상을 이용하고 있지만
      이 금속 종류가 맞지 않으면 올바른 온도를 측정할 수 없습니다.
      열전대는 JIS나 IEC등 규격에 규정되고 있는 것 외에 규정되어 있지 않은 것을 포함면 수십 종류가 있다고 여겨지고 있습니다.
      또, 새로운 종류의 열전대의 연구도 각국에서 많이 행해지고 있습니다.
      아래에는 JIS 규격 열전대와 대표적인 규격의 열전대의 종류와 특징을 나타냅니다.
 

서머커플의 종류
 

JIS 기호

+극선

-극선

온도 범위

구 기호

K

크로멜[Ni,Cr]

아르멜[[Ni,Cu]

-200℃ ~ 1000℃

CA

J

철[Fe]

콘스탄탙[Ni,Cu]

0℃ ~ 600℃

IC

T

동[Cu]

콘스탄탙[Ni,Cu]

-200℃ ~ 300℃

CC

E

크로멜[[Ni,Cr]

콘스탄탙[Ni,Cu]

-200℃ ~ 700℃

CRC

N

Ni,Cr

Ni, Si

-200℃~1200℃

 

R

백금 87% -로지움13

백금 100

0℃ ~ 1400℃

PR

S

백금90% -로지움10

백금100

0℃~1400℃

 

B

백금70% -로지움30%

백금94% -로지움 6

0℃~1600℃

 

PR

Pt87.3 Rh 12.7

Pt 100

0℃~1900℃

 

PR20 40

Pt60 Rh 40

Pt80 Rh 20

0℃~2300℃

 

C

W95, Re5

W74 rE 26

0℃~1200℃

 

AF

Ni,Cr

Au, Fe 0.07

100℃~269℃

 

    ※ 최고 온도는, K, J, T, E, N 는 선경φ3.2 R, S, B 는 선경 φ0.5의 경우

      공업용에 많이 사용되고 있는 것은 K, J, T, E 이며, 그 중에서도 K 가 대부분을 사용하고 있습니다.
      열전대가 파손되어거나 더러워져 있어 표시를 식별할 수 없을 때는 접속되고 있는 측정기, 온도 콘트롤러를 조
      사해 주세요. 열전대 종류에  맞춘 설정이 되고 있을 것입니다.
      클래스 1, 클래스 2, 클래스 3이 있어 숫자가 작을 수록 허용차이가 작아집니다.
      당사의 표준 사양은 클래스 2이며, 일반 공업용으로, 클래스 1을 지정할 필요가 있는 것은 보기 드물다고 생각합
      니다.

기호 

구기호

구성성분

적 요

K

CA

[+]Chromel-
[-] Alumel   

(+)쪽에Chromel[Cr을10%함유한Ni-Cr합금] 도선과 (-)쪽에 Alumel [Al-Mn을 약간 함유한 Ni 합금] 도선을 조합한 열전대로 1906년 미국의 Hoskins사에서 A.I.Mash에 의하여 개발된 후 많은 개선을 거쳐 현재에 이르렀으며, 신뢰성이 높아 산업용으로 가장 널리 쓰이고 있습니다.  
산화제나 불활성 분위기 중에서 1260'C 까지 사용 가능하며 내열,내식성이 비교적 우수합니다. 반면 환원성 가스 또는 산소 분압이 낮은 여건에서는 Chromel의 열화로 인해 기전력의 오차가 발생할 수 있으므로 분위기를 고려하여 사용해야 합니다.

E

CRC

[+]Chromel-  
[-]Constantan

K 열전대의 (+)극과 (-)극을 조합시킨 열전대로 1964년 ANSI 및 1947년 JIS에 의하여 선택된 이후, 대 단위 화력 및 원자력발전소등에까지 소요가 급속히 증대되고 있습니다.
750'C까지 사용가능하며 현재 사용되고 있는 열전대 중에서 전기저항이 가장 높기 때문에 결합하여 사용하는 지시기의 산성에 주의를 요합니다.

J

IC

[+]Iron-       
[-]Constantan

(+)쪽에 순철(Fe)과 (-)쪽에 Constantant(Cu-Ni) 도선을 각각 조합한 열전대로 E형에 이어 높은 기전력 특성이 있습니다.
환원성 분위기에 강하고 염화수소에 대하여 안정합니다.산화성 분위기중에서는 철의 산화가 빠르므로 부적합하나,비교적 가격이 저렴하므로 중간 온도용으로 많이 사용합니다.

T

CC

[+]Copper-   
[-]Constantan

(+)쪽에 순동(Cu) 과 (-)쪽에 Constantant 도선을 각각 조합한 열전대로 비교적 저온(-200 'C - +300 'C)용이며,약 산성 또는 환원성 분위기에 적합합니다.
특히 기전력 특성이 우수하고 정밀하기 때문에 실험실등에서 많이 사용합니다.

B

-

[+]Pt Rh30%
[-] Pt Rh 6%  

(+)쪽에 백금(Pt) 70%,로듐(Rh) 30%로 합금한 금속도선과 (-)쪽에 백금 94%,로듐 6%로 합금한 금속도선을 조합시킨 열전대로서 산화성,중성 분위기 중에서의 연속사용이 가능하고 환원성 분위기 중에서도 R형 열전대에 비하여 수명이 깁니다.
아래의 R, S열전대에 비하여 고온에서 사용되는 반면 저온에서는 열기전력이 극히 작기 때문에 정도가 떨어지고 특히 고온에 있어서의 정밀 측정과 내구성이 요구되는 경우에는 이 형의 열전대를 권장합니다.

R

-

[+]Pt Rh13%
[-]Pt Rh

(+)쪽에 백금(Pt) 87%, 로듐(Rh) 13%로 합금한 금속도선과 (-)쪽에 고 순도의 백금도선을 열전대로 KS 규격에 의한 0.25%의 오차를 충족시키는 높은 정도를 갖고 있습니다.
이 열전대는 진공 및 환원성 분위기 중에서 직접 사용하는 것을 피하여야하며, 보호관 및 열전대관은 철의 함유량이 적은 고 순도의 알루미나 재질을 사용하여야 한다.특히 열전대의 취급에도 주의를 요하며, 손의 땀이나 기름으로 오손되지 않도록 알코올,벤젠등으로 오염물질을 깨끗이 제거하여야 합니다.

S

-

[+]Pt Rh13%
[-] Pt Rh       

(+)쪽에 백금(Pt) 90%,로듐(Rh) 10%로 합금한 금속도선과 (-)쪽에 고순도의 백금도선을 조합시킨 열전대로 1986년 Le Chatelier에 의하여 개발되었으며, 630.74'C에서 금 1064.43'C에 해당되는 용융점을 정하는 온도표준으로 이용되고 있습니다.
이 열전대를 사용할 때에는 R형과 같은 주의가 요구됩니다.

7. 서머커플(열전대) TYPE별 열기잔력
 

B

E

J

K

N

R

S

T

8. 서머커플(열전대) 소선별 사용온도

      시스 타입 열전대 시스지름은 큰 것이 상용 한도(공기중에서 1만시간 이상이 사용할  만한 온도)가 높아집니다.  
      SUS 316 시스의 K타입 열전대는 다음과 같이 되어 있습니다.

 

시스지름

φ0.5

φ1.0, 1.6

φ2.3

φ3.2

φ4.8, 6.4

φ8

상용 한도

600℃

650℃

700℃

750℃

800℃

900℃

 

      응답 속도는 시스지름이 작은 것이 빠르기 때문에 사용 온도가 낮을 때는 보다 가는 것으로 해도 좋은 경우가  있다고 생각합니다.
      금형의 홀등에 삽입하는 경우는 시스지름이 작으면 열전달이 나빠지기 때문에 같은 지름으로 해 주세요.

      시스 길이를  짧게 하면 열전도로 열전대소선과 보상 도선의 접속부의 온도가 높아집니다. 이 부분이 100℃을 넘지 않게 해 주세요.

종류

소선경(mm)

JIS (°C)

NSI(°C)

계 급

정온도

허 용 치

JIS

ANSI

상용
온도

과열
온도

사용
한계

B

0.5

0.5

1500

1700

1700

  0.5

 600-700°C

-0.5%(±4°C)

R

0.5

0.5

1400

1600

1480

  0.25

 0-1600°C

-0.5%(±4°C)

S

0.5

0.5

K

3.2

3.2

1000

1200

1260

  0.4

 0-1000°C

-0.5%(±4°C)

2.3


900

1100


  0.4

 0-1000°C

-0.5%(±4°C)

1.6

1.6

850

1050

1090

  0.4

 0-1000°C

-0.5%(±4°C)

1.0

 

750

950

 

  0.75

 0-1200°C

-0.5%(±4°C)

 

0.8

 

 

980

  0.75

 0-1200°C

-0.5%(±4°C)

0.6

 

650

850

 

  0.75

 0-1200°C

-0.5%(±4°C)

 

0.5

 

 

870

  0.4

 -200-0°C

-0.5%(±4°C)

 

3.2

 

 

870

  0.4

 -200-0°C

-0.5%(±4°C)

E

3.2

3.2

750

800

870

  0.4

 0-800°C

-0.5%(±4°C)

2.3

 

600

750

 

  0.4

 0-800°C

-0.5%(±4°C)

1.6

1.6

550

650

650

  0.4

 0-800°C

-0.5%(±4°C)

1.0

 

500

550

 

  0.75

 0-800°C

-0.5%(±4°C)

 

0.8

 

 

540

  0.75

 0-800°C

-0.5% (±4°C)

0.6

 

450

500

 

  0.75

 0-800°C

-0.5%(±4°C)

 

0.5

 

 

430

  1.5

 -200-0°C

-0.5%(±4°C)

 

3.2

 

 

430

  1.5

 -200-0°C

-0.5%(±4°C)

J

3.2

3.2

600

750

760

  0.4

 0-750°C

-0.5%(±4°C)

2.3

 

500

750

 

  0.4

 0-750°C

-0.5% (±4°C)

1.6

1.6

500

650

590

  0.4

 0-750°C

-0.5% (±4°C)

1.0

 

450

550

 

  0.4

 0-750°C

-0.5%(±4°C)

 

0.8

 

 

480

  0.75

 0-750°C

-0.5%(±4°C)

0.6

 

400

500

 

  0.75

 0-750°C

-0.5%(±4°C)

 

0.5

 

 

370

  0.75

 0-750°C

-0.5%(±4°C)

 

3.2

 

 

370

  0.75

 0-750°C

-0.5%(±4°C)

T

1.6

1.6

300

350

370

  0.4

 0-350°C

-0.5% (±4°C)

1.0

 

250

300

 

  0.4

 0-350°C

-0.5% (±4°C)

 

0.8

 

 

260

  0.75

 0-350°C

-0.5%(±4°C)

0.6

 

200

250

 

  0.75

 0-350°C

-0.5% (±4°C)

 

0.5

 

 

200

  1.5

 -200-0°C

-0.5% (±4°C)

0.3

3.2

200

250

200

  1.5

 -200-0°C

-0.5% (±4°C)

9. 금속보호관의 재질 및 특성
 

재      질

온 도(°C)

특    성

상용

과열

Transludentn Quartz

1000

1000

열 충격 저항이 우수하나 깨지기 쉽고, 알카리에 저항력이 약하며 산에는 좋습니다.
수소 및 환원성 가스에 기밀성이 떨어지지만 열전도성은 높습니다.

Mulite

400

1500

고순도의 알루미나 세라믹으로 열 충격 저항성이 좋아 석탄로,유화로,전기로용으로 널리 사용.

Recrystalized

1500

1600

고순도 알루미나로 열 충격 저항성이 PT2 보다 약간 좋으나 비통기성 예열로나 재생기용으로 권장합니다.

Alumina

1600

1800

화학적 안정도가 뛰어나며 PT1 보다 우수하여 비통기성 용강, 슬래그 용융 유리용으로 권장.

Cermet(Cr-Al)

1230

1400

내열,내 마모성이 우수하여 용융구리 및 비철금속의 측온용으로 권장.

Cermet (Cermotherm)

1600

2000

열전도성이 높고 용융 금속중의 열 충격 및 부식저항이 좋아 용강에서는 지속적으로 사용할 수 있으나 고온의 산화성 분위기에는 부적당.

Recrystallized Silicon Carbide

1650

 

내산, 내 알카리성이 좋아 1500°C 이내의 중성 분위기 및 용융아연,알루미늄,납,구리등 통기성 분위기에 적당.

Self-bonded Silicon Carbide

1650

2300

통기성이 낮으며 고온에서 내열충격,내부식,내 마모성이 우수하여 1500°C 이내의 산화 및 환원성 분위기에 권장.

Clay-bonded SiliconeCarbide

1500

1700

열전도성이 좋으며 산화물형의 튜브에서 기대할 수 있는 그 이상의 정도를 얻을 수 있고 통기성으로서 열 충격 저항이 우수하다.

Zireone

1900

2400

기밀질로 용융금속에 대하여 화학적으로 안정하여 1900°C 이내의 용융구리,용융금속,슬래그에 권장.

STS 304

900

900

내식성,내열성이 우수한 재료지만 유황,환원성 가스에는 약하다.

STS 304L

900

1000

304보다 탄소함유량이 낮고 입계 부식에 대한 저항이 강하다.

STS 321

900

1000

Ti을 함유함으로서 304보다 내식성이 높고 입계 부식에 대해 내식성이 우수하나 유황 환원성 열에 약하다.

STS 316

900

1000

Mo을 함유하고 있어 산성,알카리에 내열성이 우수하다.

STS 316L

900

1000

316보다 탄소함유량이 낮고 내산성,내알카리성에 316보다 우수하다.

STS 310SS

950

1050

Ni,Cr을 함유하며 내열,산화 저항력이 우수한 고온강도를 가지고 있다.

STS 3347

900

1000

Ni,Cr을 많이 함유하고 있으며 304보다 내식성이 우수하고 입계부식에 대해 내식성도 우수합니다.

STS 3446

1050

1125

유황을 내포한 산화,환원성염에 저항력이 우수하며 특히 염욕조,용윰금속 기타 고온에 적합하다.

50 Co - 30 Cr

1100

1200

내열,내식성이 우수하며 황화성 분위기에 저항력이 우수합니다.

Incoloy 600

1180

1250

고온에서 산화,환원성 분위기에 저항력이 우수하고 환원성 분위기에서는 피하여야한다.

Inconel 800

870

1000

고온의 산화성분위기 및 열충격에 우수하며,고온부식에 있어 304보다 수명이 10배정도 길다.

Kanthal AL

1000

 

고온에서 산화에 저항력이 우수하지만 재수정화 때문에 파괴되기 쉽다.

Boni - 20 Cr

1000

1250

고온에서 기계적강도,내식성에 우수하고 황산성분위기에는 권장하지 않는다.

Kurimax

1200

1400

화학약품과 연소가스에 저항력이 우수하고 액체구리에는 부식저항이 강하다.

Hastelloy B

800

1100

내열,내산성이 우수하며,특히 Hcl,H2So4에 우수하다.

Hastelloy C

1000

1120

내산성,환원성 분위기에 우수하며,특히 Cl에 우수하다.

Hastelloy X

1175

1260

고온에서 산화 및 탄화성 분위기에 저항력이 우수하며,기계가공 및 용접이 타 Hastelloy 합금에 우수하다.

Hayncs Alloy 25

980

1100

고온에서 산화 및 탄화성 분위기에 저항력이 우수하다.

Titanium

1000

 

염소,초산소다,염소 및 고수 등에 대한 내식성이 좋지만 고온에서는 쉽게 산화되고 부서지지 않는다.

Monel

500

600

수포,고압 부식에 우수한 저항력을 가지고 있다.

Tantulum

2200

 

모든 산성에 대해 높은 저항력을 가지고 잇는 우수한 내열재료이나 고온의 대기에서는 쉽게 산화되고 부서진다.

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