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과학기술 전문자료/계측 & 측정 & 실험 장비

열 계측기기 - 광고온계 (optical pyrometer) 온도센서


여러 가지 금속이나 합금의 제련?정련?주조 및 열처리 등 많 은 공정은 고온에서 이루어지게 되는데 이때 고온을 조절하거나 측정하기 위해서 열전대고온계나 광고온계를 사용하고 있다. 열전대 고온계는 직접 물체와 접촉하여 온도를 측정하게 되므로 정확하다는 장점을 갖고 있으나 열전대를 구성하고 있는 재료가 용융될 수 있는 온도에 도달하게 되거나, 유도기전력이 발생하는 장치에서는 사 용하기 어렵다는 단점이 있다. 반면 광고온계는 열원으로부터 복사되는 빛의 강도를 표준열원의 강도와 비교하여 온도를 측정하기 때문에 열원으로부터 거리를 두고 측정할 수 있는 장점이 있어 편리하며 열전대 고온계가 측정할 수 있는 온도보다 고온에서도 온도를 측정할 수 있다.




광학 고온계(optical pyrometer)의 정의


광학고온계라고도 한다. 측정물의 휘도(輝度)를 표준램프의 휘도와 비교하여 온도를 측정하는 것으로 700℃를 넘는 고온체, 특히 직접 온도계를 삽입할 수 없는 고온체의 온도를 측정하는 데 사용된다. 그 주가 되는 구조는 측정물을 들여다보는 망원경 속에 전지와 가변저항을 직렬로 접속하여 휘도를 조정할 수 있게 한 램프가 들어 있다.

제련, 정련, 주조 및 열처리 등 많은 금속공정에서는 고온을 사용하는데 고온을 조절하거나 측정하기 위해서 흔히 열전대나 광고온계를 사용하고 있다. 열전대는 직접 물체와 접촉하여 온도를 측정하므로 정확하지만 1600℃이상의 고온에서나 유도로 등 유도기전력이 발생되는 장치에서는 사용하기에 곤란하다. 반면 광고온계는 열원으로부터 복사되는 빛의 강도를 비교하여 온도를 측정하기 때문에 열원으로부터 떨어져서 측정할 수 있어 편리하고 1600℃이상의 고온에서도 온도측정이 가능하다.





광학 고온계(optical pyrometer)의 원리


방사식 고온계의 하나로 고온체에서 나오는 가시광선을 이용하는 온도계이다. 직접 온도계를 삽입할 수 없는 고온체의 경우, 고온체가 내뿜는 가시광선을 광고온계에 비추어 온도를 측정한다. 그 주가 되는 구조는 측정물을 들여다보는 망원경 속에 전지와 가변저항을 직렬로 접속하여 휘도를 조정할 수 있게 한 램프가 들어있다.

접안렌즈를 들여다보면서 망원경의 시야 내에서 배경으로 되어 있는 측정물의 휘도와 필라멘트의 휘도가 동등해지도록 조정하고, 그때 전류계를 읽음으로써 측정물의 온도를 알게 된다. 또한 가시광선 중 적생단색 광선에서 측정을 할 수 있도록 접안렌즈에 적색 필터를 부착하여 사용하는 경우가 많다.





광학 고온계의 온도측정 범위 및 정확도

접안렌즈를 들여다보면서 망원경의 시야 내에서 배경으로 되어 있는 측정물의 휘도와 필라멘트의 휘도가 동등해지도록 조정하고, 그 때 전류계를 읽음으로써 측정물의 온도를 알게 된다. 정밀도는 1,000∼2,000℃의 측정에서 오차가 10℃ 내외이다. 또한 가시광선 중 적색단색광선(파장 0.65μ)에서 측정을 할 수 있도록 접안렌즈에 적색 필터를 부착하여 사용하는 경우가 많다.

○ 온도측정 범위 : 대략 700 ~ 3000℃ 이상이다.
○ 정확도 : 1000~2000℃의 측정에서 오차는 ±0.5%내외이다.




광학 고온계(Optical pyrometer)의 사용법


  리드와 노스럽(Leed and Northrup)형 광고온계


표준열원의 빛의 강도를 조절하는 방법을 사용한다. 먼저 측정하고자 하는 열원에 광고온계를 맞추면 열원이 모습 과 텅스텐 필라멘트인 표준열원이 관찰되는데 이 필라멘 트와 열원을 일치시킨 후 필라멘트 전류를 조절하여 필라 멘트의 밝기를 조절하면 시료열원과 필라멘트의 밝기가 같아져서 구별할 수 없게 된다. 이 때 기기에 나타나는 필 라멘트 전류나 온도를 읽으면 된다.

시료열원의 온도가 1500℃이상 되는 고온 측정시에는 빛의 강도가 크므로 중 간 필터를 사용하여 입사되는 빛의 강도를 감속시킨 후 같은 방법으로 실험한다. 이 때는 기기에 표시된 다른 눈 금으로 온도를 읽는다.



  파이로 광고온계 (Pyro optical pyrometer)


이 광고온계의 기본구조는 앞서 설명한 광고온계와 같 으며 광필터를 사용하여 열원으로부터 입사되는 빛의 강도 를 조절하는 방법을 사용한다. 먼저 작동스위치를 켜면 표 준열원인 필라멘트가 붉은 점으로 관측된다. 기기를 열원 쪽으로 향하고 몸통에 붙어 있는 회전식 광필터를 돌리면 서 주위의 밝기를 조절하면 표준열원의 빛강도와 일치될 때 붉은 점이 사라진다. 이 때 기기에 나타나는 전류나 온 도를 읽으면 된다.

일반적으로 온도계는 온도를 감지하는 측온부(온도검출단)와 측온부로 감지한 온도를 직접 또는 간접적으로 온도를 표시하는 표시부(수신계) 미치 측온부 와 표시부를 연결하는 도선 또는 배관으로 구성된다. 그러 나 액체봉입 유리제 온도계 등과 같이 측온부와 표시부가 하나로 (일체형)되어 있는 온도계도 있다.



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