센서 무결성으로 온도 측정 정확도 보장

온도 측정이나 제어 여부는 센서에서 시작됩니다. 더 나은 센서로 더 나은 프로세스 측정이 가능합니다. 이 기능은 원래 InTech Focus 온도 및 압력 2022년 5월호에 등장했습니다.

모든 온도 적용이 고정밀 측정은 아니지만 설치 시작 시 센서 드리프트를 제거하기 위해 모범 사례를 적용할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 작동 중 향후 드리프트로 인해 발생할 수 있는 가동 중지 시간이나 문제 해결을 피하면서 최적의 결과를 얻을 수 있습니다. 개별 센서 정확도, 연장 와이어 및 측정 장치 등 여러 요소가 온도 시스템 정확도에 영향을 미칩니다. 온도 측정 또는 제어와 관련된 프로젝트를 시작할 때 다음과 같은 기본 경험 법칙을 고려하십시오.

온도 측정 및 제어에 허용되는 가장 일반적인 온도 센서에는 열전대, 저항 온도 감지기(RTD), 서미스터 및 반도체 기반 센서가 포함됩니다. 여기서는 T/C, RTD 및 원격 입력/출력(I/O)만 설명합니다.

열전대(T/C)는 미국에서 공정 제어에 사용되는 가장 일반적인 온도 측정 센서입니다. T/C 활용은 업계에서 검증된 기술입니다. 견고하고 상대적으로 저렴하며 사용하기 쉽습니다.

이론적으로 두 가지 다른 유형의 전도성 물질을 사용하여 열전대를 만들 수 있습니다. 그러나 몇 가지 조합만 사용됩니다. 열전대에 사용하기 위해 선택한 재료 조합의 기준에는 상대 제벡 계수의 크기, 화학적 안정성, 금속학적 안정성, 강도, 연성 및 비용이 포함됩니다. 미국에는 8가지 표준 열전대 유형이 확립되어 있습니다. 미국 국립 표준 협회(ANSI) )은 T, J, K, E, N, S, R 및 B의 8가지 유형에 문자 지정을 할당했습니다(표 1). 명칭은 이러한 열전대에 대한 전압 대 온도 관계를 기반으로 합니다. 명칭은 구성을 기준으로 하지 않습니다. ASTM E230 표준에 따라 제작된 T/C가 더 정확합니다. ASTM E320 표준은 열전대 정확도를 관리합니다.

ASTM E230 표준에 따라 제작된 열전대 센서가 더 정확합니다. ASTM E320 표준은 아래 표 2에 표시된 것처럼 열전대 정확도를 관리합니다.

열전대는 불확실성을 절반으로 줄이는 프리미엄 또는 특수 등급 와이어로 구성할 수 있습니다. 프리미엄/특수 명칭은 이 와이어에 더 높은 순도의 합금 혼합물이 포함되어 있음을 나타냅니다. 프리미엄/특수 등급 T/C를 사용하더라도 Moore Industries는 T/C보다 정확성, 반복성 및 안정성이 우수하므로 가능하면 T/C 대신 RTD를 사용할 것을 권장합니다. 표 3과 표의 정확도 데이터를 비교하면 2, 프리미엄급 센서를 사용하면 불확실성이 절반으로 줄어듭니다. T/C를 사용해야 하는 경우 프리미엄 등급은 무시할 수 있는 비용 차이로 더 큰 안정성을 제공합니다. 열전대에서 지속적으로 나타나는 문제는 와이어 오염입니다. 오염이 발생하면 센서 교체가 필요할 정도로 오류가 점차 증가합니다.

T/C 확장 와이어가 T/C에 연결될 때마다 측정에 더 많은 불확실성이 발생합니다(표 4). T/C 연장 와이어가 지정된 범위를 벗어난 온도에 노출될 경우 대신 실제 열전대 와이어 사용을 고려하십시오. 불확실성 외에도 T/C 연장 와이어는 무선 주파수 간섭(RFI) 및 전자기 간섭(EMI)에 취약합니다. J 및 K 열전대 유형의 연장 와이어는 와이어가 깨끗하고 오염되지 않은 경우 ±2.2°C(±4.0°F)의 불확실성을 추가합니다. 또한 T/C 연장선은 RFI 및 EMI용 안테나 역할을 하는 경향이 있습니다. 이러한 낮은 레벨의 mV 신호에서 방해가 되는 노이즈를 방지하려면 모범 사례를 사용하십시오. T/C 연장 와이어는 교체 시점으로 성능이 저하됩니다. 더 많은 연장선으로 교체하면 T/C 연장선 교체 루프가 지속됩니다. 그러나 프리미엄급 T/C 연장 와이어는 잠재적 오류를 절반으로 줄이므로 선택해야 합니다. 연장 와이어가 표 3에 표시된 한계를 벗어난 온도에 노출되어 스트레스를 받으면 불확실성이 커집니다. 프리미엄 등급 연장 와이어는 금속이 공기 중 영향으로 오염되면 오류가 발생할 가능성을 여전히 허용합니다. 온도 트랜스미터나 원격 I/O를 설치하여 T/C 확장 와이어를 T/C에 최대한 가깝게 제거하는 것이 좋습니다.