영어
고온계는 온도, 특히 물리적인 접촉 없이 물체와 표면의 온도를 측정합니다. 측정 대상에 접촉해야 하는 기존 온도계와 달리 고온계는 대상에서 방출되는 열복사를 감지하고 해당 신호를 온도 판독값으로 변환합니다. 이러한 비접촉 기능 덕분에 용광로 내부, 움직이는 기계 또는 용융 금속과 같이 직접 측정이 불가능하거나 비실용적이거나 위험한 환경에서 필수 불가결합니다.
핵심 원리: 고온계가 실제로 감지하는 것
절대 영도(−273.15°C) 이상의 모든 물체는 온도에 따라 전자기 복사를 방출합니다. 물체가 뜨거워질수록 더 많은 방사선을 더 짧은 파장으로 방출합니다. 이것이 바로 강철 조각이 점차적으로 가열됨에 따라 흐릿한 빨간색, 밝은 주황색, 거의 흰색에 가까운 빛을 내는 이유입니다. 고온계는 일반적으로 적외선 또는 가시 스펙트럼에서 방출되는 방사선을 포착하고 이를 사용하여 대상의 표면 온도를 계산합니다.
기본 물리학은 온도와 방출된 방사선의 강도 및 파장 사이의 정확한 관계를 설명하는 플랑크의 법칙과 스테판-볼츠만 법칙의 적용을 받습니다. 고온계의 센서와 전자 장치는 이러한 원리를 실시간으로 적용하여 방사선 측정값을 작업자에게 표시되는 온도 값으로 변환합니다.
고온계 유형 및 각 측정 항목
광학 고온계(밝기 고온계)
광학 고온계는 뜨거운 물체에서 방출되는 가시광선을 교정된 내부 기준(일반적으로 가열된 필라멘트)과 비교하여 온도를 측정합니다. 작업자는 필라멘트가 빛나는 대상에 대해 사라지는 것처럼 보일 때까지 필라멘트 전류를 조정하여 밝기가 일치함을 나타냅니다. 이 시점에서 필라멘트 온도(따라서 목표 온도)는 보정된 눈금에서 판독됩니다.
광학 고온계는 강철 및 유리 제조, 세라믹 가마, 고온 재료 연구 등의 응용 분야를 포괄하는 약 700°C ~ 3,000°C 이상의 범위에서 가장 효과적입니다. 방출된 가시 방사선을 기반으로 온도를 측정하며 대부분 수동 기기이지만 최신 버전에는 일치 프로세스를 자동화하기 위해 전자 감지기가 포함되어 있습니다.
적외선 고온계(방사선 온도계)
적외선 고온계는 오늘날 가장 널리 사용되는 유형입니다. 이는 정의된 파장 대역에 걸쳐 표면에서 방출되는 적외선 복사를 측정하고 이를 전자적으로 온도 판독값으로 변환합니다. 영하(일부 모델은 -50°C에서 측정)부터 섭씨 수천도까지 광범위한 범위에서 작동하므로 사실상 모든 산업 분야에서 다용도로 사용할 수 있습니다.
휴대용 적외선 고온계는 유지 관리, HVAC, 식품 안전 및 전기 검사에 익숙한 도구입니다. 고정식 또는 스캐닝 적외선 고온계는 산업 생산 라인에 통합되어 판금, 종이, 유리 및 플라스틱과 같이 움직이는 제품의 온도를 지속적으로 모니터링합니다.
비율 고온계(2색 고온계)
비율 고온계는 서로 다른 두 개의 파장에서 방사선을 측정하고 두 파장 사이의 비율을 계산하여 온도를 결정합니다. 이 비율은 수신된 방사선의 총량과 크게 무관하기 때문에 이러한 장비는 단일 파장 고온계의 정확도를 떨어뜨리는 조건인 먼지, 연기, 증기 또는 대상의 부분적 방해에 훨씬 덜 민감합니다.
비율 고온계는 측정 경로가 거의 깨끗하지 않은 주조 공장, 단조 공장, 시멘트 가마 등 열악한 산업 환경에서 특히 유용합니다. 장비의 시야 내에서 대상의 일부만 보이는 경우에도 온도를 효과적으로 측정합니다.
사라지는 필라멘트 고온계
광학 고온계의 특정 형태인 사라지는 필라멘트 유형은 백열등 필라멘트의 밝기를 대상의 빛과 비교합니다. 필라멘트 전류를 대상의 밝기에 맞게 조정하면 필라멘트가 시각적으로 배경과 합쳐져 사라지는 것처럼 보입니다. 이 널 매칭 기술은 높은 정확도를 제공하며 전자 기기가 널리 보급되기 전에 역사적으로 고온 측정을 위한 참조 표준이었습니다.
고온계 측정에서 방사율의 역할
방사율은 고온계 측정에서 가장 중요하면서도 가장 자주 오해되는 요소 중 하나입니다. 이는 방사율이 1.0인 흑체로 알려진 완벽한 이론적 방사체와 비교하여 표면이 열복사를 얼마나 효율적으로 방사하는지 설명합니다. 실제 재료의 방사율은 0과 1 사이이며 이 값은 재료, 표면 마감, 심지어 온도에 따라 달라집니다.
연마된 알루미늄 표면의 방사율은 약 0.05입니다. 이는 동일한 온도에서 완벽한 흑체가 방출하는 방사선의 5%만 방출한다는 의미입니다. 유약을 바르지 않은 세라믹 표면은 0.95에 가까울 수 있습니다. 고온계가 잘못된 방사율 값으로 설정된 경우 온도 판독값에 심각한 오류가 발생할 수 있습니다(때로는 수백도 정도).
대부분의 최신 적외선 고온계를 사용하면 작업자는 대상 물질에 맞게 방사율 설정을 조정할 수 있습니다. 정확한 측정은 측정되는 표면의 방사율을 아는 데 달려 있습니다. 방사율은 게시된 참조 표에서 확인하거나 비교를 위해 접촉 온도계를 사용하여 실험적으로 결정할 수 있습니다. 비율 고온계는 절대 강도가 아닌 두 파장의 비율에 의존하여 방사율 불확실성에 덜 민감하게 함으로써 이 문제를 부분적으로 회피합니다.
고온계로 측정할 수 있는 온도 범위
접촉식 온도계에 비해 고온계의 주요 장점 중 하나는 매우 넓은 온도 범위를 측정할 수 있다는 것입니다. 표준 산업용 적외선 고온계는 일반적으로 모델에 따라 0°C ~ 1,000°C 또는 −50°C ~ 500°C와 같은 범위를 포괄합니다. 철강, 유리, 세라믹 산업을 위해 설계된 전문 고온 고온계는 일반적으로 최대 2,000°C 이상을 측정합니다. 극단적인 경우, 연구 및 국방 응용 분야에 사용되는 광학 고온계는 열전대나 저항 온도계의 성능을 훨씬 뛰어넘는 3,000°C를 초과하는 온도를 측정할 수 있습니다.
스펙트럼의 하단에서 매우 민감한 적외선 감지기를 사용하면 일부 고온계가 주변 온도에 가깝거나 영하의 온도를 측정할 수 있어 식품 냉장 모니터링, 제약 저온 유통 관리 및 건물 에너지 감사에 유용합니다.
산업용 응용 분야: 고온계가 실제로 측정하는 것
금속 생산 및 가공
고온계는 제강, 알루미늄 제련, 금속 단조 분야의 기본 도구입니다. 용광로와 국자 안의 용탕 온도, 압연기를 통과하는 빌렛과 슬래브의 표면 온도, 열처리 및 어닐링 중 완제품의 온도를 측정합니다. 각 단계의 정밀한 온도 제어는 최종 제품의 야금학적 특성을 직접적으로 결정합니다.
유리제조
유리는 성형, 어닐링, 템퍼링 중에 정확한 온도 범위 내에서 유지되어야 합니다. 고온계는 용광로의 용융 유리, 플로트 라인의 유리 리본, 어닐링 레어를 통과하는 유리 시트의 온도를 측정합니다. 용융 유리나 이동 유리에서는 접촉식 측정이 불가능하므로 비접촉식 고온 측정법이 이러한 측정에 사용할 수 있는 유일한 기술입니다.
도자기 및 가마
도자기, 도자기, 내화 벽돌 및 첨단 기술 세라믹은 모두 1,600°C가 넘는 온도의 가마에서 구워집니다. 고온계는 소성 주기 전반에 걸쳐 가마 내부 온도와 도자기 자체의 온도를 측정하여 작업자가 균일한 가열을 보장하고 열충격이나 연소 부족을 방지할 수 있도록 해줍니다.
플라스틱 및 고무 가공
플라스틱과 고무의 압출, 사출 성형, 캘린더링에는 제품 품질을 보장하고 품질 저하를 방지하기 위해 정밀한 표면 온도 측정이 필요합니다. 적외선 고온계는 재료가 금형에서 나올 때나 컨베이어 시스템을 따라 이동할 때 재료의 온도를 측정하여 공정 제어를 위한 실시간 피드백을 제공합니다.
전기 및 기계 유지 관리
휴대용 적외선 고온계는 전기 검사관 및 유지 관리 엔지니어를 위한 표준 장비입니다. 스위치기어, 변압기, 모터, 베어링 및 케이블 조인트의 표면 온도를 측정하여 절연 불량, 도체 과부하 또는 부적절한 윤활을 나타내는 핫스팟을 모두 오류가 발생하기 전에 식별합니다.
식품 안전 및 HVAC
식품 생산 및 케이터링에서 고온계는 조리 및 냉장 제품의 표면 온도를 측정하여 제품을 오염시키지 않고 식품 안전 규정을 준수하는지 확인합니다. 건물 서비스에서는 파이프 표면, 라디에이터, 공기 덕트 및 단열재의 온도를 측정하여 난방 시스템 성능을 평가하고 열 손실을 식별합니다.
접촉식 온도계에 비해 고온계의 장점
고온측정의 비접촉 특성은 단순히 물리적 위험을 피하는 것 이상의 몇 가지 실질적인 이점을 제공합니다. 고온계는 열전대가 따라갈 수 없는 움직이는 표적을 측정하고, 열을 흡수하지 않고 아주 작은 표적을 측정하고, 온도 변화에 거의 즉각적으로 반응할 수 있습니다. 반응 시간은 재료에 내장된 열전대의 경우 수 초에 비해 일반적입니다.
또한 고온계는 반도체 제조, 의약품 가공 및 식품 생산에 중요한 프로브 접촉으로 민감한 물질을 오염시킬 위험을 제거합니다. 소모품 프로브 팁이나 보호 튜브가 필요하지 않으므로 대량 생산 환경에서 지속적인 유지 관리 비용이 절감됩니다.
이해의 한계
다용도성에도 불구하고 고온계에는 중요한 한계가 있습니다. 표면 온도만 측정하며 물체의 내부 온도는 확인할 수 없습니다. 두꺼운 부분의 단조품이나 주조품과 같이 두께 전체의 온도 구배가 중요한 응용 분야에서는 여전히 추가적인 접촉 측정 방법이 필요할 수 있습니다.
측정 정확도는 올바른 방사율 설정, 깨끗한 광학 경로 및 장비의 시야에 상대적인 적절한 대상 크기에 따라 크게 달라집니다. 대상이 측정 지점보다 작으면 배경 방사선이 판독값을 오염시킵니다. 미립자 오염이 심하거나 증기 또는 유리가 끼어 있는 환경에서는 복사 신호가 약화되고 단일 파장 고온계는 실제 온도를 과소 판독합니다.
요약
고온계는 물리적인 접촉 없이 방출된 열복사를 감지하여 물체와 표면의 온도를 측정합니다. 유형(광학, 적외선 또는 비율)에 따라 고온계는 광범위한 산업, 과학 및 유지 관리 응용 분야에서 영하에서 3,000°C 이상의 온도를 측정할 수 있습니다. 정확도는 올바른 방사율 설정과 대상에 대한 명확한 시야에 따라 달라지지만 이러한 매개변수 내에서는 접촉식 온도 측정이 비실용적이거나 불가능하거나 안전하지 않은 모든 상황에 대해 고유한 능력을 갖춘 기기입니다.
