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에너지관리기사 열설비 · 압력계와 온도계의 측정원리

Pressure and Temperature Instruments

압력계와 온도계는 압력 · 온도를 직접 읽지 못해, 탄성 변형 · 기전력 · 저항 · 복사 에너지처럼 다른 양으로 바꿔 지시한다. 부르동관 · 다이어프램 압력계, 열전대 · 저항 온도계 · 방사 온도계의 원리와 쓰임, 열전대의 기전력과 냉접점 보상을 다룬다. 첫 그림은 고른 계측기의 원리도이고, 계측기 버튼으로 다섯 가지를 바꿔 볼 수 있어요. 둘째 그림은 K형 열전대의 온도와 기전력의 관계이고, 측온 접점 온도 슬라이더(0 ~ 1200 °C)를 옮기면 지금 기전력이 바뀌어요.

무엇이 바뀌는지를 재는 것이 측정 원리

압력은 탄성체의 변형으로, 온도는 기전력이나 저항, 복사 에너지로 바꿔서 잰다. 계측기마다 어떤 물리 현상을 지시값으로 바꾸는지 알면 고르는 법과 오차를 이해할 수 있다.

👀 압력계와 온도계의 대표 원리
①부르동관은 휘어진 관이 압력에 펴지는 탄성 변형을 쓴다
②다이어프램은 얇은 막의 변위를 쓴다(저압 · 부식성 유체)
③열전대는 제벡 효과로, 두 접점의 온도차에서 기전력이 생긴다
④저항 온도계는 금속 저항이 온도에 따라 바뀌는 성질을, 방사 온도계는 닿지 않고 재는 복사를 써요

계측기 원리를 하나씩 보기

📏 고르는 감각
①부르동관은 가장 널리 쓰는 공업용 압력계다(중 · 고압)
②다이어프램은 저압 · 미압 · 부식성 유체에 쓴다(막이 유체에 닿음)
③열전대는 범위가 넓고 고온에 강하다(노 온도)
④저항 온도계(백금)는 정밀하고 안정해 중 · 저온 정밀 측정에, 방사 온도계는 닿지 않고 초고온 · 움직이는 물체를 잴 때 써요

열전대 기전력: 온도를 전압으로

600 °C
지금 기전력
600°C → E ≈ 24.6 mV
K형 근사 (약 0.041 mV/°C)
⚡ 냉접점 보상이 핵심
①열전대 기전력은 측온 접점과 기준 접점의 온도차로 정해진다
②기준 접점(냉접점)이 0 °C 가 아니면 그만큼 오차가 생긴다
③그래서 냉접점 온도를 보상한다(보상 도선 · 보상 회로)
④종류마다 기전력이 달라 K · R · J 같은 형식에 맞는 표를 써요

핵심 식과 관계

열전대(제벡 효과)
E ≈ k·(T1 - T2)
T1 = 측온 접점, T2 = 기준 접점, k = 기전력 계수
저항 온도계
Rt = R0·(1 + α·t)
Pt100: R0=100 Ω, α ≈ 0.00385 /°C
방사 온도계
Eb ∝ T4
복사 에너지는 절대 온도의 4제곱에 비례(닿지 않고 잼)

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①압력계는 부르동관(탄성 변형)과 다이어프램(막 변위)이 대표다
②열전대는 제벡 효과(온도차 기전력)를 쓰고, 냉접점 보상이 꼭 필요하다
③저항 온도계 Pt100 은 R_0 = 100 Ω, α ≈ 0.00385/°C 이고 온도가 오르면 저항이 커진다
④방사 온도계는 닿지 않고 복사 에너지(T 의 4제곱)를 재며, 고온 · 움직이는 물체에 써요
⑤열전대는 고온 · 넓은 범위, 저항 온도계는 정밀 · 안정이 강점이에요
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 서로 다른 두 금속의 온도차로 기전력을 얻는 온도계는? (답: 열전대, 제벡 효과)
②[기출유형] Pt100 저항 온도계의 0 °C 저항값은? (답: 100 Ω)
③[기출유형] 닿지 않고 고온 이동체 온도를 재는 온도계는? (답: 방사 온도계)
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