압력계와 온도계의 측정원리

Pressure and Temperature Instruments

압력은 탄성 변형으로, 온도는 기전력·저항·복사로 바꿔 읽어요. 센서 원리를 알면 측정 범위와 오차 원인을 예측해요. 계측기기 원리 문제의 표준 세트예요. 측온 조건 슬라이더로 지시 원리 감각을 확인해 봐요.

무엇이 변하는지를 재는 것이 측정원리

압력은 탄성체의 변형으로, 온도는 기전력이나 저항, 복사에너지로 바꿔서 잽니다. 각 계측기가 어떤 물리 현상을 지시값으로 바꾸는지 원리를 알면 선정과 오차를 이해할 수 있습니다.

👀 압력계와 온도계의 대표 원리

①부르동관: 휘어진 관이 압력에 펴지는 탄성 변형

②다이어프램: 얇은 막의 변위 (저압·부식성 유체)

③열전대: 제벡효과, 두 접점 온도차로 기전력 발생

④저항온도계: 금속 저항의 온도 의존성, 방사온도계: 비접촉 복사 측정

계측기 원리를 하나씩 보기

📏 선정 감각

①부르동관: 가장 널리 쓰는 공업용 압력계 (중고압)

②다이어프램: 저압·미압·부식성 유체 (막이 유체와 접촉)

③열전대: 넓은 범위, 고온에 강함 (노 온도)

④저항온도계(백금): 정밀·안정, 중저온 정밀 측정 / 방사온도계: 비접촉 초고온·이동체

열전대 기전력: 온도를 전압으로

측온접점 온도600 °C

현재 기전력

600°C → E ≈ 24.6 mV

K형 근사 (약 0.041 mV/°C)

⚡ 냉접점 보상이 핵심

①열전대 기전력은 측온접점과 기준접점의 온도차로 정해진다

②기준접점(냉접점)이 0°C가 아니면 그만큼 오차가 생긴다

③그래서 냉접점 온도를 보상(보상도선·보상회로)한다

④종류별 기전력이 달라 K, R, J 등 형식에 맞는 표를 쓴다

핵심 공식과 관계

열전대 (제벡효과)

E ≈ k·(T₁ - T₂)

T₁=측온접점, T₂=기준접점, k=기전력 계수

저항온도계

R_t = R₀·(1 + α·t)

Pt100: R₀=100 Ω, α ≈ 0.00385 /°C

방사온도계

E_b ∝ T⁴

복사에너지는 절대온도 4제곱에 비례 (비접촉 측정)

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①부르동관=탄성 변형, 다이어프램=막 변위 (압력계 대표)

②열전대=제벡효과(온도차 기전력), 냉접점 보상 필수

③저항온도계 Pt100: R_0=100 Ω, α≈0.00385/°C, 온도↑ 저항↑

④방사온도계=비접촉, 복사에너지(T의 4제곱), 고온·이동체용

⑤열전대는 고온·광범위, 저항온도계는 정밀·안정이 강점

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 두 이종금속의 온도차로 기전력을 얻는 온도계는? (답: 열전대, 제벡효과)

②[기출유형] Pt100 저항온도계의 0°C 저항값은? (답: 100 Ω)

③[기출유형] 비접촉으로 고온 이동체 온도를 재는 온도계는? (답: 방사온도계)