적외선 온도계(비접촉 온도센서)의 설명

적외선 온도계(비접촉 온도센서)의 설명

 

적외선 온도계(비접촉 온도센서)란?

적외선 온도계는 비접촉온도센서로, 측정 대상에 접촉하지 않고 측정 대상의 적외선 방사율로 온도를 측정합니다. 적외선(IR) 에너지를 감지기에 집중하기 위한 렌즈로 이루어지며 주위 온도의 변화에 대한 보상이 이루어진 후에 에너지를 온도 단위로 표시 가능한 전기 신호로 전환합니다.

이러한 설정은 먼 거리에서도 측정 대상 물체에 대한 접촉 없이 온도 측정을 가능케 합니다. 이와 같이 적외선 온도계는 써모커플이나 RTD, 써미스터 등의 접촉식 온도 센서가 사용될 수 없거나 여러 이유로 정확한 데이터를 산출하지 못하는 환경에서의 온도 측정에 유용합니다.

측정 대상 물체가 움직이거나, 물체가 전자기장에 둘러 쌓여 있거나, 물체가 진공 또는 기타 통제 환경 내에 포함되어 있거나, 즉각적인 온도 측정이 필요한 경우 사용합니다.

비접촉식 온도센서

 

 

적외선 온도계 원리와 적용

온도 측정 시 적외선 온도계를 사용해야 하는 경우

적외선 온도계는 전통적인 센서를 사용할 수 없는 환경에서 온도를 측정할 수 있도록 해줍니다. 특히 움직이는 물체를 다루는 경우(즉, 롤러, 움직이는 기계 또는 컨베이어 벨트) 혹은 오염이나 위해 환경(고압)으로 인하여 비접촉 측정이 필요한 경우, 거리가 너무 먼 경우, 측정 대상 온도가 써모커플이나 기타 접촉식 센서를 사용하기에는 너무 높은 경우가 이에 해당합니다.

적외선 온도계 선택 방법

1. 시계Field of View를 확인합니다. (대상 크기와 거리)

2. 측정 대상 표면의 유형과 방사율을 고려합니다.

3. 대기 효과 또는 표면을 통한 전송에 대한 스펙트럼 반응을 분석합니다.

4. 온도 범위와 설치 환경을 파악합니다.

5. 다음 조건을 잊지마세요.: 응답 시간, 환경, 장착 제약, 관측 포트 또는 윈도 응용 프로그램 및 원하는 신호 처리

적외선 온도계 선택 시 필수 고려 사항

적외선 온도계를 선택할 때에는 반드시 시계(대상 크기와 거리), 측정 대상 표면의 유형(방사율 고려), 스펙트럼 반응(대기 효과 및 표면을 통한 전송에 대한), 온도 범위와 장착방식, 응답 시간, 제약 조건, 신호 처리 방식을 고려해야 합니다.

시계Field of View의 의미와 중요성

시계, 시야(Field of View)는 장비가 작동하는 시야각이며 해당 장비의 광학에 의하여 결정됩니다. 정확한 온도 수치를 얻으려면 측정 대상이 장비의 시계를 완전히 채워야 합니다. 적외선 장비는 시계 내의 모든 표면들의 평균온도를 결정하기 때문에 배경 온도가 물체의 온도와 다르다면 측정 오류가 발생합니다.

오메가는 이러한 문제에 대한 당사 고유의 해결책을 제공합니다. 다수의 오메가 적외선 온도계들은 특허기술인 원에서 점으로 전환 가능한 레이저를 특징으로 합니다. 원 방식에서는 내장 레이저 조준계가 측정 대상 영역을 명확하게 나타내는 12점의 원을 생성합니다. 점 방식에서는 단일 레이저 점이 측정 영역의 중심을 표시합니다.

 

비접촉 온도센서의 종류: 적합한 적외선 온도계 선택하기

 

 

휴대용 적외선 온도계

휴대용 적외선 온도계는 가장 보편적인 유형의 적외선 온도계 중 하나입니다. 이 써모미터는 보통 휴대성이 필요한 분야에서 사용되지만 일부 제품은 내장 삼각대를 갖추고 있습니다. 오메가는 다양한 모양과 폼 팩터를 가진 여러 종류의 적외선 온도계를 제공합니다. 오메가 소형 적외선 온도계의 다수는 써모미터의 시계를 명확하게 나타내주는 오메가의 특허기술인 원 점/원 레이저 조준계를 갖추고 있습니다.

소형 휴대용 적외선 온도계

소형 휴대용 적외선 온도계는 초소형 포켓 테스터입니다. 이 써모미터는 보통 셔츠 주머니에 넣고 다닐 수 있을 정도로 작습니다.

써모커플 타입 출력 적외선 온도센서

써모커플 타입 출력 적외선 온도센서는 작고 경제적인 적외선 센서입니다. 써모커플 센서를 모방한 출력을 생성할 수 있어 써모커플 장비와 호환되며, 적외선 온도 센서의 장점과 자가 동력을 갖추고 있다는 장점이 있습니다.

고정 장착형 적외선 온도센서

고정 장착형 적외선 온도센서는 보통 써모미터가 고정 위치에 장착될 수 있는 산업 프로세스에서 사용됩니다. OS4000 시리즈에 관한 정보에 대해서는 광섬유 센서에 대한 글을 읽어보시기 바랍니다.

2색비율 광섬유 온도센서

방사율이 적외선 온도계로부터 정확한 온도 데이터를 얻는데 있어서 중요한 역할을 한다는 점을 고려하면 이러한 변수로부터 독립적으로 측정을 할 수 있는 센서를 설계하기 위한 시도가 있어왔다는 점은 놀랍지 않습니다. 잘 알려진 적용 분야는 2색비율 광섬유 온도센서 입니다. 이러한 기법은 이제까지 설명한 적외선 온도계와 다르지 않지만 하나의 파장 또는 주파대에서의 절대 에너지보다는 두 가지 파장에서 물질로부터 방사된 적외선 에너지의 비율을 측정합니다. 이러한 맥락에서 “색”이라는 단어의 사용은 다소 구식이지만 그럼에도 다른 단어로 대체되지 않고 있습니다. 이 단어는 논에 보이는 색을 온도에 연관 짓는 오래된 관행으로부터 비롯되었고 그래서 “색온도”라 불리게 되었습니다.

 

FAQ

방사율과 온도 측정의 관계

방사율은 주어진 온도에서 물체가 동일한 온도에서 완전 복사체 또는 블랙바디로부터 방사된 에너지에 복사하는 에너지의 비율로 규정됩니다. 흑체의 방사율은 1.0입니다. 모든 방사율 수치는 0.0에서 1.0 사이입니다. 대부분의 적외선 온도계는 다양한 방사율 수치를 보상하는 기능을 가지고 있습니다. 일반적으로 물체의 방사율이 높을수록 적외선을 사용하여 정확한 온도 측정값을 얻는 것이 더 쉬워집니다. 매우 낮은 방사율(0.2 미만)을 가진 물체는 측정이 까다로울 수 있습니다. 알루미늄과 같이 광이 나거나 빛이 나는 금속성 표면은 적외선에 있어 상당히 반사적이므로 정확한 온도 측정이 항상 가능하지는 않습니다.

 

방사율을 조정하는 방법

정확한 온도 측정을 위하여 물질의 방사율을 조정하는 다섯 가지 방법을 소개합니다.

정밀 센서를 사용하여 물질의 표본을 알려진 온도까지 가열하고 적외선 장비를 사용하여 온도를 측정합니다. 그 후에 표시기가 올바른 온도를 표시하도록 방사율 수치를 조정합니다.

상대적으로 낮은 온도(최대 500°F)의 경우, 0.95의 방사율을 갖는 마스킹 테이프로 테스트 할 수 있습니다. 그 후에 표시기가 올바른 온도를 표시하도록 방사율 수치를 조정합니다.

높은 온도를 측정하는 경우 물체에 구멍(직경의 최소 6배 깊이)을 뚫을 수도 있습니다. 이 구멍은 1.0의 방사율을 가지는 블랙바디의 역할을 합니다. 구멍의 온도를 측정한 후에 표시기가 해당 물질의 올바른 온도를 표시하도록 방사율 수치를 조정합니다.

해당 물질이나 그 물질의 일부가 코팅 가능한 경우 무광 검은색 페인트는 약 1.0의 방사율을 가질 것입니다. 그 후에 표시기가 올바른 온도를 표시하도록 방사율 수치를 조정합니다.

대부분의 물질에 있어 표준화된 방사율 수치를 적용합니다. 이러한 수치는 물질의 방사율 수치를 추정하기 위하여 장비에 입력할 수 있습니다.

적외선 온도계 설치

적외선 온도계의 설치 방법은 크게 고정 장착식과 휴대형 두 가지 유형으로 구분 됩니다.

고정 장착식 장비는 보통 주어진 프로세스를 지속적으로 모니터링 하기 위하여 하나의 장소에 설치됩니다. 고정 장착식 장비는 일반적으로 라인 전원으로 작동하며 단일지점을 대상으로 합니다. 이러한 유형의 장비로부터의 출력은 또 다른 디스플레이 혹은 제어 루프에 상용되는 아날로그 출력과 함께 로컬 또는 원격으로 디스플레이될 수 있습니다.

배터리로 작동하는 휴대용 적외선 온도계, 레이저 건 타입을 사용할 수도 있습니다. 이러한 장치는 고정 장착식 장비의 특징을 모두 가지고 있으며 보통 제어 목적의 아날로그 출력이 없습니다. 일반적으로 이러한 장치는 중요 프로세스의 유지관리, 진단, 품질관리 및 점 측정에 활용됩니다.