Thermocouple 설치와 특징
플랜트 전기계장 (1)
Type K ThermocoupleThermocouple 설치와 특징.
- Thermocouple 이 무엇인가.
Thermocouple(TC)은 두 개의 서로 다른 금속을 연결하여 온도를 측정하는 장치로, 온도 변화에 따른 전기적 반응을 이용해 온도를 정확하게 읽어내는 원리를 가지고 있습니다. Thermocouple은 기본적으로 두 개의 금속선을 연결한 후, 각 금속선의 끝을 특정 지점에서 연결하여 만들어지는데, 이 두 금속이 만나는 곳을 "측정 접점"이라고 합니다. 다른 쪽 끝은 "기준 접점"이라고 부르며, 측정하려는 지점에 대해 기준이 되는 온도를 제공합니다. Thermocouple이 작동하는 원리는 금속 간의 온도 차이에 따라 전압이 발생하는 특성에 있습니다. 예를 들어, 한 금속을 구리, 다른 한 금속을 니켈-크롬 합금으로 선택할 수 있는데, 이런 식으로 두 종류의 금속을 결합하면 접점 간에 온도 차이가 생길 때 전압 차이가 발생하게 됩니다. 이 전압 차이를 제벡 효과(Seebeck Effect)라고 하며, Thermocouple은 이 효과를 통해 온도를 감지합니다. 즉, 온도가 높을수록 더 높은 전압이 발생하게 되므로, 발생한 전압을 측정하여 그 값에 해당하는 온도를 계산할 수 있는 것입니다. Thermocouple의 장점은 넓은 온도 범위에서 측정이 가능하고, 상대적으로 단순한 구조와 신뢰성 덕분에 산업 현장에서 널리 사용된다는 점입니다. 예를 들어, 공장의 고온 용광로나 터빈 등의 온도를 측정할 때, Thermocouple을 사용하면 빠르게 반응할 수 있고, 고온에서도 견디기 때문에 안전하고 정확한 온도 측정이 가능합니다.
- Thermocouple의 종류와 특징
Thermocouple은 여러 종류가 있으며, B형, K형, T형은 그중 가장 널리 사용되는 종류입니다. 각 타입은 특정한 온도 범위와 특징을 가지고 있어 다양한 산업과 연구 환경에서 적합하게 사용됩니다. 먼저, B형(B Type) Thermocouple은 백금-로듐 합금으로 만들어지며, 매우 높은 온도에서도 사용할 수 있는 특성이 있어요. B형은 최대 1800°C까지 견딜 수 있고, 높은 안정성 덕분에 주로 유리 제조, 고온의 산업용 용광로 등에서 사용됩니다. 그러나 가격이 높고 저온에서는 전압 변동이 거의 없어서 저온 측정에는 적합하지 않다는 단점이 있습니다. K형(K Type)은 니켈-크롬과 니켈-알루미늄 합금으로 구성되어 있으며, -200°C에서 1260°C까지의 넓은 온도 범위를 커버할 수 있어요. 가격이 저렴하고 내구성이 강하며, 산화 환경에서도 비교적 안정적이기 때문에 *일반적인 산업 환경, 자동차, 항공 등 여러 분야에서 가장 많이 사용됩니다. 다만, 고온에서 측정 정확도가 다소 떨어질 수 있어 주의가 필요합니다.
현장에서 사용하기 위해 Thermocouple을 발주할 때는, 각 종류별로 케이블을 따로 구매해야 합니다. 종류별 Thermocouple이 견디는 온도가 다른 것처럼, 해당 계기에 연결하는 케이블 역시 견딜 수 있는 온도가 다르기 때문입니다. 케이블은 일반적으로 색깔로 구분할 수 있습니다. 예를 들어, B형 Thermocouple에 연결하는 케이블은 회색, K형 Thermocouple에 연결하는 케이블은 노란색으로 구분됩니다. 현장 시공 시에는 작업자들이 혼동하지 않도록 사전에 교육하여 숙지하게 하는 것이 중요합니다. 현재 시공을 진행하는 현장에서는 B, K, T형의 Thermocouple을 사용하고 있으며, 각각의 케이블도 2C로 따로 발주해서 사용하합니다.
- Thermocouple 설치 시 주의점
1. Ceramic Cover
: 약 1000도가 넘는 고온부에 설치되는 B형 Thermocouple의 경우, 몸통 부분이 Ceramic Cover로 Coating 되어 있는 경우가 있습니다. 세라믹은 고온에서도 열 변형이나 변색이 거의 없는 재료이므로 Thermocouple의 내열성을 강화해 줍니다. 이렇듯 화학적 안정성이 높은 세라믹이지만, 물리적인 충격에 취약한 단점이 있습니다. 따라서 구매 및 조달 시 깨지거나 금이 가지 않도록 주의해서 운반하고 설치하는 것이 중요합니다. 또한 고온부에 Thermocouple을 설치할 때, 상온에 있는 Thermocouple을 바로 설치하게 되면 기계에 무리가 갈 수 있습니다. 따라서 설치 약 1~2시간 전부터 설치하려는 장소 근처에 놓아 예열해 두는 작업이 필요합니다.
2. Support / Well
: Thermocouple은 특성상 아래에서 위로 꽂히는 경우, 위에서 아래로 꽂는 경우, 대각선 또는 옆에서 꽂는 경우 등 다양한 방향에서 설치가 이루어집니다. 따라서 이 Thermocouple이 측정하려는 곳을 정확히 Detect 하고 추후에 빠지지 않게 하기 위해서는 Support 작업부터 신중하게 설계가 들어가야 합니다. 또한 배관이나 덕트에 바로 꽂히는 TC의 경우, Well이 원하는 각도로 정확히 설치되어 있는지 확인할 필요가 있습니다.
3. Cable 결선 및 Cable Tray 작업
: Cable을 결선할 때는 +, -를 확실히 숙지하고 결선하는 것이 중요합니다. Thermocouple은 일반적으로 색으로 +, -를 나타냅니다. 따라서 모를 때는 제조사에 문의하여 어떤 색을 어디에 연결해야 하는지 확실히 확인하고 작업하는 것이 중요합니다.
4. DCS Cable 결선
: 현장에 설치되어 있는 Thermocouple에서 케이블은 "전압" 신호를 "Analog"로 받아옵니다(두 금속의 온도 차로 인해 발생하는 전압). 그렇게 받아온 "전압" 신호를 TC Isolator에서는 4~20mA의 전류 신호로 바꿔 줍니다. 그리고 TC Isolator에서 전류 신호를 DCS AI(Analog Input) Card에 전송함으로써 해당 전류에 맞는 온도 값을 출력하게 됩니다.
- Thermocouple(이하 TC) 설치 Check List
* 해당 TC은 설계 기준에 맞는 Type인가?(Ex B Type, K Type)
* 해당 TC를 설치할 Point의 Hole은 적절하게 뚫려있는가(유관 부서에 확인할 사항)?
* Support / Well은 도면대로 제작되었는가?
* Cable 결선 및 Flexible, Tightening은 잘 되었는가?
* TC의 끝 부분의 적당한 길이가 "측정하고자 하는 곳"으로 나와있는가?
* Cable은 DCS에 잘 연결되어있으며, Thermocouple Isolator는 잘 동작하는가?
* Name Plate(Tag)는 맞게 설치되어있는가?
