원리
금속에서는 온도가 오르면 격자 진동이 커져 전자 산란이 늘고, 저항이 증가해요. 좁은 범위에서는 R = R₀(1 + αΔT)로 근사해요. 1871년 지멘스가 백금 저항 온도계를 제안했고, 칼렌다가 정밀 측정법을 확립했어요.
Pt100과 칼렌다-반 두젠 식
Pt100은 0 °C에서 100 Ω인 백금 소자로, IEC 60751은 α = 0.00385 /°C와 칼렌다-반 두젠 식 R(T) = R₀(1 + AT + BT²)(0 °C 이상)을 정해요. 허용차 등급(AA, A, B, C)으로 정확도를 구분해요. 백금은 화학적으로 안정하고 선형성이 좋아 기준 센서로 쓰여요. 니켈·구리 소자도 있어요.
결선 방식
- 2선식: 리드선 저항이 그대로 오차가 돼요.
- 3선식: 리드선 저항을 상쇄해 산업 현장에서 가장 많이 써요.
- 4선식: 전류선과 전압선을 분리해 리드선 영향을 거의 없애 정밀 측정에 써요.
다른 온도 센서와 비교
열전대보다 정확하고 안정하지만 측정 범위가 좁고 응답이 느려요. 서미스터는 감도가 크지만 비선형이에요. 자기발열을 줄이려고 측정 전류를 1 mA 정도로 작게 해요.
캠퍼스다운 자료실에는 이 이론을 다룬 자료도 있어요: 「저항식 온도계의 원리와 역사, 측온 저항 소자의 종류와 2도선식·3도선식·4도선식 결선」.
이 이론을 다룬 레포트·발표 자료는 캠퍼스다운 자료실의 '금속 저항의 온도 의존성' 레포트 검색에서 찾아볼 수 있어요.
참고문헌
- IEC 60751:2022. Industrial platinum resistance thermometers and platinum temperature sensors. International Electrotechnical Commission.
- Callendar, H. L. (1887). On the practical measurement of temperature. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 178, 161-230.
- Fraden, J. (2016). Handbook of Modern Sensors (5th ed.). Springer.