Pt 센서(Pt100 RTD & Pt1000 RTD)

1. Pt센서란

온도를 측정하는 센서로 RTD 중의 하나이다. 내부에 저항 값이 온도에 따라 변화하고 이 저항 값의 변화를 통해 온도를 측정하는 방식이다.

 

※ RTD(Resistance Temperature Detectors: 측온저항체)

저항 온도 센서의 한 종류로 온도가 변함에 따라 저항 수치가 변하는 저항을 포함하는 온도 센서이다. 온도가 변할 때 전기 저항이 따라 변하는 금속선을 저항선이라 부르는데, 이 저항선(주로 백금선)을 사용하여 제작한 온도센서가 측온저항체이다. 일반적으로 RTD란 저항체 소자, 리드선, 보호관 및 터미널이 조립된 완성품을 말한다.

 

2. Pt센서에 대한 간략한 설명

Pt100 RTD는 현재 업계에서 가장 많이 사용되며, 0℃에서 100Ω의 공칭저항을 가진다. 여기서 Pt는 백금을 상징하고 100은 0℃에서 발생하는 Ω을 단위로 하는 저항을 의미한다.

 

Pt 센서를 통한 온도 감지 결선 방식은 2선식, 3선식, 4선식이 사용된다. 온도 측정의 정확도는 리드 저항의 영향에 따라 2선식이 가장 낮고 4선식이 가장 높다(자세한 내용은 3번) 2선식 결선 방식은 가장 간단한 저항/온도 감지 방식으로 두 개의 전선을 사용한다. 2선식은 연결선의 저항이 센서의 저항에 추가되어 측정 오류가 발생하기 때문에 높은 정확도가 요구되지 않는 경우에 주로 사용되며, Pt1000센서는 2선식 회로를 구성하여 온도를 측정하는 시스템에 더 유용하다.

 

Pt1000센서는 Pt100에 비하여 10배 더 큰 저항을 가지므로, 리드 와이어에서 저항의 왜곡 효과는 회로의 전체 저항에 비하여 작은 비율을 차지하게 된다. 더 적은 전류로 더 높은 저항 값을 측정할 수 있기 때문에 Pt1000은 Pt100보다 적은 전력을 소비한다. 전력 소모가 적어지면 열 발생이 낮아 기기의 자체 발열로 인한 오류가 적게 된다.

 

※ 공칭저항

규격을 대표하는 저항으로 일반적으로 저항기에 표시된 저항

 

그림1. 온도에 따른 Pt100과 Pt1000의 저항 값을 나타낸 Table

 

3. 3선식 Pt센서의 구조 및 원리

 

그림2. 3선식 Pt100센서

그림2는 3선식 Pt100센서로 일반적으로 빨간색 와이어 1개, 파란색 와이어 2개로 구성된다. 그리고 빨간색 와이어를 A, 파란색 와이어 두 개를 각각 B, B’로 표시한다.

 

그림3. 3선식 Pt센서의 구조

그림3은 3선식 Pt100센서의 구조를 나타낸 것이다. 멀티미터로 각각에 대해 저항 값을 측정해보면 온도가 0℃인 경우 이론적으로 (A–B)와이어, (A-B’)와이어의 저항 값은 100Ω이고 (B-B’)와이어의 저항 값은 0Ω이다. 하지만 실온에서 실제로 측정해보면 (A-B)와이어, (A-B’)와이어의 저항 값은 108Ω, (B-B’)와이어의 저항 값은 0.8Ω이 나온다. (B-B’)와이어에서 측정된 저항 값은 도선의 저항이라고 보면 된다. 2번(Pt센서에 대한 간략한 설명)에서 온도 측정의 정확도가 리드 저항의 영향에 따라 2선식이 가장 낮다고 했는데 그 이유가 여기에 있다. 2선식은 (A-B)와이어로만 측정해야 하기 때문에 도선 저항 0.8Ω이 RTD 저항에 영향을 직접적으로 미칠 수 밖에 없다. 하지만 3선식을 사용하면 전류가 두 개의 와이어 B, B’로 나뉘므로 도선 저항으로부터 받는 영향을 2선식보다 줄일 수 있다.

 

그림4. 2선식과 3선식 Pt100센서 회로

그림4를 보면 전압과 도선 저항이 동일할 때 와이어 B로 흐르는 전류가 3선식에 비해 2선식이 2배 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 2선식은 0~1A의 측정범위를 가지므로 3선식의 0~0.5A의 측정범위보다 2배 넓다. 측정범위가 넓다는 것은 변화량이 크다는 뜻이고, 변화량이 크다는 것은 조그만 변화에도 크게 흔들린다는 것을 의미한다. 그래서 2선식은 적은 도선의 저항에도 영향을 크게 받는다.

 

4. 연결방법(GR200 - 한영넉스 기록계)

Pt100의 파란색 와이어 B 혹은 B’ 중 하나는 접지 와이어이며, 나머지 하나에 연결되어 있다. 그래서 두 개의 전선으로 사용할 수 있으며 세 개의 전선에 연결될 때는 간섭 방지를 위한 것이다.

그림5. GR200 단자배치도 일부

연결방법은 간단하다. 어떤 제품이든 단자배치도를 보면 바로 알 수 있다. 그림5는 GR200이라는 한영넉스에서 나온 기록계의 단자배치도의 일부이다. 그림5에서 채널 1을 보면 RTD와 T.C를 연결할 수 있다고 나와 있다. 여기서 A에 빨간색 와이어(A)를 그리고 B에는 나머지 파란색 와이어(B, B’)를 순서 상관없이 연결하면 된다.

 

※ 참고

Pt100 센서는 같은 두 개의 와이어만 찾으면 연결하기 쉽다. 단자배치도에도 같은 기호로 표시되어 있고 Pt센서 자체도 같은 색깔로 구분해놓았다. 그런데 만약 Pt센서가 색깔로 구분이 어렵다면 멀티미터를 사용해서 구분할 수 있다. 두 개의 선을 저항으로 찍어보면 0에 가까운 두 선이 있는데 그 두 선이 위에서 설명한 B, B’와이어이다. 그 두 선을 단자배치도 상에 같은 기호로 표시된 곳에 연결하면 된다.

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<참고자료>

 

http://ko.top-heaterchina.com/news/how-to-wire-the-3-wire-pt-44308395.html

3선 Pt100을 연결하는 방법