고온 금속 물체의 표면 온도 측정.

시작한 지 2년이 다 되어가는 완성도 80퍼센트의 리플로우 머신입니다. 

그러나 여전히 찔끔찔끔 사용하면서 책상 위에 올려져 있습니다. 

 

다만 온도 정밀도를 검증하는 데 좀 문제가 되는 것이 있습니다.

200~400도 정도 되는 금속 온도를 측정할 방법이 마땅치가 않다는 거죠. 

최근에 다른 프로젝트도 그렇고 고온 상태의 표면 온도를 정확하게 측정하고 싶어서 고민을 하게 되었습니다. 

 

 

 

 

3D 프린터에 쓰이는 온도 센서는 250도 전후까지가 최대선이고 그 이상은 보통 K-type thermocouple 을 사용합니다. 

보통 이렇게 생긴 게 많습니다. 챔버에 구멍뚫고 볼트같이 끼워서 온도를 측정하죠.

위의 리플로우 머신은 저런 센서가 플레이트에 볼트로 단단히 고정되어 있습니다. 

 

 

 

 

 

 

저는 표면의 온도를 재고 싶은 거라서 위와 같이 케이싱이 없고 금속프로브가 노출된 형태의 온도계를 구매했습니다. 

그런데 리플로우 머신을 350도 세팅해놓고 표면 온도를 재보니 오차가 50도 이상 발생하더군요. 

 

 

일단 원인을 생각해 보면

-온도계나 온도 센서의 문제

-리플로우 머신 자체의 문제 등 기기 자체의 문제.

 

혹은 

온도 측정 방식의 문제 - 표면과 심부 온도의 차이 등 의 문제일 가능성이 있죠.

 

 

 

 

그래서 확인을 해 보기로 했습니다. 

6년 전에 만들었던(링크) 3채널 온도계를 붙여봤습니다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100도 설정에서 2~3도 온도 차이가 납니다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150도에서 K타잎 온도계는 5도 가량 차이가 나는군요. 

자작 온도계는 센서가 박막형 pt-100이라 온도변화를 민감하게 잘 캐치합니다. 

 

 

 

 

 

하지만 200도를 넘어가니 자작 온도계는 센서의 측정한계를 벗어나 20도 이상 오차를 보여주기 시작합니다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

250도 세팅하니 슬슬 오차가 심해지는데 센서의 문제가 아니고 표면에서 온도를 뺏기는 게 문제가 되는 것 같습니다. 

이쯤부터는 캡톤 테이프도 온도를 견디지 못하고 떨어지기 시작합니다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

그래서 PTFE 테이프 투입. 350도 내열성을 갖는다고 하던데 이번에 처음 써보네요

 

 

 

 

 

 

k-type 써모커플을 쓰는 LED 온도계를 추가 투입했습니다. 

거의 같은 온도를 보여주는 것을 보니 측정은 제대로 되고 있습니다. 

하지만 30도나 되는 온도 차이는 표면에서 열을 빨리 빼앗겨 측정이 제대로 되지 않는것으로 파악됩니다. 

 

 

 

 

 

한쪽에만 테이프를 3중으로 붙여 보았습니다. 

온도 격차가 많이 줄어들었습니다. 

 

 

 

 

 

 

잠시 기다리니 15 정도로 온도 차이가 줄어드는군요. 

다른 온도계는 여전히 30도 이상 차이납니다. 

 

결론적으로 온도 센서는 제대로 측정하고 있습니다. 

다만 높은 온도에서는 그만큼 센서 표면으로 열을 빨리 빼앗겨 표시되는 온도의 차이가 심해집니다. 

강력한 밀착과 단열로 측정오차를 줄일 수 있을 것 같습니다. 

 

 

 

 

 

 

 

다음에 기회가 되면 단열재로 유리섬유를 구매해서 센서 위를 덮어서 측정해보고 싶네요.