1. 온도의 개념과 단위

가.온도의 개념
우리들의 신체의 일부가 물체에 접촉하면 덥고 차가운 감각을 느끼게 되는데, 이때 덥고차가운 정도를 나타낸 척도가 온도이고, 그 수치를 물리적으로 측정하기 위하여 물체에 접촉시키는 계기가 온도계이다.

이는 물체의 온도 측정에 사용되는 열평형의 원리를 이용하고 있는 것이다.
온도가 다른 금속 A와 금속 B를 서로 접촉시키면, 열은 고온측에서 저온측으로 이동하여 어느 시간 후에는 동일한 온도로 열평형에 이르게 된다. 이와같이 온도는 공업계측량 중에서도 측정의 비율이 45 ％로 가장 많고,유량이 약 20 % 압력이 10 % 정도 분포를 이루고 있다. 이와 같은 온도는 직관적으로 잘 알 수 있지만, 량으로써 사용 하려면 어렵게 된다.

예를 들면 "체온이 36 ℃"이다 라는 것은 직감적으로 누구나 판단할 수 있지만 사람이 10명 모여도 온도는 360 ℃로는 되지 않는다. 또,목욕탕의 온도는 40 ℃ 이고,단팥죽을 먹을때는 80℃이지만, 80 ℃는 40 ℃의 2배라고 하지 않는다. 일상 생활에서 습관화되어 친숙한 온도계로는 GLASS 온도계인 수은온도계나 알콜온도계이다. 이러한 온도계는 상온 부근에서는 사용 방법이 간단하고, 공업용 온도계에 비해 정확도도 어느 정도 보증되어 있고, 온도치를 읽는 것이 편리하다.
공업용 온도계로써는 GLASS 온도계도 이용되지만, 공업 PROCESS 에서의 측정대상들의 온도범위가 -200 ℃에서 2000 ℃까지 되고, 측정시 압력, 분위기등의 조건이 다양하므로 여기에 대응하기 위한 다양한 온도계가 요구된다. 온도 공업량 계측에 이용되는 각종 온도계 특징과 사용상 주의를 하지 않으면 오차가발생되는 요인을 다음의 표에 표시했다.

나. 온도 단위
온도계를 이용하여 열평형된 상태를 온도계를 이용하여 나타내는 방법으로는 그 영도의위치와 눈금 간격을 정하기 위한 온도 정점을 사용하여 표시하며, 1990년 국제 도량형 총회에서 결정 된것으로, 온도를 표현하는 눈금에는 열역학적인 온도눈금(열역학적 캘빈온도,열역학적 셀시우스온도)와 실용온도 눈금 (캘빈온도, 셀시우스 온도)이 있다.

1) 열역학적 온도눈금
에너지를 어느상태로 부터 다른 상태로 전환, 이들 사이에는 에너지 보존 법칙이 성립된다,

즉, "일과 열은 에너지의 형태로서 일을 열로 변환시키는 것이나 열을 일로 변환시키는 것이 가능하다" 는 열역학 제1법칙에 의해 열과 일은 에너지 형태로서 같다.

열기관이나 냉동기 및 공기 압축기 등의 기계에서 동작 물질이 어느 상태로 부터 변화가 시작되어 도중에 여러가지 상태변화를 하면서 처음의 상태로 되돌아오는 연속적인 상태를 사이클(Cycle)이라고 하며, 사이클의 상태 변화의 방향을 반대로 한 것을 역사이클 이다.

따라서 열역학 제1법칙은 단순히 일과 열의 변환만을 양적 변화 관계로 밝힌것으로, 예를 들어 온도가 다른 두 물체를 접촉시키면 열은 반드시 고온의 물체로 부터 저온의 물체 쪽으로 이동후에 온도차가 생기지 않으면, 열의 흐름은 정지되고 결코 저온의 물체로부터 고온의 물체로 열의 이동은 없다.

또 다른 하나의 예로서, 컵속의 물에 잉크 한 방울 떨어뜨리면 장시간후 잉크는 컵속에 확산되어 마침내 균일한 농도의 색으로 된다.

이와같은 현상은 서로 다른 액체 또는 기체의 혼합에서 볼수 있는 확산이며, 확산된 2종의 물질을 하나로 다시 분리할 수는 없다.

따라서 열로 부터 일로의 에너지 변환,마찰에 의한 열의 발생, 열의 전도, 확산등을 포함하는 상태변화는 비가역 변화이다.

그러므로 열역학 제1법칙 만으로는 자연적인 열의 이동을 설명 할 수 없고 상태 변화의방향성을 나타낼 수 있는 별도의 법칙이 필요한데, 이 법칙이 열역학 제2법칙이다.

열역학 제2 법칙을 표현 하는데는 Kelvin -Planck의 표현과 Celsius 표현에 의하여사이클 장치의 작동한계를 나타내는 것으로 열기관은 단일 열원의 열교환에 의해 작동될 수없으며, 또 냉동기는 외부로 부터 에너지 입력 또는 일을 받지 않고는 작동될 수 없다는 카르노원리에 의해 즉, 동일온도를 유지하는 열원으로 부터 끄집어 낸 열을 일로만 바꾸게 하는 일은 불가능한 것이다.

따라서, 가역사이클이 성립되는 열기관에서 2개의 열원 사이 열기관을 작동시키는 구조, 또는 구성 물질에 상관없이 효율의 측정 또는 열량비 측정은 온도비로 나타낼 수 있음과 동시에 온도개념 설정시 열역학적인 의미에 있어서의 가장 합리적인 방법이 되는 것이다.

그러므로, θ2/ θ1 ＝ Τ2/ Τ1(열량비 = 온도비)가 성립되고, 이 이론을 바탕으로 해서 먼저, 온도비를 온도 눈금화하는 작업이 필요하며, 이상 기체를 가지고 에서 행하게 된다.

보통 사용하는 온도계는 유리관속에 수은이나 알콜등을 넣은 액체 온도계이지만 물질의 온도에 따른 팽창 비율이 일정하지 않으므로 사용하는 액체 또는 보호관 유리의 종류에 따라서 온도의 지시값이 달라지게 된다.

하나의 예를 들면, 수은온도계로 측정한 50 ℃의 온도는 알콜 온도계에서는 50.7 ℃가 되는데, 이 경우 두 온도계의 눈금 스케일은 0 ℃와 100 ℃는 일치되어 있다. 또 같은 수은 온도계를 사용 하더라도 유리관 재질에 따라서 그 지시값은 달라진다. 그러나 기체의 경우 온도에 따른 팽창의 비율이 저온에 접근하면 거의 일정한 상태로 되는 특성을 가지고 있다. 이상기체는 존재하지 않지만 이상기체 상태에서는 온도에 따른 체적 팽창의 비율이 일정하므로 정압하에서는 온도 1 ℃ 상승함에 따라 0 ℃ 체적에 비해서 1/273.15씩 증가한다. 즉, β =1/273.15은 체적의 팽창계수이다. 따라서 이와같은 기체중 수소나 헬륨을 이용한 정적 기체 온도계가 사용된다.

보일샤를의 법칙에 의거 이상기체를 이용한 정적기체 온도계로 물의 3중점과 물의 비점에서의 온도변화에 따른 체적변화를 실측하고, 그 연장선을 그었을때 체적계수 값이 구해짐과 동시에 완전 체적이 0이 되는 지점의 온도가 즉, -273.15 이다. 우리는 흔히 이 온도를 절대영도라 칭하거나 절대값을 캘빈값 이라고도 칭하고 있다. 그러므로 절대 영도를 기점으로 물의 3중점을 273.16 K라 정하고, 순수한 물이 어는 지점과 비점을 373.15 K라 정해서, 그 사이를 100등분 시킨 것을 온도의 기본 눈금으로 정함으로써 열역학 온도눈금이라 칭한다.
1 K는 물의 삼중점 열역학 온도의 1/273.16로 정의한다. 즉, 순수한 물이 얼거나 끓는점을 사용하지 않고 에너지로 온도를 표현된 것이라는 것을 알 수 있다.

2) 국제 온도 눈금

온도를 정확하게 측정하려면 열역학적 온도눈금인 기체 도계를 사용하는 것이 좋으나, 이 열역학적 온도를 재현 하고자 할때, 그 장치가 이론적으로, 기술적으로 까다롭기 때문에 실현성이 희박하게 되는 어려움이 있다. 따라서 공업계기 또는 과학기기등에 눈금을 새기는 실용적 목적을 위하여 측정이 용이하면서도 열역학적 온도 눈금과 그 측정 정도가 유사한 국제온도 눈금의 필요성때문에 국제 도량형 위원회(CGPM)에서 국제 실용 온도눈금이 1927년 부터 채택 되어, 내용에 대한 수정 및 온도눈금의 기준 채택을 거쳐 현재 쓰고 있는 있는 ITS-90이 제정되었다. ITS-90에서 정한 국제 온도눈금은 아래와 같이 온도 측정범위를 4개로 나누고, 각각의 측정 영역에 따라 정확도 및 재현성을 유지하기 위하여 다른 온도계를 사용하였으며,SI 국제 단위계에 따라 계량단위는 켈빈도(K)를 사용하고 있다.
- 0.65 K ∼5.0 K : 헬륨 증기압
- 3.0 K ∼24.556 K(네온 3중점) : 3He 또는 4He을 이용한 온도계
- 13.8033 K(평형수소 3중점) ∼961.78 ℃(은의 응고점) : 백금저항 온도계
- 961.78 ℃이상 : 플랑크 복사법칙 (복사온도계)

※ 각종 온도 눈금
가 )섭씨온도 : ℃
순수한 물이 끊고 있을때의 수증기 온도를 100℃로 하고, 물과 얼음이 공존하고 있을때 온도를 0 ℃로 하여 그 사이를 100등분 하여 1눈금을 1도로 한다.
- 현재 가장 널리 사용되고 있는 온도 눈금이다
- 1742년 스웨덴의 Celsius 가 제창하였다.
- 1 ℃의 크기는 1 K의 크기와 같고, 온도 차이는 K나 ℃로 표시한다.
나)화씨온도 : ℉
인간의 체온을 예로 들어 이것을 96도로 하고, 낮은쪽은 당시 얻을 수 있는 저온도(얼음과 소금을 3:1로 섞은 한계)를 0 으로 하여 180등분 한 것이다.
- 현재 미국이나 영국에서 널리 쓰이고 있다.
- 세계 최초의 온도 눈금으로 1714년 독일의 파렌하이트( Fahrenheit)가 제창
다) 절대온도 : K
국제단위계 (SI)에서 1 K는 물의 3중점으로, 열역학적 온도의 1/273.16 으로 정한 것이다.
- 학문적으로 가장 엄밀한 의미를 가진 온도 눈금이다.
- 1848년 영국 캘빈(Kelvin)이 정한 열역학적 온도이다.
- 물의 3중점 : 물,얼음,수증기가 공존하는 온도로 273.16 K 이다
라) 섭씨온도, 화씨온도, 절대온도와의 관계
K - 273.15 = ℃ = 5 / 9 ( ℉ - 32 )
측정대상에 관한 기본적인 검토

다. 측정방법 및 온도계 종류

1).측정방법에 의한 분류
일반적으로 온도계 구성은 온도를 감지하는 측온부 (온도검출단), 측온부에서 감지한 온도를 직접 또는 간접으로 표시하는 표시부(수신계기)및 측온부와 표시부를 연결시켜 주는 도선 또는 배관으로 구성된다.그러나 액체 글라스 온도계와 같이 측온부와 표시부가 일체형으로 된것도 있다. 온도계는 측정 방법에 의해 측온부를 피측정 물체에 직접 접촉시켜 온도를 측정하느냐, 접촉시키지 않고 측정하느냐에 따라서 접촉법과 비접촉법으로 분류한다.
가)접촉법
열은 고온에서 저온으로 이동하고, 온도가 두개 이상의 물체에 접촉시켜 충분한 시간이 주어지면 접촉된 물체들은 온도가 같게 되는 열평형 상태를 이루며, 열역학 제 0법칙 즉, 임의 두 물체가 각각 제3의 물체와 열평형을 이룬다면 임의 두 물체도 열평형 상태에 있게 된다. 따라서 온도를 측정하고자 하는 피측정 물체에 측온부를 접촉, 열평형 상태에 이르렀 을때 감온부의 물리적 변화량 즉, 공업적 신호를 측정함으로써 피측정물체의 온도를 감지하는 방식이다.이 방법에 의한 온도 계측에서는 감온부와 측정대상의 접촉의 정도에 의해서 측정정도 크기가 좌우된다. 그래서 측온부를 측정대상에 접촉 할 수 없는 경우는 측정이 불가능하며,접촉에 의해서 측정대상이 영향을 받게 되는 경우는 큰 오차가 생긴다. 이와같이 접촉방식을 이용한 온도계로는 유리제온도계,압력식온도계,열전대, 바이메탈식 온도계, 저항식 온도계 등이 사용된다.

나)비접촉방식
피측정 물체에 감온부를 직접 접촉하지 않는 상태에서 고온의 피측정 물체로 부터 방사하는 방사에너지 즉, 빛 또는 열을 감지하여 감지 온도와 방사에너지와의 일정한 관계를 이용하여 온도를 감지하는 측정방식이다. 측정대상으로부터 방출된 에너지의 강도는 절대온도의 4승에 비례하기 때문에 1000 ℃ 이하의 온도 범위에서는 측정정도가 나쁘나, 장점으로는 움직이는 피측정 대상 및 검출하고자 하는 대상이 보이기만 하면은 쉽게 접촉하지 않고 온도를 측정할 수 있다. 비접촉 방식에 의한 온도계측에 사용되는 것으로는 방사온도계,광고온계,색온도계,적외선온도계(열선) 등이 있다.

접촉, 비접촉 방식의 비교

2) 측정 원리에 의한 각종 온도계

가. 열전대(Thermocouple)원리 및 열전효과

1) 열기전력 원리
열전대는 원자로,항공기,동력계통,제철소 등의 여러 공정에서 온도를 감지하는 방법을 제공하며, 구조가 간단하고 가격이 싸며, 내구성이 있고 많은 응용면 에서 비교적 정확히 온도를 측정할 수 있는 온도계이다.
열전대는 또한 183 ℃ 이하에서 부터 2500 ℃ 근처 까지의 넓은 온도 범위를 0.1 ∼ 1 ％ 정도의 정확도로 측정할 수 있으며, 출력을 측정하는데 측정 계기가 간단하고 회로상의 잡음이 덜 받는 낮은 임피던스를 갖는 장치이다. 열전대는 역학적 유연성이 있어서 여러 응용에 따라 그 형태를 적합하게 바꿀수 있고 빠른 응답, 내구성,회로의 절연등을 고려하여 보통 소선의 형태로 만들어 사용하기도 한다. 필요에 따라 1 ㎳ 정도의 응답시간을 갖는 머리가락 보다 가는 열전대도 있으나, 보통은 0.5 ∼ 1 mm 의 직경을 가진 소선으로 만들어지고, 금속 산화물의 분말로 절연이 되고 금속 쉬스에 의해 보호된 열전대도 있다.
근본적으로 열전대는 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로써 세가지 열전효과가 열전대 안에서 작용되고 있다
제벡효과는 서로 다른 두 금속으로 폐회로를 구성하고, 양접점에 온도 차를 주었을때 온도 차가 없으면 각 선 전위차가 없으나, 양간간에 온도차를 주면은 양접점에는 접촉 전위차 불평형이 발생하면서 저온측 접합점으로 부터 고온측으로 열전류가 이동하게 되는 것이다.
이러한 현상을 이용 즉, 한쪽을 일정한 기준점으로 만들고 측정하고자 하는 고온측을 미지 온도차로 하면 측정하고자 하는 접속점의 온도가 변하면 미지의 온도에 대응되는 열기전력만을 정확히 측정함으로써 공업적으로 양측 변화측정이 아닌 온도측정 개념이 되는 것이다.

이때 일정한 온도 유지점을 기준 접점이라 칭하며, 측정하고자 하는 지점인 점을 측온 접점이라 부른다.
즉, 열전효과는 서로 다른 금속을 접속하여 양단의 온도차가 발생하면 열전류가 흐르고, 한 끝을 개방하였을 때는 양단에 기전력이 존재하는 것인데 이 효과를 이용하여 열전대를 온도 측정에 이용하게 하는 것이다.
열과 전기의 관계 현상 으로서는 제벡효과외에 펠티어 효과, 톰슨효과를 가지고 설명이 되어야 하는데, 펠티어 효과는 제벡효과의 역현상으로서 2개의 서로 다른 금속 접속점에 전류를 흘리면 그 전류의 방향에 따라서, 한쪽은 열을 발생시키고 다른쪽은 열을 흡수하는 현상을 말한 것으로 열전대를 이용하여 측정할 때 현상은 고온의 측온접점 에서는 열의흡수가,저온인 기준 접점에서는 열의 발생이 일어나므로 실제 사용시 열전대 자신의 열전류에 의한 온도 변화는 지극히 작다.
톰슨 효과는 온도 기울기가 있는 도선상에 전류에 의한 열의 수송에 관한 효과로 동종 금속 내 에서도 부분적으로 온도차가 있는 경우 그 곳을 흐르는 전류에 의해서 열을 발생 또는 흡수하는 현상을 말하며, 이 현상으로 인한 영향은 펠티어효과 보다 작게 나타난다.
따라서 펠티어, 톰슨효과의 사이의 관계에 관한 영구는 열전대에 의해 생기는 기전력이 소선을 따른 열전효과와의 온도 기울기에 의한 연구 결과로서 대부분의 열전대 응용에서는 제벡 효과만으로도 열전대의 설명은 충분하다.
2) 열전회로 법칙
열전대 회로의 특성을 설명하는데는 온도와 기전력과의 관계 이론을 실제화 하고자 할때 열전효과의 3 법칙이 요구되는데, 이 법칙들은 모두 실험적으로 유도되어진 것이다.
①균질회로의 법칙
일종의 균질한 금속재질의 도체로 구성된 회로에 있어서는 그 형상 및 부분적 온도 분포와 관계없이 측온접점을 가열시킨다 해도 열전류는 발생하지 않는다. 즉 열기전력이 0 이 된다는 법칙으로 이 법칙을 설명하기 위해서는 열역학적 고찰에 의해서도 증명될 수 있으며, 하나의 절대 제벡계수만 가지는 회로의 선적분 평가에 의해서도 증명된다.

V = Sa(T1 + T2) + Sb(T2 - T1) = 0
결과가 0이 되는 이유는 a, b 금속으로 동일한 제벡 계수를 가지고 있기 때문이다.

② 중간금속의 법칙
서로 다른금속들로 이루어진 열전회로에서 열기전력 대수적인 합은 그 회로의 모든 부분이 동일한 온도에 있을때 항상 0 이다 라는 중간 금속의 법칙은 열전대의 기초원리인 온도의 균일 또는 불균일의 차에 있는 것을 근거로 하고 있다.

V = Sa(T1 - T1) + Sc(T1 - T1 ) + Sa(T1 - T1) + Sb(T1 - T1) = 0

③ 중간온도의 법칙
두개의 서로 다른 균질한 금속으로 된 폐회로에서 그 접접점이 T1 과 T2 에 있을때, 생기는 기전력을 V12, T2 과 T3에 있을때 생기는 기전력을 V23 이라 하면, 그들 접점이 T1과 T3에 있을때 기전력은 T12 + T23가 된다는 법칙이 중간온도의 법칙이다.
이 법칙은 한쪽에서 기준 접점의 온도를 유지하고 교정되어진 열전대가 다른 온도에서 기준접점을 유지하고 사용될때 그 출력을 해석하는데 사용된다.

V = Sa(T2 - T1) + Sa(T3 - T2 )+ Sb(T2 - T3)+ Sb(T1- T2)
= Sab(T2 - T1) + Sab(T3 - T2 ) = V12 + V23

나. 열전대

아래 그림과 같이 서로 다른 두 종류의 금속도체 A, B을 접합하고, 양 접점간에 온도차를 주면 그 사이에 열기전력이 발생하여 회로내에 열전류가 흐르는데 이 원리는 1821년 영국의 제벡이 구리와 안티몬 사이에서 발견한 현상으로 발견자의 이름을 따서 제벡효과라고 한다.
아래에서와 같이 두개의 금속 A, B를 접합하고, b와 b'를 동일 온도로 한 상태에서 접합점의 a의 온도를 여러 형태로 바꾸어 보면은 b와 b'사이에 열기전력이 발생됨을 알수 있으며, 이때 발생하는 열기전력과 a - b간의 온도차 와는 일정한 관계가 있음을 알 수 있다.
또한 발생하는 열기전력은 두 종류의 금속과 양 접점간의 온도 차이에 의해 정해지며, 금속의 형상이나 치수, 도중의 온도 변화에는 영향을 받지 않는다.

열전대로서 이용되는 것은 다음 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
① 열기전력이 높을 것
② 내열성 내식성이 양호하고 기계적으로 튼튼할것
③ 장기간 사용하여도 열기전력이 안정하고,열전대 손상과 마모가 적을것
④ 동종의 열전대에서는 항상 동일한 특성이 얻어지며, 호환성이 있을것
⑤ 전기저항 및 온도계수가 작을것 (고온측정의 경우)
등이고 상기 조건을 모두 만족하는 재료는 없지만, 측정 조건에 따라 비교적 조건을 만족하는 것을 선택 하는것을 선택,사용하는 것이 좋다.

1) 열전대별 특징
① B, R, S 열전대
B열전대 는 순백금에 로듐을 가하면 재결품이 일어나지 않고, 또한 합금의 융점이 높아져 R,S 열전대 비해 내열성 및 기계적 강도가 양호하여 진다. 순백금의 융점은 1769 ℃ 이나 3％ 로듐함유시 1800 ℃, 20％ 함유시 1900 ℃, 40％ 함유시 1950 ℃ 정도로 높아지나, 그 이상은 상승되지 않는다.
R 열전대 는 순백금에 로듐을 가하는데, 일반적으로 백금 87 ％, 로듐 13 ％로 구성되어 있는 것으로 알려져 있으나 실제는 백금 87.3 ％, 로듐 12.7 ％로 구성되어 있으며 주로 현장용으로 사용되고 있다. 또한 S 열전대에 비해 기전력 및 내열도가 양호하다.
S 열전대 는 타 열전대에 비해 재현성이 양호하고 그 측정정도가 가장 높은 관계로 국제 실용눈금의 630.74 ∼1064.43 ℃ 온도 범위의 표준 열전대로 채택하고 있다 열기전력은 로듐 함량이 높아질수록 동일 온도에서 낮아지며, 특히 저온에서는 지극히 낮아서 상온에서의 (0 ∼ 100 ℃) 기준접점 온도 변화는 실용상 무시한다.
산화성 분위기에는 강하고, 환원성 분위기 (CO2, H2, H2S, SO2, GAS중에서는 1000 ℃이상) 중에서는 약하다. 따라서 주로 비금속 보호관을 사용한다.
② K 열전대
K 열전대에 쓰이는 양 금속선은 모두 니켈을 주로한 합금으로 된 비금속 열전대 로서 비금속 ( K,E,J,T 열전대) 중에서 가장 높은 온도측정이 가능하며 R 이나 S 열전대의 약 4.5배의 열기전력을 발생하고 열기전력 특성은 거의 직선적이다.
고온에서의 산화방지를 위하여 +금속선에 산화피막을 입혀 사용하고 있으며, 이 피막은 강인하고 치밀하며, 합금과의 밀착성도 양호하여 내측금속 보호를 한다. 크로멜선의 산화는 표면 크롬의 산화에 의한 것이고 또한 노화의 진행도 산화와 밀접한 관계가 있다.
주위조건은 산화, 불활성 가스등의 분위기에는 강하나 탄소계의 가스등 환원성분위기에는 약해서 기전력이 현저히 저하한다. R 열전대와는 달리 금속증기에 대해서는 강하고 보호관을 금속보호관으로 사용할 수 있다.
K 열전대는 1000 ℃ 정도의 고온에서 공업적으로 가장 많이 사용되는 종류이나 최근 산업의 다양화에 따라 새롭게 인식되는 다음과 같은 문제도 발생되고 있다.
ⓐ 단범위 규격화 오차가 발생하는데, 단범위 규칙칙화 오차는 온도 250 ∼ 550 ℃ 범위에서 사용 초기시 정방향의 커다란 드리프트가 가열, 냉각 양쪽에 발생되는 현상으로써 원인은 +측 소선인 크로멜의 원자 배열의 변태 현상에 따른 제벡지수가 변화 곧 열전대 특성이 1 ∼ 1.5 ％ 증가하는 현상으로서 그 만큼 오차가 된다.
ⓑ 자기효과에 의한 오차로서 직교하는 온도분포와 자장공간내에 설치된 도체에는 양방향의 직각인 제 3의 방향으로 기전력이 발생하는 현상으로서 -극성인 자성체 알루멜선은 150 ℃ 이하에서는 측정온도의 10％정도로 자속밀도 B의 극성에 따라 정역으로 급,증감하는 오차가 발생하는 현상으로 즉 온도의 자기 의존성 오차이다.
ⓒ K 열전대는 소선의 외관상 크로멜측은 비자성체로써 다소 푸른빛을 띠고 있으며, -측 소선인 알루멜은 자성체로 어둡다. 또한 알루멜측은 내열적으로 약하기 때문에 선단부에서 알루멜을 중심으로 크로멜을 둥글게 감아 용접하기도 한다.
④ J 열전대
사용 주위조건은 환원성 분위기에 강하고, 수소, 일산화탄소 등에도 안정되며 탄소에도 대체로 안정한 편이다. 산화성 분위기, 공기중에서도 고온이 될 있도록 급격히 철의 산화가 일어나고, 수증기에도 취약하다. 소선의 판별은 철측은 방청시키고 있으므로 쉽게 알수 있고. 장시간 사용시는 붉은 녹이 쓸고 또한 철은 자성체이므로 자석을 사용 쉽게 구분할 수 있다.
⑤ T 열전대
동의 산화성 때문에 공기중에서의 상용 한계는 비교적 낮은 300℃ 로 정하고.주위조건은 산화성 분위기에는 약하나 환원성 분위기 중에서는 안정되며, 동은 비교적 용이하게 고순도 것을 얻을 있으므로 측정정도가 높은것을 얻을 수 있다.
최근에는 -250 ℃ 까지의 저온 측정에 자주 사용한다. 소선의 극성 판별은 동선은 붉은 색이고 콘스탄탄 측은 광택이 있는 백동색으로서 쉽게 구분할 수 있으며, 장시간 사용시 동선은 푸른빛을 띤다.

2) 열전대의 분류 ( 한국 공업규격 KSC 1602- 1982 )

열전대의 허용차

3) 열전대의 배선방법 및 보상도선
열전대의 열기전력은 측온접점과 기준 접점 과의 온도차에 의해 정해진다. 보통 열전대 단자 (보상접점) 에서 기준접점 까지는 거리가 떨어져 있어서 보상접점과 기준접점 사이의 온도변동을 보상하기 위해 열전대와 거의 특성이 비슷한 열기전력 특성을 갖는 보상도선을 사용하여 연결한다.
열전대의 배선 방법에는 열전대용 변환기,구리도선,보상도선을 사용하는 것에 따라 여러 방법이 있으나 대표적인 방법의 결선방법은 다음의 그림과 같다.

온도보상이라 함은 온도 측정회로가 구성될때 측온접점 만의 온도가 피측정 물체의 온도로서 표시되어야 하는것에 비해 측온체외에 도선,도관등의 신호전달부 주위 또는 열전대용 변환기등의 주위온도 변화가 측정의 오차를 발생시킴으로 측정온도를 기준으로 주위온도의 변화에 따른 오차를 수정시키는 의미이다.
보상을 행하는 의미에서 계속적으로 변화해 가는 측온부 이외의 주위온도 변화에 무관하게 변화가 일어나지 않도록 함으로써 자체 유지적 보상이 있고, 일단 주위온도 변화에 따른 발생된 오차를 임의방법에 의해 상쇄시키는 방법이 있다. 따라서 보상도선은 주위온도와 무관하게 자체 유지적 보상의 의미를 갖고 있다.
보상도선의 기능을 아래 그림 a)에서와 같이 보상접점의 온도가 0 ℃ 이면 발생전력은 E (t-0) = Et - 0 = Et가 되며,만약 보상접점의 온도가 0이 아닌 임의의 t ℃ 이라면 발생 기전력 t - t1 에 상당하는 기전력인 E(t- t1) = Et - Et1 이 되면서 Et1 만큼의 오차를 발생하게 될 것이다.
그림 b)에서의 발생기전력은 t-t1에 상당하는 기전력인 Et - Et1가 되고, t1-t2 에서의 기전력은 Et1 - Et2 (보상도선 또는 열전도선) 이므로 t- t2 에 해당하는 기전력의 합은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(Et- Et1) + (Et1- Et2) = Et - Et2 = Et - 0 = Et가 된다. 따라서 보상도선 또는 열전도선을 사용하면은 주위온도 변화에 따른 오차를 보상한 형태로서 보상도선을 사용시 측온 접점부터 기준 접점까지 등가회로 되는 즉, 열전도선을 쓴 것과 같은 효과를 가지고 있다.

보상도선의 종류별 분류

가) 열전대별 분류 (KSC 1609 )

비고 1. KX-G, KX-GS, KX-H, KX-HS, EX-G, EX-H, JX-G, JX-H, TX-G, TX-GS,
TX-H, TX- HS 심선은 조합하여 사용하는 열전대와 동일 재료이다.
2. BX-G, RX-G, RX-H, SX-G, SX-H, WX-G, WX-H, VX-G의 심선은 조합하여
사용하는 열전대와는 다른 종류의 재질이나 사용온도 범위인 일반용은 -20∼
90 ℃,내열용은 0 ∼ 150 ℃ 내에서는 열전대와 동일한 특성을 가져야 한다.
3.보통급 보상도선은 온도측정에 적당하다.
4.정밀급 보상도선은 오차의 허용차가 보통급의 1/2로써 특히 정밀을 요하는
온도측정에 사용한다

나) 열전대와 재질관계에 의한 분류
열전대 재질과 관련하여 익스텐션형과 켐펜세이션으로 분류한다. 익스텐션형은 열전대와 동일한재질의 보상도선이고,켐펜세이션은 보상도선 사용온도 범위내에서 열전대의 열기전력 특성을 갖고 있으면서 열전대 재질 보다는 가격이 저렴한 대용합금 재질의 보상도선이다.
다음표는 익스텐션형과 켐펜세이션의 비교를 나타낸 것이다