적외선 온도계

섬네일|적외선 온도계
적외선 온도계(Infrared thermometer)는 측정 대상 물체에서 방출되는 열복사의 일부(때로는 흑체 방사라고도 함)를 통해 온도를 추론하는 온도계이다. 레이저를 사용하여 온도계의 조준을 돕기 때문에 때로는 레이저 온도계라고도 불리며, 멀리서 온도를 측정할 수 있는 장치의 능력을 설명하기 위해 비접촉 온도계 또는 온도총이라고도 불린다. 물체에서 방출되는 적외선 에너지의 양과 그 방사율을 알면, 물체의 온도를 실제 온도 범위 내에서 종종 결정할 수 있다. 적외선 온도계는 "열복사 온도계"로 알려진 장치들의 하위 집합이다.

때로는 특히 주변 온도에 가까울 때, 더 뜨거운 물체에서 반사되는 복사열이나 잘못 가정된 방사율로 인해 판독값이 오류의 영향을 받을 수 있다.

설계는 본질적으로 열복사를 검출기에 집중시키는 렌즈로 구성되며, 이 검출기는 복사 에너지를 전기 신호로 변환하여 주변 온도를 보정한 후 온도 단위로 표시할 수 있다. 이는 측정 대상 물체와의 접촉 없이 멀리서 온도를 측정할 수 있게 한다. 비접촉 적외선 온도계는 열전쌍이나 다른 프로브형 센서를 사용할 수 없거나 다양한 이유로 정확한 데이터를 생성하지 못하는 상황에서 온도를 측정하는 데 유용하다.

 사용 예시 
섬네일|위쪽|환기 시스템의 온도를 확인하는 선원
일부 일반적인 상황은 측정 대상 물체가 움직이는 경우, 유도가열과 같이 물체가 전자기장에 둘러싸여 있는 경우, 물체가 진공 또는 다른 제어된 분위기에 포함되어 있는 경우, 또는 빠른 응답이 요구되거나 정확한 표면 온도가 필요한 경우, 물체 온도가 접촉 센서의 권장 사용 지점 이상인 경우, 또는 센서와의 접촉이 물체나 센서를 손상시키거나 물체 표면에 상당한 온도 기울기를 유발하는 경우이다.

적외선 온도계는 다양한 온도 모니터링 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 몇 가지 예로는 원격 망원경 작동을 위한 구름 감지, 기계 또는 전기 장비의 온도 및 고온 지점 확인, 병원 환자의 비접촉 온도 측정, 히터 또는 오븐 온도 확인, 교정 및 제어, 소방 시 고온 지점 확인, 가열 또는 냉각 관련 공정에서의 재료 모니터링, 화산 온도 측정이 있다. SARS 코로나바이러스 및 에볼라 바이러스병과 같이 열을 유발하는 질병의 전염병 발생 시, 적외선 온도계는 검사 대상자 간의 유해한 전염을 유발하지 않고 도착하는 여행객의 발열 여부를 확인하는 데 사용되었다.

섬네일|적외선 온도계로 사람의 체온을 측정하는 모습

코로나19 범유행이 전 세계를 강타한 2020년에는 적외선 온도계가 사람들의 체온을 측정하고 발열 증상을 보이는 경우 잠재적 전파 장소에 대한 출입을 거부하는 데 사용되었다. 미국의 FDA와 같은 공중 보건 당국은 적외선 온도계의 정확성과 일관성을 보장하기 위한 규칙을 발표했다.

휴대용 및 고정 설치용 모두 다양한 종류의 적외선 온도 감지 장치가 있다.

 정확도 
적외선 온도계는 정확도 및 각도 범위와 같은 사양으로 특징지어진다. 간단한 장비는 약 ±의 측정 오차를 가질 수 있다.

거리 대 지점 비율(D:S)은 측정 표면까지의 거리와 온도 측정 영역의 지름 간의 비율이다. 예를 들어, D:S 비율이 12:1이면 측정 영역의 지름은 물체까지의 거리의 12분의 1이다. D:S 비율이 높은 온도계는 비율이 낮은 온도계보다 더 멀리서 더 특정하고 좁은 표면을 감지할 수 있다. 12:1 등급 장치는 1피트 거리에서 1인치 원을 감지할 수 있는 반면, 10:1 비율 장치는 10인치에서 동일한 1인치 원을 달성하고, 12인치 거리에서 1.2인치의 더 넓고 덜 특정적인 원을 감지한다.

이상적인 목표 영역은 해당 거리에서 지점 크기의 최소 두 배여야 하며, 거리에 비해 작은 영역은 측정 정확도가 떨어진다. 적외선 온도계는 뜨거운 목표물에 너무 가까이 두어서는 안 되는데, 이 근접성으로 인해 온도계 하우징에 열이 축적되어 센서가 손상될 수 있기 때문이다. 측정 오차는 일반적으로 반사율의 영향과 센서 시야 내의 다른 열원의 포함으로 인해 너무 먼 거리에서만 감소한다.

슈테판-볼츠만 법칙에 따르면, 복사 에너지는 온도의 4제곱에 비례하므로, 측정 표면에 뜨거운 영역과 차가운 영역이 모두 있을 때 표시된 온도는 실제 평균 온도보다 높을 수 있으며, 4제곱 멱평균에 더 가깝다.

대부분의 표면은 높은 방사율(대부분의 생물학적 표면의 경우 0.9 이상)을 가지며, 대부분의 IR 온도계는 이 단순화된 가정에 의존한다. 그러나 반사 표면은 비반사 표면보다 낮은 방사율을 갖는다. 일부 센서에는 조절 가능한 방사율 설정이 있어 반사 및 비반사 표면의 온도를 측정하도록 설정할 수 있다. 조절 불가능한 온도계는 비반사 페인트 또는 테이프를 적용하여 반사 표면의 온도를 측정하는 데 사용할 수 있지만 정확도가 약간 떨어진다.

조절 가능한 방사율 설정이 있는 센서는 주어진 표면에 대해 센서를 교정하거나 표면의 방사율을 측정하는 데에도 사용할 수 있다. 표면의 온도가 정확하게 알려진 경우(예: 접촉 온도계로 측정), IR 방법으로 측정된 온도가 접촉 방법으로 측정된 온도와 일치할 때까지 센서의 방사율 설정을 조정할 수 있다. 이 방사율 설정은 표면의 방사율을 나타내며, 이는 나중에 유사한 표면(만)을 측정할 때 고려될 수 있다.

 적외선 고온계 
가장 일반적인 적외선 온도계는 지점 적외선 고온계 또는 적외선 고온계로, 표면의 한 지점(실제로는 D:S 비율에 의해 결정되는 상대적으로 작은 영역)의 온도를 측정한다. 이들은 일반적으로 측정되는 영역의 중심에 측정되는 지점을 식별하는 가시적인 빨간색 점을 투사하지만, 측정 자체에는 영향을 미치지 않는다. 실제 측정되는 각도 영역은 기기마다 다르며 가시적인 지점에만 국한되지 않는다.

관련 장비로는 엄밀히 온도계는 아니지만 적외선 스캔 시스템과 적외선 열화상 카메라가 있다. 적외선 스캔 시스템은 일반적으로 회전하는 거울에 지점 온도계를 가리키는 방식으로 더 넓은 영역을 스캔한다. 이러한 장치는 오븐에서 나오는 대형 유리나 금속 시트, 직물, 종이, 또는 컨베이어 벨트 위의 연속적인 재료 더미와 같은 컨베이어 또는 "웹" 공정이 관련된 제조 분야에서 널리 사용된다. 적외선 열화상 카메라 또는 적외선 카메라는 본질적으로 상대적으로 넓은 영역의 여러 지점에서 온도를 측정하여 각 픽셀이 온도를 나타내는 2차원 이미지인 열화상을 생성하는 적외선 복사 온도계이다. 이 기술은 지점 또는 스캔 온도계보다 프로세서 및 소프트웨어 집약적이며 넓은 영역을 모니터링하는 데 사용된다. 일반적인 응용 분야에는 군사 또는 보안 요원이 사용하는 경계 모니터링, 제조 공정의 검사/공정 품질 모니터링, 안전 및 효율성 유지 보수 목적으로 장비 또는 밀폐 공간의 고온 또는 저온 지점 모니터링이 포함된다.

적외선 사진 필름과 적절한 렌즈 등을 사용하는 사진기도 "적외선 카메라"라고 불린다. 이는 근적외선만 포착하며 실온 물체에서 방출되는 열복사에는 민감하지 않다.

 같이 보기 
 볼로미터
 고온계
 사쿠마-핫토리 방정식
 열화상 카메라
 열화상

 각주 

 외부 링크 
 Avoiding Common Mistakes that Can Compromise an Infrared Inspection Program

분류:온도계