온도 조절기란
온도 조절기는 측정 온도와 설정 온도를 비교하여 온도를 제어하는 장치입니다.
열전대나 서미스터 등의 센서로 감지한 온도를 받아들여 설정 온도와 비교 연산하여 전기 신호를 출력합니다. 그리고 출력 신호에 따라 히터나 냉방장치를 제어하여 설정 온도를 유지한다. 가정용으로는 온수기나 에어컨에 사용되며, 산업용으로는 야외 저장탱크의 보온 등에 사용되는 경우가 많습니다.
온도조절기의 사용 용도
온도 조절기는 액체나 기체의 온도 조절 및 관리에 사용됩니다.
산업용으로는 공정의 온도 관리에 사용되는 경우가 많습니다. 온도조절기를 이용하여 자동 제어함으로써 증기나 전기 사용량을 최소화하여 에너지 절약에 기여합니다.
또한, 일반 가정용 제품에서는 열대어용 수온조절기, 온수기, 에어컨, 냉장고 등 공냉식 냉방기기에 사용됩니다.
온도조절기의 원리
온도 조절기는 주로 측정 온도와 설정 온도를 비교 연산하여 히터나 냉각 장치로 제어합니다. 온도를 제어하고자 하는 계통에 대해 온도 측정 센서, 온도 조절기, 냉난방기기로 구성되는 것이 일반적입니다.
온도 측정 센서에서는 제어 대상의 온도를 측정합니다. 온도 측정 센서에는 온도 측정 저항체나 서미스터가 사용됩니다. 온도 조절기는 제어용 전자 장치입니다. 온도를 피드백하여 출력을 제어합니다. 냉난방 기기에는 공조기나 히터가 사용된다. 공조기는 냉매를 압축기로 압축하여 가열과 냉각이 모두 가능한 기기입니다.
온도 조절기의 제어 방식
온도 조절기의 연산 출력은 연속 제어와 ON-OFF 제어의 두 가지가 있습니다.
1. 연속 제어
연속 제어의 대표적인 예가 PID 제어인데, PID 제어는 비례, 적분, 미분(Proportional, Integral, Derivative의 약자) 요소로 입력신호를 연산하는 제어방식으로, 대부분의 경우 비례 성분과 적분 성분만으로 온도 조절이 가능합니다.
오버슈트가 허용되지 않는 심각한 공정에서는 미분 제어로 미세 조정합니다. 비례 제어, 적분 제어, 미분 제어의 영문 머리글자를 따서 P 제어, I 제어, D 제어로 약칭합니다.
- P 제어
온도 측정 센서의 입력값과 온도 설정값의 편차에 비례하여 제어합니다. - I 제어
온도 측정 센서의 입력값과 온도 설정값의 편차를 없애는 제어를 합니다. - D 제어
외부 요인에 의한 온도 변화의 차이를 미세 조정하는 제어를 합니다.
2. ON-OFF 제어
측정 온도와 설정 온도를 비교하여 냉난방 기기를 ON-OFF 시키는 제어를 ON-OFF 제어라고 합니다. 연속제어에 비해 간단하기 때문에 저렴한 비용으로 도입이 가능합니다.
온도조절기 기타 정보
1. 온도 조절기와 온도 조절기
온도조절기는 오래전부터 사용되어 온 간이 온도조절기입니다. 금속 또는 액체의 온도에 따른 팽창-수축을 이용하여 접점이나 밸브를 ON-OFF하여 온도를 제어합니다. 자동차 등 라디에이터의 냉각수 조절 밸브, 전기난로의 온도 조절에 많이 사용된다. 서모스탯은 금속형과 액체 팽창형 등이 있습니다.
- 금속형 온도 조절기
금속형 온도조절기는 바이메탈이라는 온도 센서를 사용합니다. 이는 열팽창률이 다른 두 종류의 금속을 접합한 판으로, 열에 의한 팽창 변형을 전기적 접점으로 사용합니다. - 액체 팽창형 온도 조절기
액체 팽창형 온도조절기는 용기에 담긴 액체가 온도에 따라 팽창-수축하는 힘을 전기적 접점으로 사용합니다. 액체 팽창형은 전기 용량을 크게 할 수 있다는 특징이 있습니다. 또한, 두 타입 모두 제어를 위한 전원이 필요 없다는 장점이 있습니다.
2. 온도 조절기와 히터
온도조절기는 상온(실온)보다 높은 온도대에서 온도제어를 할 경우 히터(난방장치)에 제어지령으로 제어를 합니다. 온도조절기에는 제어 가능한 전력 용량이 각각 정해져 있기 때문에 대용량의 가열장치를 사용할 경우에는 전자기 개폐기 등의 구동장치를 별도로 설치해야 합니다.
상온(실온)보다 낮은 온도를 제어할 경우에는 냉각기 등의 냉각장치를 가동합니다. 온도조절기, 히터, 냉각장치 모두 목적에 맞는 사양, 용량을 준비해야 합니다. 온도 제어를 위해 온도 센서도 동시에 필요합니다.
3. 지시 조절계와 온도 조절기
온도 조절기는 지시 조절기의 일종입니다. 지시 조절기는 온도뿐만 아니라 습도, 유량, 압력 등 다양한 요소를 제어합니다. 지시 조절기나 온도 조절기는 모두 연산 장치이며, 센서나 냉난방 기기는 별도로 필요합니다.