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온도센서 바이메탈의 원리와 활용 본문
다리미나 전기포트, 토스트기에서 딸깍 하는 소리와 함께 전원이 꺼지는 거 다들 보셨을 거에요. 온도가 적당히 높아졌으니 자동으로 꺼지는 것인데요? 어떤 원리일까요? 바로 바이메탈로 이런 온도제어를 합니다. 바이메탈의 원리와 활용에 대해 자세히 알아보겠습니다.
바이메탈의 원리
바이메탈이란?
영어로 둘을 의미하는 "bi"와 금속의 "metal"을 합쳐 바이메탈 bimetal 이라 부릅니다. 바이메탈은 금속의 열팽창률을 이용한 소자입니다. 금속은 온도가 올라가면 늘어나는 성질이 있습니다. 그런데 이 늘어나는 정도가 금속마다 다르답니다. 그래서 서로 다른 금속을 붙여놓으면 붙인 금속이 온도에 따라 구부러집니다. 이처럼 구부러지는 성질을 이용하여 전기적으로 붙였다 떨어졌다 하면서 온도를 제어할 수 있습니다.
그래서 서로 다른 금속을 붙여놓으면 붙인 금속이 온도에 따라 구부러집니다. 이처럼 구부러지는 성질을 이용하여 전기적으로 붙였다 떨어졌다 하면서 온도를 제어할 수 있습니다.
바이메탈 동작 방식
동작방식에 따라 N Type과 R Type이 있습니다.
N Type (Open on Rise) : 온도가 올라가면 접점이 떨어지고 온도가 내려가면 접점이 붙는 방식
R Type (Close on Rise) : 온도가 올라가면 접점이 붙고 온도가 내려가면 접점이 떨어지는 방식
왜 바이메탈인가?
온도 관련 제품이라면 거의 이 바이메탈이 들어갑니다. 왜냐고요? 가성비가 정말 좋습니다. 퓨즈는 한번 끊어지면 못 쓰지만 바이메탈은 반 영구적으로 사용할 수 있습니다. 게다가 작은 금속판 2개만 있으면 온도제어가 됩니다. 그나마 구하기 쉬운 철이나 구리를 사용해서 가격이 정말 저렴합니다.
전자제품처럼 대량생산을 하는 제품이나 오차범위가 넓은 온도제어에 있어서는 이 바이메탈만큼 경제성이 뛰어난 제품이 없습니다. 경제성이 좋고 어느 정도 오차범위 내에서 온도를 제어할 수 있어서 이처럼 바이메탈이 널리 사용되고 있습니다.
바이메탈의 활용
바이메탈은 전자제품, 장비, 온도제어설비 등 온도 관련 제품에 광범위하게 사용되고 있습니다. 보일러, 다리미, 전기주전자, 토스터기, 히터 등 우리가 흔히 보는 온도와 관련된 전자제품은 모두 이 바이메탈이 들어있다고 생각하면 됩니다.
아래 그림은 배관의 온도가 이상 상승했을 때를 감지하여 전원을 끊어주는 바이메탈 소자의 활용예입니다. 이 바이메탈을 사용하여 릴레이로 온도를 제어하는 제품을 써모스탯이라고도 합니다.
또한 이 바이메탈 원리를 활용하여 온도계도 만들 수 있습니다. 아래 그림처럼 얇은 금속판을 동그랗게 코일 형태로 말아서 온도 변화에 따라 지침이 움직이도록 만든 아날로그 온도계도 많이 사용합니다.
이제 전기주전자에서 나는 딸깍 소리가 뭔지 아셨나요? 바이메탈의 접점이 붙거나 떨어지는 소리입니다. 작은 금속조각 2개가 전 세계의 온도 제어를 책임지고 있다고 생각하면 놀라울 따름이네요.
