KRISS, 초저온용 온도센서 평가기술 국산화
김박사팀은 매우 높은 온도 안정도를 갖는 아르곤 삼중점을 제작하였다. 이 기술을 이용하면 -200 ℃의 저온에서 만분의 6 ℃(0.6 mK: 밀리켈빈) 수준까지 정밀하게 측정할 수 있으며, LNG(액화천연가스) 저장탱크 성능평가 시에 필수장치인 온도측정센서를 교정하는데 활용할 수 있다.
또한 저온 항온유지장치 개발에도 성공하였다. 개발한 장치는 저온 온도조절 기능뿐만 아니라 안정된 온도를 유지할 수 있는 안정화 블록을 갖추었다. 또한 각종 측정선의 배열을 최적화해 소형화함으로써 장비설치가 편리해졌다. 최적화 된 장치는 상온에서 -200 ℃까지 급속냉각이 가능하여 빠른 온도센서 평가가 이루어질 수 있게 되었다. 특히, 지금까지 평가할 수 없었던 50 cm 이상의 롱스템형 표준백금저항온도계의 평가가 가능하다. 이 장치로 아르곤 삼중점을 평가한 결과 미국, 영국, 독일 등과 더불어 최고 수준의 정확도를 얻었다.
김박사는 “정확한 온도표준을 보급할 수 있게 되어 산업체뿐만 아니라 저온 물리 현상을 탐구하는 연구에도 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
기존에는 온도센서를 해외 수입에 의존하였으며, 장치의 교정을 위해서는 해외 기관에 교정을 의뢰하거나 교정 없이 온도 측정이 이루어져 정확성 및 신뢰성에 문제가 제기 되었다. 해외 교정에 의존할 경우, 1회 교정에 약 500 만 원 이상의 비용이 소요 되며, 최소 수개월의 교정기간이 필요해서 경제적, 시간적 손실이 매우 컸다.
하지만 저온센서 평가기술 국산화를 통해 KRISS에서 교정할 경우, 미국 표준기관인 NIST에 비해 약 1/4 정도의 비용이면 교정이 가능하다. 또한 수개월의 교정기간이 필요하였던 것을 2주 이내로 신속한 교정이 가능하다.
앞으로 연구팀은 저온 센서 평가 기술을 수소의 삼중점인 -260 °C 부근까지 확장하여 반도체 물리학, 초전도체 물리학, 저온 유지가 필요한 생명 공학 등의 첨단 과학 연구 및 신소재의 개발 등 미래 산업에 발생할 수요에 대응하여 적극 지원할 계획이다.
- 롱스템형 표준백금저항온도계 : 표준 온도 눈금을 만들어내고 유지하는데 사용하는 온도계로서 백금으로 만들어진 저항체의 저항 변화를 이용하여 온도를 측정하는 온도계이다. -200 °C 이상의 온도에서는 긴 봉 모양의 롱스템형 표준백금저항온도계가 주로 사용된다.
- 아르곤 삼중점 : 상온에서 기체로 존재하는 아르곤의 온도를 낮추어 기체, 액체, 고체 등 세 가지 형태의 아르곤이 동시에 존재하도록 만든 상태를 말한다. 이 상태는 국제적으로 -189.3442 °C 인 것으로 정해져 있다. -270 °C에서 1085 °C 범위의 온도 표준을 위해서는 17개의 고정점이 정해져 있으며 대부분 순수한 물질의 삼중점, 녹는점 혹은 어는점으로 이루어져 있다. 아르곤 삼중점은 이러한 고정점 중의 하나이며, 고정점을 정확하게 실현하고 측정하는 것이 정확한 온도 표준의 보급을 위하여 필수적이다.
- LNG(Liquid Natural Gas) : 천연가스를 대기압 하에서 -161 ℃ 이하의 온도로 냉각시켜 액화시키긴 것을 말한다. 천연 가스는 석탄, 석유 등에 비하여 오염 물질 배출이 적으며, 액화 시킬 때 부피가 1/600로 줄어들기 때문에 액체 상태에서 LNG 선박으로 운송하는 것이 운송비를 낮출 수 있는 방법이다. 저장탱크는 알루미늄 등 특수 소재로 만드는데 그 이유는 극저온 상태에서 일반 금속의 깨어지는 성질이 크게 증가하기 때문이다. 탱크가 선체와 연결되는 지지대나 배관에도 큰 온도차로 인한 수축과 팽창이 생겨날 수 있기 때문에 견고하고 안정성이 보장되어야 한다. 이러한 이유로 온도센서 또한 극저온 상태에서도 원활히 작동될 수 있도록 하는 것이 필수적이다.
한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.
웹사이트: http://www.kriss.re.kr
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한국표준과학연구원 온도광도센터 김용규 박사 042-868-5634
