수정 온도계 분해능과 정확도 차이, 항온조 비교교정과 JCSS 성적서

일본 장비사에서 온도 제어형 시험 장비를 납품받으면서 수정(쿼츠) 온도계(일본어로 suisho ondokei 水晶温度計, 또는 kuotsu ondokei) 측정 로그와 JCSS 교정성적서가 함께 왔다고 가정해 보겠습니다. 항온조 온도는 23.2501 °C처럼 소수점 넷째 자리까지 찍혀 있습니다.

이때 품질팀이나 설비팀에서 "0.0001 °C까지 정확한 장비"라고 받아들이기 쉽습니다. 이 글은 바로 그 오해를 막기 위한 정리입니다.

수정 온도계는 수정 진동자의 공진 주파수로 온도를 재는 접촉식 온도계입니다. 아주 작은 변화를 읽어 낼 수 있지만, 분해능(표시가 얼마나 잘게 바뀌는가)과 정확도(측정값이 참값에 얼마나 가까운가)는 별개의 숫자입니다. 정확도는 교정과 측정 조건이 결정합니다.

아래에서는 측정 원리, 분해능 계산, 일본 JCSS 교정성적서를 한국 KOLAS 성적서와 견주어 읽는 법, 항온조 비교교정 순서, SPRT·Pt100·서미스터·열전대와의 비교를 차례로 다룹니다. 마지막에는 점검 체크리스트와 일본 공급사에 보낼 문의 메일 예시를 넣었습니다.

목차

1. 수정 온도계란
2. 수정 온도계의 원리
3. 분해능과 정확도: 숫자로 보는 차이
4. 일본 JCSS 교정성적서 읽는 법 (KOLAS와 비교)
5. 항온조 비교교정 순서
6. 수정 온도계와 SPRT·Pt100·서미스터·열전대 비교
7. 사양서에서 확인할 항목
8. 지시값이 흔들릴 때 원인 나누기
9. 체크리스트와 일본 공급사에 보낼 질문
10. 이 글의 한계
11. 자주 묻는 질문
12. 출처

수정 온도계란

수정 온도계는 온도 프로브와 주파수를 읽는 계측기로 이루어진 측정 시스템입니다. 요코가와 테스트앤메저먼트(Yokogawa Test & Measurement)의 기술 자료는 이를 다른 온도계를 교정할 때 쓰는 측정 표준의 하나로 소개합니다.

사용할 때는 프로브를 측정 대상에 접촉시킵니다. 표면에서 나오는 복사로 온도를 읽는 적외선(방사) 온도계와 달리, 끝부분의 감온부가 대상과 같은 온도에 도달한 뒤에야 올바른 값을 얻을 수 있습니다.

수정 소자는 액체에 그대로 담그지 않고 보호 시스(sheath) 안에 들어 있습니다. 열이 바깥 시스에서 수정까지 전달되어야 하므로, 계측기가 주파수를 빨리 읽어도 프로브 자체가 온도 변화를 따라가는 데는 시간이 걸립니다.

주된 용도는 항온조가 얼마나 안정한지 확인하거나 두 지점 사이의 작은 온도차를 재는 것처럼 세밀한 관찰입니다. 생산 라인의 측정점을 모두 바꾸는 용도보다는, 온도 변화를 자세히 평가하는 용도에 맞습니다.

그림 1은 기본 구성입니다. 프로브 안에서 수정이 진동하고, 별도의 계측기가 그 주파수를 읽습니다.

그림 1: 프로브 안에서 수정이 진동하고, 계측기가 주파수를 읽는다

수정 박편에는 전극이 붙어 있고, 발진 회로가 공급하는 전기 에너지로 진동을 계속합니다.

실제 치수, 전극 배치, 회로 위치는 기종마다 다릅니다.

수정 온도계의 원리

압전 효과와 발진

수정은 이산화규소의 결정이며 압전성을 띱니다. 힘을 가하면 전하가 생기고, 반대로 전압을 걸면 변형되는 역압전 효과도 있어서, 발진에는 이 두 효과가 모두 관여합니다.

온도계에서는 전극에 교류 전압을 걸어 박편을 진동시킵니다. 변형으로 생긴 전기 신호가 회로로 되돌아가고, 회로는 진동이 계속되도록 조건을 유지하면서 주파수를 뽑아냅니다.

수정 박편 혼자서는 안정된 신호를 낼 수 없습니다. 진동자는 수동 부품이어서, 구동할 발진 회로와 값을 읽을 측정 회로가 따로 필요합니다.

힘과 전기의 관계는 압전식 점화기에서도 볼 수 있습니다. 다만 점화기의 압전 소자와 온도계의 수정 박편을 같은 재료·구조로 취급할 수는 없습니다.

열전대는 원리가 다릅니다. 서로 다른 두 금속의 접점 사이 온도차로 전압이 생기는 제베크 효과를 이용합니다. 수정 온도계가 읽는 것은 전압의 크기가 아니라 결정이 얼마나 빨리 진동하는가입니다.

주파수에서 온도를 읽는 방법

박편의 공진 주파수는 절단 각도(컷), 형상, 치수에 따라 달라지므로 '수정'이라는 말만으로 정해지지 않습니다. 컷이 바뀌면 온도에 대한 주파수 반응도 달라지고, 온도 측정에 더 적합한 컷이 있습니다. 예를 들어 휴렛팩커드(HP)가 1965년에 내놓은 수정 온도계는 주파수-온도 관계가 거의 직선이 되도록 고른 'LC(linear coefficient)' 컷을 썼습니다.

온도계에는 온도에 따른 주파수 변화를 읽기 쉬운 감온 소자를 씁니다. 이 소자를 교정하고, 계측기에 주파수와 온도의 관계를 저장해 둡니다.

주파수 측정과 온도 환산은 별개의 단계입니다. 온도는 교정 곡선에서 나오기 때문에, 프로브와 다른 계수를 짝지으면 신호가 정상이어도 온도가 틀리게 나옵니다.

그림 2가 그 환산입니다. 세로축의 주파수를 측정하고, 가로축에서 그에 맞는 온도를 읽습니다.

그림 2: 주파수에서 거꾸로 온도를 구한다

f를 측정한 뒤 교정 곡선에서 대응하는 T를 찾습니다. 점은 교정에서 얻은 값을 나타냅니다(개념도).

일정 범위 안에서는 주파수-온도 관계를 직선에 가깝게 볼 수 있습니다. 하지만 넓은 범위에서도 한 직선이라고는 할 수 없어서, 필요하면 고차항을 더해 휘어짐을 보정합니다.

이 비직선 보정은 다른 센서의 리니어라이저와 같은 생각입니다. 온도를 얼마나 믿을 수 있는지는 측정 회로만이 아니라 교정점과 환산 방법이 정합니다.

수정 시계와 수정 온도계의 차이

수정 시계도 수정 진동자를 쓰지만, 온도가 바뀌어도 같은 주기를 유지하도록 설계합니다. 시계에 필요한 것은 안정된 시간 기준이고, 온도계에 필요한 것은 온도를 따라 움직이는 주파수입니다.

엡손(Epson)에 따르면 쿼츠 손목시계의 진동자는 내부 IC의 발진 회로에 들어 있습니다. IC는 수정 진동자의 진동 주기를 기준으로 1초 간격의 전기 신호를 만들어 시계를 움직입니다.

통신 장비용 항온 수정 발진기(OCXO)는 진동자를 일정한 온도로 유지해 주파수를 안정시킵니다. 수정 온도계는 그 반대로, 주파수의 온도 의존성 자체를 측정에 이용합니다.

따라서 시계용 수정을 주파수 카운터에 연결한다고 정밀 온도계가 되지는 않습니다. 온도 감응 특성을 지닌 소자와 그 교정 데이터가 있어야 합니다.

분해능과 정확도: 숫자로 보는 차이

감도와 분해능

감도는 온도가 변할 때 주파수가 얼마나 움직이는가이며, 온도로 환산하는 계수 역할을 합니다. 감도가 높을수록 같은 주파수 눈금이 더 작은 온도차에 해당하므로 작은 변화를 보기 쉬워집니다.

일본열물성학회의 1989년 해설은 1 K 변화에 약 1 kHz라는 예를 듭니다. 1965년 HP 설계도 28 MHz 부근의 진동자에서 같은 기울기인 1,000 Hz/°C를 썼습니다. 이 감도에서 0.1 Hz를 분해하면 온도 분해능은 그림 3처럼 0.0001 °C가 됩니다.

그림 3: 주파수 눈금을 온도 눈금으로 바꾸기

0.1 Hz를 1,000 Hz/°C로 나누면 0.0001 °C입니다. 이것은 분해능이며, 오차를 보증하는 값이 아닙니다.

감도를 일정하다고 볼 수 있는 범위에서

ΔT = ΔfS

ΔT = 0.11,000 = 0.0001 °C

ΔT: 온도차 [°C], Δf: 주파수차 [Hz], S: 감도 [Hz/°C]. 온도차 1 K는 1 °C와 같습니다.

단순한 직선을 가정하면 같은 방식으로 온도 자체도 구할 수 있습니다. 아래 교정식은 계산 순서를 보이기 위한 가상의 값이며, 실제 장비의 계수가 아닙니다.

핵심은 기준 주파수와의 차이를 먼저 구하는 것입니다. 측정 주파수 전체를 감도로 나누면 기준점이 빠져 의미 없는 숫자가 나옵니다.

실제 교정식에는 적용 온도 범위와 계수가 정해져 있습니다. 단위도 주의해야 합니다. Hz 기준으로 쓴 식에 kHz 값을 넣으면 온도가 틀리게 나옵니다.

게이트 시간, 분해능, 갱신 주기

정해진 게이트 시간 동안 진동 횟수를 세는 방식의 계측기에서는, 오래 셀수록 작은 차이를 구분할 수 있지만, 그만큼 값이 갱신되는 간격도 길어집니다. HP의 1965년 기사는 10초 측정으로 0.0001 °C 분해능에 도달하고, 측정을 짧게 하면 그에 비례해 분해능이 거칠어진다고 설명합니다. 실제 분해능과 갱신 주기의 관계는 계측기 방식과 설정에 따라 다르므로 사양서로 확인하십시오.

계측기의 갱신 주기와 프로브 자체의 응답은 나눠서 보는 것이 좋습니다. 그래야 값이 '느리게' 보이는 원인이 카운터인지, 프로브로 열이 전달되는 시간인지 구분할 수 있습니다.

분해능, 반복성, 불확도

수정 온도계의 가장 큰 장점은 작은 온도 변화를 따라가는 능력이며, 환경이 안정할수록 그 장점이 살아납니다. 항온조가 시간에 따라 어떻게 흔들리는지, 두 위치의 차이가 얼마인지 볼 때 특히 쓸모가 있습니다.

여기서 분해능과 편향(bias)은 구분해서 보아야 합니다. 표시가 0.0001 °C 단위로 바뀌더라도 기준값보다 0.02 °C 어긋나 있다면, 촘촘한 표시가 그 어긋남을 없애 주지는 않습니다. 0.02 °C는 차이를 보이기 위한 가상의 숫자로 정격 정확도가 아니며, 측정값은 교정 결과와 기준기의 불확도가 함께 있어야 의미를 갖습니다.

그림 4는 자주 섞이는 세 가지 개념을 나눠 보여 줍니다.

그림 4: 촘촘한 숫자와 믿을 수 있는 온도는 다르다

표시 눈금, 측정값끼리의 흩어짐, 기준값과의 어긋남은 서로 다른 질문입니다.

분해능: 이웃한 표시값 사이의 간격23.2500 → 23.2501 °C의 변화를 볼 수 있다

반복성: 같은 조건에서 값이 일치하는가항온조와 계측기의 흔들림을 포함해 측정값의 흩어짐을 확인

편향과 불확도: 보정과 신뢰의 폭기준값과의 어긋남을 보정한 뒤, 기준기·온도 분포 등에서 불확도를 평가

편향을 보정해도 교정과 측정 환경에서 오는 불확도는 남습니다.

옛 사양서를 보면 이 차이가 분명합니다. 아래 표는 HP가 1965년에 공개한 수정 온도계의 간단한 사양을 정리한 것입니다. 오래된 장비이며, 숫자들이 얼마나 다를 수 있는지 보여 주기 위해서만 싣습니다.

사양 항목 (HP, 1965)	공개된 값	읽는 법
분해능	0.0001 °C까지(10초 측정 시)	최소 표시 간격일 뿐, 오차 보증이 아님
단기 안정도	측정값 간 ±0.0002 °C 미만	일정 온도에서 지시값이 얼마나 흔들리는가(반복성 판단의 단서)
직선성(절대값)	0~100 °C에서 ±0.02 °C 이내, −40~230 °C에서 ±0.15 °C 이내	분해능보다 '정확도'에 가까운 항목이지만 종합 오차 한계와 같은지는 원자료의 정의 확인 필요. 범위에 따라 달라짐
장기 영점 드리프트	30일간 ±0.01 °C 미만	재교정이 필요한 이유
응답(유속 0.6 m/s의 물)	63.2% 1.0초 미만, 99.9% 6.9초 미만	정해진 유속 조건에서의 프로브 응답

높은 분해능은 균일하고 안정한 온도를 전제로 하며, 그런 환경은 표시와 별개로 만들어야 합니다. 항온조에 온도 구배가 있으면 프로브 사이의 위치 차이가 재려는 차이에 더해져, 계측기 편향과 구분하기 어려워집니다.

측정 원리만으로 어느 쪽이 더 좋은 측정인지 정해지지는 않습니다. 열전대와 측온저항체(RTD)를 고를 때처럼 프로브 형상과 설치 조건도 판단에 넣어야 합니다.

일본 JCSS 교정성적서 읽는 법 (KOLAS와 비교)

일본에서 들여온 계측기에는 JCSS 교정성적서(일본어로 kosei shomeisho 校正証明書)가 붙어 오기도 합니다. JCSS(Japan Calibration Service System)는 일본 계량법에 따른 교정기관 인정 제도로, 일본 제품평가기술기반기구(NITE)의 인정센터인 IAJapan이 운영합니다. 국가측정표준 자체는 일본 산업기술종합연구소 계량표준총합센터(NMIJ)가 맡고 있습니다.

한국에서 이에 해당하는 것은 국가기술표준원 산하 한국인정기구(KOLAS)의 교정기관 인정이며, 두 제도 모두 ISO/IEC 17025를 평가 기준으로 삼습니다. 다만 법적 근거와 운영 방식은 각 나라 제도이므로 '같은 성적서'로 보지 말고, 아래 항목을 하나씩 확인하는 것이 안전합니다.

• 인정 기준: NITE는 JCSS 인정 기준으로 ISO/IEC 17025와 계량법 및 관련 규정을 듭니다.
• 소급성: JCSS는 일본 국가표준(NMIJ 또는 지정 기관이 구현)으로의 소급성을 요구하므로, 성적서가 소급성의 증빙이 됩니다. 한국에서 국가측정표준을 맡는 곳은 한국표준과학연구원(KRISS)입니다. 인정 제도(JCSS·KOLAS)와 국가측정표준기관(NMIJ·KRISS)은 역할이 다르므로, 개별 성적서에서는 소급성 설명과 인정범위를 직접 확인하십시오.
• 국제 상호인정: IAJapan은 ILAC·APAC 상호인정협정(MRA)의 서명기관이고, KOLAS도 교정 분야에서 2001년에 ILAC MRA에 서명했습니다. NITE에 따르면 국제 MRA 대응 인정을 받은 기관은 ilac-MRA 마크가 들어간 성적서를 발행할 수 있습니다. 모든 JCSS 성적서에 마크가 있는 것은 아니므로 실제 성적서에서 확인하고, 해당 온도·교정 항목이 발행기관의 인정범위에 들어가는지도 함께 보십시오.
• 불확도: NITE의 견본 성적서는 확장불확도를 포함인자 k = 2(신뢰수준 약 95%)로 표기합니다. 받은 성적서에 적힌 k 값과 신뢰수준을 확인하십시오.
• 유효기간 없음: NITE에 따르면 JCSS 성적서에는 유효기간이 없고, 사용 빈도와 환경을 보고 사용자가 재교정 주기를 정합니다. 한국에서는 KOLAS-G-013(교정대상 및 주기설정을 위한 지침)이 주기 설정의 참고가 됩니다.

교정은 계측기와 기준기의 차이를 구하는 일이며, 표시를 기준에 맞추는 조정과는 다릅니다. 기본 결과물은 그 차이를 측정 조건과 함께 기록한 것입니다.

성적서에 보정값이 적혀 있다면, 그 값을 언제 어디에 적용할지 사내에서 정해 두어야 합니다. 고객사(예: 완성차·반도체 고객)의 품질 요구가 KOLAS 성적서를 지정하는 경우도 있으므로, 일본 성적서를 그대로 받아 줄지는 고객 요구사항으로 확인하십시오.

항온조 비교교정 순서

비교교정에서는 피교정기(UUT, unit under test)와 기준온도계를 같은 온도 환경에 두고 두 지시값의 차이를 기록합니다. 플루크(Fluke)는 이 작업에서 액체 항온조가 가장 안정하고 균일한 매체라고 설명합니다.

아래 순서는 원칙을 정리한 것입니다. 실제로는 사내 교정 절차서와 항온조 제조사 매뉴얼이 우선합니다.

1. 목적부터 정합니다. 필요한 온도 범위와 허용할 수 있는 차이를 먼저 정합니다. 상온 부근만 확인할 때와 가열 공정 전 범위를 다뤄야 할 때는 교정점이 달라집니다.
2. 감온부를 가까이 둡니다. 기준기와 UUT의 감온부를 서로 가깝게 놓습니다. 끝이 금속 벽이나 바닥에 닿으면 액체와 다른 온도를 읽습니다.
3. 끝이 아니라 감온 소자 위치로 맞춥니다. 바깥 끝단이 아니라 내부 감온 소자가 있는 위치를 기준으로 높이를 맞춥니다. 프로브마다 필요한 침지 깊이를 확보해 두 소자가 같은 온도 영역에 오게 합니다.
4. 침지를 확인합니다. 깊이를 바꿨을 때 값이 움직이면 프로브 축 방향의 열전도(스템 효과)나 온도 구배를 의심합니다. 필요한 침지 깊이는 프로브마다 다르므로, 짧은 보호관이나 얕은 항온조에서도 같은 조건이 충족된다고 가정하지 마십시오.
5. 짝으로 읽습니다. 항온조가 안정되면 기준기와 UUT를 한 쌍으로 읽고 여러 번 반복합니다. 한쪽을 다 읽은 뒤 다른 쪽을 읽으면 항온조의 드리프트가 차이에 섞입니다.
6. 재현할 수 있게 기록합니다. 설정 온도, 두 지시값, 프로브 일련번호, 침지 조건, 사용한 교정 계수, 읽은 간격을 남깁니다. 그래야 지난 교정과 비교하기 쉽습니다.

그림 5는 배치 예입니다. 프로브마다 필요한 침지 깊이를 확보한 상태에서 감온부를 같은 높이에 가깝게 모으고, 벽과 바닥에서 떨어뜨립니다.

그림 5: 같은 온도를 비교하기 위한 항온조 배치

기준기와 UUT의 감온부를 모으고 벽·바닥에서 떨어뜨립니다. 프로브별로 필요한 침지 깊이를 확보하는 것이 먼저입니다.

항온조를 고르거나 점검할 때 플루크가 드는 관점은 다음과 같습니다.

• 안정도와 균일도는 별개: 시간적으로 안정해도 공간적으로 균일하지 않을 수 있습니다. 시험 영역의 상하·좌우 구배를 모두 확인합니다.
• 기준기의 침지: SPRT처럼 긴 기준기를 짧은 시험 프로브와 같은 깊이까지만 담그면 스템 효과가 생길 수 있습니다.
• 열매체: 플루크는 제어 온도에서 점도 50 cSt(센티스토크스) 이하를 권합니다. 안정도는 열매체와 온도에 따라 달라집니다.
• 조 크기: 충분한 침지, 센서 아래의 액체 여유, 센서와 벽 사이의 간격을 확보할 수 있어야 합니다.

공정 배관에서는 내압과 내식성이 별도 검토 사항입니다. 서모웰은 공정 유체로부터 센서를 보호하지만, 보호관을 더하면 온도 변화를 따라가는 방식도 달라집니다.

이중 엘리먼트(듀얼 엘리먼트) 온도 센서는 감온 소자 두 개로 두 계통의 측정을 구성할 수 있습니다. 계통이 얼마나 독립적인지는 배선과 계측기 구성까지 보고 판단합니다. 이는 수정식 측정 원리와는 별개인 구조 선택으로 보아야 합니다.

수정 온도계와 SPRT·Pt100·서미스터·열전대 비교

공장에서는 열전대와 백금 측온저항체(Pt100 등 RTD)가 널리 쓰입니다. 수정 온도계와 비교할 때는 어느 쪽이 더 정밀해 '보이는지'가 아니라, 필요한 온도 범위와 설치 조건부터 적어 보는 것이 순서입니다.

아래 표는 방식별로 무엇을 재는지, 선정할 때 무엇을 확인하는지 비교한 것입니다.

항목	수정 온도계	백금 측온저항체(Pt100)	열전대
측정하는 양	공진 주파수	전기 저항	열기전력
잘 맞는 용도	미세한 온도차, 안정도 확인	산업용·정밀 온도 측정	고온을 포함한 폭넓은 산업 용도
회로상의 과제	발진, 주파수 측정, 교정 곡선	측정 전류, 도선 저항, 자기 가열	냉접점 보상, 보상도선
확인할 사양	프로브와 계측기를 한 세트로	소자 규격과 지시계 사양	종류, 소선 굵기, 보호관, 지시계

일본 측 사양서와 한국 측 사양서가 서로 다른 규격을 기준으로 할 때 아래 점을 참고하십시오.

• SPRT(표준백금저항온도계): 국제온도눈금 ITS-90에서 13.8033 K~961.78 °C 구간의 보간에 쓰는 온도계입니다. 이 범위가 SPRT 한 대의 사용 범위를 뜻하지는 않으므로, 제품의 사용 범위와 교정 범위는 따로 확인합니다. 비교교정에서 기준기로 자주 쓰이며, 플루크의 항온조 예시도 SPRT를 씁니다.
• Pt100: 산업용 백금 센서는 IEC 60751의 허용차 등급으로 나뉩니다(예: 클래스 A는 0 °C에서 ±0.15 °C). 일본 JIS C 1604:2013은 IEC 60751:2008을 대응 국제규격으로 들고 있고, IEC 60751은 2022년에 3판이 나왔습니다. 허용차는 제품이 준거로 밝힌 규격과 판을 기준으로 봐야 합니다. 한국 쪽 사양이 KS 규격을 인용한다면 규격번호, 제·개정 연도, 대응 IEC 판, 적용 등급을 확인하십시오(이 글에서는 해당 KS의 판과 대응 관계를 확인하지 못했습니다).
• 서미스터: Pt100처럼 저항 변화를 이용하지만, 재료와 온도에 따른 변화의 크기가 다릅니다. 작은 부품을 모니터링할 때는 서미스터와 Pt100 비교가 도움이 됩니다.

저항식 센서는 도선 저항을 처리해야 해서 2선식·3선식 결선이 있습니다. 이는 수정식 주파수 측정과는 다른 오차 요인입니다.

온라인 측정이라면 정확하게 재는 방법만이 아니라 신호를 어디로 보낼지도 정해야 합니다. DCS(분산제어시스템)로 보내 감시·제어에 쓴다면 갱신 주기와 고장 시 출력을 사양에 넣어 두십시오.

사양서에서 확인할 항목

온도 범위, 측정 정확도, 응답 시간은 한 묶음으로 읽어야 합니다. 천천히 안정되는 항온조의 기준온도계와 빠른 유체 온도 변화를 잡아야 하는 센서는 중요하게 보는 항목이 다릅니다.

• 온도 범위: 수정만이 아니라 프로브 밀봉, 배선, 전자 회로에 따라 정해집니다. 모든 수정 온도계에 200 °C 같은 일정한 상한이 있다고 보지 말고, 센서와 계측기 조합의 사양을 읽으십시오. 정확도가 규정된 범위와 단지 동작만 하는 범위도 나눠 봅니다.
• 응답 시간: 프로브 응답은 주변 유동과 설치 방법에 따라 바뀝니다. 액체에서 잰 응답이 공기 중이나 두꺼운 보호관 안에서도 그대로 나오지는 않습니다.
• 침지 깊이: 제조사가 프로브별로 정한 최소 침지 깊이를 확인합니다.
• 충격과 진동: 진동자 기반 계측기는 기계적 충격과 응력에 민감합니다. 떨어뜨렸거나 설치를 바꾼 뒤에는 기준점에서 지시값을 확인합니다.
• 강한 자기장: 적합 여부는 수정, 발진기, 카운터, 케이블을 포함한 시스템 전체가 정합니다. 해당 자기장 세기와 설비 조건에 대한 사양이나 시험 결과로 판단합니다.
• 출력 신호: 주파수 출력은 일반 아날로그 입력에 바로 연결할 수 없습니다. 변환기의 출력 형식을 받는 쪽의 4–20 mA 입력 조건에 맞춥니다.
• 교체용 프로브: 모양이 같다고 충분하지 않습니다. 계측기 호환성, 프로브별 교정 데이터, 케이블 조건을 함께 관리해야 교체 후 환산이 뒤섞이지 않습니다.

측정 온도가 변하는 중이라면 기준기와 UUT의 응답 차이도 지시값 차이에 들어갑니다. 항온조가 설정값에 도달한 순간을 믿지 말고, 두 지시값을 지켜보다가 안정된 구간의 쌍으로 비교하십시오.

작은 부품을 잴 때는 프로브를 붙이는 것만으로 열 흐름이 바뀝니다. 센서의 열용량과 축 방향 열전도를 고려해, 자릿수를 늘리기 전에 프로브 자체가 재려는 온도를 바꾸고 있지 않은지 확인하십시오.

지시값이 흔들릴 때 원인 나누기

원인은 순서대로, 한 번에 한 조건씩 바꾸며 좁혀 갑니다.

1. 시계열을 저장합니다. 항온조 온도와 표시값을 시간에 따라 비교합니다. 일정한 주기가 보이면 히터 제어나 교반을 의심합니다.
2. 시험을 나눕니다. 위치를 바꾸는 시험과, 위치를 고정하고 측정 설정만 바꾸는 시험을 따로 합니다. 여러 조건을 한꺼번에 바꿨다가 값이 안정되면 무엇이 효과였는지, 다음에 어떻게 설치해야 할지 알 수 없습니다.
3. 위치를 바꿔 봅니다. 프로브가 두 개라면 항온조 안의 위치를 서로 바꿉니다. 차이가 위치를 따라가는지 프로브를 따라가는지를 보면 온도 분포와 프로브 간 차이를 구분하는 데 도움이 됩니다.
4. 안정 구간만 평균합니다. 승온 중의 값을 평균하면 숫자는 안정돼 보여도 어느 시점의 어떤 온도인지 흐려집니다.
5. 결과를 이력으로 남깁니다. 같은 기준점의 결과를 시간 순서대로 비교합니다. 낙하나 수리 뒤 값이 움직였다면 다음 정기 교정을 기다리지 말고 평가하고, 어느 측정이 영향을 받았는지 추적할 수 있도록 기록합니다.

체크리스트와 일본 공급사에 보낼 질문

일본에서 수정 온도계나 측정 데이터, JCSS 성적서를 받았을 때 아래 항목을 확인하십시오.

• 표시 분해능, 사양서의 오차 한계(정확도), 교정 결과의 불확도를 구분해 확인했다
• 교정점마다 확장불확도와 포함인자 k, 신뢰수준이 적혀 있다(NITE 견본은 k = 2)
• JCSS 표장과 ilac-MRA 마크 유무, 해당 교정 항목이 발행기관의 인정범위에 드는지, 고객사가 그 성적서를 받아 주는지
• 교정점이 실제 사용 범위를 덮는다
• 성적서의 프로브 일련번호(S/N)와 받은 프로브가 일치한다
• 계측기에 저장된 계수가 그 프로브의 것이다
• 교정 결과가 '조정함'만이 아니라 보정값(차이)으로 적혀 있다
• 교정 시 침지 깊이와 항온조 종류
• 정확도 규정 범위와 동작 범위의 구분
• 응답 시간과 그 측정 조건
• 재교정 주기를 사내에서 정했다(성적서에는 정해져 있지 않음). 고객사가 KOLAS 성적서를 요구하는지도 확인했다

빠진 항목이 있으면 짧은 메일로 대부분 해결됩니다. 일본 공급사와는 영어로 연락하는 경우가 많으므로 영어 예시를 싣고, 아래에 한국어 뜻을 붙였습니다. 대괄호 부분을 바꿔 쓰십시오.

질문 내용은 순서대로 ① 0.0001 °C 표시 분해능과 별도로 교정점별 확장불확도와 포함인자·신뢰수준, ② 성적서의 ilac-MRA 마크 유무와 인정범위 해당 여부, ③ 교정 시 침지 깊이·항온조와 이 프로브의 최소 침지 깊이, ④ 정확도 규정 범위와 동작 범위, ⑤ 계측기 계수가 해당 시리얼 프로브의 것인지와 프로브 교체 시 재입력 방법, ⑥ 사용 조건에 맞는 권장 재교정 주기입니다.

이 글의 한계

• 온도 범위, 응답 시간, 자기장 적합성, 정확도는 기종마다 다릅니다. 여기 적은 내용은 모든 수정 온도계의 공통 사양이 아닙니다.
• HP의 수치는 1965년 것으로, 분해능과 정확도의 차이를 보여 주기 위한 예입니다. 현재 장비는 다를 수 있습니다.
• 항온조 순서는 원칙이며, 검증된 교정 방법이 아닙니다. ISO/IEC 17025에 따른 사내 절차와 항온조·프로브 매뉴얼을 따르십시오.
• JCSS 성적서를 사내 품질 시스템이나 고객사가 받아 줄지는 각 요구사항에 달려 있습니다. KOLAS 성적서와의 관계를 포함해 직접 확인하십시오.
• 온도계 분해능만으로 온도를 얼마나 잘게 제어할 수 있는지가 정해지지 않습니다. 히터 용량과 배치, 열 지연, 조작량의 눈금도 영향을 주므로 측정과 제어를 한 시스템으로 설계해야 합니다.

자주 묻는 질문

수정 온도계는 0.0001 °C 정확도로 잴 수 있나요?

그 숫자만으로는 그렇다고 할 수 없습니다. 0.0001 °C는 표시 눈금의 크기인 분해능의 예이며, 오차가 0.0001 °C라는 보증이 아닙니다. 정확도는 교정 보정값, 프로브, 주변 온도 분포를 포함해 따로 평가하므로 같은 숫자가 되지 않습니다.

일반 쿼츠 시계를 온도계로 쓸 수 있나요?

아닙니다. 시계용 수정은 시간 기준으로서 주파수를 안정되게 유지하도록 설계됩니다. 감온 소자의 온도 감도와 교정이 없으면 시계 신호를 읽어도 정밀한 온도 측정이 되지 않습니다.

200 °C보다 높은 곳에서도 쓸 수 있나요?

기종과 프로브에 따라 다르며, 모든 수정 온도계에 공통된 상한은 없습니다. 고온에서 쓰려면 동작 범위와 정확도 규정 범위를 나눠 보고, 시스와 배선의 내열성도 확인하십시오.

'수정'이 붙은 온도계는 모두 주파수로 재나요?

아닙니다. 석영 유리(용융 석영) 보호관을 쓴 온도계와 수정 진동자로 재는 온도계는 다릅니다. 제품 이름이 아니라 사양서에서 감온 소자가 백금 저항인지 수정 진동자인지 확인하십시오.

JCSS 교정성적서에 유효기간이 있나요?

없습니다. NITE는 JCSS 성적서에 유효기간이 없다고 밝히고 있으며, 재교정 시기는 사용 빈도와 환경을 보고 사용자가 정합니다. 한국 사업장이라면 KOLAS-G-013 같은 국내 지침과 고객사 요구를 함께 참고해 주기를 정하면 됩니다.

출처

• 교정 표준으로서의 수정 온도계: Yokogawa Test & Measurement, 전압과 온도 측정 (일본어)
• 손목시계의 수정 진동자: Epson, 수정 디바이스의 원리와 용도 (일본어)
• 감도 예(약 1 kHz/K): 일본열물성학회, 온도 측정의 기초 (1989, 일본어)
• LC 컷 수정 온도계, 1,000 Hz/°C, 사양: Hewlett-Packard Journal, 1965년 3월, "The Linear Quartz Thermometer"
• OCXO: 일본전파공업(NDK), OCXO의 특징 (일본어)
• JCSS 성적서 유효기간, 인정 기준, ilac-MRA 마크: NITE, JCSS FAQ (일본어)
• JCSS 견본 성적서(ISO/IEC 17025, ILAC/APAC MRA, k = 2): NITE IAJapan, JCSS 교정성적서 견본 (영어)
• KOLAS의 ILAC MRA 서명: ILAC, Signatory Status – KOLAS (영어)
• 교정 주기 지침: KOLAS-G-013 교정대상 및 주기설정을 위한 지침 (2020)
• 한국의 온도 국가측정표준: BIPM, KRISS 활동 보고 2024–2026 (영어)
• 항온조 선정: Fluke, "Buying the Right Temperature Calibration Bath for Your Laboratory" (영어)
• ITS-90 백금 저항 온도계 범위: NIST Technical Note 1265, "Guidelines for Realizing the ITS-90" (영어)
• IEC 60751 허용차 등급: JUMO, "Pt100 accuracy class" (영어)
• IEC 60751:2022(3판): IEC Webstore, IEC 60751:2022 (영어)
• JIS C 1604:2013과 IEC 60751:2008: 일본규격협회, JIS C 1604:2013 미리보기 (일본어)