[계측 및 신호처리] 온도 측정

소개글

[계측 및 신호처리] 온도 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 온도 측정의 방법
3. 열전대 이론
4. 열전대 원리
5. 온도 측정장치 회로
6. 실험순서
7. 결과 및 고찰

본문내용

한 접점을 제거한다.
(5).온접점은 대기중에 노출시키고 열전대의 +,-부분을 전위하계의 해당단자에 연결하여 전위차계로 기전력을 측정하였을 때 기전력이 0인지 확인한다.
본실험
(1).표준온도계, 열전대의 온접점, 그리고 휴대용 온도계의 감응부를 실험장치의 가열블럭에 설치한다. 열전대는 냉접점 없이 그 나선을 전위차계에 연결한다.
(2).냉각휀을 전원에 연결하여 구리블럭에 대한 냉각을 시작한다.
(3).전압조정기를 이용하여 60V의 전압으로 가열블럭에 전력을 공급한다.
(4).가열블럭의 온도가 정상상태에 도달하였을 때 표준온도계와 휴대용온도계의 온도와 열전대의 기전력을 기록한다. 이 때 열전대의 기전력에 대하여 기준온도에 대한 보상을 하여야 한다.
(5).가열블럭에 대한 공급 전압을 계단식으로 서서히 증가시키면서 정상상태에서의 4번과정을 반복한다.
(6).가열된 블록 표면에 피부가 접촉하여 화상을 입지 않도록 주의하며 부주의로 표준온도계가 부숴지거나 훼손되지 않도록 주의한다.
7. 결과 및 고찰
실험 보고서
실험 제목 : 온도측정
실험 날짜 : 2004년 3월 18일
실 험 조 : 1조
학 번 : A217235
이 름 : 이준배
실내온도 : 표준온도계 온도 18.5℃
휴대용 온도계온도 19℃
열전대 기전력 0.76 mV
(1) 측정결과
(1-1) K형 열전대
Test no
1
2
3
4
5
전압(V)
60
80
90
100
110
표준온도계 온도(℃)
38.6
56
65
76.4
85.9
휴대용온도계 온도(℃)
40
53
63
75
85
열전대 기전력(mV)
0.79
1.39
1.73
2.20
2.61
변환온도(℃)
38.73
53.07
61.29
72.61
82.48
(1-2) J형 열전대
Test no
1
2
3
4
5
전압(V)
60
80
90
100
110
표준온도계 온도(℃)
38.6
56
65
76.4
85.9
휴대용온도계 온도(℃)
40
53
63
75
85
열전대 기전력(mV)
1.20
1.89
2.35
2.94
3.35
변환온도(℃)
38.32
51.26
61.86
64.84
78.51
(1-3) T형 열전대
Test no
1
2
3
4
5
전압(V)
60
80
90
100
110
표준온도계 온도(℃)
38.6
56
65
76.4
85.9
휴대용온도계 온도(℃)
40
53
63
75
85
열전대 기전력(mV)
0.79
1.33
1.80
1.93
2.54
변환온도(℃)
41.54
54.62
63.27
74.29
81.92
(2) 토의 사항
1) 온도-기전력의 그래프를 작성하여 그 상관관계를 분석하시오.
표를 분석해서 그래프를 그려보았다. 그래프를 그려본 결과 K형은 정상적으로 실험이 진행됨을 보여주지만 J형,T형은 실험중간에 약간의 오차가 발생하였음이 나타났다. K형,J형,T형 처음에 모두 같은 온도에서 시작하였으나 유난히 J형은 온도에 비해 기전력이 높게 나타남을 알 수 있다. 또 J형 그래프에서 변환온도 막대에서의 약간의 오차가 눈에 띈다. 온도 변화에 따른 기전력의 변화(기울기)는 J가 가장 크게 나타났고, T,K순으로 나타났다. 그러므로 정확한 온도를 측정하기 위해서는 기울기가 가장큰 J형은 쓰는 것이 가장 좋다고 할 수 있다.
2)표준 온도계, 휴대용 온도계, 열전대로부터 측정된 온도의 일치성에 대해여 설명하시오.
표준 온도계와 휴대용 온도계는 거의 비슷한 온도를 나타내었지만 실험이 진행됨에 따라 이 둘 온도계와 열전대에서부터 측정된 변환온도 사이에 차이가 점점 벌어지게 되었다. 그래프를 참고해보면 유난히 검은색 막대(변환온도)만 표준 온도계와 휴대용 온도계의 값과 다르다는 것을 알 수 있다.
3) 실험의 반복성, 오차 및 불확실성등에 대하여도 분석하시오.
1. 열전대의 전압차는 열전대 양단의 온도차를 나타내므로 온도 측정의 정밀도는 전압측정과 함께 기준접점의 온도를 얼마나 정확하게 알고 있는가에 따라 결정된다. 그러나 실험이 진행됨에 따라 얼음이 녹게되고 처음에 기준으로 잡았던 실내온도가 바뀌게 되면 기준접점이 바뀔수 있다. 그러므로 오차가 발생할 소지가 있다.
2. 표준온도계의 온도값는 사람마다 보는 방향에 따라 다른 값으로 읽을 수 있기 때문에 오차가 발생 할 수 있다.
3. 휴대용 온도계의 온도 표시가 소수점까지 표시되지 않아서 미약하지만 크게는 1정도 오차가 나타날 수 있다.
4. 가열블럭과 대기온도와의 기전력을 측정할 때 대기에 노출된 열전대를 사람 손으로 잡고 실험을 진행하였기 때문에 사람의 온기가 대기에 노출된 열전에대 영향을 미칠 수도 있었으며 사람의 손으로 잡고 있었기 때문에 완전히 고정된 상태가 아니라서 정확한 측정치를 읽어내는데 있어 오차가 발생할 수 있다.
5. 열전대 자체의 문제로 流電 기전력(galvanic emf)과 변형에 의한 기전력(strain- induced emf)을 들 수 있다. 열전대는 극성이 다른 전압원의 쌍이 존재하기 때문에 전해물질이 있는 경우에는 유전 기전력이 발생할 수 있다. Iron-constantan의 경우에는 이 효과가 가장 크게 나타나서 전해질 속에 담가두었을 때 약 250 mV를 발생시킨다. K형, 또는 T형 열전대는 이 효과가 크지 않은 것으로 알려져 있다.
6. K형 열전대는 변형에 매우 민감하여 늘어나거나 하는 등의 냉각 변형이 일어나면 보정을 새로 해 주어야 한다.
7. 오차는 길다란 열전대 도선의 중간에 부분단락(partial shunt)이 있는 경우에도 나타난다. 도선의 절연 재질이 일부 파손되어 저항을 갖고 연결되어 있기 때문이다.
4) 실험장치의 개선이 필요할 경우 제안하시로.
1. 실험에서 사용되었던 비커 대용의 물질은 금속이므로 열전달이 매우 뛰어나다. 그러므로 비커속에 있는 얼음도 그만큼 쉽게 녹을 수 있다는 말이 된다. 비커를 단열재(스티로폼 등)으로 만들어 실험을 하게 된다면 얼음이 잘녹지 않아 오차가 훨씬 줄어들 것이라고 생각한다.
2. 대기중에 노출된 열전대의 한쪽 끝을 고정할 수 있는 고정대가 있었으면 좋겠다. 위에서 말한바와 같이 사람의 손으로 잡고 있게 되어 조금이라도 진동하게 되면 정확한 측정값을 읽어내기 힘들기 때문에 고정대가 있었으면 좋겠다.

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