연료전지(Fuel Cell)와 열전대(Thermocouple)의 구조 및 작동원리

소개글

연료전지(Fuel Cell)와 열전대(Thermocouple)의 구조 및 작동원리에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Fuel Cell의 구조 및 작동원리

2. T·C (Thermocouple)의 구조 및 작동원리

3. Reference

본문내용

측정하는 크로멜-알루멜 등 여러 가지가 있다.
열전대의 분류는 종류기호, 허용차의 등급, 소선의 선지름, 보호관 바깥지름의 길이(보호관이 있는 경우), 보호관 재질, 명칭(보호관이 있는 경우, 보호관 있는 열전대)에 따른다.
② 열전대의 종류
열전대를 구성하는 소선은 고온에 접촉하므로 다음의 조건을 만족하여야 한다.
ⓐ 열기전력이 클 것.
ⓑ 온도-열기전력 특성의 분산이 작을 것.
ⓒ 열기전력 특성이 연속적이고 직선적일 것.
ⓓ 열적, 화학적, 기계적으로 안정할 것.
ⓔ 경시변화가 적을 것.
ⓕ 가공이 쉽고 가격이 저렴할 것.
현재 널리 사용되고 있는 열전대로는 구성 재료에 따라 B, R, S, K, E, J, T의 7종류로 규격화되어 있다. 다음의 표는 열전대의 구성에 따른 사용온도 범위와 특징을 보여준다.
기호
+
-
온도범위(℃)
특 징
K
크로멜
알루멜
-200~+1,000
열기전력의 직선성이 좋고, 내산화성이 양호, 환원성 분위기에 약함.
E
크로멜
콘스탄탄
-200~+700
K에 비해 저렴, 열기전력이 큼, 환원성 분위기에 약함.
J
철
콘스탄탄
-200~+600
K와 E에 비해 저렴, 열기전력의 직선성이 양호, 품질특성의 변동이 크고, 녹에 약함.
T
구리
콘스탄탄
-200~-300
가격이 저렴, 저온 특성이 좋다. 균질성이 좋고, 환원성 분위기에 적합, 열전도 오차가 크다.
R
백금로듐 13%
백금
0~+1,400
안정성이 좋고, 분산이나 열화도 적다. 표준 열전대로 적합, 산화성 분위기에 강함, 강도가 좋지 않다. 0℃이하 저온 측정이 불가. 환원성 분위기에 약하고, 가격이 비쌈.
S
백금로듐 10%
백금
0~+1,400
B
백금로듐 30%
백금
+300~+1,500
상온의 열기전력이 매우 적음, 보상도선이 불필요, 가격이 고가.
크로멜 = 니켈크롬 합금, 알루멜 = 니켈알루미늄 합금, 콘스탄탄 = 니켈구리 합금
③ 보호관의 사용
한편, 열전대는 측온 접점이나 소선이 피측온물, 분위기 등에 직접 접촉하지 않도록 보호하기 위한 보호관의 사용에 따라 그림 14-6과 같은 종류가 있어 필요에 따라 선택할 수 있다.
그림 (a)는 물체 표면의 온도가 비교적 낮은 경우에 측정할 수 있고, (b)는 보호관이 있는 경우로 실험실 등에서는 소선만 사용하는 경우도 있으나 공업용에서는 기계적 강도, 내열성, 내식성 등의 목적 때문에 보호관에 넣어 사용한다. 보호관이 있는 열전대는 단자, 보호관, 열전대 소선으로 구성되어 있다. 보호관에는 스테인리스 등을 사용한 금속 보호관과 알루미늄자기 등의 비금속 보호관이 있다. 또한 고온이나 환경조건이 나쁜 곳에서도 사용하도록(c)와 같이, 금속관(금속 시스) 속에 열전대 소선을 넣고 그 주위에 절연물을 단단하게 채우고 열전대 소선간 및 금속 시스와 열전대간을 절연함과 동시에 소선을 기밀상태로 해서 부식과 열화를 방지한 시스형이 있다. 이것은 보호관 있는 열전대에 비해 응답이 빠르고 내열성이나 내진성이 우수하며, 어느 정도의 굽힘도 가능하다. 외형 치수는 0.2~8mm 정도의 것이 있으며 피측정체에 납땜해서 사용할 수도 있다.
④ 보상도선
열전대를 이용온도를 측정하는 데는 열전대를 계기에 직접 접속하는 것이 이상적이나, 측정점과 계기 사이의 거리가 먼 경우, 열전대 소선을 계기까지 연장하면 가격이 높아지게 된다. 따라서 열전대와 동일하거나 유사한 특성을 가진 도선을 이용한다. 이 도선을 ‘보상도선’이라 한다. 보상도선은 상온을 포함한 상당한 온도범위에서 조합하여 사용하는 열전대와 거의 동일한 열기전력 특성을 가지고, 열전대와 기준 접점 사이를 이것에 의해 접속하고, 열전대의 접속부분과 기준 접점의 온도차를 보상하기 위하여 사용하는 한 쌍의 도체에 절연을 하도록 한다. 열전대와 보상도선의 접속은 열전대의 +각을 보상도선의 +쪽 심선에, 열전대의 -각을 보상도선의 -쪽 심선에 접속하여야 한다.
⑶ 열전대형 계기
기본적인 열전대형 계기(熱傳對型計器 : thermocouple meter)는 발열체(heater : 보통 가는 선으로 만듬), 열전대(thermocouple), 그리고 PMMC 계기로 구성된다. 이 계측기는 교류와 직류 측정에 모두 사용할 수 있다. 열전대형 계기의 가장 매력적인 특징은 그것이 초고주파의 교류 측정에도 사용될 수 있다는 것이다. 사실상 이 계측기는 50㎒ 이상에서도 매우 정확하다.
그림 7.29는 가장 기본적인 열전대형 계기를 나타낸 것이다. 접합해놓은 이 한쌍의 금속을 열전대라고 부르며, 온도가 높은 접합을 열접점(hot junction), 낮은 접점을 냉접점(cold junction) 이라고 한다. 열전대의 재료로는 동-콘스탄탄(copper-constantan), 철-콘스탄탄(Fe-constantan) 또는 망가닌-콘스탄탄(Mn-constantan) 등이 사용된다.
열전대와 발열체는 열적으로는 결합되어야 하나 전기적으로는 절연되어야 한다. 열선으로는 백금, 콘스탄탄 또는 니켈 등이 사용된다.
저항 R인 열선 H에 피측정 전류를 흘리면 열선은 저항손 (IR)에 의해 발열하므로 온도가 상승한다. 열전대의 접점에 발생하는 전위차는 접점 온도의 함수이므로, 열전대에는 피측정 전류의 제곱(I)에 비례하는 열기전력이 발생하고, 이를 가동 코일형 계기로 측정함으로써 피측정 전류의 값을 알 수 있다. 피측정 전류가 교류인 경우 열선은 전류의 순서값의 제곱(i)에 비례하는 열량을 발생하지만, 열선의 온도는 발생열량의 변화에 따르지 않고 전류 실효값의 제곱에 비례하는 값으로 된다. 따라서, 가동 코일형 계기의 지시는, 피측정 전류의 제곱에 비례하는 값을 나타내므로 눈금은 제곱눈금으로 되어 낮은 눈금 부분에서는 조밀하고 높은 눈금 부분에서는 넓게 분포한다. 열전대형 계측기는 광범위한 전류(약 1 ~ 50㎃)의 측정이 가능하다.
3. Reference
전력발생공학 / 박규홍 저 / 동일출판사. page 428~435
전자측정시스템 / 민남기 저 / 사이텍 미디어. page 172~173
전기자기학 / 임헌찬 저 / 동일출판사. page 175
유공압과 센서기술 / 曺秉岐, 姜馨善 공저 / 보문당. page 205~209

키워드

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