[반응속도공학] 열전대를 이용한 온도 측정 : 열전대의 원리를 이해하고, 열전대의 종류를 공부해보며 사용방법을 익힌다, 온도를 측정하는 센서중 하나인 열전대를 이용하여 온도를 측정해본다

소개글

[반응속도공학] 열전대를 이용한 온도 측정 : 열전대의 원리를 이해하고, 열전대의 종류를 공부해보며 사용방법을 익힌다, 온도를 측정하는 센서중 하나인 열전대를 이용하여 온도를 측정해본다에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론

3. 실험 내용

4. 실험장치 및 준비물

5. 실험방법

6. 실험결과 및 고찰

본문내용

음극선과 결합한 열전대이다. 다른 특징은 R타입과 동일하다.
N
Ni-Cr/Ni-Si
니크로실(+) 나이실(-)로 불리우며, K열전대와 조성 및 특징이 대단히 비슷한 열전대이다. K열전대의 개량형으로서 규소의 첨가량을 늘려 내열성이 높다.
T
Cu/Cu-Ni
순 구리의 양극선을 구리와 니켈 합금의 음극선과 결합한 열전대이다. 고정밀도는 300℃이하에서 얻어지며, -200℃~-100℃의 저온에 적합하다. 약한 산화성과 환원성 분위기에서 사용하기에 적합하다.
E
Ni-Cu/Cu-Ni
열전대 K의 양극선을 열전대 J의 음극선과 결합한 열전대이다. 본 열전대는 표면 온도가 높고, 산화 환경에서 사용하기 적합하다.
2) 열전대 제작 원리 및 온도 측정 원리
열전대는 1821년 Thomas J Seebeck이 발견한 것으로 서로 다른 두 금속으로 폐회로를 구성하고, 양접점에 온도차를 주었을때 온도차가 없으면 각 선 전위차가 없으나, 양간간에 온도차를 주면은 양접점에는 접촉 전위차 불평형이 발생하면서 저온측 접합점으로 부터 고온측으로 열전류가 이동하게 되는 것이다. 이와 같은 효과를 제벡효과(Seebeck effect) 라고 하며 발생되는 전류를 열기전력이라 한다.
제백효과를 이용 하여 한쪽을 일정한 기준점으로 만들고 측정하고자 하는 고온측을 미지온도차로 하면 측정하고자 하는 접속점의 온도가 변하면 미지의 온도에 대응되는 열기전력만을 정확히 측정함으로써 공업적으로 양측 변화측정이 아닌 온도측정 개념이 되는 것이다.
3) 측정한 기전력을 EMF 식을 이용하여 온도로 변환한다.
측정된 기전력
온도
J-type
2.4mV
47℃
K-type
2.1mV
52℃
(위의 EMF표를 이용해 온도로 변환)
4) 고찰
본 실험에서는 전선을 구성하고 있는 다른 두 금속선의 기전력 차이를 전압 측정기를 이용해 측정하였고, 측정한 Volt값을 EMF식 표를 이용하여 물의 온도를 알아 낼 수 있었다.
앞의 실험 결과를 보면 J-type과 K-type을 이용해 전압을 측정하고 온도로 변환한 값이 나타나있는데 두 값은 5℃의 차이가 있다. 이와 같은 오차가 발생한 이유를 생각해보았다.
첫째로, 열전대를 제작할 때 사용되는 전선의 상태에 따라 달라질 것이라 생각하였다. 두 전선 중 K-type의 오차발생요소가 많다. 먼저, 산소분압이 낮은 조건에서 Chrome의 열화라 불리는 Cr선택 산화현상이 생겨서 기전력이 크게 저하하여 오차가 생길 수 있다. 그리고 단범위 규격화 오차가 발생하는데, 단범위 규격화 오차는 온도 250∼550℃ 범위에서 사용시 초기에 정방향의 커다란 드리프트가 가열 또는 냉각이 양쪽에 발생되는 현상으로써 원인은 Cr의 원자배열 변태현상에 따라 제벡지수가 변화하여 열전대 특성이 1∼1.5％ 증가하는 현상으로 그만큼 오차가 발생된다. 또 자기효과에 의한 오차로서 직교하는 온도분포와 자장공간 내에 설치된 도체에는 양방향 의 직각인 제 3의 방향으로 기전력이 발생하는 현상으로서 -극성인 자성체 알루멜선은 150 ℃ 이하에서는 측정온도의 10％정도로 자속밀도 B의 극성에 따라 정·역으로 급증·급감하는 오차가 발생한다.
둘째로, 실험 조건에 의해 달라질 것이라 생각하였다. 온도를 측정하고자 하는 물에 열이 가해짐과 동시에 상온에 노출된 표면에서 물이 식혀지고 있으므로 일정한 온도로 유지되지 않을 것이라고 생각하였다.
이 외에도 열전대의 오차 발생 원인은 이물질과의 혼합, 열전대의 자체 특성, 열전대의 길이 차이와 기타 장치들의 오차로 유발된다. 이 오차를 수정하지 않으면 정확한 온도를 측정할 수 없기 때문에 실험 전에 반드시 조절이 가능한 조건을 동일하게 맞춘 뒤 실험을 진행해야한다.

키워드

반응속도공학,   열전대,   온도 측정,   실험결과,   열전대의 원리,   열전대의 종류,   열전대 구성성분,   열전대를 이용한 온도 측정