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목차
1. 실험목적
2. 이론적 배경
3. 실험방법
4. 실험결과
2. 이론적 배경
3. 실험방법
4. 실험결과
본문내용
형태
이용되는 금속은 비한 금속(예:Fe, Cu, Ni와 이들의 합금)과 귀금속 (예:Pt)으로 나눌 수 있다. 비한 금속의 열전대들은 2 이내의 오차를 갖고 약 1200 까지 사 용되는 반면, 귀금속은 고가이지만 고온에서 3 이내 오차를 갖고 약 1600 까지 사용할 수 있다. 비금속은 고가이지만 고온에서 3 이내 오차를 갖고 약1600 까지 사용할 수 있다. 비금속쌍에 의해서 생선된 기전력은 백금쌍의 약 4배이다. 또한 가격이 싸면, 굵고, 강한 비금속선은 낮은 회로저항과 긴 수명으로부터 전도되어질 것이다. 그러나 귀금속은 더 순수하게, 더 균일한 형태로 이용되어질 수 있고,
귀금속쌍들에 비해 고온에서 더 오랜 수명을 갖는다. 열접점에서 금속질량이 작아 질수록 온도의 변화에 따른 그 쌍의 감도가 커진다. 공업용기기로서 열전대는 고온 접점이 간단하고 강한 구조를 이루며 파괴되더라도 쉽게 대체될 수 있다는 장점이 있다.
용융금속의 온도를 측정하기 위해서는 선을 연결하지 않은 상태로 용융금속에 넣 는데 그 이유는 용융금속이 회로를 형성하며, 신속한 측정을 할 수 있기 때문이다.
일정한 온도에서 열전대의 끝이 접합되지 않도록 유지해야만 한다. 실험실에서는 순수한 얼음과 물에 섞은 것을 넣은 보온병(열원으로부터 멀리 떨어진)안에 그 끝 을 담궈서 0 로 보정할 수 있다. 그러나 이방법은 공업적으로는 편리하지 않고, 보통은 "보상선"을 통해 열로부터 멀리 떨어진 위치(예:기록실)로 냉접점을 이동할 수 있다. 보상선은 열전대선과 같은 열전기적인 특징을 가지고 있다.
chromel-alumel 열전대에서는 Cu-콘스탄탄 보상선이 사용되며 기전력 측정장치와 연결되어 있다. 기기를 섭씨온도로 보정하려면 Cu-콘스탄탄 보상선은 냉접점이 실 제온도(대개는 실내온도)로 고정된다.
미리 지적한 바와 같이 열전대에 의하여 발생한 기전력은 밀리전압계 또는 전위차 계에 의해서 측정된다. 밀리전압계는 전기적 저항이 커야 하며 지시형이거나 또는 기록형이다. 좀더 정확한 기전력의 측정은 전위차계의 사용을 통해 가능하다. 이것의 원리는 그림5.8에 나타나 있다. 회로는 검류계가 0을 나타낼 때까지 가변 저항 Rv를 조정하여 표준전지에 대해 표준화된다. 그 다음 표준전지 스위치를 끈 다음, 열전대를 회로와 연결시킨다. 열전대에 의하여 발생된 기전력은 보상도선을 통해, 검류계에 영향(0에서 벗어남)을 주기 때문에 보정된 활추선(slide wire)을 이용, 다시 0으로 조정한다. 따라서 열전대의 기전력을 측정하고 표를 이용하여 온 도로 환산할 수 있다.
산업용 전위차계(potentiometer)에서는 회로내에서 기전력을 표준화시키고 조정하 는 것이 자동으로 이루어진다.
열전대는 사용될 조건과 유사한 회로(보상선을 가진)에서 미리 보정하여야 한다. 열전대는 미리 정확도를 알고 있는 표준 열전대나 순수한 금속의 용융점에 비교하 여 점검할 수 있다. 소형 내화도가니 내에서 금속의 산화가 일어나지 않도록 주의 하면서 용해시킨 뒤, 천천히 냉각될 수 잇도록 유리솜으로 잘 보온시킨 용기에 도 가니를 넣는다. 겉을 싼 열전대를 용융 금속에 담그고 금속이 냉각함에 따라 나타 난 기전력을 30초 간격으로 읽는다. 특정 금속에 대한 냉각곡선을 그리기 위해 시 감에 대한 밀리볼트의 변화를 얻어낸다. 곡선의 수평부분은 특정한 금속에 대한 응 고점에 상응한 기전력을 나타낸다. 냉각시 단위 기전력의 감소를 시간에 대해 나타 내므로써 냉각속도곡선도 그릴 수 있다. 이로부터 용융된 순금속들의 응고점에 상 응하는 일련의 기전력값이 얻어지며 열전대를 보정할 수 있는 그래프를 그릴 수 있 다.
열전대는 부정확한 보정에 의해 야기되는 측정오차 외에도 다음과 같은 다른오 차가 생길 수 있다.
1. 열전대선의 취성을 야기시키고 열전기적 효과를 변화시키는 오염
2. 회로의 부적합한 연결이나 전기의 누전
3. 냉접점 온도의 부적절한 제어
4. 열전대의 설치 위치, 보호관 두께 : 열전대는 노의 내부에서 적당한 거리까지 삽입되어야 하며, 수평으로 설치한 열전대는 충분히 매달릴 수 있도록 해야 한다. 특히 열전대는 화염이 직접 닿는 부분을 피해서 설치해야 한다. 또 보호 관이 두꺼우면 측정시간의 지연되며 온도변화가 심한 곳에서는 더욱 문제시 된 다.
5. 측정기기의 설치 위치 : 측정기기는 진도이나 열에 의해서 영향을 받지 않는 위 치에 설치해야 한다. 보상선은 노에서 멀리 떨어진 위치에 측정기기를 설치할 수 있을 만큼 충분히 길어야 한다.
이용되는 금속은 비한 금속(예:Fe, Cu, Ni와 이들의 합금)과 귀금속 (예:Pt)으로 나눌 수 있다. 비한 금속의 열전대들은 2 이내의 오차를 갖고 약 1200 까지 사 용되는 반면, 귀금속은 고가이지만 고온에서 3 이내 오차를 갖고 약 1600 까지 사용할 수 있다. 비금속은 고가이지만 고온에서 3 이내 오차를 갖고 약1600 까지 사용할 수 있다. 비금속쌍에 의해서 생선된 기전력은 백금쌍의 약 4배이다. 또한 가격이 싸면, 굵고, 강한 비금속선은 낮은 회로저항과 긴 수명으로부터 전도되어질 것이다. 그러나 귀금속은 더 순수하게, 더 균일한 형태로 이용되어질 수 있고,
귀금속쌍들에 비해 고온에서 더 오랜 수명을 갖는다. 열접점에서 금속질량이 작아 질수록 온도의 변화에 따른 그 쌍의 감도가 커진다. 공업용기기로서 열전대는 고온 접점이 간단하고 강한 구조를 이루며 파괴되더라도 쉽게 대체될 수 있다는 장점이 있다.
용융금속의 온도를 측정하기 위해서는 선을 연결하지 않은 상태로 용융금속에 넣 는데 그 이유는 용융금속이 회로를 형성하며, 신속한 측정을 할 수 있기 때문이다.
일정한 온도에서 열전대의 끝이 접합되지 않도록 유지해야만 한다. 실험실에서는 순수한 얼음과 물에 섞은 것을 넣은 보온병(열원으로부터 멀리 떨어진)안에 그 끝 을 담궈서 0 로 보정할 수 있다. 그러나 이방법은 공업적으로는 편리하지 않고, 보통은 "보상선"을 통해 열로부터 멀리 떨어진 위치(예:기록실)로 냉접점을 이동할 수 있다. 보상선은 열전대선과 같은 열전기적인 특징을 가지고 있다.
chromel-alumel 열전대에서는 Cu-콘스탄탄 보상선이 사용되며 기전력 측정장치와 연결되어 있다. 기기를 섭씨온도로 보정하려면 Cu-콘스탄탄 보상선은 냉접점이 실 제온도(대개는 실내온도)로 고정된다.
미리 지적한 바와 같이 열전대에 의하여 발생한 기전력은 밀리전압계 또는 전위차 계에 의해서 측정된다. 밀리전압계는 전기적 저항이 커야 하며 지시형이거나 또는 기록형이다. 좀더 정확한 기전력의 측정은 전위차계의 사용을 통해 가능하다. 이것의 원리는 그림5.8에 나타나 있다. 회로는 검류계가 0을 나타낼 때까지 가변 저항 Rv를 조정하여 표준전지에 대해 표준화된다. 그 다음 표준전지 스위치를 끈 다음, 열전대를 회로와 연결시킨다. 열전대에 의하여 발생된 기전력은 보상도선을 통해, 검류계에 영향(0에서 벗어남)을 주기 때문에 보정된 활추선(slide wire)을 이용, 다시 0으로 조정한다. 따라서 열전대의 기전력을 측정하고 표를 이용하여 온 도로 환산할 수 있다.
산업용 전위차계(potentiometer)에서는 회로내에서 기전력을 표준화시키고 조정하 는 것이 자동으로 이루어진다.
열전대는 사용될 조건과 유사한 회로(보상선을 가진)에서 미리 보정하여야 한다. 열전대는 미리 정확도를 알고 있는 표준 열전대나 순수한 금속의 용융점에 비교하 여 점검할 수 있다. 소형 내화도가니 내에서 금속의 산화가 일어나지 않도록 주의 하면서 용해시킨 뒤, 천천히 냉각될 수 잇도록 유리솜으로 잘 보온시킨 용기에 도 가니를 넣는다. 겉을 싼 열전대를 용융 금속에 담그고 금속이 냉각함에 따라 나타 난 기전력을 30초 간격으로 읽는다. 특정 금속에 대한 냉각곡선을 그리기 위해 시 감에 대한 밀리볼트의 변화를 얻어낸다. 곡선의 수평부분은 특정한 금속에 대한 응 고점에 상응한 기전력을 나타낸다. 냉각시 단위 기전력의 감소를 시간에 대해 나타 내므로써 냉각속도곡선도 그릴 수 있다. 이로부터 용융된 순금속들의 응고점에 상 응하는 일련의 기전력값이 얻어지며 열전대를 보정할 수 있는 그래프를 그릴 수 있 다.
열전대는 부정확한 보정에 의해 야기되는 측정오차 외에도 다음과 같은 다른오 차가 생길 수 있다.
1. 열전대선의 취성을 야기시키고 열전기적 효과를 변화시키는 오염
2. 회로의 부적합한 연결이나 전기의 누전
3. 냉접점 온도의 부적절한 제어
4. 열전대의 설치 위치, 보호관 두께 : 열전대는 노의 내부에서 적당한 거리까지 삽입되어야 하며, 수평으로 설치한 열전대는 충분히 매달릴 수 있도록 해야 한다. 특히 열전대는 화염이 직접 닿는 부분을 피해서 설치해야 한다. 또 보호 관이 두꺼우면 측정시간의 지연되며 온도변화가 심한 곳에서는 더욱 문제시 된 다.
5. 측정기기의 설치 위치 : 측정기기는 진도이나 열에 의해서 영향을 받지 않는 위 치에 설치해야 한다. 보상선은 노에서 멀리 떨어진 위치에 측정기기를 설치할 수 있을 만큼 충분히 길어야 한다.
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- 등록일2004.03.25
- 저작시기2004.03
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- 자료번호#244965
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