Thermocouple 제작 및 온도측정

소개글

Thermocouple 제작 및 온도측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 실험제목

Ⅱ. 목 적

Ⅲ. 준 비 물

Ⅳ. 이론적 배경

Ⅴ. 방 법

Ⅵ. 결 과

Ⅶ. 고 찰

본문내용

위기에는 약해서 기전력이 현저히 저하한다. R열전대와는 달리 금속증기에 대해서는 강하고 보호관을 금속보호관으로 사용할 수 있다.
K열전대는 1000℃ 정도의 고온에서 공업적으로 가장 많이 사용되는 종류이나 최근 산업의 다양화에 따라 새롭게 인식되는 다음과 같은 문제도 발생되고 있다.
1) 단범위 규격화 오차가 발생하는데, 단범위 규칙칙화 오차는 온도 250∼550℃ 범위에서 사용 초기시 정방향의 커다란 드리프트가 가열, 냉각 양쪽에 발생되는 현상으로써 원인은 (+)측 소선인 크로멜의 원자 배열의 변태 현상에 따른 제벡지수가 변화 곧 열전대 특성이 1∼1.5％ 증가하는 현상으로서 그 만큼 오차가 된다.
2) 자기효과에 의한 오차로서 직교하는 온도분포와 자장공간내에 설치된 도체에는 양방향의 직각인 제 3의 방향으로 기전력이 발생하는 현상으로서 (-)극성인 자성체 알루멜선은 150℃ 이하에서는 측정온도의 10％정도로 자속밀도 B의 극성에 따라 정역으로 급,증감하는 오차가 발생하는 현상으로 즉 온도의 자기 의존성 오차이다.
3) K 열전대는 소선의 외관상 크로멜측은 비자성체로써 다소 푸른빛을 띠고 있으며,(-)측 소선인 알루멜은 자성체로 어둡다. 또한 알루멜측은 내열적으로 약하기 때문에 선단부에서 알루멜을 중심으로 크로멜을 둥글게 감아 용접하기도 한다.
4. Pb-Sn Phase Dagram
Ⅵ. 실험방법
1. 알루미늄 합금과 크롬 합금 선을 1m 정도 자른다.
2. 두선 끝을 토치로 가열하여 용접해 붙인다.
3. 두선이 닿지 않게 하기위해서 애자를 끼운다. 두선이 닿게 되면 온도 값이 상이하게 나오게 된다.
4. 용접 부 반대편에는 Digital Type K Thermometer를 연결하는데 (-)에는 Al합금을 연결하고 (+)에는 Cr합금을 연결한다.
5. 연결 후에는 보정 작업을 하기 위해서 얼음물과 뜨거운 물에 차례로 넣어서 온도 보정을 하게 된다. 이때 물에 담글 때 에는 석영관에 넣은 후에 온도 측정을 한다.
6. 금속 화합물 온도 측정을 한다. 이때 10초 단위로 온도를 측정한다.
7. 측정한 온도 값은 Pb-Sn합금의 상태도를 이용하여 두 금속의 조성비를 알아 본다.
8. 실험값을 통해 냉각 그래프를 그리고 냉각그래프를 통해서 금속의 응고점과 금속이 응고 시에 과냉 여부를 알아보자
Ⅶ. 결 과
1. 끓는 물과 얼음 물에서의 온도 측정
수은 온도계
Thermocouple
보정값
끓는 물
100 ℃
99.8 ℃
+0.2 ℃
얼음 물
0.5 ℃
1.1℃
-0.6 ℃
※ 얼음물과 뜨거운 물을 측정결과 수은 온도계와의 온도차가 +0.2℃, -0.6℃가 나왔으므로 온도 측정시 온도 보정을 해주고 측정해야 한다.
2. Pb-Sn 합금의 조성
합금 A
합금 B
시 간 (s)
530~790 s
890~960 s
온 도 (℃)
230 ℃
183 ℃
조 성 (w%)
Pb:42w%, Sn:48w%
Pb:61.9w%, Sn:38.1w%
※ Pb-Sn 합금의 응고온도 측정은 다른 두 개의 Thermocouple 사용하였다.
그러므로 보정값 차이가 다소 었었다.
3. Pb-Sn 합금의 측정 값의 온도 그래프
Ⅷ. 고 찰
이번 실험은 열전기력을 이용해서 온도측정을 할 수 있는 열전대를 만들어 보고,열전대를 이용하여 고온의 용융금속을 측정한다. 냉각곡선을 작성하고 금속의 응고점과 응고점의 응고 잠열로 인한 온도의 평형상태에서의 상태도를 이용하여 두 금속의 합금의 조성을 알아보는 실험이었다. 실험을 통해서 금속이 응고시에는 응고점 보다 낮은 온도까지 내려갔다가 응고 잠열로 인해 다시 응고 온도까지 상승하는 것을 알 수 있었다.
합금 A는 약 530~790초 동안 230℃ 에서 온도의 평형상태가 나타남을 확인 할 수 있었으며 이것은 금속이 융해 과정에서 흡수한 열량과 똑같은 양의 잠열을 발생하기 때문이다. 응고 잠열로 온도가 상승하여 공정온도를 유지한 이유일 것이다. 그리고 800초가 지난 후에는 금속의 온도가 서서히 낮아지는 것을 볼 수 있었는데 이것은 금속이 점점 액체에서 고체 상태로 상 변태가 일어나고 있는 상태이다.
합금 B는 890~960초 동안 180℃에서 온도의 평형상태가 나타남을 확인 할 수 있었으며, 820초 부근 온도가 용융점 보다 6℃가 낮은 174℃ 까지 떨어지는 것을 볼 수 있는데 이것은 응고점에서 고상의 생성이 억제되는 경우가 있다. 평형응고온도 이하까지 액상이 냉각되는 현상을 과냉(supercooling, undercoling)라고 한다. 응고 온도 이하 ΔT 만큼 과냉되면 소상의 핵생성이 급속히 일어나게 되며 응고에 따른 용융잠열의 방출에 의해 다시 평행 온도까지 온도가 상승하게 된다. 그래서 820초 사이의 온도 변화가 온도가 내려갔다가 다시 올라오는 과냉 현상이 일어 내게 된 것이다.
열전대 만드는 과정에서 토치로 용접 작업이 있었는데 이때 화상의 위험이 있으므로 안전 장비 착용이 필요 할 것이고 열전대는 보정 작업이 아주 중요하다. 이 실험의 작업 중 중요한 부분이 열전대의 보정 작업일 것이다. 얼음물과 뜨거운 물에서의 보정작업이 제대로 이루어지지 않는다면 용융금속의 온도 측정값 또한 오차가 너무 커지며 실험값으로의 의미가 없게 된다. 그리고 열전대의 두 금속은 화학적 성질이 달라야하는데 이것은 온도에 따른 전자의 움직임이 달라야 온도 측정이 이루어 질수 있고 두 금속 선데 애자를 끼우는데 이것은 두 금속선의 끝에서 온도 측정을 해야 하나 중간에서 두 금속선이 닿게 되면 중간에서의 온도 값을 thermometer가 측정을 하게 된다.
열전대의 온도차가 발생하였는데 오차원인에는 열전대의 길이, 애자, 두 금속간의 접점에서 발생되었다. 그리고 측정시에 시험관속에 넣어서 온도를 측정하였는데 시험관에 외부공기의 유출입으로 온도의 차가 발생되었다.
실험시 주의 사항은 뜨거운 용융금속의 사용과 토치사용으로 화상을 주의하여야 하며 열전대의 두 금속선이 닿지 않게 하고 용융 금속의 온도 측정시 용탕안에서 열전대가 움직이지 않게 한자리에 고정해서 있어야 한다. 금속의 표면과 내부의 냉각 속도가 다르기 때문에 위치가 변할 경우 측정값이 다르게 나올수 있게 된다.

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