(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 온도측정

소개글

(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 온도측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

온 도 측 정

1. 실험목적
열전대를 이용한 온도 측정.

2. 실험이론
2.1 열전 온도계 (thermoelectic thermometer)의 원리
(1) 열전대 (thermocouple)의 원리
(2) 열전대 회로에 대한 제 법칙 (그림 2 참조)
(3) 열전대의 재료와 종류
(4) 그 외 열전대
2.2. 열전대의 특징
2.3. 열전대를 이용한 온도 측정
열전대 회로에서 발생하는 기전력
2.4 열전대 사용상 주의사항

3. 전위차계
3.1 전위차계의 사양 및 작동법
3.2 전위차계에 의한 기전력 측정

4. 실험방법
4.1 실험준비물 : 열전대 K, J, T type (직경0.3mm, 길이1m), 빙점조
4.2 실험장비 : 표준온도계, 휴대용 온도계, 전위차계
4.3 실험장치
4.4 실험순서 :
(1) 예비실험
(2) 본 실험

6. 실험 결과 및 토의
실내온도 : 22.3
(1) 실험 결과

7. 토의 사항
(1) 각 열전대의 발생 기전력을 온도의 함수로 도시
(2) 표준온도계, 휴대용 온도계, 열전대로부터 측정된 온도의 일치성에 대하여 설명하시오.
(3) 실험의 반복성, 오차 및 불확실성등에 대하여 분석하시오.
(4) 실험장치의 개선이 필요할 경우 제안하시오.
(5) 열전대의 응용 방법에 대하여 고찰하시오.

본문내용

.98
7.79
8.41
6.90
7.57
7.84
9.33
7.92
7.90
8.20
위 오차는 휴대용 온도계를 기준으로 한 기전력 변환 온도의 오차이다.
이번 실험에서 K형 열전대는 2.85 ~ 4.37 % 의 오차를 보였고, J형 열전대는 1.43 ~ 4.54 %의 오차를 보였으며, T형 열전대는 6.90 ~ 9.33 % 의 오차를 보였다.
왜 이런 오차가 발생하였는지 분석해보면, 우선 가장 기본적으로 실험장치의 사용에 있어 미숙한 점을 들 수 있다. 계측 및 신호처리와 같은 실험과목은 3학년 이전에는 들을 수 없는 과목이기 때문에 실험 장치를 다루는데에 익숙하지 않기 때문에 오차를 줄이지 못한 것 같다.
두 번째 오차의 원인으로는 정상상태를 생각할 수 있다. 흔히 이론적으로는 정상상태를 가정하는 것이 정말 쉽지만 실제로 정상상태를 만드는 것은 생각보다 매우 까다로운 일이다. 한 상태를 꾸준히 유지하기에는 많은 변수들이 존재하고, 계속 상황이 변화하기 때문에 제대로 정상상태를 만들지 못한 점이 아주 큰 오차의 원인이 되었다. 이번 실험에서도 정상상태가 됐다고 느껴졌을 때에도 시간이 지나면 온도가 변하는 것을 볼 수 있었으며, 열전대를 바꾸는 과정에서 대류가 일어나서인지 전선을 바꿀 때 마다 온도가 약간씩 변화하기도 했다. 그리고 실험을 하면서 다른 조의 실험으로 인해 실험실 내부 온도가 올라간 것도 정상상태를 깨트리는 요인으로 작용했다고 생각한다.
세 번째는 구리 블록 안에서의 온도 분포가 위치마다 다르게 나타났을 것이다. 구리 블록의 중심점에서부터 외부 공기로의 열전달이 일어나는데, 그것으로 인해 구리 블록 내부의 온도가 하나의 값으로 나오는 것이 아니라 위치마다 달랐을 것이다. 그렇게 위치마다 온도가 다른 상황에서 다른 접점을 통해 온도를 쟀기 때문에 각 온도계 사이의 온도값 차이를 일으킨 것으로 판단된다.
네 번째 오차의 원인으로는 실험 장치의 결함이라고 생각한다. 실험 장치 중에 전압조정기가 낡아서 그런지 전압을 제대로 표현해주지 못하는 것을 보아서는, 계속 일정한 전압을 발생시켰다고 생각하기도 어렵다. 그로 인해 오차가 발생했을거라 생각한다. 또한 냉각팬이 보기에도 낡아보였는데, 이렇게 되면 펜이 일정한 속도로 돌아가지 않을수도 있고, 제대로 냉각을 시켜주지 못하는 경우도 발생하기 때문에 냉각팬에도 문제가 있었다고 생각한다.
(4) 실험장치의 개선이 필요할 경우 제안하시오.
가장 개선이 필요한 장치는 전압조정기(슬라이닥스)라고 생각한다. 실험 매뉴얼에는 전압을 일정하게 증가시키면서 실험을 진행하라고 되어있지만, 처음에 전압조정기의 상태를 봤을 때 내가 지금 얼마의 전압을 걸어주고 있는지조차 정확하게 표시가 안되는 것을 보고 어쩔 수 없이 전압이 기준이 아닌 온도를 기준으로 실험을 진행하게 되었다. 그 때문에 온도를 일정하게 변화시키기 위해 전압을 미세하게 바꾸면서 실험 시간도 오래 걸리게 되었고, 또한 정확한 실험이 되지 못하였다. 다음 년도부터는 전압조정기(슬라이닥스)는 개선이 되었으면 좋겠다.
두 번째로 개선이 필요한 것은 냉각팬이다. 컴퓨터의 냉각팬은 수명이 짧은 장치이다. 컴퓨터에서 사용할 때에는 냉각팬의 수명이 짧으면 6개월까지도 된다. 하지만 실험실의 냉각팬은 모양과 상태로 보아 오래된 팬으로 보였으며, 이것 또한 정확한 실험에 방해가 되었을 것이다. 이것은 가격 또한 저렴하기 때문에 교체하는데 어려움이 없어 보인다.
마지막은 E형 열전대를 구입하는 것이다. 매뉴얼에 보면 K형, E형, J형, T형 열전대가 설명이 되어있는데 그 중 E형 열전대만 실험실에 없었다. 매뉴얼에서 설명을 읽었는데 장비가 없어 실험하지 못하여 아쉬웠다. E형 열전대도 다루어보고싶다.
(5) 열전대의 응용 방법에 대하여 고찰하시오.
정유 공장, LNG 저장 탱크에서 액면 준일을 측정하는 열전대8POINT LEVEL T/C
지너스(반도체)장비의 WAFER의 온도를 측정하는 열전대듀얼 T/C
독일제품을 국산화 하여 Ladle 밑에 부착시켜 출탕하는 쇳물속의 슬라그를 검출하는 장치SLAG SENSOR
반도체 장비에 들어 가는 열전대로 스프링 로드 형식 캐논 T/C
온도풍압용센서
고로 내부를 탐사하는 6EA T/C로 규격은 Φ6*54M ZONDE
정유공장 Heater Tube 열전대S KIN T/C
벨로우즈 스프링을 사용하여 측정벨로우즈 T/C
(출처 : http://kr.blog.yahoo.com/hathtc/1013)
- 석유화학산업에서 특히 정유공정에서는 정기적인 계획된 예방점검에 열화상온도계나 적외선온도계로 관찰, 측정을 한다. 이러한 관찰 프로그램은 공정의 가열로검사나 열전대 검증을 포함하고 있다.
(출처 :
http://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1118&docId=61538987&qb=7Je07KCE64yAIOydkeyaqSDsmKjrj4Tqs4Q=&enc=utf8§ion=kin&rank=1&search_sort=0&spq=0&pid=gh9W6g331xosstoigZGssv--134747&sid=TY9qtPJQj00AAAK5Fpo)
- 전자 체온기에도 열전대가 쓰인다. 서미스터를 이용한 전자 체온계는 측정 시에 3(V)의 전압을 가해 전류의 온도에 의한 변화를 읽고 1분 동안에 측정된다.
- 자동차의 연료잔량경보에도 열전대가 사용되고 있다. 자동차의 가솔린이 10ℓ 밖에 남아 있지 않으면 10ℓ 액면 각각의 위치에 서미스터를 고정해 두면 가솔린이 10ℓ 이상일 때는 서미스터가 냉각되어 있으나 10ℓ 이하로 되면 서미스터가 공기 중에 노출하게 되어 온도가 올라가서 전류가 많이 흘러 경고 등이 켜진다.
(위의 두가지 출처 : http://kin.naver.com/open100/detail.nhn?d1id=11&dirId=1118&docId=211514&qb=7Je07KCE64yAIOyytOyYqOq4sA==&enc=utf8§ion=kin&rank=1&search_sort=0&spq=0&pid=gh9Xvv331xRsscjRna4ssv--405569&sid=TY9qtPJQj00AAAK5Fpo)

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