열공학 실험 - 온도 측정방법, 정밀도, 온도 보정 및 오차 민감도

소개글

열공학 실험 - 온도 측정방법, 정밀도, 온도 보정 및 오차 민감도에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적 ………………………………………………………………………………·· 2

2. 이론적 해석 ……………………………………………………………………………·· 2
1) 온도
2) 온도 스케일과 고정온도
3) 열전대
4) 백금저항 온도계(PRT)
5) 서미스터 온도계(Thermistor)

3. 실험 방법 ……………………………………………………………………………… 5
1) 주의 사항
2) 운전전 점검사항
3) 운전 및 온도 측정
4) 시험완료 후 조치사항

4. 실험결과 및 분석 …………………………………………………………………… 11
1) 서미스터 온도기준 실험
2) 백금저항 온도기준 실험

5. 결론(분석 및 고찰) ………………………………………………………………… 15

6. 기타 - 열전대의 종류 ……………………………………………………………·· 16

본문내용

이드 스케일(Centigrade Scale)은 순수한 물의 얼음이 녹는점과 끓는 점(표준대기압에서)으로 한다. 그리고 두 점 사이의 100으로 균일하게 등분하여 온도를 표시한다. 현대적 온도의 입장에서는 순수한 물의 얼음, 유체의 물, 그리고 수증기가 동시에 공존하는 균형 상태인 물의 3점을 기준으로 하는데, 이 때의 온도를 1.01℃(Celsius Scale)로 정의하고 있다. 섭씨 온도(Celsius Scale)는 센티그래이드 스케일을 대신하고 있으며, 0은 다음으로 옮겨졌다.
0.01℃ Celsius(0.01℃) at the triple point
또 다른 형태의 온도 기준이 온도를 규정하기 위하여 유도되었는데, Lord Kelvin에 의하여 규정된 이 열역학적 기준은 물질의 특성에 독립적이며, 열역학적 가역 열 엔진에 관계된다. 측정 단위는 Kelvin이며 물의 3점을 273.16 Kelvin(또는 273.16 K)로 규정하고 있다. 비슷한 절대온도 스케일이 이상기체의 방정식 Pv=RT에 의해 규정될 수 있다. 섭씨온도와 절대온도사이에는 다음의 관계가 성립한다.
화씨온도(℉)는 물의 어는점을 32℉로 규정하고 물의 끓는점을 212℉로 규정한다.
따라서 그 사이를 180등분하여 온도를 나타낸다. 섭씨와 화씨온도의 관계는
3) 열전대(Thermocouple)
열전대는 끝에 상이한 급속이 접합된 두 개의 전선으로 구성되어 있다. 금속 접합부에 열이 가해지면 Peltier전압이라고 알려진 미량의 전압이 발생하게 된다. 이 때, 전압은 결합된 금속의 특성과 접합부에 가해진 온도에 의해서 나타내질수 있다. 동일온도에서도 접합된 금속이 다르면 발생한 전압도 달라진다. 접합금속의 선정에 따라 정밀한 온도의 측정이 반복적으로 가능하게 된다. 상업적으로 판매되는 열전대는 기준온도를 필요로 하지 않는다. 열전대는 장치의 터미널에 직접 연결되어 있고 절대온도센서가 열전대 연결 터미널의 온도를 직접 측정하게 된다. 이 온도는 접합부 온도를 전기적으로 보상해 주는데 사용되며 온도 표시창은 접합부에서 직접측정된 온도를 나타내게 된다. 이러한 형태의 온도정밀도는 온도 센서를 보상해주는 회로의 정밀도와 내부 전자 부품들의 정밀도에 의존한다. 측정장비와 열전대의 연결부에 추가적인 이종 금속 결합이 존재한다면 표시되는 온도의 오차범위도 이에 연관된다.
a) 디지털온도계
▶장점
-일반온도계와 같이 직접 눈금을 읽어야하는 장치에 비해 숫자로 표시창에 보여진다.
-온도센서로부터 멀리 떨어진 곳에 위치할 수 있다.
-경고 릴레이와 연동되어 한계치 이상에 도달하면 특정한 동작을 할 수 있도록 설정될 수 있다.
-데이터 기록장치로 데이터의 전송이 가능하다.
▷단점
-지시계의 위치에 따라서 열을 발생하는 내부회로들이 절대 온도센서에 열을 공급할 수 있고 보상회로에 오차를 유발시킬 수 있다.
-내부 전원 공급장치와 온도센서가 작동열에 의해 온도가 상승할 수 있고 시간에 따라 온도가 변화할 수 있다.
※ K-type 열전대 온도계는 K-type 열전대만을 사용할 수 있도록 제작되었다. 이는 열전대의 형태에 따라서 발생하는 전압이 달라지기 때문이다.
4) 백금저항 온도계(PRT)
백금저항 온도센서는 온도측정 장비 중에서 가장 정확한 장비 중에 하나로 주고 기중온도를 보정해주는 용도로 사용된다. 짧은 길이의 백금와이어를 사용하는 백금저항 온도센서는 특정 온도에서 특정 저항 값을 가지도록 설정되어 있다. 본 실험에서 사용될
백금저항 온도센서(PT100)는 0℃에서 100 Ohms의 저항을 가지고 있다. PT100 센서의 탐침은 4개의 배선으로 구성되어 있다. 또한 PT100센서를 2개의 소켓을 가진 백금저항 온도계 탐침저한에 연결하여 사용될 수 있다.
본 실험에서는 백금저항 온도계의 직접 지시 디지털 장비의 작동에 관한 것이다. 본 실험에서 사용되는 백금저항 온도계는 PT100센서와 4선 탐침을 연결하는 내부일정 전류원을 가진다. 두 번째 배선 쌍은 PT100을 통하여 직접 전압을 측정하고, 온도를 직접 표시하기 위한 장치들에 배치된다. 측정장치의 정밀도는 PT100 탐침의 정밀도, 일정전류원의 정밀도와 안정성, 전압 측정 회로의 정밀도, 측정치와 관련되는 구성 회로 또는 소프트웨어의 정밀도, 전류에 의한 PT100의 자기 발열 효과에 의존하게 된다. 마지막 항목은 명확하지 않은 면이 있다. 이것은 PT100센서는 전류가 흐르는 저항체이기 때문이다. 어떠한 저항체라도 전류가 흐르면 열이 발생하게 된다. Ohm의 법칙에 의하여, 저항 R (Ohm)을 갖는 저항체를 지나는 전류 I (Current)의 발열량 Q (Watts)는 다음과 같이 정의 될 수 있다.
실내 전열기 및 전기 온수기 등에 사용되어지는 원리가 바로 이 효과이다. PT100센서에 과도한 전류가 흐르면 이러한 효과가 측정 가능한 온도이상으로 온도를 상승시키게 되고 이는 인위적 온도 오차를 불러오게 된다. 이 온도 측정장비의 요구조건에 대한 모순이 발생하게 된다. 즉, 발열()효과를 최소화하기 위하여 전류를 낮게 유지하면 발생되는 전압도 낮아지게 된다. 따라서 장비에는 낮은 전압변화량을 해독하기 위하여 전압증폭기를 장착해야 한다. 0.5mA를 사용하는 저항 100 OHMS의 실험에서 발열효과는 다음과 같다.
이 값은 명백히 중요하지 않을 만큼 작은 수치이다. PT100의 규정된 정밀도를 만족시키기 위하여 전류를 최대한 인가하는 것은 매우 일반적인 일이다.
5) 서미스터 온도계(Thermistor)
백금저항 온도계는 고가의 귀금속을 사용한다는 단점이 있다. 따라서 이 귀금속 탐침을 사용하는 전기 장치도 고가이기에 귀금속이 사용된 탐침의 보호가 필요하다. 따라서 이에 대한 대안으로 백금저항 온도계와 유사한 특성을 가지는 서미스터 온도계가 사용된다. 서미스터는 일종의 저항체로 온도에 따라 저항값이 변한다. 그러나 백금저항 온도계와는 다르게 온도에 따라 선형적 저항값을 나타내지는 않지만 백금저항 온도계보다 더 넓은 온도 범위의 측정이 가능하다. 또한 서미스터 센서는 온도에 따라 음의 값 또는 양의 값으로 저항이 변화할 수 있다. 서미스터 온도계의 낮은 가

키워드

열공학 실험,   온도 측정방법,   온도 보정 및 오차 민감도