[열전달] 열전대 실험
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- 목차
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1. 실험목적
2. 실험개요
3. 실험 내용
1) 실험 개요도
2) 열전대 설치
3) 실험 방법
4. 실험 결과
1) 열전대 보정 기준값
2) 실험값
3) 오차
4) 오차 원인 분석
5. 토의 및 추가과제
1) Seedbeck Effect
2) 펠티에 효과
3) Thomson effect ( 톰슨효과 )
4) Seedbeck Effect와 Thomson Effect를 이용한 사례
6. Reference
- 본문내용
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1. 실험목적
온도를 측정하는 방법은 여러 가지가 있으나 비교적 간단하고 측정범위가 넓은 열전대를 사용하여 결선법 및 측정방법을 익히며, 온도와 기전력 사이의 관계를 이해하며, 각종 온도계의 측정 원리와 그 특성을 이해하도록 한다.
2. 실험개요
열전대는 간단하게 만들 수 있는 온도측정 방식으로 내구성이 좋아 극한상황에서 많이 이용한다. 열전대는 서로 다른 두 금속이 접합되어 회로를 구성하는 경우 Seebeck effect(접점에서의 온도차로 인한 기전력 발생)와 Thomson effect(도체 내에서 온도구배 존재 시 기전력 발생)에 의해 회로에 기전력이 발생한다. 따라서 접점사이에 온도차가 있을 때 회로에 기전력이 발생하는 성질을 이용하여 회로에서의 기전력 측정을 통해 온도를 알아내는 장치를 열전대(thermocouple)라고 한다. 기전력은 온도차뿐만 아니라 금속의 종류에 따라 다르게 되는데, 이와 같은 특성을 이용해서 온도측정범위가 틀린 여러 가지 열전대를 만들 수 있다.
실험에서 이용하게 되는 열전대의 특징으로는 실험 목적에 적합한 열전대를 선택하면 -200℃에서 2500℃사이의 온도범위측정이 가능하며 온도 변화에 대한 응답이 빠르고, 시간지연(Time lag)에 의한 오차가 비교적 적게 나타난다. 열전대는 온도의 직접적 측정이 아닌, 열기전력을 이용하여 온도를 측정하므로, 지시, 조절, 증폭, 제조, 변환 등의 정보처리가 용이하며, 고온에도 기계적 강도가 높고 내식성이 강하여 안정성이 높아 특정한 위치나 좁은 장소에서도 온도측정이 용이하다.
열전대를 제작해서 측정할 때는 실제 온도 T보다 높거나 T±∆T로 온도를 측정한다. 따라서 열전대를 이용해서 정확한 온도를 측정하기 위해서는 측정오차인 ±∆T를 찾아서 수정을 하여야 한다. 이 과정을 보정(calibration)이라고 한다.
열전대의 오차 발생 원인은 비드의 크기, 이물질과의 혼합, 열전대의 자체 특성, 열전대의 길이 차, 기타 장치들의 오차로 유발된다. 이 오차를 수정하지 않으면 정확한 온도를 측정할 수 없기 때문에 열전대를 사용하기 전에 반드시 보정을 한 후 사용하여야 한다.
열전대로 사용하기에 적합한 물질에 요구되는 특징은 열기전력이 높아 측정이 용이 해야 하며, 극한 상황에서 온도를 측정하기 위해서는 내열성 내식성이 좋아야 하고, 물리적으로도 튼튼해야 한다. 오랜 시간 사용해도 물질이 변하지 않아 일정한 열기전력을 나타내야 하며, 보완 보수를 위해 형성이 까다롭지 않아 동일한 열전대간 호환되어야 한다.
이번 실험에서 이용하는 열전대는 E-Type은 측정 온도 범위 -200～900℃를 가지며, +쪽에 K열전대와 같은 Ni-Cr합금(chromel)과 -쪽에 Cu-Ni합금(constantan) 을 사용한다. 공업용 열전대로서는 기전력이 가장 높고 안정되어 있으며, 내식, 내산성이 우수하고 비자성 단자이므로 열전도율도 아주 낮아 발전소 등에서 산화나 불활성 기체 등에 많이 사용한다. 또 현재 사용되고 있는 열전대 중에서는 전기저항이 가장 높고 환원성이 높은 곳에서는 전기저항이 급속히 증가하는 특징을 보이 사용계기 선택에 충분한 주의가
- 참고문헌
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Introduction to heat transfer
- 5th edition, Incroperaetal. John Wiley & Sons,Inc.
네이버 검색 (http://www.naver.com)
인터넷 검색 (http://quanta.khu.ac.kr/expr/4_1/6/index.htm)
열전대 E-Type (http://www.omega.com/temperature/z/pdf/z206.pdf )
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