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온도측정실험

Temperature measurement목차1. Introduction (서론)1.1 실험목적1.2 제벡효과1.3 펠티어효과1.4 열전대 유형1.5 열전대 증폭기의 특성2. Experiment (실험셋업 및 방법)2.1 2배, 3배 열전대 증폭기 측정2.2 온도 차 직접측정법3. Results and Discussion (결과 및 토의)3.1 2배, 3배 열전대 증폭기 측정 결과3.2 온도 차 직접측정법 결과4. Conclusions (결론)4.1 오차의 원인4.2 결론References1. Introduction (서론)1.1 실험 목적열전효과 중 제벡효과를 이용하여 열전대를 직접 만들어보고 이를 이용하여 온도차를 측정한다. 또한 온도계 증폭실험에서 직렬 연결된 수의 배수로 기전력이 증폭된다는 점을 이용해 직렬 수를 달리하여 온도차를 측정한다. 언급한 2가지 실험을 통해 열전효과와 관련한 이론에 유효성이 있는지 실험을 통해 알아보고자 한다.1.2 제벡효과제벡 효과(Seebeck effect)는 두 개의 서로 다른 전기 전도체 또는 반도체 간의 온도 차이가 두 물질 간의 전압 차이를 생성하는 현상이다. 두 도체 또는 반도체 중 하나에 열이 가해지면 가열된 전자가 냉각기 도체 또는 반도체 쪽으로 흐른다. 한 쌍이 전기 회로를 통해 연결된 경우 해당 회로를 통해 직류(DC)가 흐른다.1.3 펠티어 효과펠티어 효과(Peltier effect)는 전기 회로에서 관찰되는 열전 효과의 일종이다. 펠티어는 전류가 두 가지 다른 유형의 도체로 구성된 회로를 통해 흐를 때 두 물질 사이의 접합부에서 가열 또는 냉각 효과가 관찰된다는 것을 발견했다. 이 접합부의 온도 변화를 펠티어 효과라고 한다.*제벡효과 vs 펠티어 효과제벡 효과와 펠티에 효과 모두 열과 전기뿐만 아니라 서로 다른 금속으로 만들어진 회로를 포함한다. 둘 다 가역적인 과정이다. 그러나 이러한 유사성에도 불구하고, 이러한 효과들 사이에는 약간의 차이점이 있다.제벡 효과는 열전쌍의 양끝이 서로 다른 온도에 있을 때 발생하며, 이로 인해 뜨거운 금속에서 차가운 금속으로 전기가 흐르게 됩니다.펠티어 효과에서 단자에 전류가 흐를 때 접합부 사이에 온도 차이가 발생합니다. 접합부의 전류가 구리(+)에서 콘스탄탄(-)으로 흐르는 구리-콘스탄탄 열전쌍에서는 열이 흡수됩니다. 그러나 전류의 방향이 반대로 되면(즉, 상수(-)에서 구리(+)로 바뀌면 열 방출이 발생합니다.1.4 열전대 유형열전쌍을 만드는 데 사용되는 두 개의 이종 금속은 다양한 유형일 수 있다. 금속마다 다른 특성을 나타내며, 이 두 금속 와이어 사이에 형성된 열접합부가 열전쌍을 정의한다. 더 나은 결과를 얻기 위해, 과학자들과 연구원들은 일부 금속 조합을 표준화하고 그것들을 열전대 유형으로 분리했다. 열전대에는 주로 B, E, J, N, K, R, T, S형의 8가지 종류가 있다.위의 표는 온도측정 범위에 따라 유형을 나눈 것인데 이외에도 여러 유형이 존재한다. 저렴하고 정확하며 믿을 수 있고 온도 범위도 넓어서 산/공업용으로 가장 많이 쓰이는 열전대이다. 또한 상대적인 방사선 경도 때문에 일반적으로 핵 응용 분야에서 발견된다. 이러한 점을 고려해 실험에서 K타입 열전대를 사용하여 진행한다..1.5 열전대 증폭기의 특성열전대는 도달하기 어려운 장소나 매우 험한 환경에서 정확한 온도 측정을 할 수 있는 훌륭한 방법이다. 장치를 처음 사용하는 경우 하나를 사용하는 것은 까다로울 수 있다. 열전쌍을 장치로 구동해야 하는 두 부분으로 구성되며, 그 다음 앰프를 사용하여 전압을 유용한 신호로 증폭할 수 있다. K-Type 열전대를 사용할 경우 앰프 V = 10mv/°C의 출력이 표시됩니다.2. Experiment (실험셋업 및 방법)2.1 2배, 3배 열전대 증폭기 측정1도선을 40-50cm 길이로 자른 후 도선의 피복을 벗기고,(+)와(-) 도선이 접합하여꼬아놓는다.2. 접합부위를 납땜한다.[납땜방법]납이 전선에 잘 묻기 위해, 솔더링 페이스트를 납땜할 부분에 묻혀줍니다.전선에 인두를 대서 온도를 올린 뒤 전선 위로 납을 갖다대면 전선 위로 납이 녹아들어간다.3다음과 같은 형태로 연결하여. 2,3배 열전대 증폭기를 각각제작하고 혼선방지를 위해케이블타이어로 묶어둔다*주의점: (+),(-)가 접합하도록 제작해야한다.2배 증폭(케이블타이어로 묶기 전)3배 증폭(케이블타이어로 묶고 난 후)4도선을 DAS에 연결한다.5물의 온도를 270도, 320도, 즉 50도차이가 나게 두고각각의 증폭온도계와 상용TC(온도측정용)를 물에 담근 후에증폭 정도를 측정한다.*도선의 길이 보완5번 과정을 수행하기에 앞선 도선의 길이가 짧아 이를 female connector로 연결하여 연장시키는 작업을 추가적으로 하였다. 연장시키는 과정에서 이로 인해 실험결과에 오차가 발생할 수도 있겠다는 예상을 하였다.2.2 온도 차 직접측정법150cm 1개와 1m 2개로 도선을 자른 뒤 (+),(-)가 만나도록 도선을 접합시킨다. 이때 끝 쪽 부분에는 (-)만 오도록 한다.2접합부위를 납땜한다.3제작한 도선을 DAS에연결한다.*또한 길이를 연장시키기 위해 앞의 실험에서 이용한 도선의 길이 보완을 똑같이 시행하였다.4얼음물과 320도로 둔 물을 준비한다. 제작한 온도계, 교수님께 받은 온도계, TC상용을 얼음물과 물에 각각 넣은 후 결과값을 측정한다.(상용TC)* 끝 쪽 부분(DAS연결부위)에 (-)만 있어야 하는 이유: 물속의 온도를 측정하는 junction 이외의 또 다른 junction이 생기는 것을 방지하고, 실험에서 전압 차만을 이용하기 위함이다.3. Results and Discussion (결과 및 토의)3.1 2배, 3배 열전대 증폭기 측정 결과1) 시간에 따른 열전대 증폭기와 온도계의 온도차이 변화 그래프물의 온도차이를 50도로 두고 가열하였으나 실제 물의 온도 차이는 8-11도 정도를 이루었다. 파란색 그래프는 2배 증폭한 온도차이의 측정값의 그래프이고, 주황색 그래프는 3배 증폭한 온도차이 측정값의 그래프이다. 증폭한 온도차이는 실제 온도차이보다 더 큰 차이값을 가지나 이 값이 정확히 2배, 3배의 차이인지는 아래 그래프를 통해 자세히 알아보고자 한다.2) 2배 증폭한 온도차이 변화 그래프2배 증폭한 온도차이의 값과 실제 측정한 온도차이에 2배한 값을 비교해 보았을 때 초반에는 5도정도의 차이를 보이다가 시간이 지날수록 근접해지는 양상을 보이고 있다.3배 증폭한 온도차이 변화 그래프3배 증폭한 온도차이의 값과 실제 측정한 온도차이의 3배한 값을 비교해보았을 때 초반에는 10도 정도의 차이를 보이다가 시간이 지날수록 근접해지는 양상을 보이고 있다. 하지만 증폭의 정도가 커질수록 더 정확한 값이 도출되어야 하는데 이 실험에서는 2배 증폭한 값이 3배증폭한 값보다 더 정확한 값을 가지고 있다. 이는 실험에 대한 오류라 판단한다.3.2 온도 차 직접측정법 결과주황색 그래프는 교수님이 제작하신 온도계(표본)의 온도차이 그래프이고, 회색 그래프는 제작한 온도계의 온도차이 그래프이다. 파란색 그래프는 온도차이의 그래프를 나타낸다. 주황색의 그래프에서 중간 지점에 그래프가 급격하게 하강하는 부분이 있는데 이는 실험 도중 온도계를 비커 밖으로 꺼낸 실수를 범한 것으로 드러났다4. Conclusions (결론)4.1 오차의 이유1) 도선길이 보완의 문제온도 차 직접측정법에서 표본온도계와 제작한 온도계는 같은 온도의 물에 넣었는데도 불구하고 값에서 차이를 보였다. 이에 대한 오차의 원인을 생각해보았을 때 연장을 위해 female connector을 연결한 것이 가장 큰 원인이라 판단하였다.물의 온도의 불명확성증폭실험에서 물의 온도 차이를 50도로 두고 측정하였지만, 외부의 요인이나 환경으로 인해 차이를 일정하게 유지 못하는 경우가 있다고 판단한다. 그 이유로는 시간에 따른 온도변화 그래프에서 완벽한 직선을 이루지 않기 때문이다.열전대 증폭값과 증폭 이론 값에 차이를 보이는 것열전대 증폭 실험에서 실제 온도차이값에 2배,3배를 한 값(증폭 이론 값)과 제작한 증폭기의 온도차이 값에서 차이를 보였다. 이에 대한 오차의 원인으로 납땜을 한 것, 도선길이를 보완하기 위해 female connector로 연결한 것이 원인이라 판단하였다.4.2 결론열전대 증폭기와 온도계를 직접 제작하여 전압을 측정하고 이를 온도차이로 변환하여 실제 온도차이값과 비교해보았다. 이를 통해 전압차이를 통해 대략적인 온도차이를 측정할 수 있다는 제벡효과를 증명할 수 있었다.또한 측정값의 오차의 요인에 대한 고찰을 통해 외부의 미세한 요인이나 변화로도 측정값이 오류가 발생할 수 있음을 알 수 있었다.References[1] 제벡효과: Hyperlink "https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/Seebeck-effect" https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/Seebeck-effect[2] 펠티어 효과: Hyperlink "https://www.techopedia.com/definition/14765/peltier-effect" https://www.techopedia.com/definition/14765/peltier-effect, Hyperlink "https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/peltier-effect" https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/peltier-effect[3] 열전대 유형: Hyperlink "https://www.precisionmass.com/types-and-applications-of-thermocouple/" https://www.precisionmass.com/types-and-applications-of-thermocouple/, Hyperlink "https://www.thermocoupleinfo.com/type-k-thermocouple.htm" https://www.thermocoupleinfo.com/type-k-thermocouple.htmPAGE * MERGEFORMAT2

공학/기술| 2022.12.09| 12페이지| 2,500원| 조회(184)

열전효과, Boiling, 온도차측정

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