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[열유체]온도 압력 실험

Ⅰ. 온도 측정실험1. 결과 Data1) 가열실험PT100REFReading(℃)PT100INDReading(Ω)ThermocoupleReading(μV)ThermistorReading(Ω)Liquid-in-Glass(℃)VapourPressure(℃)30113.3451247.5227630.030.035114.8001396.0195433.033.040116.5801577.5163438.038.045118.6851801.5131643.043.050120.3851982.0110547.548.055122.3302193.099552.553.060124.1202390.075857.057.565125.9902614.562562.062.670127.7402804.053867.067.075129.5103045.045172.572.680131.2303200.038778.077.085132.0803447.532883.082.690134.5753623.528088.087.595136.4003846.024193.592.02) 민감도 DataPT100REFReading(℃)PT100INDReading(Ω)ThermocoupleReading(μV)ThermistorReading(Ω)Liquid-in-Glass(℃)VapourPressure(℃)평균△Φ평균△Φ평균△Φ평균△Φ평균△Φ30113.3451247.5227630.030.035114.8001.4551396.0148.5195432233.03.033.03.040116.5801.7801577.5181.5163432038.05.038.05.045118.6852.1051801.5224.0131631843.05.043.05.050120.3851.7001982.0180.5110521147.54.548.05.055122.3301.9452193.0211.099511052.55.053.05.060124.1201.7902390.0197.075823757.04.557.54.565125.9901.8702614.5224.562513362.05.062.65.EFPT100INDThermo-coupleThermistorLiquidinGlassTemp.increase&decrease시작값94.993.1721.3992.221.46종료값21.1821.3992.221.4691.44소요시간29.1212535.345.1839.94△temp/Time2.530.572.011.571.752. 결과 Graph1) 가열 실험2) 민감도 Data3) 시간 응답성 실험3. 온도센서의 종류와 원리온도센서는 크게 접촉식과 비접촉식으로 분류한다. 접촉식은 측정대상물과의 접촉을 통해 온도를 측정하는 방식으로 (백금)저항온도센서, 서미스터, 열전대, 바이메탈등 대부분의 센서가 이에 해당하고 비접촉식에는 방사온도계, 광고온도계가 있다.1) PT100이것은 백금으로 된 가는 선을 용수철처럼 만들어 세라믹과 같이 전기를 통하지 않는 물체에 감은 것이다. 이 온도계는 넓은 온도 범위에 걸쳐 정밀한 온도 값을 주므로 -259.34℃(13.81K)에서 630.74℃ 사이의 온도에서는 이 온도계가 읽는 눈금을 세계 공통의 온도 표준으로 정하고 있다. 이 온도계는 최고 1064℃까지 온도를 잴 수 있으며 정밀도는 0.00001℃에 이르고 있다.2) Thermocouple온도의 정량적 측정을 위해 온도계가 필요하다. 온도계는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는데 주로 체온계, 보일러의 컨트롤러 등의 형태가 있다. 열역학적으로 2개의 물질을 접촉시켰을 때 열의 이동이 일어나 열평형 상태가 되면, 2개의 물질의 온도는 같다. 또 열의 이동은 온도가 높은 물질로부터 낮은 물질로 이동하게 된다. 이렇게 온도는 열에너지의 이동의 방향을 결정하는 하나의 열역학 변수이다. 18세기 이후 발전된 기체분자운동론은 온도에 새로운 척도를 부여하였다. 분자론에 의하면, 물질을 구성하는 분자는 열운동을 하며, 온도는 분자의 운동에너지에 의해 주어지는 열운동의 세기의 척도이다.각종 센서가 검출하는 대상으로 하는 다수의 물리량, 화학량에 비하여 온도는 광범위한 현상과 관계되어지고 있다. 예를 effect)라고 부르는데 이 효과를 이용하여 온도를 검출하는 것이다. 단점은 접점을 기준으로 다른 한쪽 단은 일정 온도를 유지할 필요가 있는데, 이것은 번거로우므로 통상실온 측정후 냉접점 보상기로 보상한다, 이 센서는 비교적 고온에서 많이 이용된다.열전대는 기계적 화학적 손상에 대응하기 위하여 적절한 외장을 가지고 있다. 외장의 형태는 사용 온도에 따라 달라지며, 어떤 경우는 열전도도가 크고 전기 전도도가 낮은 광물의 외장을 사용하기도 한다. 외장이 없는 경우의 열전대는 응답 속도가 매우 빠르다, 큰 외장을 사용한다면, 이 시간은 수초대로 늘어난다. 발생되는 기전력을 키우기 위하여 10개 또는 그 이상의 열전대의 접점을 직렬로 연결하여 같은 용기에 내장시키는 경우가 있는데 이를 서무파일(thermopile)이라 한다. 열전대는 비교적 고온까지 안정적으로 측정되므로, 자연과학 분야의 연구와 공업계측용 온도 센서로 사용되어진다.3) Thermister써미스터란 온도에 따라 저항이 변하는 모든 소자를 일컫는 말이다. (Thermal + Resister)물론 모든 물질은 온도에 따라 전기 저항이 변하지만, 써미스터는 그 현상을 공업적으로 미용해서 만든 소자를 통칭하는 말이다. 일반적으로 NTC Thermister와 PTC Thermister로 나눌 수 있는데, NTC(Negative thermal coefficient)는 온도가 올라갈수록 저항이 감소하는 물질이고, PTC(Positive thermal coefficient)는 반대로 온도가 올라가면 저항이 증가하는 물질이다. 보통 금속은 온도가 올라갈수록 저항이 증가하고 세라믹재료는 저항이 감소한다. 하지만 일반적인 서미스터 하면 세라믹 계통의 소자를 지칭한다.보통 쓰이는 NTC 써미스터는 세라믹 소자로 주로 산화물 계통이다. NiO, MgO, MnO 등이고 주요한 용도는 온도 센서이다. 이것은 세라믹의 일반적인 성질(온도에 따라 저항증가)을 이용하여 저항값으로 온도를 측정하는데 주로 쓰인다. PTC 써미스터는 특성이 뛰어나고 소자에 대한 기밀성이 좋아 고온까지 사용할 수 있으나 지작상의 문제로 가격이 고가인 경우가 많다.칩형써미스터는 비드형에 버금가는 소형의 제품으로 양산에 적합하여 가격이 저렴하다. 보통은 150℃까지의 온도 측정에 적합하나, 압전형은 200~300℃까지도 측정이 가능하다. 그러나 안정도면에서는 비드형에 비해 다소 떨어진다. 이러한 이유로 고밀도의 계측용보다는 일반적인 가정용이나 산업용으로 많이 사용되고 있다.디스크형 써미스터의 경우는 가격이 싸고 대량으로 제작할 수 있기 때문에 에어컨이나 쿨러 등에 널리 사용되고 있다. 또 스위칭 레귤레이터 전원 투입시 저시전류 억제용으로 사용된다. 단점으로는 다런 형에 비하여 소형화하기가 곤란하며, 외장이 간단하여 기밀성이 곤란하여 응답 속도가 느린 기온 등의 측정에 적합하다. 사용상에 주의할 점으로는 기밀성이 되지 않으므로 물이나 수증기의 접촉이 없는 건조 공기만을 검하여야 한다.-PTC 써미스터정특성의 써미스터로 온도의 증가에 따라 출력전압이 증가하는 정관계를 가지는 것이 NTC 써미스터와의 차이점이다. 이는 주성분이 N형 티탄산 바륨계 산화물 반도체의 일종이기 때문이다. PTC 써미스터에 전압을 가하면 주위의 온도에 영향은 있지만 전류감쇠특성이 나타내므로 온도 상승이 빠른 발열체느 회로의 과대전류 방지용으로 사용되고, 초기에만 대전류를 필요로 하는 컬러텔레비전의 자기 제거용이나 모터의 가동용으로 사용되고 있다.-파워 써미스터파워 써미스터는 온도 계측용, 온도 조절용 써미스터와 더불어 급속이 사용량이 증가하고 있는 써미스터이다. 특히 전원 트랜스를 사용하지 않고 AC를 직접 정류하는 스위치형 전원 전압에는 불가피한 부품이다. NTC 써미스터의 온도 상수에 따른 저항값의 급감특성을 전류 억제용으로 개발된 것이 파워서미스터라 볼 수 있다. 파워 써미스터의 구조는 그림과 같은 모양이 대부분이며, 원판형의 서미스터 소자에 스크린 인쇄로 은 전극을 인쇄하고 리드선을 납땜해서 주위를 에폭시 도료로 피복한 형상으로 되어있건에서도 유리보다 액체의 팽창이 더 커야한다. 온도계는 액체로 채워진 bulb와 모세관으로 구성되어 있다. 이것은 단지 액체와 증기만을 포함하고 있다. 이것이 데워지면 액체는 유리관에 대하여 상대적으로 팽창하고 기둥은 관을 따라 일정한 간격으로 팽창하면서 밀려 올라가게 된다. 관의 크기에 따라 온도단위가 측정되고 온도를 읽을 수 있게 된다.3. 센서의 특성1) 정밀도센서의 출력값을 변화하게 하는 최소 센서 입력의 양으로 동일한 시료에 대해 시간차, 실험자, 기타 설비등의 실험실의 변동이 미치는 영향을 확인한 것으로 표준편자 2%이내이면 적합한 것으로 본다.2) 응답성센서를 이용하여 온도, 압력, 습도 등의 값을 측정할 때 그 수치값의 변화를 얼마나 빠르게 반응하는지에 대한 척도이다. 즉 센서의 속도를 응답성이라고 할 수 있다.3) 재현성동일한 조건의 실험을 반복하였을 때 횟수를 반복할 때 얼마나 전의 값과 동일한 실험 결과값을 보여주는지를 나타내는 척도로써 같은 값을 다시 읽을 수 있는 정도를 나타내는 척도라고 볼 수 있다.3. 고찰이번 온도 측정 실험에서는 단열재에 물을 채우고 온도를 조금씩 높여가면서 PT100REF, PT100ND, Thermocouple, Thermistor, Liquid-in-glass, Vapour Pressure 총 6종류의 온도센서를 통해 물의 온도변화를 관찰해 보았다. 이를 통해 각 센서별 온도측정에 따른 원리를 이해할 수 있었으며 이를 센서의 3가지 특성인 정밀도, 응답성, 재현성과 연결시켜 해석해 볼 수 있었다. 일단 정밀도 부분에서는 온도가 증가함에 따라 절대적인 비교치가 없어 산술적인 오차율을 계산하기 어려웠지만 모두 접촉식 센서임을 감안하고 실험결과 그래프 또한 선형적으로 나오는 것으로 미루어 보아 이론과 같이 비접촉시 센서보다 더 나은 정밀도를 보임을 확인해 볼 수 있었다. 두 번째로 응답성 부분에서는 시간 응답성 부분을 통해 “온도변화량/시간”을 통해 PT100REF, Thermocouple, Liquid-in-gl)

공학/기술| 2008.10.10| 8페이지| 1,000원| 조회(582)

압력, 온도계, 온도센서, 종류, 온도압력

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[전기회로실험]키르히호프의법칙 과 장비사용법 평가B괜찮아요

Kirchhoff's Law학과기계공학부학번12020451성명최철민1. 실험목적직?병렬 회로에서 키르히호프의 법칙을 이용하여 회로 상에서 전류, 전압, 저항과의 관계를 실험을 통해 증명한다.2. 실험이론간단한 직류회로에서는 기전력을 내는 전원, 저항, 전류의 관계를 옴(Ohm)의 법칙으로 비교적 간단하게 구할 수 있다. 그러나 실제 전기회로나 전자회로에서는 여러 갈래의 회로와 그 사이사이에 여러 개의 전원과 저항들이 복잡하게 설치되어 복합회로를 구성하는 경우가 많다. 이러한 복잡한 회로에서는 옴의 법칙으로 계산이 불가능하기 때문에 키르히호프의 법칙(Kirchhoff's Law)이 유용하다. 키르히호프의 법칙에는 회로의 전류에 관한 법칙과 전압강하의 관계에 대해 정리한 2개의 법칙이 있다. 이 두 개의 법칙은 전하 보존과 에너지 보존을 기술하는 법칙으로써 회로분석의 기초를 형성한다.(1) 전압법칙키르히호프의 전압법칙(Kirchhoff voltage law; KVL)은 폐회로의 법칙, 루프(loop)의 법칙 등으로 명명되는 데, 여기서는 전압법칙(이하 KVL)이라고 하겠다.이 법칙은 회로의 전압에 적용되는 것으로 다음 에서 보는 바와 같다.전선의 저항은 무시할 수 있을 정도로 충분히 작다고 할 때, 전류가 전압의 (+)극에서 (-)극으로 흐른다고 하고, 편의상 기전력원의 음극에서의 퍼텐셜은 0이라고 한다. 양전하가 회로를 따라 흐를 때, 가상적인 단위전하의 퍼텐셜 에너지의 변화의 합은 0과 같다는 것을 은 보여준다. 즉, 회로 내에서의 임의의 점에서 출발하여 회로의 어떠한 경로를 거치고 난 후, 원래의 점으로 돌아왔을 때, 경로상에 있는 전원들의 기전력의 합과 경로상의 저항에 걸리는 전압의 합은 같다는 것이다. 이를 식으로 표현하면,,즉,(식 1)으로 표현할 수 있다. 식 1은 전기회로 루프가 더 복잡한 회로에 포함되어 있더라도 임의의 전기회로 루프에 대해 성립하는 일반법칙의 한 예이다. 또한 하나의 루프에서는 여러 개의 전압이 포함될 수 있다. 그러나 하나의 루같은 의미를 회로도로 표현 한 것인데, 마디 a에서 들어오고 나온 양을 식으로 나타내어 보면,이므로,(식 2)으로 나타낼 수 있다. 이러한 KCL은 KVL이 폐회로에서만 성립되는 것과는 달리 어떠한 회로에서도 성립된다. 즉, 하나의 지로에서 성립한다는 것이 분명하므로, 이 법칙을 이용하여 전류의 분포를 구하는 경우에는 몇 개의 지로가 결합된 마디에 대하여 이것을 적용할 수 있다. 회로 내의 마디에서 마디를 통하는 전류는 여러 개가 될 수 있다. 그러나 마디의 전위는 한가지로서 그 전압도 하나이다. 그러므로 KCL은 마디 전압을 변수로 사용한다.정리하면,와 에서 보는 바와 같이 임의의 회로망에서 마디에 유입되는 전류와 그 마디에서 유출되는 전류의 대수적인 합은 0이다.3. 실습에 적용에서 보는 것과 같은 저항이 직렬로 연결된 폐회로에서는 KVL을 이용해서 주어진 저항과 전압() 값을 이용하여 전체 회로에 흐르는 전류의 값을 구할 수 있다. 그리고 점 C에서는 접지상태이기 때문에 전위가 0이며, 저항이 직렬로 연결된 폐회로이기 때문에 전류(I)의 값은 어느 점에서나 일정하다.그림에서 살펴보면,에서는 12V의 전압이 상승한다. 그러나 점 A와 B에서는 전압 강하가 일어난다. 각 점에서 강하하는 전압은 A :, B :만큼의 강하가 일어난다. 식으로 표현하면,이 되며,일정한 전류의 값은,가 된다.그리고 A점과 B점에 걸린 전압은 강하된 전압과 같이(A점),(B점)이 될 것이며, 그 값은 직렬로 연결된 회로이기 때문에 저항 값에 따라 전압 값이 달라질 것이다.3. 사용기기전원 장치, 저항(2kΩ, 1kΩ), 직류 전류계, 전류 전압계4. 실험방법1. 그림 1)의 회로를 구성한다2. 공급전압을 10[V]가 되도록 조정한다3. 전류게의 지시값을 읽어 6.1 표에 기입한다4. 유입전류와 유출 전류가 동등한지 확인한다.5. 공급전압을 20[V]으로 하고 3) 4)의실험과정을반복한다그림 1)6. 그림2) 회로를 구성한다7. 공급 전압을 10[V]가 되게 조정한다8. 저항의각 양단서 키르히호프의 전압 법칙이 성립함을 보여라오실로스코프 사용법1. POWER : 전원 스위치를 누르면 ON이 되고 다시한번누르면 OFF가 된다.3. INTENSITY : 밝기(휘도 intensity)를 조절한다.4. FOCUS : 영상의 초점을 마추는데 쓰이며 휘도 조절기와 함께 가장 선명하고 보기 좋은 상태로 조작하도록 한다.5. TRACE ROTATION : 화면이 기우뚱하게 되었을 때, 드라이버등으로 좌우의 균형을 맞추는데 쓰인다.6. SCALE ILLUM :눈금의밝기를 조절하며 ,어두운곳에서 관측할때나 화면의 사진촬영을 할 때 사용 합니다< 수직증폭부 >9. CH 1,X IN 콘넥터 : 입력신호를 CH1 증폭부로 연결하거나 X-Y 동작시 X축 신호가 된다.10. CH 2, Y IN 콘넥터 : 입력신호를 CH2 증폭부로 연결하거나 X-Y 동작시 Y축 신호가 된다.11,12. AC/GND/DC 절환스위치 : 입력신호와 수직증폭단의 연결방법은 선택할 때 사용한다.GND 상태 : 해당 채널의 파형에 대한 기준위치(ground)를 나타낸다. 스위치를 이 상태에 놓으면수평선이 나타나고 그 위치가 기준 위치, 즉 0[V]의 상태이다.DC 상태 : 일반적인 측정에서는 항상 이 상태로 놓고 측정한다. AC-DC를 모두 볼 때 사용한다.입력전압의 크기가 GND 상태의 기준위치에 대한 높이로서 나타난다.AC 상태 : 파형중에서 DC성분을 제외한 나머지 AC성분만을 따로 보고자 할 때 사용한다. 기준위치를 중심으로 교류성분만이 나타난다.(2)기본 작동 방법A. 내부신호원(수평축 시간주사)을 사용하는 경우. 1)진폭조절 ⑦과 시간조절 을 CAL(Calibration)위치에 두고, 초점 ①과 휘도 ②를 맞춘다.가. 2)트리거신호원 스위치 을 INT에 두고, 내부신호원 선택 스위치 을 선택한다.나. 3)수직 모드 스위치 ⑧을 선택한다.다. 4)진폭 선택 스위치 ⑥을 선택한다.라. 5)시간 선택 스위치 을 선택한다.마. 6)측정하고자 하는 신호를 입력단자 ③에 연결한다.바. 7)트간격 측정시간조절 을 CAL위치에 두고, 측정하고자 하는 두 점간의 칸수를 세어서 시간 선택 스위치 의 Sec/Div 값을 곱한다. 예를 들면,너. 칸수 : 6.4더. Sec/Div : 0.5러. 6.4×0.5=3.2μsecD.주파수 계산파형의 한 주기를 이루는 두 점을 취해서 그 시간간격을 측정한 후 그 역수를 취하면 된다. 예를 들면, 위의 경우E.리싸주(Lissajous)파형에 의한 주파수 측정앞에서 설명한 기본작동법 주 “B.외부신호원을 사용하는 경우”의 절차를 따라서 한 개의 신호(X)를 수평축(시간축) 입력단자 에 가하고 다른 한 개의 신호(Y)를 수직축 입력단자 ③에 가하면, CRO 화면에는 신호 X로 트리거 시킨 신호 Y 의 파형이 나타난다. 이 파형은 일반적으로 복잡하고 불안정한 모양으로 나타나지만, 두 신호의 주파수비가 유리수일 경우에는 그림 4에 보인 것과 같이 안정된 모양을 나타낸다. 이것을 리싸주 파형이라 한다. 리싸주 파형의 묘사원리가 그림 5에 표시되어 있다.리싸주 파형은 사각형에 내접하게 되는데, 그 사각형의 수직면과 만나는 점의 수를 v, 수평면과 만나는 점의 수를 h 라고 하면, 두 신호의 주파수 비는의 관계를 갖는다. 이 관계를 이용하면 이미 알고 있는 주파수 fY와 리싸주 파형으로부터 미지의 주파수 fX를 찾아낼 수 있게 된다. 예를 들어, 그림 5의 경우, V=1, H=2 이므로fX=fY/2 임을 알 수 있다.F.위상차 측정미지주파수와 표준주파수의 리싸주 파형이 1 : 1 을 이루도록 하여 그림 6과 같은 파형을 얻으면, 두 신호의 위상차는가 된다.예를 들면, A'가 10칸 B'가 5칸이 되면 위상차는가 된다.멀티미터 사용법[(1) 테스터의 각부명칭 설명① 10A:10A 이내의 AC 또는 DC 전류측정용리드선 입력소켓(적색)② COM:모든 측정을 위한 공통소켓(흑색),COM단자와 접지 사이에 DC 1000V, AC750V이상 사용불능.③ V/Ω:전류(㎂,㎃), 전압, 저항, Diode Test용 소켓⑤ 다이알 스위치: OF [그림5]와 같이 저항 R2양단의 직류전압을 측정하는 경우, 적색 리드선(+단자)은 전압의 높은쪽(점a)에 대고 흑색 리드선(-단자)은 전압의 낮은쪽(점b)에 갖다댄다. 만일 극성을 반대로한 경우에는 메타의 바늘이 반대방향(왼쪽)으로 돌아 테스터에 무리가 가해지고, 전압이 클 경우에는 급격한 회전으로 바늘이 휘는 경우가 있으므로 주의한다.③ +, -리이드선을 ab에 갖다 대고 메타 바늘의 움직임을 본다. 눈금을 잘 읽을 수 없을때는 다이알스위치를 한 단씩 내려 측정 레인지를 맞추어 읽는다. 메타의 허용오차가3∼4%이므로 최대값에 가까운 레인지 눈금에서 측정할수록 정확하게 된다.(2) 교류전압(AC V)의 측정다이알 스위치를 AC V에 놓고 직류전압을 측정하는 방법과 동일하게 측정한다. 다만 이때는 +, - 극성을 구별할 필요는 없다.(3) 직류전류(DC A)의 측정① 전류 측정시에는 반드시 회로와 직렬로 연결시켜야한다. 테스터의 다이알스위치 를 DC A로 돌려놓는다.측정하려는 전류를 알지 못하는 경우에는 반드시스위치를 최대 전류 레인지에 옮겨 놓은 후 전압이높은 쪽(a점)에 적색 리이드선 (+단자)을, 낮은 쪽(b점)에 흑색 리이드선 ( -단자)를 접촉시켜 [그림7]과 같이측정한다. 바늘이 너무 작게 움직이면 레인지를점차로 내려 오른쪽 부근에 바늘이 오도록 한다. [그림7] 직류전류 측정방법② 아주 낮은 전류를 측정하고자 할 때에는 측정 레인지를 저항레인지(전류,저항 혼용: 150㎃,15㎃,150㎂ 중 선택)로 옮긴다. 이때는 ㎂, ㎃로 쓰여있는 별도의 눈금스케일을 읽는다.③ 250㎃이상을 측정하고자 할 때에는 DC A 레인지를 벗어나므로 그대로는 측정할 수 없다. 이때는 +리이드선을 테스터에서 뽑아 테스터의 윗 부분에 별도로 만들어져 있는 10A 단자에 연결하고 다이알을 DC A의 10A로 맞추어 측정한다.(4) 저항(Ω)의 측정① 우선 다이알스위치를 저항레인지의 적당한 곳에 넘겨 놓는다.② 적색 리이드선과 흑색 리이드선을 접촉하여 단락시키고 "0" 오옴 .

공학/기술| 2006.03.20| 15페이지| 1,000원| 조회(1,347)

저항, 오실로스코프, 키르히호프, 키르히호프법칙, 파워미터

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