열역학실험 | 온도계별 온도

 

 

 

TIP

 

 

1. 적외선온도계와 열전대온도계의 사용법을 익히고 주변 물체나 대기온도를 측정한다. 
2. 온도계별로 온도를 측정하고, 오차를 계산한다.

 

 

 

온도계별 측정 원리 작성

1. 적외선 온도계

적외선 온도계는 비접촉온도센서로, 측정 대상에 접촉하지 않고 측정 대상의 적외선 방사율로 온도를 측정한다. 적외선(IR) 에너지를 감지기에 집중하기 위한 렌즈로 이루어지며 주위 온도의 변화에 대한 보상이 이루어진 후에 에너지를 온도 단위로 표시 가능한 전기 신호로 전환한다.

 

 

비접촉식 적외선 온도계를 사용하여 온도를 측정할 때 가장 중요한 파라메터 중 하나는 측정 대상물체에 따른 방사율(Emissivity)이다. 이 조정에 따라 측정 물체의 온도를 얼만큼 정확하게 수치로 표시할 수 있는지가 결정된다.

 

방사율이란 말 자체로 해석해보면, 물질에서 에너지가 방사되는 비율 이라는 뜻이 된다. 즉, 100이라는 에너지를 품고 있는 물질이 얼마만큼의 에너지를 외부로 방사하는가 하는 비율이다. 현실에서는 100이라는 에너지를 가지는 물체가 100% 전체를 외부로 방사하는 물체는 없다. 즉, 물체에 따라 또는 그 물체의 상, 온도에 따라 방사하는 비율이 0~100% 사이에 존재한다. 예를 들어, 100℃ 의 물체가 방출하는 적외선을 온도계로 읽었을 때 정확히 97℃로 표현한다.

 

이는 이 물체가 방사하는 적외선의 양이 97%만 방사한다는 뜻이다. 따라서 이 물체의 실제 온도 100℃를 읽기 위해서는 3%에 대한 부분을 보정해 주어야 한다. 이때 이 물질의 방사율은 0.97 이라 하고 이 값을 온도계의 파라메터 값으로 넣어주면 실제의 온도를 표시할 수 있게 된다. 물질에 따라 에너지를 받으면 투과나 반사 및 흡수되는 율이 다르다. 이중 흡수된 에너지에 비례적으로 적외선의 에너지가 방사된다.

 

따라서 그 물질의 흡수율이 곧 에너지의 방사율에 해당한다고 본다. 특히, 반사나 투과를 일으키지 않는 물질(가상의 물질) 즉, 100% 흡수하는 물질을 우리는 흑체(Blackbody)라고 하고, 그 반대로 전혀 흡수하지 않는 물질을 회색체(Gray body)라 한다. 하지만 대부분의 물질은 제 각각의 흡수율을 가지고 있다.

 

예를 들어 100℃로 가열한 물체의 경우 위의 그림과 같은 성질의 물질로 되어있다면 총 30%는 반사 또는 투과되고 물체 자체에서 발생하는 적외선 방사율은 70%가 된다. 이를 적외선 온도계로 측정한다면 70℃로 읽게 될 것이다. 따라서 나머지 30%에 해당하는 에너지를 보정하여야 원래의 온도를 알 수 있게 된다. 이를 “방사율에 따른 보정상수” 즉 그 물질의 방사율이라고 부른다.

 

아래는 적외선 온도계를 이용하여 방사율을 적용하는 개념을 나타낸 그림이다.

 

 

결국 적외선 온도계로 정확한 온도측정을 위해서는 방사율이 어떤지에 대해 알아야 한다.

728x90

 

 

실험 방법

1. 3M IR-1400

1) 전원버튼 없이 온도를 측정하고 싶은 물체에서 적당히 떨어진 후 손잡이 부분을 누른다.

2) 주의사항 : 3M IR-1400은 적외선 온도계로서 측정 대상의 적외선 방사율로 측정하는 것이기 때문에 대기온도를 측정하는 것은 어렵다.

 

2. Testo 830-T1

1) 전원버튼 없이 온도를 측정하고 싶은 물체에서 적당히 떨어진 후 손잡이 부분을 누른다.

2) 주의사항 : 3M IR-1400과 동일.

 

3. CENTER 309

1) CENTER 309 머리부분에 4개의 온도센서 삽입구가 있는데 서로 다른 금속으로 이루어 진 부품을 (+) (-)맞게 삽입한다. 측정하고 싶은 물체 또는 액체에 접촉시키면 된다. 온도가 계속 변동될경우 Hold 버튼을 누른다.

2) 주의사항 : 온도센서 삽입구에 올바르게 삽입한다. 잘못 삽입하면 제품이 망가짐

 

4. Thermometer 8801

1) CENTER 309와 마찬가지로 (+) (-)삽입하는 곳이 있는데 알맞게 삽입한다. 전원을 켜고 측정하고 싶은 물체 또는 액체에 접촉시키면 된다.

2) 주의사항 : CENTER 309와 동일

 

5. Testo 625

1) 전원을 켜고 대기온도를 측정한다.

2) WISE thermometer

3) 측정하고 싶은 액체 또는 물체에 갖다 두면 온도가 서서히 올라가거나 내려간다.

4) 주의사항 : 물체는 사람의 체온만 가능하다.

 

 

 

[열역학실험]온도계별 온도 레포트