화학생물공정실험 | Radiation Errors in Temperature Measurement

 

 

 

복사에 의해 온도계와 그 주위 사이에서 일어나는 열의 전달은 온도계의 측정값에 영향을 주게 되는데, 특히 측정하는 것이 기체의 온도이고 주변의 온도가 기체의 온도와 다르게 되면 그에 의한 영향이 크게 나타난다. 이런 오차는 그 외에도 온도계 주위를 지나가는 기체의 속도나 온도계의 크기, 온도계 자체의 복사율 등의 다른 요인에 의해서도 발생한다. 본 실험에서는 도관의 중심부를 통과하는 공기의 온도를 측정하기 위해 여러 개의 열전쌍을 사용하는데, 이 때 도관 벽을 가열하여 복사원으로서 작용하게 한다.

 

각각의 열전쌍은 도관 벽에서의 복사에 의해 열을 얻고, 철선에 의한 전도와 흐르는 공기에 의한 대류에 의해 열을 잃게 된다. 그 결과 열전쌍의 온도는 그 주변을 흐르는 공기의 온도보다 더 높아지게 되는데, 실험에서 측정되는 온도가 바로 이 온도이다. 이 때의 측정 결과로부터 온도 측정 시의 오차를 일으키는 요인과 그 영향을 줄이거나 없앨 수 있는 방법을 생각해 볼 수 있다. 본 실험에서는 열복사와 아래의 요인들에 의하여 온도 측정이 어떻게 영향을 받는지를 살펴보는 것을 목표로 한다.

 

1) 감지 장치와 그 주변 사이의 온도 차이에 의한 영향

 

2) 공기 속도의 영향

 

3) 감지 장치의 크기에 의한 영향

 

4) 감지 장치의 복사율에 의한 영향

 

5) 측정에서의 오류

 

요약하면, 온도계와 주변 환경 간의 Radiation은 온도계에서 측정되는 온도 값에 큰 영향을 줄 수 있다. 특히 온도 측정의 대상이 기체인 경우, 온도계는 기체보다 온도가 높은 주변 고체 표면에 의한 영향을 받기 쉽다. 또한 온도계에 의한 온도 측정은 기체의 유속이나 온도계의 크기 및 Emissivity에 의한 영향을 받는다. 본 실험에서는 열전기쌍을 통해 덕트의 중앙을 일정한 유속으로 흐르는 기체의 온도를 재도록 한다. 한편 덕트 자체는 가열된 상태로 유지되도록 하여 열전기쌍에 Radiation에 의한 영향을 주도록 한다.

 

각 열전기쌍은 덕트의 Radiation으로 인해 열을 전달받게 되고 기체의 Convection과 전선의 Conduction에 의해 열을 잃게 된다. 결과적으로 열전기쌍은 온도 측정의 대상인 기체보다 더 높은 온도를 유지하게 되며 이는 온도 측정 과정에서의 오차 존재와 이런 오차를 줄일 수 있는 방법을 보여주는 예가 된다. 한편 본 실험에서는 Radiation에 의한 영향으로 측정 온도가 바뀔 수 있음을 확인하고 열전기쌍과 주변과의 온도 차이, 기체의 유속, 온도 센서의 크기, 센서의 Emissivity가 온도 측정에 미치는 영향을 살펴보기로 한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) HT16 Radiation Errors in Temperature Measurement Accessory를 HT10X옆에 위치한다.

 

2) 가열된 Cylinder에 연결된 열전기쌍을 HT10X Heat Transfer Service Unit 의 T10 Socket에 연결한다.

 

3) 수직 덕트의 아래쪽에 연결된 열전기쌍 (Air Temperature)을 HT10X Heat Transfer Service Unit 의 T6 Socket에 연결한다.

 

4) 수직 덕트의 중앙에 연결된 3개의 테스트 열전기쌍을 HT10X Heat Transfer Service Unit 의 T7, T8, T9 Socket에 각각 연결한다.

 

5) Fan의 Mains Lead (Terminated at the connection box alongside the fan) 를 HT10X Heat Transfer Service Unit 뒤쪽에 위치한 Output1 Socket에 연결한다.

 

6) Fan을 아직 키지 않도록 한다.

 

7) 손잡이를 시계반대방향으로 돌려서 Fan의 앞에 위치한 Throttle Plate을 열도록 한다.

 

8) 수직 덕트의 Anemometer Lead를 HT10X Heat Transfer Service Unit 의 앞에 위치한 Ua Socket에 연결한다.

 

9) 손잡이를 시계반대방향으로 돌려서 VOLTAGE CONTROL Potentiometer 를 최소로 하고 Selector Switch 를 MANUAL 로 한다. 가열된 Cylinder의 Power Lead를 HT10X Heat Transfer Service Unit 의 뒤쪽에 위치한 O/P3 Socket에 연결한다.

 

10) Front Mains Switch를 킨다.

 

11) 장치를 작동하기 전, T6, T7, T8, T9, T10를 측정한다.

 

12) Heater Voltage를 8V로 한다.

 

13) HT16 Radiation Errors in Temperature Measurement Accessory가 안정화될 때까지 기다린다.

 

14) 온도가 안정화된 다음 T6, T7, T8, T9, V, I 를 측정한다.

 

15) 12V, 18V, 24V에서 위의 측정을 반복한다.

 

16) 손잡이를 시계방향으로 돌려서 Fan의 앞에 위치한 Throttle Plate를 닫는다.

 

17) Fan Connection Box의 스위치를 눌러서 Fan을 킨다.

 

18) Throttle Plate을 조절하여서 유속이 0.5m/s이 되도록 한다. (Selector Switch가 Ua로 맞춰졌을 때 Top Display에 나타남)

 

19) 온도가 안정화된 다음 T6, T7, T8, T9, T10, V, I를 측정한다.

 

20) 유속이 1, 2, 4 m/s일 때 위의 측정을 반복한다.

 

 

 

[화학생물공정실험]Radiation Errors in Temperature Measurement 레포트