[자연과학] 화학생물공정 실험 - Radiation Errors in Temperature Measurement

서론 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. 이번 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 이번 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. 실험이론 온도 센서를 사용하여 주변을 흐르는 기체의 온도를 측정할 경우 정확한 측정을 위해서는 센서가 기체와 동일한 온도로 안정화되어야 한다. 이상적인 조건 하에서는 일정한 유속으로 흐르는 기체의 Convection으로 인해 센서가 열을 잃거나 얻기 때문에 기체와 같은 온도를 유지하게 된다. 하지만 센서에 영향을 주는 Radiation이 존재할 경우 센서는 기체와 같은 온도로 안정화되지 않게 되며 이는 온도 측정의 오차로 이어진다. Air와 온도 Sensor 간의 Free Convection 경우, Nusselt Number (Nu) 는 Grashof 와 Prandtl Numbers에 의존하게 되며 다음과 같은 상관관계를 가지게 된다. 또한 Morgan이 제시한 실…
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