온도 측정 실험 보고서

<온도 측정 실험 결과 보고서>

(1)실험이론

 

 열전대 양단의 온도차이가 미세한 기전력을 만들어내고 발생한 기전력이 양단간 온도 차이와 비례한다는 사실을 이용해 온도를 측정할 수 있다. NTC 서미스터와 PT100과 같은 저항온도계 온도센서는 온도가 올라갈수록 저항 값이 떨어진다는 사실을 바탕으로 온도를 측정할 수 있다. 수은 온도계의 온도를 표준온도로 생각하고 온도변화에 따른 기전력과 저항변화를 관찰한다. 이후 그 데이터를 물체의 온도측정에 이용한다.  

(2)실험방법

 

 수은 온도가 정확한 온도라 가정하면 수은 온도 범위 내에서 열전대와 써미스터의 기전력값과 저항값에 따른 온도를 얻을 수 있다. 먼저 두 개의 열전대 감온부와 저항온도계 감온부를 열이 가해지고 있는 수조안에 넣는다. 수은 온도계를 읽어 30도부터 5도씩 오를 때마다 사진1.과 사진2.의 기기로부터 나타난 수치를 표에 기입한다. 이 실험에서는 single junction 열전대로 측정한 온도와 dual junction열전대에서 측정한 열기전력 값을 살펴본다. NTC 서미스터와 PT100이 측정한 저항값과 수은온도계로 측정한 온도로 그래프를 그리고 그것을 바탕으로 추세선 식을 얻는다. 

온도	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90
기전력	38.69	46.70	3.13	2.92	2.94	3.14	2.63	2.50	1.89	1.75	1.62	1.25	0.56
저항	0.44	0.18	0.51	0.25	0.25	1.07	0.24	0.88	0.16	0.47	0.53	0.23	0.74

표1. 수은온도계 온도(섭씨온도)에 따른 기존기전력과 PT100 저항 측정값의 오차율(%).

(3)결과 고찰

 

 수은 온도계가 정확하다 할지라도 사람이 온도계를 읽으므로 오차가 발생할 수 있다.(유리 온도계에서 그 표면에 눈금이 새겨져 있는 것은 눈금과 액주가 떨어져 있기 때문에 읽을 때 오차가 커지기 쉽다.[2]) 또한 수은온도계가 수조 바닥에 붙어있어서 원래는 대류로 인한 열만 측정해야 하는데 전도로 인한 열도 측정해 약간 더 높은 온도가 나왔을 것이다. 보호관으로 보호되고 있긴 하지만 열전대와 저항온도계 역시 전도로 인한 열에 약간의 영향을 받았을 것을 추측해볼 수 있다. 열기전력 측정값의 오차는 얼음이 정확히 0도가 아니라는 데서 가장 큰 영향을 받았을 것이다. 또한 순서대로 온도를 읽고 쓰는 과정에서 점점 더 온도가 올라가고 있으므로 PT100에 가서는 약간 더 높은 온도가 될 것임에도 불구하고 오차가 거의 나오지 않았다는 것을 확인할 수 있다. 오차율을 토대로 PT100이 이론값을 재현하는데 우수한 기기라는 것을 알 수 있었다.

 

 예비보고서를 쓰고 나서 30℃에서 90℃사이 온도에서는 백금저항온도계가 가장 신빙성 있는 것으로 알고 실험을 하러 갔는데 의외였다. 수은온도계를 표준온도계로 사용했던 것이다. 백금저항온도계의 경우 저항값을 읽어서 그것을 테이블에서 찾아내는 작업이 추가로 필요하기 때문에 표준온도계로 사용하지 않은 것 같다. 그러나 수은온도계는 0∼100℃의 범위 이외에서는 오차가 크며, 또 그 범위 내에서도 어느 정도의 오차가 생길 우려가 있어, 정밀한 측정에는 백금저항온도계 등 다른 온도계를 사용하는 경우가 많다.[1] 수은온도계는 직관적이긴 하지만 정확하지는 않다. 또한 여러 가지 물리적 한계로 측정할 수 있는 물체의 종류가 한정되어있다. 반면 열전대와 전기저항온도계는 몇 번의 조정(calibration)을 거쳐 유용한 실험도구로 사용할 수 있을 것이다.

<참고 문헌>

 

[1]네이버 지식백과, “수은온도계”,

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1918320&cid=50313&categoryId=50313.

 

[2]기계공학실험 교재편찬회, 『기계공학실험』, 문운당, 2001년 9월 10일, 135pg.

-실제 보고서 양식과는 다르니 유의하세요.-