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기획특집 <특집: 최근의 적외선 서모그래피와 그 응용> 열전대에 의한 온도 및 속도 분포 측정의 시도

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작성자 댓글 0건 조회 473회 작성일 21-08-04 11:15

본문

사진 1. 2×2 어레이형 열전대 


서론

열 유체 기기의 설계 개발, 성능 평가, 검사 시에는 유로 안을 흐르는 유체의 온도 및 속도 분포를 파악하는 일이 중요하다. 예를 들면 내열 기관의 열수지 해석(1)에서는 연소 에너지 중 배기에 의해 유출된 에너지 평가를 위해 배기관에서의 배기 가스 온도 측정이 이루어진다. 그러나 가동하는 기계에 대하여 레이저 계측 등의 광학적 접근이 어려우며 대부분의 경우에 단일점 또는 공간 평균적인 측정에 그친다. 따라서 여기에서는 기계에 대한 도입이 비교적 쉬운 열전대를 이용하여 쉽고 저렴한 온도 및 속도 분포 측정법 개발을 시도(2)(3)하였으며 이를 소개하고자 한다.

 

어레이형 열전대

여기에서는 열전대 소선을 격자 형태로 결합하여 다점 동시 온도 측정을 통해 온도 분포를 취득하는 것을 목표로 하고 있다. <사진 1>은 제작한 2×2 어레이형 열전대이다. 여기에서는 직경 320K형 열전대 소선(아르멜, 크로멜)을 스팟 용접으로 결합하였으며, 4개의 교점이 측온점이 된다. 이것을 플랜지로 끼워서 고정하고 유로 안으로 도입하여 유로 단면의 온도를 4점에서 동시 측정한다. 또한, 어레이형 열전대에서는 소선끼리 서로 지지하기 때문에 가는 선을 이용한 경우에도 유체의 힘에 의해 측온점 위치를 벗어나는 경우가 적다는 이점이 있다.

 

다점 동시 온도 측정

우선 2×2 어레이형 열전대에 의해 4점 동시 온도 측정이 제대로 이루어질 수 있는지를 검증하였다. 실험 방법의 개요도는 <그림 1>과 같다. 여기에서는 측온점 사이의 거리를 80로 둔 어레이형 열전대를 이용하여 4개의 측온점(p1~p4)에 직경 100의 열전대(이후에는 참조용 열전대라고 함)를 별도로 설치하여 어레이형 열전대를 이용한 측온 온도와 비교하였다. 또한, 어레이형 열전대의 출력 신호는 <그림 1>과 같이 네 모서리에서 얻었다.


<그림 2>p3p4 두 점을 고온 공기류를 이용하여 가열했을 때 나타나는 온도 변화이다. <그림 2>를 통해 알 수 있듯이 고온 공기에 의해 가열되는 p3p4에서는 온도가 상승하여 최대 150정도까지 도달하였다. 또한, 이 온도는 참조용 열전대에서 측정된 온도와 잘 일치한다는 것을 알 수 있다. 한편, 가열하지 않은 p1p2에서는 온도 변화가 보이지 않으며 가열점의 영향을 받지 않았음을 알 수 있다.

다른 가열 조건에서도 열전대 어레이와 참조용 열전대의 측정 결과는 잘 일치하며 2×2 어레이형 열전대에 의해 4점 동시 온도 측정이 가능하다는 것이 확인되었다.


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그림 1. 온도 측정 정밀도의 검증 방법(3)
 



..(후략) 

 

出島 一仁河崎 澄山根 浩二 / 사가현립대학

中口 翔太 / ()사가현립대학


 본 기사는 2021년 8월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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