온도 및 습도 측정법

1. 온도 측정법  :온도를 측정하는 방법을 대별하면 접촉법과 무접촉법의 두가지가 있다.       ① 접촉법 ∼  측정하고자 하는 물체에 측정기의 검출부를 직접 접촉시켜서                          양자 사이에 열접촉을 행하게 하여 평형하게 되었을 때의                          검출부의 온도에서 대상물의 온도를 정하는 것.       ② 무접촉법 ∼ 측정할 물체에서의 열복사의 강도를 측정하여 온도를 알게하는 방법.    ⑴ 온도계의 종류       1) 팽창을 이용한 온도계         ① 유리온도계               액체의 열팽창을 이용한 온도계로서 간단하고 정도가 좋으므로 널리 사용된다.               적당한 크기의 액체의 고인 부분과 거기에 달린 細管 속에 액체를 봉입시킨               것이며 유리용기와액체의 열팽창의 차가 눈금에 나타난다. 사용되는               액체의 종류와 그 사용번위는 표11.3과 같다.               이중에서 수은이 가장 많이 사용되지만 이것은 순수한 것을 얻기 쉽고               잘 변질되지 않으며 유리관에 달라붙지 않고 열전도가 좋기 때문이다.               그러나 저온에는 有機액체가 사용된다. 유리온도계에 대해 오차의 원인을               분석해보면 [1] 관경의 不同, [2] 눈금의 부정확, [3] 유리재료의 경년변화,               [4] 유리의열팽창에서의 여효, [5]보통은 연직으로 하여 사용하게끔 눈금이               새겨져 있는 데 대해 사용시의 자세의 영향, [6] 노출부분의 비율,               [7] 늦음등, 늦음에 대해서는 전술하였으나 실험용의 수은온도계는               시정수는 2s정도이므로 빠른 변화에 대해서는 추종할 수 없다.           ⑴ 베크만온도계               작은 범위의 온도변화를 아주 정밀하게 측정하는 수은 온도계이며 球部가 크고 은                가늘며 5∼6 의 사이를 0.01까지 눈금이 새겨져 있다. 세관의 상부에는 그림11.3과                같은 굵은 유리관이어서 연결부에서 수은을 끊든가 연결하든가                하여 수은을 적당하게 증감시켜 임의의 온도의 온도변화를 눈금에서 읽을 수 있게끔               한다.           ⑵ 최고 최저 온도계               최고온도계는 사용개시의 시각부터 현재까지의 최고가 표시되는               온도계로서 留点에 의해 올라가지만 내려오지 못하게 한것. 온도가 상승하면               수은주는 최고온도쪽에 이동하고 하강하면 최저온도쪽으로 이동한다. 수은도               온도에 의해 팽창하지만 미미이므로 무시할 수 있다. 충상편이 각각  최고 최저온도               에 머문다.               ② 바이메탈온도계               팽창계수가 다른 2종의 전판을 맞붙이면 온도변화에 의해 굽어짐이변하는 것을 이용               하여 온도를 측정할  수 있다.         ③ 압력식온도계               액체 또는 기체 또는 액체기체의 두가지가  주입되어 있는 소구와 부르돈관등의 압력               계를 모세관으로 연결하여 소구부분의 온도변화에 따라 생기는 압력변화를 압력계로                읽는 것. 그 구조에 따라 액체식, 증기압식, 기체식의  세종류가 있다.                     ⑴ 액체식 ∼ 액체식은 구부,보세관 및 부르돈관에 전부 액체를 채운것이며               순전히 액체의 열팽창에 의한 것이므로 임계온도이하에서 사용된다. 액체는 금수은               (<200 ), 아닐린(<400 ), 수은(<600 )등이 사용된다.           ⑵ 증기압식 ∼ 액체의 증기압과 그 온도와의 사이에는 일정한 관계가 있는 것을 이용한              것.                   ⑶ 기계식 ∼ 질소와 같은 불활성가스가 사용된다. 고온도에서는 기체가                금속에 침투되므로 500 이하에서 사용된다.               ④ 기체온도계               기체온도계는 온도측정이 기본이 되는 온도계로서 연구적으로 취급된다.               기체로서는 헬륨, 수은, 네온, 질소등이 사용되며 용기에는 유리, 석영유리,               백금 등이 사용되고 압력의 측정에는 수은주가 사용된다. 그 종류에는 기체의               체적을 일정하게 유지햐였을때 압력이 온도에 의해 변화하는데 의한               정적온도계와 압력을 일정하게 유지할때 기체의 체적이 온도에 의해 변하는               것에 의한 정압온도계가 있다.                 2) 전기적온도계         ① 저항온도계 ∼ 도체, 반도체의 전기저항은 온도에 따라 변한다. 저항으로서는                형편이 나쁜 현상이지만 온도측정에는 편리하고 정도가 좋은                온도변환기이므로 저항온도계 또는 전기저항온도계로서 널리 사용된다.                이용되는 재료로는 금속선과 반도체가 있으며 이용방법은 다르다.                보통 저항의 변화는 압력에 따라서도 변하므로 하중이 변화되지 않게끔 사용해야 한                다.           ⑴ 서어미스터 ∼ 망간, 니켈, 코발트등의 금속의 산화물의 분말을 소결시킨 반도체는그                             전기저항이 온도에 의해 심하게 변하는 성질을 가지고 있으므로 이것을 側溫저항소자                            에 이용할수가 있다.           ⑵ 측정회로 ∼ 저항을 측정하기 위해 전원을 사용하여 전류를 흘리는                            방법이 취해지며 정도와 실용성에서 다음의 5종이 실제로 행해지고 있다.                ㉠ 전위차계에 의한 방법 ∼ 매우 정확하게  저항을 측정하는 목적에 사용되는                                        방법으로서 검정이나 연구에 사용된다.                                   ㉡ 브리지에 의한 방법 ∼ 전기저항을 측정하는데 보통 사용되는 방법.                                   ㉢交又코일형비율계 ∼ 공업용으로는 온도를 直示하는 것이 요망되므로                                            이 형식이 많이 사용된다.                                   ㉣ 브릿지式비율계 ∼ 브릿지式비율계는 가동코일형계기의 제어스프링                                             대신에 다른 코일을 두어서 토오크를 균형시킴으로써 전류비에                                             관계가 있는 지침의 움직임을 표시하는 것이다. 표준저항과 測溫저항을                                            브릿지로 짜서 측정하면 온도를 직시할 수가 있다.         ② 열전대온도계 ∼ 열전대의 소선의 끝은 용접하여 온접점을 만든다. 고가인                           열전대온도소선을 길게 사용하는 것은 불경제적이므로 짧은 열전대에                          그것보다 값싼 소선으로 비교적 저온의 부분(200 이하)에서 열전대와                           근사한 열기전력이 생기는 열전대소선을 보상도선으로 사용하여 긴                           도선으로서 사용한다. 보통 사용되는 것은 동과 동니켈합금의 조합으로서                           사용열전대에 따라 동니켈합금의 조성이 다른 것을 사용한다. 정도가 좋은                           열전대와 계기를 사용하면 오차는 최대 1%를 보증할 수 있다. 그러나                           사용하는데 여러가지 오차가 있다. 냉접점에 의한것, 보상도선에 의한것,                           열전도에 의한것 등이 있다.       3) 방사를 이용하는 온도계         ① 방사온도계 ∼ 모든 방사를 이용하므로 전방사온도계라고도 한다. 상온이상의                          측정이 가능하지만 주로 고온측정에 사용되므로 방사온도계라고도 한다.                          제강의 평로를 최고로 하는 1800 이하의 측온범위에서는 방사는 거의가                          열선이므로 이것을 적당한 흡수체에 흡수시켜 그 온도상승을 측정하여                          방사체의 온도를 추측할 수가 있다. 온도상승의 측정은 열전대에 의한                         것이 많다.         ② 광온도계 ∼ 광온도계는 물체의 거의 단색에 가까운 가시광의 좁은 파장역의 방사를                            이용하여 대략 7000 이상의 고온의 측정을 행하는 것이며 보통은                          적색(파장0.65㎛)을 이용한다.광온도계에는 目測으로 행하는 형식의 것, 광전지나                          광전관을 이용하여 자동적으로 측정 또는  제어를 행하는 형식의 것이 있다.         ③ 적외선온도계 ∼ 파장 15㎛정도까지의 적외선을  이용하는 온도계의 검출소자로서는                           서어미스터나 초전소자와같은 열형검출기와  pbs, ge, si등의 광전소자에 의한                          광형검출기의 두 형식이 있다.         ④ 제에게르코온 ∼ H.Seger의 고안이므로 이 이름이 붙었다. 점토의 연화온도가 그 조성에 따라                           결정되는 것을 이용하는 것.         ⑤ 서어모컬러어 ∼ 일정한 온도로 화학변화를 일으켜 색이 변하는 성질을 가진                               물질을 이용하여 온도를 알고자 하는 것이며 보통 페인트상으로 되어                          있어서 측정하고자 하는 물체에 칠하므로 서어모페인트라고도 한다.                          여기에는 냉각되면 본래의 색으로 되돌아가는 가역성과 그렇지 않은                          가불역성의 것이 있다.   2.  습도측정법               1㎥의 기체 속에 함유되는 스증기의 질량을 절대습도라고 한다. 그리고               일정 용적의 기체에 함유될 수 있는 수증기의 최대량은 기체의 압력에는               관계없고 온도에 의해 결정도니며 그 상태를 수증기가 포화되었다고 한다.               온도가 내려가면 포화수증기압이 감소되므로 기체를 냉각시키면 상대습도가               증가되어 어느 온도에서 드디어 포화되어 이슬이 생긴다. 이 온도를               露点이라고 한다. 0  이하에서는 로점이라도 한다. 로점을 측정하면               수증기압을 알 수가 있으며 여기에서 절대습도, 상대습도를 알 수가 있다.       ⑴ 절대측정법               일정량의 기체중에 함유되어 있는 수증기를 약품으로 흡수시킨 다음 그 질량을               측정하여 계산에 의해 습도를 구한다. 흡습제로서는 오산화제, 염화칼슘,               濃黃酸등이 사용된다. 일정체적의 용기에 가두고 수증기를 흡습제에               흡수시켰을 때의 압력의 감소를 측정하여 분압을 아는 방법도 행해진다.             ⑵ 습도계의 종류         ① 露点습도계 ∼ 금속거울의 온도를 서서히 낮춰서 이슬 또는 서리가 맺힐 때의                  응결온도가 온도를 높여서 그것이 없어질때의 소실온도를 육안으로 보면서                  수은 온도계나 열전대로 측정하여 평균을 로점으로 하는 것이 이전부터                  행해지고 있었으나 판정도 어렵고 오차가 생기기 쉽다. 로점에 달하면                  부착된 이슬이나 서리 때문에 거울에서의 반사광의 양이 감소되므로 이것을                  광전관으로 측정하는  광전관로점온도계는 1 의 정도로 로점을                  정할 수 있다.         ② 건습구습도계 ∼ 물체의 표면은 물로 젖게 해두면 주위의 기체의 습도가                   낮을수록 물의 증발이 많아 증발열이 빼앗겨 온도의 저하가 크다. 따라서                   습구와 건구의 온도를 측정하면 상대습도가 유도된다.         ③ 모발습도계 ∼ 사람의 모발은 습도에 민감하여 습도가 커지면서 늘어나므로                   이것을 확대시켜 지침을 움직이든가 기록펜을 움직여서 상대습도를 지시,                   기록할 수 있다. 이것을 모발습도계라 한다. 안정은 좋지 못하고                   응답시간도 크지만 쉽게 이용할 수 있으므로 많이 사용되고  제어용으로도 이용된다.         ④ 전기저항식습도계 ∼ 산화리튬의 수용액의 전기저항과 습도와의 관계를                     이용한다. 폴리스틸렌을 칠한 금속원통에 pt또는 ㅔ선을 두개 접근하게                     병행으로 감고 폴리비닐아세터이트나 폴리비닐알코올을 속에 산화리듐의                     수용액을 녹인것을 두개의 선의 사이에 칠한다. 그리고 이 두개의 선간의                     전기저항을 측정하면 그 대수는 상대습도에 비례적으로 변화한다.                     Liel농도가 높은 것일수록 저온도, 저습도에 이용할 수 있다.