열전달-Heat Sink

1 실험목적

Heat sink 냉각 장치를 이해하고, 실험을 통하여 열전대(Thermocouple)를 이용한 온도 계측 방법과 데이터 획득 방법을 습득한다. 측정한 데이터를 Newton의 냉각법칙 (Newton's law of cooling) 을 적용하여 분석하는 방법을 습득한다.

 

2 실험이론

Heat sink: 전자 장치 등에서 일정 온도를 유지하기 위해서 열을 방출시키기 위해 열전달 면적을 넓힌 구조를 가진 모듈을 지칭한다.

 

Heat transfer coefficient: Newton 냉각법칙을 이용 표면에 대한 열전달 계수를 정의하면 다음과 같다.

 

 

q=heat flow rate, W

h=heat transfer coefficient

A=heat transfer surface area

델타T=difference in temperature between the surface and the surrounding fluid, K

 

3 실험장치

DC 파워 서플라이: 교류 전류를 안정적으로 사용할 수 있도록 직류로 변환해 전원을 공급하는 하드웨어이다

 

열전대: 열전대는 제베크효과를 이용하여 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속으로 만든 센서이다. 이번 실험에서 사용하는 열전대는 Omaga사의 5TC-TT-T-30-36이다.

 

데이터로거: 아날로그 신호를 A/D 변환기에 의해 디지털 신호로 변환하고 저장한다.

 

단열재: 히트싱크 베이스에서 하단면으로의 열손실을 최소화하기 위한 장치이며, 이번 실험에서 쓰인 단열재는 열전도율 값이 0.047이다.

Equipment	Description
Agilent 34970A	Data logger
Agilent E3634A	DC power supply
Omega Thermocouple	T-type thermocouple
DAQ PC	Data acquisition PC

 

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4.실험방법

①Power supply를 이용 flim heater에 열율 공급

②Data logger를 통해 Heat sink에 부착된 Thermocouples가 계측한 온도 값을 읽음

③DAQ PC에서 Data logger의 결과값을 수집

④정상 상태에 도달 할 때까지 heat sink base에 부착된 Thermocouples의 온도와 외기 온도를 기록

⑤h값을 위의 식을 이용해서 구함

 

5.실험결과

1.열전대 이론:

열전대:서로 다른 두 종류의 금속도체에 폐회로가 형성 되도록 결합하고, 두 결합 사이에 온도차이를 유지하면 폐회로내에 기전력(EM)이 발생합니다.

[Steinbeck'seffect 제백효과] 이렇게, 한쪽 (냉접점)을 정확하게 0℃로 유지하고, 다른 한쪽(측정접점 또는 온접점)을 측정하려는 대상에 놓아두면, 기전력이 측정되어 온도를 알 수 있습니다. 서로 다른 금속도체의 결합을 "열전대"라 합니다.

 

열전대 원리: 두개의 서로 다른 금속 또는 합금선의 양단을 연결하고 이 접점의 온도를 변화시키면 그 온도차에 따라 양 접점 간에 전위차가 생긴다. 이와 같이 전류를 외부에서 공급하지 않고도 온도차에 의해 나타나는 기전력을 제백(seebeck)전압이라 부른다. 제백(seebeck)전압은 서로 다른 두 금속의 접점에서 주울 열 이외에 열의 방출 및 흡수에 따라 발생하는 펠티에 전위와 동일한 금속선에서 양 끝단에 온도차를 주고 전류를 흐르게 할 때 금속선 자체에서 주울 열 이외에 가역적인 열의 흡수와 방출에 따라 발생하는 톰슨전위(Thomson potential)의 합으로 나타난다. 따라서 톰슨전위(Thomson potential)의 차를 일정하게 유지하기 위하여 한 쪽 끝선에 기준점 (Cold junction, 0℃)설정이 필요하다. 열전대를 이용하여 온도를 측정할 때는 한 끝을 기준점에 유지하고 다른 한 끝은 측정점(hot junction)에 놓고 기전력을 측정하면 측정점의 온도를 구할 수 있다.

 

 

2.측정된 온도

temperature

Channel		1	2	3	4(T )
Time	0m0s	0	0	0	0
	9m59s	61.573	57.261	54.357	16.06
	19m59s	70.024	65.469	62.567	17.238
	29m59s	72.776	67.667	64.862	17.596
	39m59s	74.273	69.056	65.717	17.657