열선패드 만들기

열선 패드를 하나 만들기로 했습니다. 지난번 별관측때 경통과 접안렌즈 부분에 결로가 생겨 마지막에는 별관찰이 불가능했습니다. 그걸 본보기삼아 열선 패드를 알아봤는데 가격이 너무 비쌌습니다. 알아보니 열선 패드에 사용하는 니크롬선은 10µΩcm의 저항을 갖는다1고 하고 대략 10W 정도의 발열을 내면 된다고 합니다. 12V에서 10W의 전력을 소모하기 위한 전류는 0.8A입니다. 이것을 V = IR 로 계산하면 15Ω이 나오는데

10µΩ : 1cm = 15,000,000µΩ : x cm

로 계산하면 15,000m가 나옵니다(?!). 계산이 틀릴리는 없으니 이대로는 할 수 없다는 뜻이 되며 P = I2R계산식을 사용해봐도 100A가 나오니 절대 할 수 없는 일이 됩니다. (이정도 전류량은 1.2kW짜리 납축전지도 죽는다) 결국 실제로 물건을 받아서 1m에서 어느정도 저항값이 나오는지 확인해보기로 했습니다.

일부 부품이 오는 동안 딥스카이 촬영에 대한 일부 책에서 통상 20Ω정도의 저항이 나오면 된다고 해서 잠시 계산해 봤습니다.

    • I = 0.5A -> 5W
    • I = 0.6A -> 7.2W
    • I = 0.8A -> 12.8W
    • I = 1A -> 20W

계산결과를 보시면 아시겠지만 경통 열선패드는 아주 높은 열을 필요로 하는 것이 아니라 적절한 전류값은 0.5A ~ 1A정도로 생각해보면 될 것 같습니다. 저 같은 경우는 델코 심방전 납축전지(DC31)를 사용하는데 100Ah정도의 축전량을 가지고 있어 1.2kWh입니다. 이 말은 20W로 작동시켜도 60시간 작동 가능하니 안정적으로 패드를 운용할 수 있을것 같습니다.

이런저런 생각하며 패드 디자인을 해봤습니다.

발열패드

..병신이죠? 제가 무얼 잘못했는지 아시는 분.
네네… 니크롬선이 완전 절연도 아닌데 알루미늄테이프를 붙이자니…; 정신 차리고 알루미늄 테이프를 붙이기 전에 캡톤 테이프로 마감을 한번 해주기로 했습니다. 아시다시피 캡톤 테이프는 200 ℃ ~ 250℃까지 내열성을 가지고 있으니 우리가 만드는 열선패드에 안성맞춤인 테이프입니다.

아! 제품이 도착했네요. 제가 구입한 녀석은 0.29mm짜리 입니다. 멀티미터로 측정해보니 10Cm에 2.5Ω이 나오네요. 그러면… 1m를 사용한다고 가정하면 25Ω이고요, 아래의 계산식으로 출력을 추정해볼 수 있겠네요.

V = I x R이니까
12V = I x 25Ω
I = 0.48A

P = I2R이니까
P = 0.48 x 0.48 x 25 = 5.76W

가 됩니다. 음….. 원래 계획은 10W를 기준으로 ±5W를 주려고 한 것인데 이대로는 안 될 것 같네요. 가변저항의 저항값을 최저로 낮췄을 때 20W, 중간 정도일때 10W를 바랬는데 최대값이 5W라니.. 너무합니다. 니크롬선 2개를 병렬로 사용하면 12.5Ω이 되니 어떨까 계산해 봤습니다.

12V = I x 12.5Ω
I = 0.96A

P = 0.96 * 0.96 * 12.5 = 11.52W

…마지막으로 니크롬선 3개를 병렬로 사용하면 8.3Ω이 되니 이걸 사용하기로 했습니다.
정리하면, 니크롬선 1m 3개를 병렬로 연결하면 8.3Ω이 되고 제가 가진 가변저항은 최대 8.9kΩ입니다. 물론 최저값은 0.2Ω이구요. 그럼 회로의 최소 저항은 8.5Ω이고 최대저항은 8983Ω이 됩니다. 다시 전류를 기준으로 보면 12V일때 최소전류는 0.001A이고 최대전류는 1.4A입니다.
직렬연결인 경우 (니크롬선 3개는 한 덩이라고 가정합니다) 회로를 흐르는 전류는 일정하므로 전체회로의 전류는 0.001A ~ 1.4A이며, 이때 니크롬선과 가변저항에 걸리는 전력은 각각 0.06W/0.008W ~ 16.3W/0.4W입니다. 오… 제가 원하는 용량이 된 것 같습니다. 가변저항의 노브를 돌리면 원하는 만큼 발열을 조절할 수 있겠네요.

만들기

열선패드의 몸체는 지난번에 산 3mm 열전도 실리콘 패드를 사용하기로 했습니다. 패드에는 3줄로 니크롬선이 들어가야 하고 160mm경통을 동째로 감을 수 있어야 하니 너비 4~5Cm에 길이 60Cm로 만들어야 할 것 같습니다….  뭐, 만들다 귀찮으면 바꿀께요. ㅋ

만드는 방법은 의외로 간단합니다. 우선 열전도 실리콘 패드(알리 익스프레스에서 샀습니다)를 너비 5Cm로 잘라 약 50Cm가 되게 만듭니다. 그리고 여기에 니크롬선을 서로 닿지 않게 조심조심 고정해 주는 것입니다.

이때 절연테이프가 중요한데, 전 집에 있는 캡톤 테이프를 사용했습니다. 아, 미리 말씀드리고 싶은 것은, 캡톤 테이프는 가격이 비싸므로 일반 절연 테이프를 사용하셔도 됩니다. 어차피 니크롬선에 100°C이상을 가할 것은 아니기 때문에 큰 문제는 없습니다.

니크롬선을 가지런하게 둘렀으면 캡톤 테이프로 전체적으로 한번 붙여준 후 알루미늄 테이프로 감쌉니다. 물론 알루미늄 테이프를 쓰지 않으셔도 무방합니다. 원래 전 청바지 천으로 만든 작은 포켓에 전체를 담고 싶었는데 제봉기술이 전혀 없으므로 이렇게 한 것입니다.
그리고나서 니크롬선 말단을 전선과 이어주고 가변저항을 달아줍니다.

이게 끝입니다. 작동 영상을 열화상 카메라로 찍어서 보여드리고 싶었는데 경황이 없어 찍지는 못했습니다.

제작후기

전체적으로 크게 어렵지 않은 물건이고 전기적으로 문제가 발생할만한 부분이 적어 편합니다.
다만 몇 가지 말씀드릴 것이 있습니다.

  • DC전원공급장치(테스트용)에서 C.V.에러가 뜨며 전류공급이 중단된 이유를 모르겠습니다
    그냥 납축전지에 연결했을때는 아무 이상 없었거든요
  • 위 에러의 문제를 눈치채지 못해서 가변저항을 제거했는데 나중에 다시 달아야 겠습니다
  • 니크롬선을 실리콘 패드에 고정할 때 사진을 보시면 군데군데 캡톤 테이프로 고정했는데 이렇게 하는 것보다 선 하나 주욱 돌리고 통째로 캡톤테이프로 붙이고, 다시 선 하나 주욱 돌리고 통째로 테이프로 붙이는 편이 나은 것 같습니다
  • 망원경 경통에 고정할 때는 운동할때 쓰는 땀밴드(이마에 두르는 거 있잖아요)를 사용하면 될 것 같습니다
  • 여기다 온도센서를 달고 아두이노로 컨트롤 하면 좀 더 편리하게 사용할 수 있을 것 같은데 그런건 안하려구요

 

Reference

[1] 사이언스올 과학백과사전 니크롬선
https://www.scienceall.com/%EB%8B%88%ED%81%AC%EB%A1%AC%EC%84%A0-nichrome-wire/

답글 남기기

아래 항목을 채우거나 오른쪽 아이콘 중 하나를 클릭하여 로그 인 하세요:

WordPress.com 로고

WordPress.com의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 /  변경 )

Google+ photo

Google+의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 /  변경 )

Twitter 사진

Twitter의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 /  변경 )

Facebook 사진

Facebook의 계정을 사용하여 댓글을 남깁니다. 로그아웃 /  변경 )

%s에 연결하는 중