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시정수가 0.1분이며 이득이 1인 1차 공정의 특성을 지닌 온도계가 9… | [화공기사 필기] 21년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 21년 2회차
시정수가 0.1분이며 이득이 1인 1차 공정의 특성을 지닌 온도계가 90°C로 정상상태에 있다. 특정 시간(t=0)에 이 온도계를 100℃인 곳에 옮겼을 때, 온도계가 98°C를 가리키는 데 걸리는 시간(분)은? (단, 온도계는 단위계단응답을 보인다고 가정한다.)
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해설

1차 공정의 계단응답식은 T(t)=T0+KΔu(1et/τ)T(t)=T_0+K\Delta u\,(1-e^{-t/\tau})이다. 이득 K=1, 입력변화 Δu=10090=10\Delta u=100-90=10℃, 시정수 τ=0.1\tau=0.1분을 대입한다.

98℃에 도달하는 시점은 8=10(1et/0.1)8=10(1-e^{-t/0.1})에서 et/0.1=0.2e^{-t/0.1}=0.2이므로, t=0.1×ln50.161t=0.1\times\ln5\approx0.161분이다.

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