작동 온도

작동 온도(operating temperature)는 전기 또는 기계 장치가 작동하는 국부 주변 환경의 허용 가능한 온도 범위이다. 장치는 장치의 기능 및 적용 상황에 따라 달라지는 지정된 온도 범위 내에서 효과적으로 작동하며, 최소 작동 온도에서 최대 작동 온도(또는 피크 작동 온도)까지 다양하다. 이 안전 작동 온도 범위를 벗어나면 장치가 고장 날 수 있다.

이는 신뢰성 공학의 한 구성 요소이다.

유사하게, 생물학적 시스템은 작동 온도에 해당하는 온도 범위에서 생존 가능하다.

범위
대부분의 반도체 장치는 여러 온도 등급으로 제조된다. 널리 받아들여지는 등급은 다음과 같다.
상업용: 0 °C ~ 70 °C ()
산업용: −40 °C ~ 85 °C ()
군사용: −55 °C ~ 125 °C ()

그럼에도 불구하고 각 제조업체는 자체 온도 등급을 정의하므로 설계자는 데이터시트 사양에 주의를 기울여야 한다. 예를 들어, 맥심 인터그레이티드는 자사 제품에 대해 5가지 온도 등급을 사용한다.

전체 군사용: −55 °C ~ 125 °C ()
차량용: −25 °C ~ 125 °C ()
AEC-Q100 레벨 2: −40 °C ~ 105 °C ()
확장 산업용: −40 °C ~ 85 °C ()
산업용: −20 °C ~ 85 °C ()

이러한 등급의 사용은 장치가 해당 응용 분야에 적합하며 사용되는 환경 조건을 견딜 수 있음을 보장한다. 정상 작동 온도 범위는 장치의 전력 손실과 같은 여러 요인의 영향을 받는다. 이러한 요인들은 장치의 "임계 온도", 즉 최대 정상 작동 온도와 장치가 더 이상 작동하지 않는 최대 작동 온도를 정의하는 데 사용된다. 이 두 온도 사이에서 장치는 비피크 수준으로 작동한다. 예를 들어, 저항기는 의 임계 온도와 의 최대 온도를 가질 수 있으며, 이 사이에서 열 디레이팅을 나타낸다.

전기 장치의 경우, 장치 내 반도체의 온도인 접합부 온도는 주변 온도의 영향을 받으며, 집적 회로의 경우 다음 방정식으로 주어진다.

여기서 TJ는 접합부 온도를 °C로 나타내고, Ta는 주변 온도를 °C로 나타내며, PD는 집적 회로의 전력 손실을 W로 나타내고, Rja는 접합부 대 주변 열 저항을 °C/W로 나타낸다.

항공우주 및 군사
군사 및 항공우주 응용 분야에 사용되는 전기 및 기계 장치는 온도 범위를 포함하여 더 큰 환경 변동성을 견뎌야 할 수 있다.

미국 국방부는 미국 군대에서 사용되는 모든 제품에 대한 미국 군사규격을 정의했다. 제품의 환경 설계 및 테스트 한계는 수명 주기 동안 겪을 조건에 대해 MIL-STD-810, 국방부 환경 공학 고려 사항 및 실험실 테스트 표준에 명시되어 있다.

MIL-STD-810G 표준은 "작동 온도 안정화는 가장 긴 열 지연을 가질 것으로 간주되는 테스트 품목의 작동 부품 온도가 시간당 를 초과하지 않는 속도로 변할 때 달성된다"고 명시한다. 또한 극심한 온도 하중에 대한 재료의 성능을 평가하는 절차를 명시한다.

군용 엔진 터빈 블레이드는 정상 작동 중에 크리프와 열 피로라는 두 가지 중요한 변형 응력을 경험한다. 재료의 크리프 수명은 "작동 온도에 크게 의존하며", 따라서 크리프 분석은 설계 검증의 중요한 부분이다. 크리프 및 열 피로의 일부 효과는 장치 설계에 냉각 시스템을 통합하여 금속이 경험하는 최고 온도를 줄임으로써 완화될 수 있다.

상업 및 소매
상업 및 소매 제품은 군사 및 항공우주 응용 분야보다 덜 엄격한 요구 사항에 따라 제조된다. 예를 들어, 인텔 코퍼레이션에서 생산하는 마이크로프로세서는 상업용, 산업용, 확장형의 세 가지 등급으로 제조된다.

일부 장치는 작동 중에 열을 발생시키므로 지정된 작동 온도 범위 내, 특히 장치의 최대 작동 온도 이하에서 작동하도록 열 관리가 필요할 수 있다. 일반적인 상업용 또는 소매용 구성에 장착된 마이크로프로세서를 냉각하려면 "프로세서에 올바르게 장착된 방열판과 시스템 섀시를 통한 효과적인 공기 흐름"이 필요하다. 시스템은 "정상보다 높은 주변 공기 온도 또는 시스템 열 관리 구성 요소(예: 시스템 팬)의 고장"과 같은 비정상적인 작동 조건으로부터 프로세서를 보호하도록 설계되었지만, "올바르게 설계된 시스템에서는 이 기능이 활성화되어서는 안 된다"고 명시되어 있다. 냉각 및 기타 열 관리 기술은 성능과 소음 수준에 영향을 미칠 수 있다. 주거용 응용 분야에서는 소음 수준이 불쾌해지지 않도록 소음 완화 전략이 필요할 수 있다.

배터리 수명 및 효율성은 작동 온도에 영향을 받는다. 효율성은 배터리가 에서 달성한 수명 대비 백분율로 측정된다. 옴 부하 및 작동 온도는 종종 배터리의 방전율을 함께 결정한다. 또한, 1차 배터리의 예상 작동 온도가 일반적인 10 °C ~ 25 °C () 범위를 벗어나는 경우, 작동 온도는 "종종 응용 분야에 선택된 배터리 유형에 영향을 미칠 것이다". 부분적으로 방전된 리튬 이산화황 배터리에서 에너지를 회수하는 것은 "배터리 작동 온도를 적절하게 높일 때" 개선되는 것으로 나타났다.

생물학
포유류는 포유류 항상성의 일부인 체온 조절을 통해 다양한 조건에서 편안한 체온을 유지하려고 한다. 포유류의 최저 정상 체온인 기초체온은 수면 중에 달성된다. 여성의 경우 배란의 영향을 받아 가임력 인식의 구성 요소로 사용될 수 있는 이상성 패턴을 유발한다.

인간의 시상하부는 물질대사, 즉 기초대사율을 조절한다. 그 기능 중에는 체온 조절이 있다. 심부 체온은 또한 개인의 활동일 주기 시간을 측정하는 고전적인 위상 마커 중 하나이다.

정상 인간 체온의 변화는 불편함을 초래할 수 있다. 가장 흔한 변화는 일반적으로 약  정도의 체온 조절 설정점의 일시적인 상승인 발열이다. 열중증은 신체가 소산할 수 있는 것보다 더 많은 열을 흡수하여 발생하는 급성 상태인 반면, 저체온증은 신체 코어 온도가 정상적인 물질대사에 필요한 것보다 낮아지는 상태이며, 환경으로 손실되는 열을 신체가 보충할 수 없기 때문에 발생한다.

내용주

 각주 

분류:문턱 온도