KR100385577B1 - Temperature control-test device and its temperature control mode using thermoelement - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치 및 이의 온도 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이종(異種)의 금속 접합체로 되어 직류전원의 공급으로 가열작용과 냉각작용이 양단 접합면으로 나타나는 열전소자를 인가전압의 세기와 극성이 일정한 고정형 열전소자와, 설정온도와 표준 현재온도의 비교값에 따라 인가전압의 세기와 극성이 가변되는 가변형 열전소자로 구분 장착하여 챔버 내부를 정확한 설정온도로 신속하게 안정화 할 수 있는 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치 및 이의 온도 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature control experiment apparatus using a thermoelectric element and a temperature control method thereof, and more particularly, to a thermoelectric element having a heterogeneous metal junction, in which a heating action and a cooling action are shown at both ends of a junction surface by supplying a DC power source. The device is classified into a fixed thermoelectric element with constant applied voltage intensity and polarity and a variable thermoelectric element whose applied voltage intensity and polarity vary according to the comparison between the set temperature and the standard current temperature. The present invention relates to a temperature control experiment apparatus using a thermoelectric device capable of stabilizing and a temperature control method thereof.
본 발명의 목적은 설정온도 조작부와 설정온도 및 실제온도 표시창이 전면으로 형성된 챔버 내부에 현재온도가 수치해석에 의한 뉴튼이나 라그랑제의 표준온도 산출 근사식으로 교정된 실제온도 감지센서와; 직류전압의 세기와 극성이 일정하게 공급되는 다수개의 고정 냉각형 열전소자와; 직류전압의 세기와 극성이 가변으로 공급되는 다수개의 가변형 열전소자와; 설정온도에 맞게 상기 고정 냉각형 열전소자와 가변형 열전소자의 작동을 제어하는 제어부와; 상기 고정 냉각형 열전소자와 가변형 열전소자의 작동에 따른 팬을 포함한 방열기구가 설치된 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치를 제공함에 있다.An object of the present invention includes a real temperature sensor which has been calibrated by an approximate formula for calculating a standard temperature of Newton or Lagrange by numerical analysis of a present temperature inside a chamber in which a set temperature control unit and a set temperature and a real temperature display window are formed in front; A plurality of fixed-cooled thermoelectric elements to which the strength and polarity of the DC voltage are constantly supplied; A plurality of variable thermoelectric elements supplied with a variable DC intensity and polarity; A controller for controlling the operation of the fixed cooling thermoelectric element and the variable thermoelectric element according to a set temperature; The present invention provides a temperature control experiment apparatus using a thermoelectric element having a heat dissipation mechanism including a fan according to the operation of the fixed cooling thermoelectric element and the variable thermoelectric element.
본 발명의 또 다른 목적은 조작부에 의한 설정온도와, 현재온도가 표준온도 산출 근사식으로 산출된 실제온도를 표시창에 표시 및 챔버 내부의 구동전원을 작동하는 1단계와; 챔버 내부에 각각 설치된 감지센서의 현재온도와 실제온도의 차이를 비교하여 일정온도 이상 발생되는 온도차와, 챔버를 구성하는 외부 방열 케이스에 부착된 온도 스위치의 과열상태에 따라 구동전원을 차단하는 2단계와; 상기 설정온도와 실제온도가 같은 값이 되는 온도를 산출하여 가변형 열전소자에 인가되는 가변 전압값을 0V로 설정하고 고정 냉각형 열전소자에 일정전압을 인가하는 3단계와; 상기 설정온도와 실제온도를 비교하여 상기 가변형 열전소자에 시간지연으로 인한 과도현상이 미적분에 의한 통상의 P.I.D 제어계를 통해 제거된 직류전압의 세기와 극성이 가변 입력되어 안정된 설정온도로 신속하게 도달하게 하는 4단계를 포함한 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치의 온도 제어방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is the first step of displaying the set temperature by the operation unit and the actual temperature of the present temperature calculated by the standard temperature calculation approximation formula on the display window and operating the driving power inside the chamber; Compared the difference between the present temperature and the actual temperature of each sensor installed inside the chamber, and cuts the driving power according to the temperature difference generated over a certain temperature and the overheating state of the temperature switch attached to the external heat dissipation case constituting the chamber. Wow; Calculating a temperature at which the set temperature is equal to the actual temperature, setting a variable voltage value applied to the variable type thermoelectric element to 0 V, and applying a constant voltage to the fixed cooling type thermoelectric element; By comparing the set temperature with the actual temperature, the transient phenomenon caused by the time delay in the variable type thermoelectric element is variably inputted so that the intensity and polarity of the DC voltage removed through the normal PID control system by the calculus can be reached quickly at a stable set temperature. It is to provide a temperature control method of the temperature control experiment apparatus using a thermoelectric element including four steps.
Description
본 발명은 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치 및 이의 온도 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이종(異種)의 금속 접합체로 되어 직류전원의 공급으로 가열작용과 냉각작용이 양단 접합면으로 나타나는 열전소자를 인가전압의 세기와 극성이 일정한 고정형 열전소자와, 설정온도와 실제온도의 비교값에 따라 인가전압의 세기와 극성이 가변되는 가변형 열전소자로 구분 장착하여 챔버 내부를 정확한 설정온도로 신속하게 안정화 할 수 있는 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치 및 이의 온도 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature control experiment apparatus using a thermoelectric element and a temperature control method thereof, and more particularly, to a thermoelectric element having a heterogeneous metal junction, in which a heating action and a cooling action are shown at both ends of a junction surface by supplying a DC power source. The device is classified into a fixed thermoelectric element with constant applied voltage intensity and polarity and a variable thermoelectric element whose applied voltage intensity and polarity vary according to the comparison between the set temperature and the actual temperature. It relates to a temperature control experiment apparatus using a thermoelectric element that can be stabilized and a temperature control method thereof.
일반적으로 냉각과 가열작용의 반복수행으로 설정온도에 도달하게 하는 종래의 온도 실험기는 프레온 가스를 냉매로 하는 냉각용 콤푸레샤와 대전력이 소비되는 가열용 히터가 각각 내장된 대용량으로 설치됨에 따라 설치공간과 비용이 많이 들어갈 뿐 아니라 매우 큰 구동전력으로 인한 많은 전력손실이 발생됨으로서 소형의 피측정물에 대한 온도변화를 측정하는 데 많은 부담을 가중시키는 문제점이 있었고, 또한 프레온 가스에 의한 오존층의 파괴로 인한 환경훼손을 유발하는 등의 많은 문제점이 있었다.In general, the conventional temperature tester that reaches the set temperature by repeating the cooling and heating operations is installed in a large capacity with a built-in large-capacity heating compressor that consumes high power and a cooling compressor that uses Freon gas as a refrigerant. In addition to the high cost and cost, a lot of power loss is caused by very large driving power, which adds a lot of burden to measure the temperature change of a small measured object, and also causes the ozone layer to be destroyed by freon gas. There have been many problems such as causing environmental damage.
근래에는 펠티어 효과에 의한 열 분극작용이 일어나는 접합면을 경계로 냉각과 가열이 동시에 수행되는 반도체 열전소자를 이용하여 실험기의 전체부피를 소형으로 제작이 가능하고 프레온 가스를 사용하지 않음으로서 전술한 문제점을 해소할 수 있었다. 그러나 공급되는 직류전원의 인가전압에 비례하여 열분극에 의한 냉각속도와 가열속도가 결정되는 열전소자는 전압 인가시 저항성질로 인한 자체발열 특성을 가지고 있으므로 냉각속도에 비해 가열속도가 증가되어 설정온도 부근에서 오버슈트와 언드슈트와 같은 과도현상이 심하게 발생됨에 따라 안정된 설정온도에 도달하는 시간이 길어짐으로서 피측정물에 대한 정확한 온도측정이 힘든 문제점이 있었고, 또한 과도현상에 의한 가열과 냉각이 반복 수행되는 열전소자의 인가전압 극성변화가 급속하게 일어남으로서 상기 열전소자에 인가전압의 극성을 전환하는 릴레이의 작동이 많아짐에 따라 접점마모에 의한 릴레이의 수명을 단축시키는 등의 여러가지 폐단이 있었다.Recently, it is possible to manufacture the entire volume of the tester in a small size by using a semiconductor thermoelectric element which simultaneously performs cooling and heating on the junction surface where the thermal polarization effect due to the Peltier effect occurs, and does not use freon gas. Could resolve. However, thermoelectric elements whose cooling rate and heating rate are determined by thermal polarization in proportion to the applied voltage of the supplied DC power supply have self-heating characteristics due to their resistive properties when voltage is applied. As excessive transients such as overshoot and undershoot occur in the vicinity, it is difficult to accurately measure the temperature of the measured object because the time to reach a stable set temperature becomes long, and the heating and cooling due to the transient phenomenon are repeated. Due to the rapid change in the applied voltage polarity of the thermoelectric element to be performed, the operation of the relay for switching the polarity of the applied voltage to the thermoelectric element has been increased, thereby reducing various life cycles of the relay due to contact wear.
본 발명의 목적은 종래의 이와같은 문제점을 해소하고자 한 데 있는 것으로 설정온도 조작부와 설정온도 및 실제온도 표시창이 전면으로 형성된 챔버 내부에 현재온도가 수치해석에 의한 뉴튼이나 라그랑제의 표준온도 산출 근사식으로 교정된 실제온도 감지센서와; 직류전압의 세기와 극성이 일정하게 공급되는 다수개의 고정 냉각형 열전소자와; 직류전압의 세기와 극성이 가변으로 공급되는 다수개의 가변형 열전소자와; 설정온도에 맞게 상기 고정 냉각형 열전소자와 가변형 열전소자의 작동을 제어하는 제어부와; 상기 고정 냉각형 열전소자와 가변형 열전소자의 작동에 따른 팬을 포함한 방열기구가 설치된 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치 를 제공코자 한 데 있는 것이다.It is an object of the present invention to solve such a problem in the prior art, approximation of the standard temperature calculation of Newton or Lagrange by numerical analysis of the current temperature inside the chamber in which the set temperature control panel and the set temperature and the actual temperature display window are formed in front. An actual temperature sensor which is calibrated by the equation; A plurality of fixed-cooled thermoelectric elements to which the strength and polarity of the DC voltage are constantly supplied; A plurality of variable thermoelectric elements supplied with a variable DC intensity and polarity; A controller for controlling the operation of the fixed cooling thermoelectric element and the variable thermoelectric element according to a set temperature; The purpose of the present invention is to provide a temperature control experiment using a thermoelectric element equipped with a heat dissipation mechanism including a fan according to the operation of the fixed cooling thermoelectric element and the variable thermoelectric element.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조작부에 의한 설정온도와, 현재온도가 표준온도 산출 근사식으로 교정된 실제온도를 각각의 표시창에 표시 및 챔버 내부의 구동전원을 작동하는 1단계와; 챔버 내부에 각각 설치된 감지센서의 현재온도와 실제온도의 차이를 비교하여 일정온도 이상 발생되는 온도차와, 챔버를 구성하는 외부 방열 케이스에 부착된 온도 스위치의 과열상태에 따라 구동전원을 차단하는 2단계와; 상기 설정온도와 실제온도가 같은 값이 되는 온도를 산출하여 가변형 열전소자에 인가되는 가변 전압값을 0V로 설정하고 고정 냉각형 열전소자에 일정전압을 인가하는 3단계와; 상기 설정온도와 실제온도를 비교하여 상기 가변형 열전소자에 시간지연으로 인한 과도현상이 미적분에 의한 통상의 P.I.D 제어계를 통해 제거된 직류전압의 세기와 극성이 가변 입력되어 안정된 설정온도로 신속하게 도달하게 하는 4단계를 포함한 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치의 온도 제어방법을 제공코자 한 데 있는 것이다.Still another object of the present invention is a first step of displaying the set temperature by the operation unit and the actual temperature whose current temperature is calibrated by the standard temperature calculation approximation formula and operating the driving power inside the chamber; Compared the difference between the present temperature and the actual temperature of each sensor installed inside the chamber, and cuts the driving power according to the temperature difference generated over a certain temperature and the overheating state of the temperature switch attached to the external heat dissipation case constituting the chamber. Wow; Calculating a temperature at which the set temperature is equal to the actual temperature, setting a variable voltage value applied to the variable type thermoelectric element to 0 V, and applying a constant voltage to the fixed cooling type thermoelectric element; By comparing the set temperature with the actual temperature, the transient phenomenon caused by the time delay in the variable type thermoelectric element is variably inputted so that the intensity and polarity of the DC voltage removed through the normal PID control system by the calculus can be reached quickly at a stable set temperature. It is to provide a temperature control method of the temperature control experiment apparatus using a thermoelectric element including four steps.
이하 첨부도면에 의거 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter will be described in detail based on the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 챔버내부의 횡 단면도1 is a cross-sectional view inside the chamber according to an embodiment of the present invention
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 챔버내부의 종 단면도Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of the interior of the chamber according to an embodiment of the present invention
도 3 은 본 발명의 결합상태를 도시한 전기적 결선도3 is an electrical connection diagram showing a coupling state of the present invention.
도 4 은 본 발명에 따른 제어부의 결선상태를 도시한 블록도4 is a block diagram showing a connection state of a control unit according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
가 : 챔버 나 : 제어부A: Chamber B: Control unit
1 : 설정온도 조작부 2 : 설정 및 실제온도 표시창1: Setting temperature control part 2: Setting and actual temperature display window
3 : 현재온도 감지센서 4 : 실제온도 감지센서3: Current temperature sensor 4: Actual temperature sensor
5,5' : 고정 냉각형 열전소자 6,6' : 가변형 열전소자5,5 ': Fixed cooling thermoelectric element 6,6': Variable thermoelectric element
7,7' : 릴레이 8,8' : 릴레이 접점7,7 ': relay 8,8': relay contact
9 : 마이콤 10 : 열 흡수용 팬9: micom 10: heat absorption fan
11 : 방열판 12 : 급수관11: heat sink 12: water pipe
12' : 배수관 13 : 수냉 케이스12 ': drain pipe 13: water-cooled case
14 : 외부 방열 케이스 15 : 내부 방열 케이스14: external heat dissipation case 15: internal heat dissipation case
16 : 단열재 17 : 온도 스위치16: insulation 17: temperature switch
18 : 차단막18: blocking film
통상의 열전소자를 이용한 온도 실험장치에 있어서, 도 1 내지 도 2에 도시한 바와같이 설정온도 조작부(1)와 설정온도 및 실제온도 표시창(2)이 전면 일측에형성된 챔버(가)의 내부에 현재온도 감지센서(3) 및 이를 수치해석에 의한 뉴튼이나 라그랑제의 표준온도 산출 근사식으로 교정한 실제온도 감지센서(4)와; 직류전압의 세기와 극성이 일정하게 공급되는 다수개의 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와; 직류전압의 세기와 극성이 가변으로 공급되는 다수개의 가변형 열전소자(6)(6')와; 설정온도에 맞게 상기 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와 가변형 열전소자(6)(6')의 작동을 다수의 릴레이(7)(7')에 의한 접점(8)(8')으로 제어하는 마이콤(9)이 내장된 제어부 (나)와; 상기 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와 가변형 열전소자(6)(6')의 작동에 따른 열 흡수용 팬(10)이 포함된 방열판(11)를 설치하여서 됨을 특징으로 한 것이다.In a temperature experiment apparatus using a conventional thermoelectric element, as shown in Figs. 1 to 2, the set temperature control unit 1 and the set temperature and actual temperature display window 2 are formed inside the chamber A on one side of the front surface. A current temperature sensor 3 and an actual temperature sensor 4 calibrated by an approximation formula for calculating a standard temperature of Newton or Lagrange by numerical analysis; A plurality of fixed-cooled thermoelectric elements (5) 5 'to which the strength and polarity of the DC voltage are constantly supplied; A plurality of variable thermoelectric elements (6) (6 ') supplied with a variable intensity and polarity of a DC voltage; According to the set temperature, the fixed cooling thermoelectric elements 5, 5 'and the variable thermoelectric elements 6, 6' are operated by a plurality of relays 7, 7 '. A control unit (b) having a built-in microcomputer 9 to control by; It is characterized in that the heat sink 11 including the heat absorption fan 10 according to the operation of the fixed cooling thermoelectric elements 5, 5 'and the variable thermoelectric elements 6, 6'. .
여기서 온도조절 실험장치로 사용되는 챔버(가)에는 도 1에 도시한 바와 같이 일측 상하부에 냉각수가 순환되는 급수관(12)과 배수관(12')을 형성시킨 스테인레스 재질로 된 수냉 케이스(13)와; 이의 내벽으로 밀착 고정되는 열전도성이 높은 알루미늄 재질의 외부 방열 케이스(14)와 일정거리를 두고 장착된 동일 재질의 내부 방열 케이스(15)의 사이에 다수개의 직렬 결합된 고정 냉각형 열전소자(5)(5') 및 가변형 열전소자(6)(6')가 격설되는 사이틈으로 단열재(16)를 충진하고, 상기 내부 방열 케이스(15)의 내부에는 고정 냉각형 열전소자(5)(5') 및 가변형 열전소자(6) (6')가 외벽으로 고정된 내부 방열 케이스(15)의 내면 접합부에 열 흡수용 팬(10)을 부착한 방열판(11)이 장착되어 있으며, 외부 방열 케이스(14)의 일측에는 과열 방지용 온도 스위치(17)가 부착되어 있다.Here, the chamber (A) used as a temperature control experiment apparatus includes a water cooling case 13 made of stainless material in which a water supply pipe 12 and a drain pipe 12 'through which cooling water is circulated on one side of the upper and lower sides are formed as shown in FIG. ; A fixed cooling thermoelectric element having a plurality of series coupled between the heat dissipation case 14 made of a high thermal conductivity aluminum made of aluminum and the heat dissipation case 15 of the same material mounted at a certain distance. 5 'and the variable type thermoelectric elements 6 and 6' are filled with a heat insulating material 16, and a fixed cooling thermoelectric element 5 or 5 is provided inside the inner heat dissipation case 15. ') And the variable thermoelectric element (6) (6') is equipped with a heat sink (11) with a heat absorbing fan (10) attached to the inner surface junction of the inner heat dissipation case (15) where the outer wall is fixed. On one side of 14, an overheat prevention temperature switch 17 is attached.
도면중 미설명부호 18은 수냉 케이스(13)의 내부 중앙을 분리하는 차단막이다.In the figure, reference numeral 18 is a blocking film that separates the inner center of the water cooling case 13.
또한 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 온도조절 실험장치의 온도 제어방법은 설정온도 조작부(1)에 의한 설정온도와, 현재온도가 표준온도 산출 근사식으로 교정된 실제온도를 각각의 표시창(2)에 표시 및 챔버(가) 내부의 구동전원을 작동하는 1단계와; 챔버(가) 내부에 각각 설치된 감지센서(3)(4)의 현재온도와 실제온도의 차이를 비교하여 일정온도 이상 발생되는 온도차와, 챔버(가)를 구성하는 외부 방열 케이스(14)에 부착된 온도 스위치(17)의 과열상태에 따라 구동전원을 차단하는 2단계와; 상기 설정온도와 실제온도가 같은 값이 되는 온도를 산출하여 가변형 열전소자(6)(6')에 인가되는 가변 전압값을 0V로 설정하고 고정 냉각형 열전소자(5)(5')에 일정전압을 인가하는 3단계와; 상기 설정온도와 실제온도를 비교하여 상기 가변형 열전소자(6)(6')에 시간지연으로 인한 과도현상이 미적분에 의한 통상의 P.I.D 제어계를 통해 제거된 직류전압의 세기와 극성이 가변 입력되어 안정된 설정온도로 신속하게 도달하게 하는 4단계를 포함하여서 됨을 특징으로 한 것이다.In addition, the temperature control method of the temperature control experiment apparatus using the thermoelectric device according to the present invention, the set temperature by the set temperature control unit (1), and the actual temperature whose current temperature is calibrated by the standard temperature calculation approximation formula, each display window (2) A first step of operating the drive power inside the display and the chamber; By comparing the difference between the present temperature and the actual temperature of the sensor (3) (4) installed inside the chamber (A), the temperature difference generated over a certain temperature and attached to the external heat dissipation case (14) constituting the chamber (A) Step 2 for shutting off the driving power in accordance with the overheated state of the temperature switch 17; By calculating a temperature at which the set temperature is equal to the actual temperature, the variable voltage value applied to the variable thermoelectric elements 6 and 6 'is set to 0 V and fixed to the fixed cooling thermoelectric element 5 and 5'. 3 steps of applying a voltage; By comparing the set temperature with the actual temperature, the variable thermoelectric elements 6 and 6 'are stable by varying the intensity and polarity of the DC voltage removed through the normal PID control system due to the time delay. It is characterized by including four steps to quickly reach the set temperature.
이와같이 된 본 발명은 온도 실험기로 사용되는 챔버(가)의 내부에 직류전압의 세기와 극성이 일정하게 인가되는 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와, 설정온도 및 실제온도의 온도차에 따라 직류전압의 세기와 극성이 가변으로 인가되는 가변형 열전소자(6)(6')를 각각 장착하여 피측정물에 대한 안정화 된 설정온도로 신속하고 정확하게 측정할 수 있게 한 것이므로 이의 실시예에 따른 작동과정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.In the present invention, the fixed cooling thermoelectric elements 5 and 5 ', in which the intensity and polarity of the DC voltage are uniformly applied to the inside of the chamber used as the temperature tester, and the temperature difference between the set temperature and the actual temperature are used. According to the embodiment of the present invention, the thermoelectric elements 6 and 6 ′ are mounted with variable intensity and polarity of DC voltage so that the measurement can be performed quickly and accurately at a stabilized set temperature for the measured object. The following describes the operation process in more detail.
먼저 피측정물이 들어있는 챔버(가)의 전면 일측에 부착된 설정온도 조작부(1)를 조작하게 되면 챔버(가)의 설정온도와 실제온도가 수치해석에 의한 뉴튼이나 라그랑제의 세계 표준에 맞게 정확한 실제온도로 교정하는 표준온도 산출 근사식 {T= a + b Δt + c Δt2+ d Δt3}으로 교정 산출되어 표시창(2)에 나타남과 동시에 챔버(가)의 구동전원이 작동하여 상기 실제온도와 설정온도가 비교된 온도차를 마이콤(9)이 내장된 제어부(나)에서 검출하여 챔버(가) 내부에 일정간격으로 격설된 다수개의 고정 냉각형 열전소자(5)(5')의 냉각과 가변형 열전소자(6)(6')를 냉각 또는 가열하게 된다.First, when the set temperature control unit 1 attached to one side of the front side of the chamber (a) containing the measured object is operated, the set temperature and actual temperature of the chamber (A) are measured according to the world standard of Newton or Lagrange by numerical analysis. Calculate the standard temperature to calibrate to the exact actual temperature according to the equation {T = a + b Δt + c Δt 2 + d Δt 3 }. The calibration is calculated and displayed on the display window (2). A plurality of fixed cooling thermoelectric elements 5 (5 ′) which are spaced at regular intervals in the chamber (A) by detecting the temperature difference comparing the actual temperature with the set temperature by the controller (B) in which the microcomputer 9 is built. The cooling and the variable thermoelectric elements 6 and 6 'are cooled or heated.
여기서 T는 세계표준으로 교정 산출된 실제온도 값을 나타내고, Δt는 지정된 세계 표준온도와 비교되는 온도의 차를 나타낸 값이며, 각각의 상수 a, b, c, d는 수치해석에 의한 뉴튼이나 라그랑제의 근사법에 의해 구해진 상수를 표시한 것이다.Where T represents the actual temperature value calibrated to the world standard, Δt represents the difference in temperature compared to the specified world standard temperature, and the constants a, b, c, and d are Newton or Lagran by numerical analysis. Constants obtained by the quadratic approximation are shown.
그리고 상기 챔버(가)의 구동전원이 작동하게 되면 제어부(나)의 마이콤(9)에서는 현재온도를 세계 표준온도로 교정하여 감지하는 실제온도 감지센서(4)와 설정온도를 비교하여 가변형 열전소자(6)(6')와 알루미늄 재질의 내ㆍ외부 방열 케이스 (14),(15) 및 챔버(가) 내부를 포함한 각종 온도변화량을 전압으로 환산하고 이의 시간지연에 따른 오버슈트와 언더슈트와 같은 과도현상을 통상의 P.I.D 제어계에 의한 산출식{ V= P(T - st) + I(T - st)2+ D(T - st)3}으로 제거할 뿐 아니라 상기 설정온도와 실제온도가 같은 값이 되는 온도를 산출하여 가변형 열전소자(6) (6')에 인가되는 가변 전압값을 0V로 설정과 동시에 고정 냉각형 열전소자(5)(5')에 일정전압을 인가하게 되고, 상기 설정온도보다 실제온도가 낮으면 가변형 열전소자 (6)(6')에 브릿지 형태로 연결된 릴레이(7)(7')의 접점(8)(8')을 가열극성으로 변환 및 인가전압의 세기를 부(負)의 값으로 하여 가변형 열전소자(6)(6')가 챔버(가) 내부를 가열하게 되며, 상기 설정온도보다 실제온도가 높으면 반대로 가변형 열전소자(6)(6')에 릴레이(7)(7')의 접점(8)(8')을 냉각극성으로 변환 및 인가전압의 세기를 정(正)의 값으로 하여 챔버(가) 내부를 냉각하게 된다.In addition, when the driving power of the chamber (A) is operated, the microcomputer 9 of the controller B compares the actual temperature sensor 4 and the set temperature with a preset temperature to adjust the present temperature to a world standard temperature. (6) (6 ') and the internal and external heat dissipation cases (14) and (15) of aluminum and the chamber (A), including various internal temperature changes in terms of voltage, overshoot and undershoot, The same transient is eliminated by the formula {V = P (T-st) + I (T-st) 2 + D (T-st) 3 } by a conventional PID control system. The same temperature is calculated to set the variable voltage value applied to the variable thermoelectric elements 6 and 6 'to 0 V and apply a constant voltage to the fixed cooling thermoelectric elements 5 and 5'. If the actual temperature is lower than the set temperature, a relay connected in the form of a bridge to the variable thermoelectric elements 6 and 6 '( 7) The thermoelectric elements 6 and 6 'of the variable type are converted into a heating polarity by converting the contacts 8 and 8' of the 7 'into a heating polarity and the applied voltage is negative. When the actual temperature is higher than the set temperature, on the contrary, the contacts 8 and 8 'of the relays 7 and 7' are converted to the cooling polarity and applied to the variable thermoelectric elements 6 and 6 '. The inside of the chamber is cooled by the strength of the positive value.
이때 가변형 열전소자(6)(6')에 인가되는 가변전압의 세기가 P.I.D 제어계에 의한 산출식{ V= P(T - st) + I(T - st)2+ D(T - st)3}에 의해 정(正) 또는 부(負)의 값으로 변환될 때 릴레이(7)(7')에 인가되는 전압은 상승 또는 하강하여 0V를 기점으로 릴레이(7)(7')의 접점(8)(8')이 냉각극성 또는 가열극성으로 전환됨에 따라 극성이 변화될 때 접접(8)(8')간에 발생되는 아크(ARC)량이 최소로 되어 릴레이(7)(7')의 수명을 오랫동안 연장할 수 있게 된다.At this time, the intensity of the variable voltage applied to the variable thermoelectric elements 6 and 6 'is calculated by the PID control system {V = P (T-st) + I (T-st) 2 + D (T-st) 3 }, The voltage applied to the relay 7 (7 ') when it is converted to a positive or negative value rises or falls to a contact point of the relay (7) (7') starting at 0V. 8) When the polarity changes as the 8 'is switched to the cooling polarity or the heating polarity, the amount of arc (ARC) generated between the contacts 8 and 8' is minimized, so that the life of the relays 7 and 7 'is reduced. Can be extended for a long time.
이와같이 가변형 열전소자(6)(6')가 냉각극성으로 되면 고정 냉각형 열전소자(5)(5')에 의해 일정속도로 냉각되고 있는 챔버(가) 내부의 냉각속도를 빠르게 하고, 가변형 열전소자(6)(6')가 가열극성으로 되면 저항성 반도체소자로 된 가변형 열전소자(6)(6')의 자체발열과 인가전압에 의한 가열이 합산되어 가열속도가 증가함으로서 냉각 또는 가열되는 챔버(가)의 냉각속도와 가열속도를 균형있고 신속하게 하며, 챔버(가) 내부의 온도가 설정온도로 도달될 때 오버슈트와 언더슈트와 같은 과도현상이 제거됨에 따라 가변형 열전소자(6)(6')에 인가되는 가변전압의 극성변화를 줄임으로서 보다 신속하고 안정화된 설정온도의 도달시간을 단축하게 된다.In this way, when the variable thermoelectric elements 6 and 6 'become polarized in polarity, the cooling rate inside the chamber, which is being cooled at a constant rate by the fixed cooling thermoelectric elements 5 and 5', is increased, and the variable thermoelectric element is increased. When the elements 6 and 6 'are heated to polarity, the self-heating of the variable thermoelectric elements 6 and 6' made of the resistive semiconductor element and the heating by the applied voltage are added together to increase the heating rate, thereby cooling or heating the chamber. (A) Balance and speed up the cooling rate and heating rate, and when the temperature inside the chamber reaches the set temperature, the transients such as overshoot and undershoot are eliminated. By reducing the polarity change of the variable voltage applied to the 6 '), it is possible to shorten the arrival time of the set temperature more quickly and stabilized.
여기서 상기 P.I.D 제어 산출식에 의한 V는 시간지연에 의한 과도현상이 3차방정식의 미적분으로 제거된 가변형 열전소자(6)(6')에 인가되는 가변전압을, T는 상기 세계표준으로 교정 산출된 실제온도 값을, st는 최초의 설정온도를 나타내고, 상수 P,I,D는 위치 및 미적분 요소를 나타내고 있다.Here, V in the PID control calculation formula is a variable voltage applied to the variable thermoelectric element (6) (6 ') in which the transient phenomenon due to time delay has been removed by the calculus of the cubic equation, and T is a calibration calculation based on the world standard. The actual temperature value is shown, st represents the initial set temperature, and constants P, I, and D represent the position and the calculus element.
이때 실제온도 감지센서(4)가 부착된 챔버(가)의 내부에는 세계 표준온도로 교정되지 않은 현재온도 감지센서(3)와, 과열 방지용 온도 스위치(17)를 스테인레스 재질로 된 수냉 케이스(13)에 밀착 고정되는 열전도성이 높은 알루미늄 재질의 외부 방열 케이스(14)의 일측으로 부착시켜 각각의 감지센서(3),(4)에서 감지되는 현재온도와 실제온도가 일정온도 이상 차이가 발생되거나 과열 방지용 온도 스위치(17)가 특정온도 이상 상승할 때 구동전원을 차단함으로서 시스템의 안전한 구동을 할 수 있게 된다.At this time, inside the chamber (A) to which the actual temperature sensor 4 is attached, a water-cooled case 13 containing a current temperature sensor 3 that is not calibrated to the world standard temperature and a temperature switch 17 for preventing overheating are made of stainless steel. The heat dissipation case 14 of high thermal conductivity aluminum is attached to one side of the heat dissipation case 14 so that the present temperature and the actual temperature detected by each of the sensing sensors 3 and 4 are different from each other. When the overheat prevention temperature switch 17 rises above a certain temperature, the driving power is cut off to enable safe driving of the system.
그리고 외부 방열 케이스(14)와 함께 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와 가변형 열전소자(6)(6')의 양단 접합면을 고착하는 내부 방열 케이스(15)의 내면에는 열 흡수용 팬(10)이 부착된 방열판(11)을 상기 냉각형 열전소자(5)(5')와 가변형 열전소자(6)(6')의 접합면과 대접되게 부착하고, 내부 중앙에 차단막(18)을 형성시킨 수냉 케이스(13)의 일측 상하부에 냉각수가 순환되는 급수관(12)과 배수관(12')을 형성시켜 열전도성이 높은 알루미늄 재질로 된 내부 방열 케이스(15)를 통해 냉각되는 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와 가열 또는 냉각되는 가변형 열전소자(6)(6')에서 발생되는 열을 방열판(11)에 부착된 흡수용 팬(10)으로 흡입하여 챔버(가)의 내부에 안치된 피측정물의 온도를 신속하게 설정온도로 도달되게 하고, 열전도성이 높은 알루미늄 재질로 된 외부 방열 케이스(14)를 통해 가열되는 고정 냉각형 열전소자(5) (5')와 가열 또는 냉각되는 가변형 열전소자(6)(6')에서 발생되는 열을 수냉 케이스 (13)의 내부를 순환하는 냉각수로 방열하게 되며, 내ㆍ외부 방열 케이스(14)(15)의 내부에 일정간격으로 격설되어 고착된 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와 가변형 열전소자(6)(6')의 사이틈으로 열 이탈방지용 단열재(16)를 충진함으로서 양단 접합면에 가열과 냉각이 동시에 발생하는 각종 열전소자의 흡열과 방열이 내ㆍ외부 방열 케이스(14)(15)를 통해 챔버(가) 내부와 수냉 케이스(13)로 신속하게 전달되어 시스템의 열적 안정도를 높이게 된다.Heat absorption is performed on the inner surface of the inner heat dissipation case 15 which fixes the joint surfaces of both ends of the fixed cooling thermoelectric elements 5, 5 ′ and the variable thermoelectric elements 6, 6 ′ together with the outer heat dissipation case 14. The heat sink 11 having the fan 10 attached thereto is attached to the junction surface of the cooling thermoelectric elements 5, 5 ′ and the variable thermoelectric elements 6, 6 ′ so as to face each other, and a blocking film ( 18) to form a water supply pipe 12 and a drain pipe 12 'through which coolant is circulated on one side of the water cooling case 13 having the water cooling case 13 formed therein, and being cooled by the internal heat dissipation case 15 made of aluminum having high thermal conductivity. The heat generated from the cooling thermoelectric elements 5 and 5 'and the variable thermoelectric elements 6 and 6' heated or cooled are sucked into the absorption fan 10 attached to the heat sink 11, ) The external heat dissipation case made of aluminum with high thermal conductivity to quickly reach the temperature of the measured object placed inside the Cooling water circulating inside the water cooling case 13 through heat generated from the fixed cooling thermoelectric elements 5 and 5 'that are heated through the 14 and the variable thermoelectric elements 6 and 6' that are heated or cooled. Of the fixed cooling thermoelectric elements 5 and 5 'and the variable thermoelectric elements 6 and 6', which are spaced apart and fixed to the inside of the inner and outer heat dissipation cases 14 and 15 at regular intervals. The heat absorption and heat dissipation prevention member 16 is filled with a gap between the heat absorbing and heat dissipation of various thermoelectric elements which simultaneously generate heating and cooling at both ends of the joint surface. And is quickly delivered to the water cooling case 13 to increase the thermal stability of the system.
이와같이 본 발명은 챔버(가)의 내부에 고정 냉각형 열전소자(5)(5')와 가변형 열전소자(6)(6')를 일정간격으로 격설하고 상기 가변형 열전소자(6)(6')에 인가되는 직류전압의 세기와 극성을 온도차이에 따라 가변시킴으로서 챔버(가) 내부의 냉각속도와 가열속도를 균형있게 증가시켜 설정온도의 도달시간을 단축할 수 있는 잇점이 있고, 또한 뉴튼이나 라그랑제의 표준온도 산출 근사식에 의한 정확한 실제온도와 설정온도를 비교하여 P.I.D 제어 산출식으로 시간지연에 의한 과도현상이 제거된 안정된 가변전압값을 가변형 열전소자(6)(6')에 인가함으로서 오버슈트나 언드슈트에 의한 릴레이(7)(7')의 극성변화와 접점(8))(8')간의 아크 발생량을 최소로 줄임으로서 릴레이(7)(7')의 수명을 연장시킬 뿐 아니라 안정하고 신속하게 도달된 설정온도로 정확한 피측정물의 온도를 측정 신뢰성을 높일 수 있는 그 효과가 매우 크다.As described above, the present invention is provided with the fixed cooling thermoelectric elements 5, 5 'and the variable thermoelectric elements 6, 6' at regular intervals in the chamber (a) and the variable thermoelectric elements 6, 6 '. By varying the intensity and polarity of the DC voltage applied to the temperature difference according to the temperature difference, the cooling time and heating speed of the chamber can be increased in a balanced manner and the time to reach the set temperature can be shortened. Comparing the exact actual temperature and the set temperature by Lagrange's standard temperature approximation formula, and applying the stable variable voltage value to the variable thermoelectric element (6) (6 ') that eliminates transients due to time delay by the PID control calculation formula. By reducing the polarity change of the relay (7) (7 ') due to overshoot or undershoot and the amount of arc generated between the contacts (8) and (8') to a minimum, the life of the relay (7) (7 ') can be extended. In addition, accurate and accurate measurement That is possible to improve the measurement reliability the temperature of the water is very high.
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