KR100400100B1 - Method and apparatus for stabilizing the length of engineering materials using the thermophysical properties of gallium - Google Patents

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KR100400100B1 KR10-2001-0027983A KR20010027983A KR100400100B1 KR 100400100 B1 KR100400100 B1 KR 100400100B1 KR 20010027983 A KR20010027983 A KR 20010027983A KR 100400100 B1 KR100400100 B1 KR 100400100B1
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Abstract

본 발명은 외부환경에 따라 변화하는 공학 재료의 길이를 안정시켜 고정밀 측정을 요하는 장소에서 보다 정밀하고 정확한 측정에 관한 것으로, 특히 갈륨의 특성을 이용하여 정밀 측정을 요하는 공학 재료의 외주에 고상과 액상으로 이루어진 갈륨으로 공학재료를 보호함으로써 공학 재료의 길이를 안정화시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a more precise and accurate measurement in a place requiring high precision measurement by stabilizing the length of the engineering material that changes according to the external environment, in particular the solid phase on the outer periphery of the engineering material requiring precision measurement using the characteristics of gallium The present invention relates to an apparatus and method for stabilizing the length of an engineering material by protecting the engineering material with gallium consisting of a liquid phase.

물질의 길이는 외부환경 온도 변화와 물질 고유 특성에 따라 변화하는데, 이 중 물질의 고유 특성은 변하게 할 수 없으므로 외부의 온도 변화를 작게 함으로 공학 재료의 길이를 안정화시킬 수 있다. 상기의 방법으로 이루어진 공학재료는 외부의 온도변화가 크게 변하지 않는 장소에서 길이 변화가 매우 둔감하게 되어 정밀측정을 요하거나 길이 안정화를 필요로 하는 실험실, 정밀측정 연구실 등에서 매우 유용하게 사용되어 질 수 있다.The length of the material changes according to the external environmental temperature change and the material's intrinsic properties. Among them, the intrinsic properties of the material cannot be changed, so that the length of the engineering material can be stabilized by reducing the external temperature change. The engineering material made by the above method is very insensitive to the change of length in the place where the external temperature change does not change greatly, so it can be very useful in the laboratory, precision measurement laboratory, etc. that require precision measurement or length stabilization. .

Description

갈륨의 열물리적 특성을 이용한 공학 재료의 길이를 안정화시키는 방법 및 장치{.}Method and apparatus for stabilizing the length of engineering materials using the thermophysical properties of gallium

본 발명은 재료의 온도특성을 실험하기 위한 실험장치 및 방법에 관한 것으로, 상기실험장치는 소규모의 항온조와 재료의 길이를 측정하기 위한 실험장치로 구성되며, 소규모의 항온조는 상태 변화 시에 온도변화가 거의 일어나지 않는 재료를 주위에 배치하고 항온을 유지하고, 항온조 내부에 있는 재료의 길이를 측정하기 위해 항온조의 일면의 일부분에 광이 투과하도록 하여 광을 이용하여 비접촉식으로 길이를 잴 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 재료의 온도특성을 실험하기 위한 실험장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an experimental apparatus and method for experimenting the temperature characteristics of a material, the experimental apparatus comprises a small thermostat and an experimental apparatus for measuring the length of the material, the small thermostat is the temperature change when the state changes Is arranged so that light is transmitted through a portion of one side of the thermostat in order to measure the length of the material in the thermostat and to measure the length of the material in the thermostat. An experimental apparatus and method for experimenting with the temperature characteristics of a material characterized by.

일반적으로 정밀측정을 요하는 실험실이나 연구소에서는 공학재료의 길이 안정화를 위하여 전자항온시스템 등 실내의 온도를 일정하게 유지하여 공학재료의 길이 변화를 안정화시키는 방법을 사용하고 있다.In general, laboratories and research institutes that require precise measurement are using a method of stabilizing changes in the length of engineering materials by maintaining a constant temperature in the room such as an electronic constant temperature system to stabilize the length of engineering materials.

이러한 방법은 실험실의 설치, 유지, 보수하는데 비용이 많이 소요되며, 또한 이러한 실험실이나 연구실 내부에서 사람의 움직임 또는 출입문의 개폐에 따른 온도변화, 실험기구의 작동 등에서 오는 온도변화가 상당한 영향을 미치며 이러한 변화에도 항온실의 온도를 동일한 온도로 유지하기란 매우 어렵고 많은 비용이 소요된다.This method is expensive to install, maintain, and repair a laboratory. Also, such a change in temperature due to human movement or the opening and closing of a door and the operation of laboratory equipment has a significant effect. It is very difficult and expensive to keep the temperature of the thermostat at the same temperature even with the change.

그러나 간단한 항온실험을 하기 위해 작은 규모의 항온이 요구되는 경우가 많은데, 이때에도 항온실 전체를 동일온도로 유지해야 하며, 이경우 유지 및 보수면에서 매우 불리하며 효과면 에서도 좋지 않다.However, in order to perform a simple constant temperature experiment, a small scale constant temperature is often required, and the whole constant temperature chamber must be maintained at the same temperature, and in this case, it is very disadvantageous in terms of maintenance and repair and is not good in effect.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 제시하는 것으로 소규모의 항온실을간단하게 유지할 수 있는 항온실 구조를 제안한다.The present invention proposes to solve the above problems, and proposes a constant temperature chamber structure that can easily maintain a small temperature chamber.

또한 본 발명은 상기의 소규모 항온실에 관심있는 재료를 넣고 온도변화에 따른 길이변화를 확인할 수 있는 항온실 구조를 제안한다.In another aspect, the present invention proposes a thermostatic chamber structure that can put the material of interest in the small-scale thermostatic chamber and confirm the change in length according to the temperature change.

상기와 같이 소규모의 항온실에 관심있는 공학재료를 항온실 내부에 넣어 외부의 공기에 직접적으로 노출시키지 않도록 하며, 외부의 온도변화에 영향을 받지 않도록 함으로써 실험 시에 공학재료의 길이를 안정화시키며, 온도변화에 따른 고정밀 측정을 요하는 실험실이나 연구소에서 저렴하고 손쉽게 소규모의 항온실을 자체 소유할 수 있도록 함으로써 연구 및 실험에 신뢰성과 편리성을 제공함에 있다.As described above, the engineering material of interest in the small temperature chamber is placed inside the chamber so as not to be directly exposed to the outside air, and the length of the engineering material is stabilized during the experiment by not being affected by the external temperature change. It is to provide the reliability and convenience for research and experiment by making own small and small chambers inexpensively and easily in laboratories or laboratories requiring high precision measurement according to temperature change.

도 1은 온도에 대하여 고상에서 액상으로 변하는 갈륨의 상태 그래프1 is a state graph of gallium that changes from a solid to a liquid phase with respect to temperature

도 2는 온도에 대하여 액상에서 고상으로 변하는 갈륨의 상태 그래프2 is a state graph of gallium which changes from a liquid phase to a solid phase with respect to temperature

도 3은 본 발명에서 실시한 장치의 단면도3 is a cross-sectional view of the device implemented in the present invention.

도 3a는 본 발명에서 변화하는 길이를 측정하기 위한 차등평면 거울 간섭계를 단순화하여 도시한 사시도3A is a simplified perspective view of a differential plane mirror interferometer for measuring varying lengths in the present invention.

도 4 외부온도를 0.5℃ 변화시키는 그래프4 is a graph that changes the outside temperature by 0.5 ℃

도 5 외부온도변화 0.5℃에 대한 갈륨의 온도변화 그래프5 is a graph of temperature change of gallium against an external temperature change of 0.5 ° C.

도 6 갈륨의 온도변화에 대한 알루미나의 길이변화 그래프6 is a graph showing the change in length of alumina versus temperature change of gallium

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10...구리챔버 20...기준거울 30...타겟거울 40...가열판 50...온도센서 100...갈륨 200...알루미나10 Copper chamber 20 Standard mirror 30 Target mirror 40 Heating plate 50 Temperature sensor 100 Gallium 200 Alumina

본 발명은 공학재료의 온도에 대한 길이의 변화 등을 관찰하기 위해 소규모의 항온실 제작 및 유지에 관한 것으로, 상태 변화 시에 온도변화가 거의 일어나지 않는 재료를 소규모 항온조의 주위에 배치하고 상기 상태변화를 온도가 안정되는 상태로 장시간 유지되도록 제어된다. 또한 본 발명은 항온조에 있는 재료의 길이변화를 측정하기 항온조의 일면의 일부분에 광이 투과하도록 함으로써 비접촉식으로 길이를 잴 수 있도록 구성된다.The present invention relates to the fabrication and maintenance of a small temperature chamber to observe the change in the length of the engineering material with respect to the temperature, etc., wherein the material that hardly changes the temperature at the time of state change is arranged around the small temperature chamber and the state change The temperature is controlled to be maintained for a long time in a stable state. In another aspect, the present invention is configured to measure the length change of the material in the thermostat so that the light is transmitted to a portion of one side of the thermostat so that the length can be measured in a non-contact manner.

이해를 돕기 위해 온도에 따른 물질의 특성을 살펴보면 다음과 같다.To better understand the characteristics of the material according to the temperature is as follows.

모든 물질은 물질의 특성과 외부온도 변화에 따라서 길이가 변화한다. 물질이 변하는 정도를 수식을 통해서 알아보면 수식1과 같다.All materials vary in length depending on the properties of the material and the change in external temperature. The degree of change of a substance is determined by the formula shown in Equation 1.

(수학식1) (Equation 1)

상기의 (수학식1)에서 물질이 변하는 길이()는 고유 길이(L)에 물질상수() 및 온도변화()의 곱으로이루어진다. 상기의 물질상수는 물질의 고유 특성이므로 이러한 물질상수를 작은 것을 사용하여 길이 안정화에 어느 정도 기여 할 수 있다. 하지만 공학재료에 있어서의 물질상수를 작은 것을 사용한다 하더라도 외부의 온도 변화에 따른 재료의 길이 변화는 생기기 마련이다. 이러한 외부의 온도변화()를 작게 하여 물질의 길이를 안정하게 하는 것은 당연하다.The length of the material change in the above (Equation 1) ( ) Is the intrinsic length (L) ) And temperature change ( Is multiplied by Since the material constant is an inherent property of the material, it may contribute to stabilization to some extent by using a small one of such material constants. However, even if a small material constant in an engineering material is used, the length of the material may change due to external temperature changes. This external temperature change ( It is natural to stabilize the length of the material by decreasing the size of?).

항온조 주위에 배치되는 재료는 상태 변화 시에 상온에서 장시간 일정한 온도를 유지할 수 있는 재료가 적합하다. 본 발명에서는 갈륨을 채택하였으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며 갈륨이외의 재료의 선택도 당연히 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다. 이하 갈륨의 성질에 대해 간략히 소개한다.As the material disposed around the thermostat, a material capable of maintaining a constant temperature for a long time at room temperature when the state changes is suitable. Although the present invention employs gallium, this is only one example, and the selection of materials other than gallium will naturally belong to the scope of the present invention. The following briefly introduces the properties of gallium.

모든 물질은 고유의 어는점과 녹는점을 가지고 있다. 따라서 모든 물질은 녹는점 또는 어는점에서, 고체상태에서 액체상태로 혹은 액체상태에서 고체상태로 변화하기 위해서는 에너지가 필요하다. 이때 상태 변화 진행 중에는 물질의 온도변화를 유발시키지 않는 고유의 잠열(latent heat of fusion)을 가지고 있다. 이러한 고유의 잠열은 상온보다 높은 온도 또는 낮은 온도에서 이루어지지만 갈륨은 상온(29.77℃)에서 그 특징을 보이며 갈륨의 녹는점은 기압, 습도 등과 같은 환경변화에 둔감하여 고체상에서 액체상으로 상태 변화 시에는 온도 안정도가 매우 뛰어나 별다른 외부 장치 없이 일정 온도를 장시간 유지한다. 따라서 상온(29.77℃)에서 항온조의 외부에 갈륨으로 밀폐되도록 감싸고 갈륨의 온도를 29.℃ ~30℃로유지시켜 주면 갈륨의 온도를 29.77℃로 유지 할 수 있기 때문에 항온조 내부의 온도 역시 상기 온도를 유지할 수 있게 된다. 상기와 같이 간단한 구조의 장치를 통해 정확히 항온을 유지시킬 수 있기 때문에 온도변화의 영향을 거의 받지 않은 상태에서 재료의 성질을 연구할 수 있게 된다.Every substance has its own freezing and melting point. Therefore, all materials need energy to change from melting or freezing, from solid to liquid, or from liquid to solid. At this time, it has a latent heat of fusion that does not cause a temperature change of the material during the state change. This intrinsic latent heat is achieved at temperatures above or below room temperature, but gallium is characterized at room temperature (29.77 ° C), and the melting point of gallium is insensitive to environmental changes such as barometric pressure and humidity. It has excellent temperature stability and maintains a constant temperature for a long time without any external device. Therefore, at room temperature (29.77 ℃) wrapped around the outside of the thermostat with gallium and keep the temperature of gallium at 29. ℃ ~ 30 ℃ can maintain the temperature of gallium at 29.77 ℃, so the temperature inside the thermostat also It can be maintained. Since the constant temperature can be maintained precisely through the simple structured device as described above, it is possible to study the properties of the material under the influence of temperature change.

갈륨의 녹는 특성과 어는 특성에 대해 도 1과 도 2를 통해 간략히 설명한다.The melting and freezing characteristics of gallium will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2.

도면 1은 갈륨이 고체의 상태에서 존재하다가 열을 가하면 고상과 액상이 함께 존재하는 구간을 가지고 있다가 열을 계속 가하면 액상의 형태로 존재하게 되는 그래프를 보여준다. 도면 2는 액상의 상태에서 열을 감하면 수퍼쿨링점(Super Cooling point)을 지나서 액상과 고상이 존재하는 구간을 가지고 있다가 열을 더 감하면 고체의 상태로 존재하게 되는 그래프를 보여준다. 도 1과 도 2의 특성 그래프를 보면 상태변화 시에 장시간에 걸쳐 동일한 온도를 유지한다는 것을 알 수 있다. 녹는상태(도 1참조)와 어는상태(도 2 참조)를 보면 수퍼쿨링점의 유무에 차이는 있으나, 이는 산업계에서 필요로 하는 수준의 항온을 유지할 수 있으므로 당업자의 판단에 따라 편리한 상태( 녹는상태 혹은 어는상태)를 적용하여 사용하면 된 것이다.FIG. 1 shows a graph in which gallium is present in a solid state and then has a section in which a solid phase and a liquid phase exist together when heat is applied, and then continues to be added in a liquid form when heat is continuously applied. FIG. 2 shows a graph in which a liquid phase and a solid phase exist past a super cooling point when the heat is reduced in a liquid state, and the solid state exists when the heat is further reduced. Looking at the characteristic graph of Figures 1 and 2 it can be seen that the same temperature is maintained for a long time when the state changes. The melting state (see FIG. 1) and the frozen state (see FIG. 2) are different depending on the presence or absence of a supercooling point, but this can be maintained at the level of temperature required by the industry. Or frozen state).

이하 갈륨을 사용하여 항온조의 온도를 유지할 수 있는 장치와 상기 항온조를 이용하여 온도변화에 따른 길이변화를 실험하는 하나의 실시예를 설명한다.Hereinafter, a device capable of maintaining the temperature of the thermostat using gallium and one embodiment of experimenting with the temperature change using the thermostat will be described.

도 3은 본 발명에서 제안하는 항온조와 상기 항온조를 적용하여 온도 변화에 따른 길이 변화의 정도를 실험한 장치의 단면도를 도시한 것이다.Figure 3 shows a cross-sectional view of the thermostatic bath proposed in the present invention and the apparatus for testing the degree of change in length according to the temperature change by applying the thermostat.

먼저 항온조의 구조와 항온을 유지하는 제어방법에 대해 언급한다.First, the structure of the thermostat and the control method for maintaining the constant temperature are mentioned.

본 항온조는 원통알루미나(200, Cylindrical Alumina)의 온도변화에 따른 길이변화를 실험하기 위해 제작된 것으로 원통알루미나를 감싸도록 설계되어 있다.This thermostat is designed to test the length change according to the temperature change of the cylindrical alumina (200, Cylindrical Alumina) and is designed to surround the cylindrical alumina.

항온조는 측정편보다 외경이 크게 제작된 구리챔버(10)와 온도센서(50), 가열판(40)으로 구성된다. 항온을 유지하는 과정을 설명하면, 먼저 액상의 갈륨을 갈륨주입구(11)을 통해 주입한 후 항온조 전체를 갈륨이 고상으로 변환할 때까지 온도를 하강시킨다. 그 후 가열판(40)을 통해 구리챔버(10)의 외부에서 열을 가하면 구리챔버의 온도는 상승하게 되고 갈륨의 상태변화온도 즉 29.77℃가 되면 갈륨은 상태변화를 시작하게 된다. 상태변화구간은 온도센서(50)를 온도를 측정함으로써 가능하다. 온도감지 센서로부터 감지된 온도는 중앙제어 장치(400)에 전달되며 전달된 온도를 확인하여 가열판에 전압을 인가할 지를 결정한다. 가열판(40)을 통해 열을 가하면서 온도감지센서에서 감지되는 온도변화의 그래프는 도 1과 같이 나타난다. 항온조의 주변온도가 29℃ 이하라면 항온조 내부에 있는 갈륨은 다시 고상으로 되돌아가고자 할 것이며, 이는 온도감지센서의 온도 변화를 확인하므로 인지할 수 있게 된다. 이때 다시 가열판으로 열을 가하면 항온조의 내부 온도는 별다른 어려움 없이 항온을 유지할 수 있다.The thermostat is composed of a copper chamber 10, a temperature sensor 50, and a heating plate 40, the outer diameter of which is larger than the measurement piece. Referring to the process of maintaining a constant temperature, first, the liquid gallium is injected through the gallium inlet 11, and then the temperature is lowered until the entire chamber is converted to a solid phase of the gallium. Then, when heat is applied to the outside of the copper chamber 10 through the heating plate 40, the temperature of the copper chamber rises, and when the state change temperature of gallium, that is, 29.77 ° C., the gallium starts to change state. The state change section is possible by measuring the temperature of the temperature sensor 50. The temperature sensed by the temperature sensor is transmitted to the central control unit 400 and determines whether to apply a voltage to the heating plate by checking the transferred temperature. A graph of the temperature change detected by the temperature sensor while applying heat through the heating plate 40 is shown in FIG. 1. If the ambient temperature of the thermostat is less than 29 ℃ gallium inside the thermostat will want to return to the solid phase, which can be recognized by confirming the temperature change of the temperature sensor. At this time, if the heating plate is heated again, the internal temperature of the thermostat can maintain a constant temperature without any difficulty.

상기의 항온을 유지하는 과정을 단계별로 설명하면If you explain step by step the process of maintaining the above temperature

1. 액상의 갈륨을 항온조에 주입한다.1. Inject liquid gallium into the thermostat.

2. 항온조 전체를 28℃ 보다 낮은 상태를 유지시켜 갈륨이 고상으로 변하도록 한다.2. Maintain the whole thermostat below 28 ℃ so that the gallium changes to solid phase.

3. 가열판(40)으로 구리쳄버에 열을 가하면서 온도센서(50)로 항온조 내부의 온도를 감지한다.3. While heating the copper chamber with a heating plate 40, the temperature sensor 50 senses the temperature inside the thermostat.

4. 감지된 온도가 29.80℃ 부근에 있으면 갈륨이 고상에서 액상으로 변하는 과정에 있음을 확인할 수 있으며, 가열판을 통한 열공급을 중단한다.4. If the sensed temperature is around 29.80 ℃, it can be confirmed that gallium is in the process of changing from solid phase to liquid phase, and the heat supply through the heating plate is stopped.

5. 온도감지 센서를 통해 온도가 29.70℃ 이하로 떨어지면 가열판을 통해 열을 공급한다.5. When the temperature drops below 29.70 ℃ through the temperature sensor, heat is supplied through the heating plate.

6. 4와 5과정을 되풀이하면서 항온조의 온도를 29.70℃∼29.80℃ 사이로 유지한다.6. Repeat steps 4 and 5 to maintain the temperature in the cabinet between 29.70 ° C and 29.80 ° C.

구리쳄버의 형태와 크기는 측정편의 형태와 크기에 따라 당업자가 결정할 수 있을 것이며, 상기 구리챔버의 형태나 크기가 본 발명을 권리범위를 제한하지 않는다.The shape and size of the copper chamber may be determined by those skilled in the art according to the shape and size of the measurement piece, and the shape or size of the copper chamber does not limit the scope of the present invention.

이하는 상기 항온조를 이용하여 알루미나의 온도변화에 따른 길이변화를 실험하는 장치와 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, an apparatus and a process for experimenting with a temperature change of alumina by using the thermostat will be described.

본 실험장치의 항온조는 앞서 언급한 바와 같이 갈륨으로 항온조를 감싸도록 배치하고 온도센서(50)에 구리 챔버(10, Copper chamber)내부에 본 실험에서 측정하고자 하는 원통 알루미나(200 , Cylindrical Alumina)를 타겟거울(30, Target mirror)과 기준거울(20, Reference mirror) 사이에 설치하고, 원통 알루미나의 외주에 온도센서(50)를 부착하였으며, 갈륨 주입구(11)를 통하여 갈륨을 투입하고 구리 챔버(10)의 외주에는 가열판(40)을 가설하였다.The thermostat of this experimental apparatus is arranged to surround the thermostat with gallium as mentioned above, and the cylindrical alumina (200, Cylindrical Alumina) to be measured in this experiment is placed inside the copper chamber (10, Copper chamber) on the temperature sensor 50. Installed between the target mirror (30, Target mirror) and the reference mirror (20, Reference mirror), the temperature sensor 50 is attached to the outer periphery of the cylindrical alumina, gallium is injected through the gallium inlet (11) and the copper chamber ( On the outer circumference of 10), a heating plate 40 was installed.

도 3a는 차등평면 거울 간섭계의 사시도를 나타낸 것으로, 본 실험장치는 길이를 안정화시킬 재료의 길이 변화만을 측정하기 위해 차등평면거울 간섭계(1)를 사용하였다. 차등평면거울 간섭계(1)는 하프웨이브 플렛(Half wave plat)과 쿼터 웨이브 플렛(Quarter wave plat)을 통한 레이저빔의 출구(2, 도면 3a참조)를 통하여 방출된 빔은 구멍(21)을 통과하여 타겟거울(30)에 의해 반사되고, 이 반사된 빔은 출구(2)로 다시 입사되어 출구(4)를 통하여 다시 또 다른 구멍(22)을 통하여 타겟거울(30)에 의해 반사된 뒤 출구(4)로 다시 들어오게 되는데 이 빔을 측정빔이라고 부른다. 마찬가지로 차등평면 거울 간섭계(1)의 홀(3, 도면 3a 참조)에서 방출된 빔은 기준거울(20)의 표면에서 반사되어 다시 홀(3)로 입사되고 입사된 빔은 출구(5)를 통하여 다시 방출하고 기준거울(20)에 의해서 다시 반사되어 입구(5)로 들어오는 빔을 기준빔 이라고 부른다. 이 측정빔과 기준빔의 간섭으로 공학재료만의 길이를 측정한다. 상기의 과정에서 기준거울에 위치한 홀(21,22)은 서로 대각선으로 위치한다. 이하 차등평면 거울 간섭계에 대한 자세한 설명은 공지되어 있는 기술 및 장치에 관한 것으로 상세히 기술하지 아니한다.Figure 3a shows a perspective view of a differential plane mirror interferometer, the present apparatus used a differential plane mirror interferometer (1) to measure only the change in the length of the material to stabilize the length. The differential planar mirror interferometer (1) is a beam emitted through the exit (2, Fig. 3a) of the laser beam through the half wave plat and the quarter wave plat passes through the hole (21) Reflected by the target mirror 30, and the reflected beam is incident again to the outlet 2, reflected by the target mirror 30 through another hole 22 through the outlet 4, and then exited. It comes back to (4), which is called measuring beam. Similarly, the beam emitted from the hole 3 (see FIG. 3A) of the differential plane mirror interferometer 1 is reflected at the surface of the reference mirror 20 and is incident again into the hole 3, and the incident beam is passed through the outlet 5. The beam that emits again and is reflected back by the reference mirror 20 and enters the entrance 5 is called a reference beam. The length of the engineering material is measured by the interference between the measuring beam and the reference beam. In the above process, the holes 21 and 22 located in the reference mirror are positioned diagonally to each other. The detailed description of the differential plane mirror interferometer is related to known techniques and devices and is not described in detail.

본 발명의 실험에서 초기에 사용한 각 물질의 초기 값은 다음과 같다.Initial values of each material initially used in the experiment of the present invention are as follows.

측정하는 알루미나(200)의 길이는 300 mm로 하였고, 타겟거울(30)의 두께는 본 실험에서 알루미나(200)에는 영향을 주지 아니하므로 그 두께는 배제하였으며, 측정에 의한 총 길이는 반사거울의 두께 12.5 mm를 포함한 312.5 mm로 하였다. 상기의 과정에서 온도 변화에 따라 반사거울(20)이 측정하는 알루미나(200)의 길이에 영향을 줄 수 있으나 온도변화 1 ℃에 해당하는 반사 거울과 알루미나의 변화량은 각각 0.006125 ㎛와 8.4 ㎛이어서 알루미나의 변화량에 대한 반사거울의 비율이 0.073 %로 이는 거의 무시할 수 있는 작은 수치이다. 갈륨의 양은 800 g으로 실험하였다. 즉 본 실험에서 측정된 길이는 반사거울의 두께와 알루미나의 길이를 합한 것이 되어 반사거울의 두께를 감한 수치가 알루미나의 길이 변화가 된다.The length of the alumina 200 to be measured was 300 mm, and the thickness of the target mirror 30 was excluded because the thickness of the target mirror 30 did not affect the alumina 200 in the present experiment. It was set as 312.5 mm including the thickness of 12.5 mm. In the above process, the reflection mirror 20 may affect the length of the alumina 200 measured by the temperature change, but the amount of change of the reflection mirror and the alumina corresponding to the temperature change of 1 ° C is 0.006125 μm and 8.4 μm, respectively. The ratio of the reflecting mirror to the change in is 0.073%, which is a negligible value. The amount of gallium was tested at 800 g. That is, the length measured in this experiment is the sum of the thickness of the reflecting mirror and the length of the alumina, and the value of the length of the reflecting mirror is subtracted to change the length of the alumina.

실험방법은 갈륨이 고상에서 액상으로 상태를 변화하는 실험과 반대로 액상에서 고상으로 변하는 두 가지로 분리하여 실험하였다.Experimental methods were tested by separating the gallium from the liquid phase to the solid phase as opposed to the experiment to change the state from the solid phase to the liquid phase.

갈륨이 고상에서 액상으로 상태를 변화하는 실험의 순서는 갈륨을 액상의 상태에서 갈륨 주입구(11)로 투입을 하고 상온까지 온도를 하강시킨 후 갈륨시드(seed)를 삽입하여 갈륨을 고상의 상태로 변화하게 하였으며 그 후 가열판으로 서서히 가열을 하면서 온도센서(50)의 값을 이용하여 구리챔버(10)의 온도를 약 30 ℃로 유지하였고, 이 때 외부의 온도를 1 ℃정도 달리하여 알루미나(200)의 길이를 측정하였다.The sequence of experiments in which gallium is changed from a solid state to a liquid state is that gallium is introduced into the gallium inlet 11 from a liquid state, the temperature is lowered to room temperature, and a gallium seed is inserted into a solid state. Then, the temperature of the copper chamber 10 was maintained at about 30 ° C. by using the temperature sensor 50 while gradually heating with a heating plate. At this time, the outside temperature was changed by about 1 ° C. ) Was measured.

도면 4, 5, 6은 상기와 같은 방법으로 실험한 결과의 그래프이다.4, 5 and 6 are graphs of the results of the experiment conducted in the same manner as described above.

도면 4는 외부온도에 대한 그래프이고, 도 5는 측정 재료인 알루미나의 온도 그래프로서 이는 갈륨의 온도변화와 같다. 도 6은 상기의 두 그래프에 같은 시간적 시점에서의 알루미나의 길이변화 그래프이다. 측정시간은 두 시간 동안 측정한 시간 중에 한 구간을 샘플링(sampling)하였다. 도 4의 외부온도변화가 25.4 ℃에서 24.8 ℃로 온도 하강을 0.6 ℃의 차이를 보이며 변화하고 있으며, 이때 도 5의 그래프에서 구리챔버 내의 알루미나의 온도변화, 즉 갈륨의 온도변화는 29.769 ℃ ~29.770 ℃로 이는 1/1000 ℃내에서 변화하고 있으며, 도 6의 온도변화에 대한 알루미나의 길이변화는 5.435 ㎛ ~ 5.465 ㎛ 로 0.030 ㎛ 내에서 길이변화를 하고 있다. 이 실험의 결과로 알루미나 300 mm에 대하여 온도 0.6 ℃ 변화에 대한 길이의 변화량이 1.512 ㎛ 인 것을 감안하면 실험의 결과는 0.030㎛내에서 변화하고 있으므로 온도변화에 대한 길이 변화를 약 2 % 이내로 안정화시킬 수 있어서 길이에 대한 안정화로 신뢰도 증가함을 알 수 있다.Figure 4 is a graph of the external temperature, Figure 5 is a temperature graph of alumina as a measurement material, which is the same as the temperature change of gallium. Figure 6 is a graph of the length change of alumina at the same time point in the two graphs. The measurement time sampled one section of the time measured for two hours. The change in the external temperature of FIG. 4 changes the temperature drop from 25.4 ° C to 24.8 ° C with a difference of 0.6 ° C. In this case, the temperature change of alumina in the copper chamber, that is, the temperature change of gallium, is 29.769 ° C to 29.770 ° C. It is changing within 1/1000 ℃, the length change of the alumina with respect to the temperature change of Figure 6 is 5.435 ㎛ ~ 5.465 ㎛ is a length change within 0.030 ㎛. As a result of this experiment, considering that the change in length with respect to the change of temperature 0.6 ℃ for alumina 300 mm is 1.512 μm, the result of the experiment is changing within 0.030 μm so that the change in length for temperature change can be stabilized within about 2%. It can be seen that the reliability is increased by stabilization with respect to the length.

상술한 바와 같이 정밀 측정을 요하는 공학 재료에 갈륨의 특성을 이용하여 공학 재료의 외주에 고상과 액상으로 이루어진 갈륨으로 공학재료를 보호함으로써 공학 재료의 길이를 안정화시키는 방법은 외부의 온도변화가 크게 변하지 않는 장소에서 길이 변화에 대해 매우 둔감하게 작용하여 정밀측정을 요하거나 길이 안정화를 필요로 하는 실험실, 정밀측정 연구실 등에서 매우 유용하게 사용되어 질 수 있을 뿐만 아니라 특정한 공학재료의 길이 안정화하는데 있어서 설치비용 및 유지비가 절감되며 간편하게 사용되어 질 수 있는 효과가 있다.As described above, the method of stabilizing the length of an engineering material by protecting the engineering material with a gallium composed of a solid and a liquid on the outer circumference of the engineering material by using the properties of gallium in an engineering material requiring precise measurement is characterized by large changes in external temperature. It is very insensitive to the change of length in the unchanged place, so it can be very useful in the laboratory and precision measurement labs that require precision measurement or length stabilization. And maintenance costs are reduced and there is an effect that can be used easily.

Claims (4)

재료의 온도특성을 실험하기 위한 장치에 있어서In the apparatus for testing the temperature characteristics of the material 온도를 일정하게 유지하기위한 항온조는 외부를 감싸도록 배치한 물질과, 상기 물질은 상태 변화시에 일정한 온도를 유지하는 물질로 구성되며, 상기 물질에 열을 가할 수 있는 가열판(40)과 상기 물질의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(50)와, 상기 가열판과 온도센서를 관장함으로써 항온조의 온도를 유지하도록 하는 중앙제어장치(400)로 구성된 것을 특징으로 하는 재료의 온도특성을 실험하기 위한 장치The thermostat for maintaining a constant temperature is composed of a material arranged to surround the outside, the material is composed of a material that maintains a constant temperature when the state changes, the heating plate 40 and the material that can apply heat to the material Apparatus for experiments with the temperature characteristics of the material, characterized in that consisting of a temperature sensor 50 capable of measuring the temperature of the central control unit 400 to maintain the temperature of the thermostat by administering the heating plate and the temperature sensor 제1항에 있어서The method of claim 1 항온조 외부를 감싸도록 배치된 물질이 갈륨으로 이루어진 것을 특징으로 하는 재료의 온도특성을 실험하기 위한 장치Apparatus for testing the temperature characteristics of the material, characterized in that the material arranged to surround the outside of the thermostat made of gallium 제1항 또는 제2항에 있어서The method according to claim 1 or 2 상기 항온조의 내부에 위치한 측정편의 일측에는 타겟거울(30)이 위치되고, 타측에는 기준거울(20)이 위치되며, 항온조의 일방에는 레이저가 입사할 수 있도록 투명창으로 구성되어, 상기 투명창으로 입사한 레이저가 일부는 기준거울에서 반사The target mirror 30 is located on one side of the measurement piece located inside the thermostat, the reference mirror 20 is located on the other side, and one side of the thermostat is configured as a transparent window so that a laser can be incident to the transparent window. Part of the incident laser is reflected off the reference mirror 되고, 일부는 타겟거울에서 반사되며 상기 반사한 빛들을 간섭시킴으로써 상기 간섭결과를 분석하여 측정편의 길이변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 재료의 온도특성을 실험하기 위한 장치And a part of which is reflected from a target mirror and analyzes the interference result by interfering the reflected light to detect a change in length of the measurement piece. 항온조는 외부를 감싸도록 배치한 물질과, 상기 물질에 열을 가할 수 있는 가열판(40)과 상기물질의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(50)와 중앙제어장치(400)로 구성된 재료의 온도특성을 실험하기 위한 장치에 있어서The thermostat includes a material disposed to surround the outside, a temperature of a material including a heating plate 40 capable of applying heat to the material, a temperature sensor 50 capable of measuring the temperature of the material, and a central controller 400. In the device for testing the characteristics 항온조의 외부를 감싸고 있는 물질의 온도를 감지하는 단계;Sensing the temperature of the material surrounding the outside of the thermostat; 상기 감지온도가 일정온도인가를 비교 판정하는 단계;Comparing and determining whether the sensed temperature is a constant temperature; 상기 비교결과 일정온도 이하이면 가열판에 전압을 인가하여 항온조를 감싸고 있는 물질에 열을 가하는 단계;Applying heat to the heating plate when the temperature is lower than a predetermined temperature as a result of the comparison; 상기 비교결과 일정온도 이상이면 가열판에 인가된 전압을 끊어 항온조를 감싸고 있는 물질에 열공급을 차단하는 단계; 로 구성되며Blocking the heat supply to the material surrounding the thermostat by cutting off the voltage applied to the heating plate when the comparison result is over a predetermined temperature; Consists of 상기 비교단계와 가열판에 전압을 제어하는 단계는 중앙제어장치에 의해 수행되어 재료의 온도특성을 실험하기 위한 방법The comparison step and the step of controlling the voltage on the heating plate are performed by a central controller to test the temperature characteristics of the material.
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