KR100479689B1 - 열기계 분석장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 열기계 분석장치에 있어서, 시편을 가열 할 수 있는 가열장치와, 일단이 상기 시편에 접촉하도록 설치되며 상기 시편의 팽창 수축에 따라 축방향으로 이동 가능하도록 설치된 코어를 포함하여 구성되며, 상기 코어의 축방향 변위에 의해 상기 시편의 팽창 수축정도를 감지하는 차동변압기와, 상기 가열장치와, 상기 차동변압기를 지지하는 본체지지 마운트와, 상기 코어가 상기 시편에 일정한 압력을 가하도록 상기 코어에 설치된 정압 인가장치를 포함하여 구성된 열기계 분석장치를 제공함으로써, 시편이 연화되더라도 시편을 손상시키지 않고 시편의 열팽창정도를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

열기계 분석장치{THERMOMECHANICAL ANALYZER}

본 발명은 열기계 분석장치에 관한 것으로서, 상세하게는 시편에 일정한 압력을 가함으로서 시편의 손상 없이 정확하게 시편의 열팽창 혹은 수축정도를 측정할 수 있는 열기계 분석장치에 관한 것이다.

열기계 분석장치(Themomechanical analyzer)란 온도 변화에 따른 재료의 열팽창 및 수축을 측정하는 장치로서, 금속 및 세라믹스 재료의 열팽창률 측정, 세라믹스 성형체의 소성수축율 측정 등에 널리 사용되는 것이다.

도 1은 종래의 열기계 분석장치의 개념도이다.

종래의 열기계 분석장치는 시편(20)을 가열할 수 있는 가열장치(10)와, 상기 시편(10)의 수축 팽창을 감지하는 차동변압기(30)와, 상기 차동변압기(30)와 상기 가열장치(10)를 지지하는 본체지지 마운트(50)를 포함하여 구성된다.

상기 가열장치(10)는 원통형의 가열로(12)와, 상기 가열로(12)에 설치된 발열체(11)로 구성된다. 시편(20)은 상기 가열로(12)의 내부에 설치된다.

상기 차동변압기(LVDT:Linear Variable Differential Transformer)(30)는 직선왕복운동을 하는 물체의 변위를 계측하는 장치이다. 상기 차동변압기(30)는 1개의 1차코일(31)과 2개의 2차코일(32)이 형성된 원통형 본체(35)와, 상기 시편(20)이 일단이 밀착되어 설치된 검지봉(36)과, 상기 검지봉(36)의 타단에 고정되어 연결되며, 중앙에 강자성체 코어(34)가 구비되며, 상기 원통형 본체(35)의 중공에 삽입되어 운동하는 코어바(33)를 포함하여 구성된다. 상기 차동변압기(30)는 1차코일(31)에 일정한 전압이 인가되고, 2차코일(32)에 신호전압이 검출된다. 전압의 전달비는 가운데 있는 강자성체 코어(34)의 이동에 따라 직선적으로 결정되게 된다. 상기 2차코일(32)의 신호전압은 상기 증폭기(37)를 통해 증폭되어 출력장치(미도시)를 통해 출력된다.

또한, 상기 열기계 분석장치는 상기 검지봉(36)이 상기 시편(20)을 밀착할 수 있도록 상기 코어바(33)와 상기 본체지지 마운트(50)사이에 설치되어, 상기 코어바(33)를 축방향으로 압축력을 가하는 가압스프링(40)을 구비한다.

상기 열기계 분석장치는 시편(20)의 열팽창성능을 시험하기 위해서 상기 발열체(11)를 가열하게 되고, 가열로(12) 내부의 온도가 상승함에 따라, 상기 시편(20)의 온도가 상승하여 시편(20)이 열팽창을 하게 된다.

상기 시편(20)이 열팽창 함에 따라, 상기 검지봉(36)과 코어바(33)가 축방향으로 이동을 하게 되고, 상기 코어바(33)의 형성된 강자성체 코어(34) 또한 축방향으로 이동을 하게 된다. 상기 코어(34)의 이동에 따라 상기 2차코일(32)에 검출되는 신호전압이 달라지게 되므로, 이것을 이용하여 상기 시편(20)의 열팽창 정도를 측정할 수 있다.

다만, 상기 검지봉(36)이 상기 시편(20)에 단단히 접촉되게 하는 상기 가압스프링(40)은 시편(20)이 팽창함에 따라 상기 검지봉(36)에 가하는 압축력이 강해지게 된다. 따라서, 시편(20)이 측정과정에서 연화(softening)되는 경우에는 상기 검지봉(36)이 상기 시편(20)을 손상시킬 수가 있다. 즉, 시편(20)이 스펀지처럼 되어 검지봉(36)이 시편(20)내로 침투함으로서 시편(20)의 열팽창정도를 정확하게 측정할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 시편에 일정한 압력을 가함으로서, 시편의 열팽창정도를 정확하게 측정할 수 있는 열기계 분석장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 시편을 가열 할 수 있는 가열장치와, 일단이 상기 시편에 접촉하도록 설치되며 상기 시편의 팽창 수축에 따라 축방향으로 이동 가능하도록 설치된 코어를 포함하여 구성되며, 상기 코어의 축방향 변위에 의해 상기 시편의 팽창 수축정도를 감지하는 차동변압기와, 상기 가열장치와, 상기 차동변압기를 지지하는 본체지지 마운트와, 상기 코어가 상기 시편에 일정한 압력을 가하도록 상기 코어에 설치된 정압 인가장치를 포함하여 구성된 열기계 분석장치를 제공한다.

또한, 상기 정압인가장치는 상기 코어가 상기 시편에 압력을 가할 수 있도록 상기 코어의 타단에 설치된 가압스프링과, 상기 가압스프링을 지지함과 아울러, 상기 코어의 축방향으로 이동 가능하도록 설치된 스프링지지 마운트와 ,상기 가압스프링과 상기 스프링지지 마운트 사이에 설치되어, 상기 가압스프링이 상기 스프링지지 마운트에 가하는 압력을 측정하는 압력측정장치와, 원하는 기준압력을 입력할 수 있는 기준압력입력부와, 상기 스프링지지 마운트를 상기 코어의 축방향으로 구동하도록 설치된 구동장치와, 상기 압력측정장치에서 측정된 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우 상기 스프링지지 마운트가 시편이 설치된 반대방향으로 이동하도록 상기 구동장치를 제어하며, 상기 압력측정장치에서 측정된 압력이 상기 기준압력보다 낮은 경우 상기 스프링 지지 마운트가 시편이 설치된 방향으로 이동하도록 상기 구동장치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 압력측정장치는 압력을 검지하여 그에 상응하는 전압을 출력하는 로드셀로 구성되며, 상기 기준압력입력장치는 가변저항으로 구성되며, 상기 제어부는 상기 로드셀에서 발생된 전압과, 상기 가변저항에서 발생된 전압을 비교하여 상기 구동장치를 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

도2는 본 발명의 일실시예의 구성을 나타낸 개념도이다.

본 발명의 일실시예의 열기계 분석장치는 시편(20)을 가열할 수 있는 가열장치(10)와, 일단이 상기 시편(20)에 접촉하도록 설치되며 상기 시편(20)의 팽창 수축에 따라 축방향으로 이동 가능하도록 설치된 코어(34)를 포함하여 구성되며, 상기 코어(34)의 축방향 변위에 의해 상기 시편(20)의 팽창 수축정도를 감지하는 차동변압기(30)와, 상기 차동변압기(30)와 상기 가열장치(10)를 지지하는 본체지지 마운트(50)와, 상기 코어(34)가 상기 시편(20)에 일정한 압력을 가하도록 상기 코어(34)에 설치된 정압 인가장치(100)를 포함하여 구성된다.

상기 가열장치(10)는 원통형의 가열로(12)와, 상기 가열로(12)에 설치된 발열체(11)로 구성된다. 시편(20)은 상기 가열로(12)의 내부에 설치된다.

상기 차동변압기(30)는 1개의 1차코일(31)과 2개의 2차코일(32)이 형성된 원통형 본체(35)와, 상기 시편(20)에 일단이 밀착되어 설치된 검지봉(36)과, 상기 검지봉(36)의 타단에 고정되어 연결되며, 중앙에 강자성체 코어(34)가 구비되며, 상기 원통형 본체(35)의 중공에 삽입되어 운동하는 코어바(33)를 포함하여 구성된다. 상기 차동변압기(30)는 1차코일(31)에 일정한 전압이 인가되고, 2차코일(32)에 신호전압이 검출된다. 전압의 전달비는 가운데 있는 강자성체 코어(34)의 이동에 따라 직선적으로 결정되게 된다. 상기 2차코일(32)의 신호전압은 상기 증폭기(37)를 통해 증폭되어 출력장치(미도시)를 통해 출력된다.

또한, 상기 정압인가장치(100)는 상기 검지봉(36)이 상기 시편(20)에 압력을 가할 수 있도록 상기 코어바(33)의 타단에 설치된 가압스프링(110)과, 상기 가압스프링(110)을 지지함과 아울러, 상기 코어(34)의 축방향으로 이동 가능하도록 설치된 스프링지지 마운트(130)와, 상기 가압스프링(110)과 상기 스프링지지 마운트(130) 사이에 설치되어, 상기 가압스프링(110)이 상기 스프링지지 마운트(130)에 가하는 압력을 측정하는 압력측정장치(120)와, 원하는 기준압력을 입력할 수 있는 기준압력입력부(140)와, 상기 스프링지지 마운트(130)를 상기 코어(34)의 축방향으로 구동하도록 설치된 구동장치(150)와, 상기 압력측정장치(120)에서 측정된 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우 상기 스프링지지 마운트(130)가 시편(20)이 설치된 반대방향으로 이동하도록 상기 구동장치(150)를 제어하며, 상기 압력측정장치(120)에서 측정된 압력이 상기 기준압력보다 낮은 경우 상기 스프링 지지 마운트(130)가 시편(20)이 설치된 방향으로 이동하도록 상기 구동장치(150)를 제어하는 제어부(160)를 포함하여 구성된다.

상기 압력측정장치(120)는 압력을 검지하여 그에 상응하는 전압을 출력하는 로드셀로 구성된다. 상기 로드셀은 스트레인 게이지를 내장하며, 상기 스트레인 게이지에 발생되는 전압의 변화값으로부터 인가되는 압력을 측정하는 장치이다.

상기 기준압력입력부(140)는 가변저항에 의해 기준전압을 설정할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 구동장치는 상기 본체지지마운트(50)에 고정된 모터(151)와 상기 모터(151)의 구동축에 연결된 이송스크류(152)와, 상기 이송스크류(152)에 맞물리도록 내주부에 나사산이 형성되며 상시 스프링지지 마운트에 고정된 이송 너트(153)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 구동장치는 이외에도 공압 실린더나 유압 실린더등 다양한 방법으로 구성이 가능하다.

상기 제어부(160)는 상기 로드셀에서 발생된 전압과, 상기 가변저항에 의해 설정된 기준전압을 비교하여 상기 모터(151)를 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일실시예의 동작에 관하여 설명한다.

본 발명의 일실시예의 상기 열기계 분석장치는 시편(20)의 열팽창성능을 시험하기 위해서 상기 발열체(11)를 가열하게 되고, 가열로(12) 내부의 온도가 상승함에 따라, 상기 시편(20)의 온도가 상승하여 시편(20)이 열팽창을 하게 된다.

상기 시편(20)이 열팽창함에 따라, 상기 검지봉(36)과 코어바(33)가 축방향으로 이동을 하게 되고, 상기 코어바(33)의 형성된 강자성체 코어(34) 또한 축방향으로 이동을 하게 된다. 상기 코어(34)의 이동에 따라 상기 2차코일(32)에 검출되는 신호전압이 달라지게 되므로, 이것을 이용하여 상기 시편(20)의 열팽창 정도를 측정할 수 있다.

상기 가압스프링(110)은 상기 검지봉(36)이 상기 시편(20)에 밀착할 수 있도록 압력을 가한다. 또한, 상기 로드셀이 상기 가압스프링(110)이 가하는 압력을 측정하여 상기 제어부(160)에 전달한다.

상기 로드셀에 의해 측정된 압력이 상기 기준압력입력부(140)에 의해 설정된 압력보다 큰 경우에는 상기 제어부는 상기 모터(151)를 구동하여 상기 스프링지지 마운트(130)를 상기 시편에서 멀어지도록 하며, 상기 로드셀에 의해 측정된 압력이 상기 기준압력입력부(140)에 의해 설정된 압력보다 작은 경우에는 상기 제어부(160)는 상기 모터(151)를 구동하여 상기 스프링지지 마운트(130)를 상기 시편(20)에 가까워지도록 한다.

따라서, 본 발명은 시편에 가해지는 압력에 따라 상기 스프링지지 마운트를 이동시킴으로서, 시편의 수축과 팽창이 상당히 큰 경우에도 일정한 압력을 시편에 인가할 수 있어 균일한 수축 및 팽창 커브를 얻을 수 있다.

또한, 기준 전압을 조절함으로서 시편에 인가되는 압력을 제어할 수 있어 미세한 압력만을 일정하게 인가한 채 측정을 할 수 있다.

따라서, 시험도중 시편이 연화되거나, 액상상태로 되는 경우에도 상기 시편을 손상시키지 않으며, 정확한 팽창 혹은 수축정도를 구할 수 있다.

도3은 종래의 열기계 분석장치와 본 발명의 일실시예의 열기계 분석장치를 사용하여 실험한 결과를 도시한 그래프이다.

상기 그래프는 보로실리케이트 유리조성과 알루미나의 혼합체(저온소성용 유리 기판)에 대하여 600-1000°C 온도영역에 걸쳐서 소성수축곡선을 측정한 것이다. 800°C 부근에서 유리의 용융에 의한 액상이 형성되면서 액상소결이 되는데 종래의 열기계 분석장치의 결과(201)는 연화된 시편으로 검지봉이 침투하여 시편이 변형되므로 실제 소성수축에 비해 과도한 수축율이 검지된다. 그러나 본 발명의 일실시예에 의하여 기준압력입력부(140)에 미세한 압력을 인가한후 소성수축을 측정하면 변위검출봉이 시편을 변형시키지 않아 도시된 결과(202)와 같이 정확한 변위곡선을 측정할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

먼저, 시편에 가해지는 압력에 따라 상기 스프링지지 마운트를 이동시킴으로서, 시편의 수축과 팽창이 상당히 큰 경우에도 일정한 압력을 시편에 인가할 수 있어 균일한 수축 및 팽창 커브를 얻을 수 있다.

또한, 기준 전압을 조절함으로서 시편에 인가되는 압력을 제어할 수 있어 미세한 압력만을 일정하게 인가한 채 측정을 할 수 있다.

따라서, 시험도중 시편이 연화되거나, 액상상태로 되는 경우에도 상기 시편을 손상시키지 않으며, 정확한 팽창 혹은 수축정도를 구할 수 있다.

도 1은 종래의 열기계 분석장치의 개념도

도 2는 본 발명의 일실시예의 구성을 나타낸 개념도

도 3은 종래의 열기계 분석장치와 본 발명의 일실시예의 열기계 분석장치를 사용하여 실험한 결과를 도시한 그래프

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 가열장치 30: 차동변압기

34: 코어 50: 본체지지 마운트

100: 정압인가장치 110: 가압스프링

120: 압력측정장치 130: 스프링지지 마운트

140: 기준압력입력부 150: 구동장치

160: 제어부

Claims (3)

1. 시편을 가열 할 수 있는 가열장치와;

   일단이 상기 시편에 접촉하도록 설치되며 상기 시편의 팽창 수축에 따라 축방향으로 이동 가능하도록 설치된 코어를 포함하여 구성되며, 상기 코어의 축방향 변위에 의해 상기 시편의 팽창 수축정도를 감지하는 차동변압기와;

   상기 가열장치와, 상기 차동변압기를 지지하는 본체지지 마운트와;

   상기 코어가 상기 시편에 일정한 압력을 가하도록 상기 코어에 설치된 정압 인가장치를 포함하며,

   상기 정압인가장치는

   상기 코어가 상기 시편에 압력을 가할 수 있도록 상기 코어의 타단에 설치된 가압스프링과;

   상기 가압스프링을 지지함과 아울러, 상기 코어의 축방향으로 이동 가능하도록 설치된 스프링지지 마운트와;

   상기 가압스프링과 상기 스프링지지 마운트 사이에 설치되어, 상기 가압스프링이 상기 스프링지지 마운트에 가하는 압력을 측정하는 압력측정장치와;

   원하는 기준압력을 입력할 수 있는 기준압력입력부와;

   상기 스프링지지 마운트를 상기 코어의 축방향으로 구동하도록 설치된 구동장치와;

   상기 압력측정장치에서 측정된 압력이 상기 기준 압력보다 높은 경우 상기 스프링지지 마운트가 시편이 설치된 반대방향으로 이동하도록 상기 구동장치를 제어하며, 상기 압력측정장치에서 측정된 압력이 상기 기준압력보다 낮은 경우 상기 스프링 지지 마운트가 시편이 설치된 방향으로 이동하도록 상기 구동장치를 제어하는 제어부를;

   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열기계 분석장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 압력측정장치는 압력을 검지하여 그에 상응하는 전압을 출력하는 로드셀로 구성되며;

   상기 기준압력입력장치는 가변저항으로 구성되며;

   상기 제어부는 상기 로드셀에서 발생된 전압과, 상기 가변저항에서 발생된 전압을 비교하여 상기 구동장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 열기계 분석장치.