KR101230492B1 - System and method for controlling temperature in thermoelectric element evaluation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열전소자 평가 장치에서 다수개의 온도 센서를 이용하여 평균 온도를 구하기 이 평균 온도에 따라 열전소자 평가 장치의 온도차를 제어하는 시스템 및 방법에 대한 것이다.
The present invention relates to a temperature control system and method of a thermoelectric element evaluation apparatus, and more particularly, to obtain an average temperature using a plurality of temperature sensors in a thermoelectric element evaluation apparatus. System and method.
열전소자는 보통 열전모듈, 펠티어소자, ThermoElectric Cooler(TEC), ThermoElectric Module(TEM) 등으로 다양한 이름으로 불린다. 열전소자는 작은 열 펌프(Heat Pump)라고 할 수 있다. 즉, 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치이다. Thermoelectric devices are commonly referred to by various names as thermoelectric modules, Peltier devices, ThermoElectric Coolers (TEC), and ThermoElectric Modules (TEM). The thermoelectric element can be called a small heat pump. That is, it is a device that absorbs heat from a low temperature heat source and heats the high temperature heat source.
원리를 보면, 열전소자 양단에 직류 전압을 인가하면 열이 흡열부에서 발열부로 이동하게 된다. 따라서 시간이 지남에 따라 흡열부는 온도가 떨어지고 발열부는 온도가 상승하게 된다. 이때 인가전압의 극성을 바꿔주면 흡열부와 발열부는 서로 바뀌게 되고 열의 흐름도 반대가 된다.In principle, when a DC voltage is applied across the thermoelectric element, heat is transferred from the heat absorbing portion to the heat generating portion. Therefore, as time goes by, the temperature of the heat absorbing portion decreases and the temperature of the heat generating portion increases. At this time, if the polarity of the applied voltage is changed, the heat absorbing portion and the heat generating portion are changed to each other, and the flow of heat is reversed.
그런데, 이러한 열전 소자의 성능 지수(ZT)는 열전 소자의 열전도도, 전기 전도도, 제벡전압에 의해 결정된다. 이중 전기 전도도와 제벡 전압을 측정하기 위한 구조가 도 1에 도시된다. However, the figure of merit ZT of the thermoelectric element is determined by the thermal conductivity, the electrical conductivity, and the Seebeck voltage of the thermoelectric element. A structure for measuring double electrical conductivity and Seebeck voltage is shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 이 열전 특성 측정 장치(100)은 도면에 도시된 바와같이, 진공 상태에 유지 가능한 기밀 용기(10)내에, 발열체(21)에 의한 가열에 의하여, 시료(200)의 한 끝을 예를 들면 700℃이상의 고온에 이르기까지 가열 가능한 제1의 열원(20)과, 발열체(26)에 의한 가열 및 냉매(27)에 의한 냉각의 조합에 의해, 시료(200)의 다른 한단을 예를 들면 액체 질소온도 이하의 저온으로부터 700℃이상의 고온에 이르기까지 가열ㆍ냉각 가능한 제2의 열원(25)가 설치되게 되는 것으로, 그것들 양 열원(20,25)에 끼이고 시료(200)가 설치되게 되어 있다.Referring to FIG. 1, as shown in the drawing, the thermoelectric
또, 열전 특성 측정 장치(100)은 기밀 용기(10)내를 진공 배기하는 진공 펌프(40), 기밀 용기(10)내의 진공도를 계측하는 진공계(41), 제1의 열원(20)의 작동 제어를 행하는 제1의 온도 컨트롤러(CTR1), 제2의 열원(25)의 작동 제어를 행하는 제2의 온도 컨트롤러(CTR2), 냉매(27)를 흘리기 위한 에어 펌프(45), 시료(120)의 양단간에 전위차를 부여하는 외부전원(E)를 구비하고 있다. In addition, the thermoelectric
또한, 열전 특성 측정 장치(100)는, 시료(120)의 양단의 온도를 측정하는 온도 측정 수단으로서, 적어도 2쌍, 본 실시예에서는 예를 들면 3쌍의 열전대(TC1,TC2,TC3)를 갖고 있다. 열전대(TC1,TC2,TC3)는, 기밀 용기(10)내부터 용기(10)외에 인출되고, 열전대(TC1,TC2,TC3)는 제1 및 제2의 온도 컨트롤러(CTR1,CTR2)에 의해 제어된다.In addition, the thermoelectric
그런데, 이러한 종래 방식의 경우 다수의 열전대(TC1,TC2,TC3)가 있음에도, 온도를 설정온도로 인가하게 된다. 따라서, 제1의 열원(20) 및 제2의 열원(25)에 가하는 전원도 일정하게 되므로, 정확한 온도를 제어하는 것이 어렵다는 단점이 있었다.However, in the conventional method, even though there are a plurality of thermocouples TC1, TC2, and TC3, the temperature is applied as the set temperature. Therefore, since the power applied to the
부연하면, 다수의 열전대(TC1,TC2,TC3)가 있는 경우, 측정하는 위치마다 온도가 다를 수 있다. 예를 들면, 설정된 온도(Set Point)가 30℃인데, 측정하는 위치마다 29℃, 29.6℃, 29.2℃가 될 수 있다. 따라서, 어느 특정 지점에서 측정된 온도만으로 온도를 제어하게 되므로 정확한 온도 제어가 되지 않아 정밀한 열전 소자의 성능 지수(ZT)를 평가하는 것이 어렵다는 단점이 있다.In other words, when there are a plurality of thermocouples TC1, TC2, and TC3, the temperature may be different for each measurement position. For example, the set temperature (Set Point) is 30 ℃, it can be 29 ℃, 29.6 ℃, 29.2 ℃ for each measurement position. Therefore, since the temperature is controlled only by the temperature measured at a specific point, it is difficult to accurately evaluate the performance index (ZT) of the thermoelectric device because the temperature control is not accurate.
즉, 제1의 열원(20)의 평균적인 온도가 설정온도와 같아지지 않더라도 온도 컨트롤러(CTR1,CTR2)의 입력값으로 쓰여지는 온도센서가 위치한 곳의 온도가 유일하게(나머지 부분의 온도센서값이 설정온도와 편차가 많이 존재하더라도) 설정온도와 같아지면 온도제어가 정확히 된 것으로 판단하고 더 이상의 출력조절을 하지 않고 그 상태를 유지해버리기 때문에 Tave(평균 온도)와 Tset(설정온도)의 온도 편차가 크게 나타나는 현상이 발생하게 된다. That is, even if the average temperature of the
일반적으로 특정 판이나 물체를 온도제어하고자 할 때는 한 개의 온도센서를 부착해서 그 온도를 이용해 온도제어를 하기 때문에 온도 컨트롤러를 이용하여 온도제어하는데 문제가 없으나 열전소자의 성능 지수(ZT)를 구하는 경우 공간적 온도균질도가 매우 중요한 하므로 정밀한 온도 제어가 요구된다. Generally, when you want to control the temperature of a specific plate or object, there is no problem to control the temperature by using a temperature controller because one temperature sensor is attached and temperature is controlled. Since spatial temperature homogeneity is very important, precise temperature control is required.
또한, 교류 전원을 이용하면 정확하게 온도를 제어하기 위해 사용된 열에너지를 계산하는데 부정확하게 되는 단점이 있다. In addition, the use of an AC power source has the disadvantage that it is inaccurate in calculating the thermal energy used to accurately control the temperature.
본 발명은 위에서 제기된 종래 기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 열전 소자 평가 장치에서의 정확한 온도 제어가 가능한 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed in order to solve the problems according to the prior art, and an object thereof is to provide a system and method capable of accurate temperature control in a thermoelectric device evaluation apparatus.
또한, 본 발명은 정확한 온도 제어에 따라 정밀한 열전 소자의 성능 지수(ZT)를 평가하는 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a system and method for evaluating a precision figure of merit (ZT) of a precise thermoelectric element under accurate temperature control.
본 발명의 일실시예는 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해 제안된 것으로서, 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템을 제공한다. 이 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템은, 열전소자 평가 장치의 핫 열선이 구성된 핫 플레이트 내에 설치된 다수개의 핫 플레이트 온도 센서; 상기 핫 플레이트와 소정 간격으로 이격되며 냉각 열선이 구성된 냉각 플레이트 내에 설치된 다수개의 냉각 플레이트 온도 센서; 상기 핫 플레이트 온도 센서 및 냉각 플레이트 온도 센서로부터 각각 상기 핫 플레이트 및 상기 냉각 플레이트 온도를 센싱하여 온도 정보를 획득하는 온도 정보 획득부; 상기 온도 정보를 평균하여 평균 온도를 산출하고 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도를 비교하여 비교 차이값을 산출하는 평균 온도 산출 수단; 및 산출된 비교 차이값 만큼 상기 핫 열선 또는 상기 냉각 열선에 추가 전원을 가하는 온도 조절기를 포함하는 것을 특징으로 한다. One embodiment of the present invention has been proposed to achieve the above object, and provides a temperature control system of the thermoelectric device evaluation apparatus. The temperature control system of the thermoelectric element evaluation apparatus includes: a plurality of hot plate temperature sensors installed in a hot plate configured with a hot hot wire of the thermoelectric element evaluation apparatus; A plurality of cooling plate temperature sensors spaced apart from the hot plate at predetermined intervals and installed in a cooling plate configured with a cooling hot wire; A temperature information acquisition unit for obtaining temperature information by sensing the hot plate and cooling plate temperatures from the hot plate temperature sensor and the cooling plate temperature sensor, respectively; Average temperature calculating means for averaging the temperature information to calculate an average temperature, and comparing the calculated average temperature with a preset set temperature to calculate a comparison difference value; And a temperature controller for applying additional power to the hot heating wire or the cooling heating wire by the calculated comparison difference value.
또한, 본 발명의 다른 일실시예는, 다수개의 핫 플레이트 온도 센서 및 냉각 플레이트 온도 센서가 각각 열전소자 평가 장치의 핫 열선이 구성된 핫 플레이트 및 냉각 열선이 구성된 냉각 플레이트의 온도를 센싱하는 온도 센싱단계; 온도 정보 획득부가 상기 핫 플레이트 온도 센서 및 냉각 플레이트 온도 센서로부터 상기 핫 플레이트 및 상기 냉각 플레이트의 센싱된 온도 정보를 획득하는 온도 정보 획득 단계; 평균 온도 산출 수단이 획득된 온도 정보를 평균하여 평균 온도를 산출하고 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도를 비교하여 비교 차이값을 산출하는 비교 차이값 산출 단계; 및 온도 조절기가 산출된 비교 차이값 만큼 상기 핫 열선 또는 상기 냉각 열선에 추가 전원을 가하는 추가 전원 인가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 방법을 제공한다. In addition, another embodiment of the present invention, the plurality of hot plate temperature sensor and the cooling plate temperature sensor is a temperature sensing step of sensing the temperature of the hot plate and the cooling plate is configured with the hot heating wire of the thermoelectric element evaluation device, respectively ; A temperature information obtaining step of obtaining, by a temperature information obtaining unit, sensed temperature information of the hot plate and the cooling plate from the hot plate temperature sensor and the cooling plate temperature sensor; A comparison difference value calculating step of calculating an average temperature by averaging the obtained temperature information by the average temperature calculating means and comparing the calculated average temperature with a predetermined set temperature; And an additional power applying step of applying additional power to the hot heating wire or the cooling heating wire by the temperature difference calculated by the temperature difference controller.
여기서, 상기 평균 온도 산출 수단은, 기 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도의 편차와 일정시간 동안의 산출된 평균 온도의 표준편차가 설정 조건을 만족할 때까지 상기 온도 조절기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the average temperature calculating means controls the output of the temperature controller until the deviation between the calculated average temperature and the predetermined set temperature and the standard deviation of the calculated average temperature for a predetermined time satisfy the set conditions. You can do
여기서, 상기 온도 조절기는 DC(Direct Current) 전원을 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the temperature controller may be characterized by using a direct current (DC) power source.
여기서, 상기 평균 온도 산출 수단은, PID(Proportinal Integral Differential) 제어 방식을 이용하여 상기 온도 조절기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
Here, the average temperature calculating means may be characterized by controlling the output of the temperature controller using a PID (Proportinal Integral Differential) control scheme.
본 발명에 따르면, 열전소자 평가 장치에 설치된 다수의 온도 센서가 센싱한 온도를 평균하여 평균 온도값으로 열전소자 평가 장치의 온도를 조절하게 되므로 정확한 온도 제어가 가능하게 된다. According to the present invention, since the temperature sensed by a plurality of temperature sensors installed in the thermoelectric element evaluation apparatus is averaged to adjust the temperature of the thermoelectric element evaluation apparatus to an average temperature value, accurate temperature control is possible.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 평균한 평균 온도값으로 열전소자 평가 장치의 온도를 제어하게 되므로 정밀한 열전 소자의 성능 지수를 평가하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다. In addition, another effect of the present invention is that the temperature of the thermoelectric element evaluation apparatus is controlled by the average average temperature value, and thus it is possible to evaluate the performance index of the precise thermoelectric element.
도 1은 종래 기술에 따른 열전소자 평가 장치를 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템 구성도이다.
도 3은 도 2에서 핫 플레이트(210)의 온도 조절을 수행하는 구성도이다.
도 4는 도 2에서 냉각 플레이트(220)의 온도 조절을 수행하는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자 평가 장치에서 온도 센서를 제어하는 과정을 보여주는 순서도이다. 1 is a block diagram showing a thermoelectric device evaluation apparatus according to the prior art.
2 is a configuration of the temperature control system of the thermoelectric element evaluation apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a temperature control of the
4 is a diagram illustrating a temperature control of the
5 is a flowchart illustrating a process of controlling the temperature sensor in the thermoelectric device evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a temperature control system and method of a thermoelectric device evaluation apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템 구성도이다. 도 2를 참조하면, 열전소자 평가 장치(200)의 온도 제어 시스템은 열전소자 평가 장치(200); 이 열전소자 평가 장치(200)로부터 온도 정보를 획득하는 온도 정보 획득부(240); 상기 온도 정보를 평균하여 평균 온도를 산출하고 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도를 비교하여 비교 차이값을 산출하는 평균 온도 산출 수단(260); 및 산출된 비교 차이값 만큼 추가 전원을 가하여 열전소자 평가 장치(200)의 온도를 조절하는 온도 조절기(250)를 포함하여 구성된다.2 is a configuration of the temperature control system of the thermoelectric element evaluation apparatus according to the present invention. 2, the temperature control system of the thermoelectric
열전소자 평가 장치(200)는 냉각조(230), 냉각 플레이트(220), 핫 플레이트(210) 등이 층을 이룬 구조이다. 이들 열전 소자 평가 장치(200)의 구조를 이해하기 쉽게 상세하게 설명하면 다음과 같다.The thermoelectric
냉각조(230)는 냉각수(232)를 저장하는 영역으로 상층으로부터 전달된 열을 냉각시키는 역할을 한다. 여기서, 냉각수(232)로는 보통 액체 질소가 사용되나, 이에 한정되지는 않으며, 액체 헬륨, 프레온 가스 등이 사용될 수 있다. 또한, 냉각조(230)에는 급수 라인(233)이 구비되어 냉각수(232)를 주입하거나 토출시킨다.The
이 냉각조(230) 상단에 버퍼층(231)이 놓인다. 이 버퍼층(231)은 냉각조(230)와 냉각 플레이트(220) 사이에서 완충 역할을 하며 단열재 계열의 판재가 사용될 수 있다. The
냉각 플레이트(220)는 버퍼층(231)의 상단에 배치되며 하단의 일측에 바깥쪽으로 냉각 플레이트 온도 센서(223)가 설치된다. 물론, 냉각 플레이트(220)의 내측에는 냉각 열선(221)이 배열된다. 이 냉각 열선(221)은 바깥쪽이 테프론으로 피복된 종류를 사용하나, 이에 한정되지는 않으며, 일반 열선이 사용될 수도 있다. The
또한, 냉각 플레이트(220)는 열전달 효율이 뛰어난 알루미늄 재료가 사용된다. In addition, the
냉각 플레이트(220)의 상단에는 핫 플레이트(210)가 구성된다. 이 핫 플레이트(210)도 냉각 플레이트(220)의 구조와 유사하게 내측에는 핫 열선(211)이 배열된다. 이와 함께, 하단의 일측에 바깥쪽으로 핫 플레이트 온도 센서(213)가 설치된다. 핫 플레이트(210)의 재질은 금속성으로 구성된다. 즉, 예를 들면 알루미늄, 구리 등이 사용될 수 있다. The
물론, 이 냉각 플레이트(220)와 핫 플레이트(210)의 사이에는 시료(120)가 놓인다. 또한, 시료(120)와 냉각 플레이트(220) 및 핫 플레이트(210)의 사이에는 각각 제 1 세라믹판(201)과 제 2 세라믹판(202)이 구성된다. 부연하면, 제 1 세라믹판(201)은 시료(120)와 핫 플레이트(210) 사이에 놓이고, 제 2 세라믹판(202)은 시료(120)와 냉각 플레이트(220) 사이에 놓이게 된다. Of course, the
이 시료(120)는 열전 소자가 된다. 물론, 열전 소자는 열전현상을 기초로 하여 구성된다. 여기서, 열전소자란, 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용할 수 있는 소자의 총칭을 말한다.This
이러한 열전소자들의 일 예로는 회로의 안정화와 열, 전력, 빛 검출 등에 사용하는 서미스터, 온도를 측정할 때 사용하는 제벡(seebeck) 효과를 이용하게 되는 소자, 냉동기나 항온조 제작할 때 사용하는 펠티에(peltier) 효과를 이용하게 되는 소자 등이 있다. 보통 열전소자로 가장 광범위하게 사용되는 물질은 Bi2Te3이다. Examples of such thermoelectric devices include thermistors used for stabilization of circuits, detection of heat, power, and light, devices using the Seebeck effect for measuring temperature, and peltiers used in the manufacture of refrigerators and thermostats. ) And the like to utilize the effect. The most widely used material for thermoelectric elements is Bi 2 Te 3 .
온도 정보 획득부(240)는 냉각 플레이트 온도 센서(223) 및/또는 핫 플레이트 온도 센서(213)와 연결되어 냉각 플레이트(220) 및/또는 핫 플레이트(210)의 온도 정보를 획득한다. 부연하면, 냉각 플레이트 온도 센서(223) 및/또는 핫 플레이트 온도 센서(213)가 센싱한 온도 정보를 획득하는 역할을 수행한다. The temperature
컴퓨터(260)는 평균 온도 산출 수단으로서 마이크로프로세서(미도시), 저장 장치(미도시), 프로그램, 소트웨어, 디스플레이(미도시) 등이 구비되어 있다. 따라서, 컴퓨터(260)는 온도 센서(213,223)의 센싱된 온도 정보를 실시간으로 저장하고, 이 온도 정보를 평균하여 평균 온도를 산출한다. 또한, 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도를 비교하여 비교 차이값을 산출한다. 컴퓨터(260)가 온도 조절기(250)를 제어하는 방식으로는 다양한 제어 방식이 가능하며, 예를 들면 PID(Proportinal Integral Differential) 제어 방식을 이용하여 온도를 제어하는 것도 가능하다. The
온도 조절기(250)는 열전 소자 평가 장치(200)에 컴퓨터(260)에 의해 산출된 비교 차이값 만큼 추가적인 DC 전원을 공급하는 역할을 한다. The
도 3은 도 2에서 핫 플레이트(210)의 온도 조절을 수행하는 구성도이다. 도 3을 참조하면, 핫 플레이트(210)의 내측에는 5개의 온도 센서(213a 내지 213e)가 설치된다. 부연하면, 제 1 핫 플레이트 온도 센서(213a), 제 2 핫 플레이트 온도 센서(213b), 제 3 핫 플레이트 온도 센서(213c), 제 4 핫 플레이트 온도 센서(213d) 및 제 5 핫 플레이트 온도 센서(213e)가 핫 플레이트(210)의 내측에 설치된 핫 열선(211)의 영역 내에서 일정한 간격을 두고 설치된다. 이들 5개의 온도 센서(213a 내지 213e)는 모두 온도 정보 획득부(250)에 연결된다. FIG. 3 is a diagram illustrating a temperature control of the
도 4는 도 2에서 냉각 플레이트(220)의 온도 조절을 수행하는 구성도이다. 도 4도 도 3과 유사한 구성을 갖는다. 도 4를 참조하면, 냉각 플레이트(220)의 내측에는 5개의 온도 센서(223a 내지 223e)가 설치된다. 부연하면, 제 1 냉각 플레이트 온도 센서(223a), 제 2 냉각 플레이트 온도 센서(223b), 제 3 냉각 플레이트 온도 센서(223c), 제 4 냉각 플레이트 온도 센서(223d) 및 제 5 냉각 플레이트 온도 센서(223e)가 냉각 플레이트(220)의 내측에 일정한 간격을 두고 설치된다. 이들 5개의 온도 센서(223a 내지 223e)는 모두 온도 정보 획득부(250)에 연결된다. 물론, 이들 5개의 온도 센서(223a 내지 223e)도 도 3과 유사하게 냉각 플레이트(220)의 내측에 설치된 냉각 열선(221)의 영역 내에서 일정한 간격을 두고 설치된다. 4 is a diagram illustrating a temperature control of the
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자 평가 장치에서 온도 센서를 제어하는 과정을 보여주는 순서도이다. 도 5를 참조하면, 각 핫 플레이트(도 3의 210)에 심어져 있는 핫 플레이트 온도센서(도 3의 213a 내지 213e)를 이용하여 온도를 센싱한다(단계 S500). 부연하면, 온도 정보 획득부(250)가 핫 플레이트 온도센서(213a 내지 213e)로부터 센싱된 온도를 획득하게 된다.5 is a flowchart illustrating a process of controlling the temperature sensor in the thermoelectric device evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the temperature is sensed using the hot
컴퓨터(260)는 온도 정보 획득부(250)로부터 T1, T2, T3, T4, T5값을 reading하고 평균온도(Tavg)를 계산하게 된다(단계 S510,S520). 부연하면, 온도센서(213a 내지 213e)가 센싱한 온도값(T1,T2,T3,T4,T5)을 읽어들이고, 이값에 대한평균을 구하게 된다. 평균온도는 다음식에 의해 산출된다. The
여기서, n은 온도 센서의 갯수이고, T1ㆍㆍㆍTn은 각 온도 센서에서 측정된 측정 온도값을 나타낸다. Here, n is the number of temperature sensors, and T 1 .. T n represents the measured temperature value measured by each temperature sensor.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 5개의 핫 플레이트 온도센서(213a 내지 213e)를 사용하는 경우, 평균온도값은 Tave=(T1+T2+T3+T4+T5)/5가 된다. For example, when five hot
평균온도가 산출되면, 컴퓨터(260)는 온도 조절기(도 3의 240)에 설정된 온도인 설정 온도(Tset)와 평균온도(Tavg)를 비교하여 비교 차이값을 산출하고, 온도 조절기(240)를 제어하여 산출된 비교 차이값 만큼 핫 열선(도 3의 211)에 추가 전원을 가하게 된다(단계 S530). 이 경우 제어 방식은 PIC 제어 방식을 이용하게 된다. When the average temperature is calculated, the
컴퓨터(260)는 설정 온도(Tset)와 평균온도(Tavg)의 편차와 일정시간 동안의 평균온도(Tave)의 표준편차가 설정 조건에 만족할 때까지 온도 조절기(도 3의 240)의 출력 제어를 통해 조절하여, 핫 플레이트(210) 내 온도의 공간 균일도와 설정온도(Tset)를 최상으로 제어하게 된다(단계 S540,550). The
물론, 도 5의 순서도는 핫 플레이트(210)의 경우만을 설명하였으나, 이와 유사하게 도 4에 도시된 냉각 플레이트(220)의 경우에도 동일하게 적용된다.
Of course, the flow chart of Figure 5 described only the case of the
120: 시료 200: 열전소자 평가 장치
210: 핫 플레이트 201: 제 1 세라믹판
202: 제 2 세라믹판 211: 핫 열선
213: 핫 플레이트 온도 센서
213a: 제 1 핫 플레이트 온도 센서
213b: 제 2 핫 플레이트 온도 센서
213c: 제 3 핫 플레이트 온도 센서
213d: 제 4 핫 플레이트 온도 센서
213e: 제 5 핫 플레이트 온도 센서
220: 냉각 플레이트 221: 냉각 열선
223: 냉각 플레이트 온도 센서
223a: 제 1 냉각 플레이트 온도 센서
223b: 제 2 냉각 플레이트 온도 센서
223c: 제 3 냉각 플레이트 온도 센서
223d: 제 4 냉각 플레이트 온도 센서
223e: 제 5 냉각 플레이트 온도 센서
230: 냉각조 231: 버퍼층
240: 온도 정보 획득부
250: 온도 조절기 260: 컴퓨터 120: sample 200: thermoelectric element evaluation device
210: hot plate 201: first ceramic plate
202: second ceramic plate 211: hot heating wire
213: hot plate temperature sensor
213a: first hot plate temperature sensor
213b: second hot plate temperature sensor
213c: third hot plate temperature sensor
213d: fourth hot plate temperature sensor
213e: fifth hot plate temperature sensor
220: cooling plate 221: cooling heating wire
223: cooling plate temperature sensor
223a: first cooling plate temperature sensor
223b: second cooling plate temperature sensor
223c: third cooling plate temperature sensor
223d: fourth cooling plate temperature sensor
223e: fifth cooling plate temperature sensor
230: cooling tank 231: buffer layer
240: temperature information acquisition unit
250: thermostat 260: computer
Claims (8)
상기 핫 플레이트와 소정 간격으로 이격되며 냉각 열선이 구성된 냉각 플레이트 내에 설치된 다수개의 냉각 플레이트 온도 센서;
상기 핫 플레이트 온도 센서 및 냉각 플레이트 온도 센서로부터 각각 상기 핫 플레이트 및 상기 냉각 플레이트 온도를 센싱하여 온도 정보를 획득하는 온도 정보 획득부;
상기 온도 정보를 평균하여 평균 온도를 산출하고 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도를 비교하여 비교 차이값을 산출하는 평균 온도 산출 수단; 및
산출된 비교 차이값 만큼 상기 핫 열선 또는 상기 냉각 열선에 추가 전원을 가하는 온도 조절기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템.
A plurality of hot plate temperature sensors installed in a hot plate configured with a hot heating wire of the thermoelectric element evaluation device;
A plurality of cooling plate temperature sensors spaced apart from the hot plate at predetermined intervals and installed in a cooling plate configured with a cooling hot wire;
A temperature information acquisition unit for obtaining temperature information by sensing the hot plate and cooling plate temperatures from the hot plate temperature sensor and the cooling plate temperature sensor, respectively;
Average temperature calculating means for averaging the temperature information to calculate an average temperature, and comparing the calculated average temperature with a preset set temperature to calculate a comparison difference value; And
A temperature controller for applying additional power to the hot heating wire or the cooling heating wire by the calculated comparison difference value
Temperature control system of the thermoelectric element evaluation device comprising a.
상기 평균 온도 산출 수단은,
상기 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도의 편차와 일정시간 동안의 산출된 평균 온도의 표준편차가 설정 조건을 만족할 때까지 상기 온도 조절기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템.The method of claim 1,
The average temperature calculating means,
Temperature control of the thermoelectric element evaluation device, characterized in that the output of the temperature controller is controlled until a deviation between the calculated average temperature and a predetermined set temperature and a standard deviation of the calculated average temperature for a predetermined time satisfy a set condition. system.
상기 온도 조절기는 DC(Direct Current) 전원을 사용하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템.
3. The method according to claim 1 or 2,
The temperature controller is a temperature control system of the thermoelectric element evaluation device, characterized in that using a direct current (DC) power.
상기 평균 온도 산출 수단은, PID(Proportinal Integral Differential) 제어 방식을 이용하여 상기 온도 조절기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 시스템.
3. The method according to claim 1 or 2,
The average temperature calculating means, the temperature control system of the thermoelectric element evaluation apparatus, characterized in that for controlling the output of the temperature controller using a PID (Proportinal Integral Differential) control system.
온도 정보 획득부가 상기 핫 플레이트 온도 센서 및 냉각 플레이트 온도 센서로부터 상기 핫 플레이트 및 상기 냉각 플레이트의 센싱된 온도 정보를 획득하는온도 정보 획득 단계;
평균 온도 산출 수단이 획득된 온도 정보를 평균하여 평균 온도를 산출하고 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도를 비교하여 비교 차이값을 산출하는 비교 차이값 산출 단계; 및
온도 조절기가 산출된 비교 차이값 만큼 상기 핫 열선 또는 상기 냉각 열선에 추가 전원을 가하는 추가 전원 인가 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 방법.
A temperature sensing step in which a plurality of hot plate temperature sensors and a cooling plate temperature sensor sense a temperature of a hot plate having a hot heating wire and a cooling plate having a cooling heating wire, respectively, of the thermoelectric element evaluation apparatus;
A temperature information obtaining step of obtaining, by a temperature information obtaining unit, sensed temperature information of the hot plate and the cooling plate from the hot plate temperature sensor and the cooling plate temperature sensor;
A comparison difference value calculating step of calculating an average temperature by averaging the obtained temperature information by the average temperature calculating means and comparing the calculated average temperature with a predetermined set temperature; And
An additional power supply step of applying additional power to the hot heating wire or the cooling heating wire by a temperature difference calculated by the temperature controller;
Temperature control method of the thermoelectric element evaluation device comprising a.
상기 평균 온도 산출 수단은,
상기 산출된 평균 온도와 기설정된 설정 온도의 편차와 일정시간 동안의 산출된 평균 온도의 표준편차가 설정 조건을 만족할 때까지 상기 온도 조절기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 방법.
The method of claim 5, wherein
The average temperature calculating means,
The temperature control of the thermoelectric element evaluation device, characterized in that for controlling the output of the temperature controller until the deviation between the calculated average temperature and the predetermined set temperature and the standard deviation of the calculated average temperature for a predetermined time satisfies the set conditions. Way.
상기 온도 조절기는 DC(Direct Current) 전원을 사용하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 방법.
The method according to claim 5 or 6,
The temperature controller is a temperature control method of the thermoelectric element evaluation device, characterized in that using a direct current (DC) power.
상기 평균 온도 산출 수단은, PID(Proportinal Integral Differential) 제어 방식을 이용하여 상기 온도 조절기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 평가 장치의 온도 제어 방법. The method according to claim 5 or 6,
And the average temperature calculating means controls the output of the temperature controller using a PID (Proportinal Integral Differential) control method.
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2011
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