KR101408681B1 - 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치 - Google Patents

비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101408681B1
KR101408681B1 KR1020130020626A KR20130020626A KR101408681B1 KR 101408681 B1 KR101408681 B1 KR 101408681B1 KR 1020130020626 A KR1020130020626 A KR 1020130020626A KR 20130020626 A KR20130020626 A KR 20130020626A KR 101408681 B1 KR101408681 B1 KR 101408681B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
point
voltage
temperature
sensor
measuring
Prior art date
Application number
KR1020130020626A
Other languages
English (en)
Inventor
한승우
박현성
우창수
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020130020626A priority Critical patent/KR101408681B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101408681B1 publication Critical patent/KR101408681B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/002—Thermal testing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

본 발명은 열전소재의 제백계수 측정을 위한 제백계수 측정 방법 및 측정 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 비접촉식 온도 측정을 통해 1 마이크로미터 미만의 두께를 갖는 박막의 정밀한 제백계수 측정이 가능한 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치에 관한 것이다.

Description

비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치{Non-contact measuring method and apparatus of Seebeck coefficient}
본 발명은 열전소재의 제백계수 측정을 위한 제백계수 측정 방법 및 측정 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 비접촉식 온도 측정을 통해 1 마이크로미터 미만의 두께를 갖는 박막의 정밀한 제백계수 측정이 가능한 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치에 관한 것이다.
최근 화석 연료를 대체하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 화석 연료는 매장량에 한계가 있을 뿐만 아니라, 공해문제, 지구 온난화 문제 등을 유발하기도 한다. 이러한 대체 에너지의 일환으로 열전 발전이 연구되고 있다.
열전 발전은 열전 소자의 양단에 온도차를 부여하면 기전력이 발생하는 제백(Seebeck) 효과를 이용한 발전 방식으로, 열과 전기의 에너지 변환을 이용하는 것이다. 제백 효과에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다. n형 반도체의 경우, 양단간의 온도차가 발생하면 고온단에 있는 전자들은 저온단에 있는 전자들에 비해 보다 높은 운동 에너지를 갖게 된다. 이러한 열적 구동력에 의해, 고온단에 있는 전자들이 에너지를 낮추기 위해 저온단으로 확산하게 된다. 전자들이 고온단에서 저온단으로 이동함에 따라 고온단은 (+)로, 저온단은 (-)로 대전되어 양단간에 전위차가 발생하게 된다. 이러한 상태가 되면 다시 고온단으로 전자를 되돌려 보내려는 기전력이 발생하게 되며, 상기 열적 구동력과 기전력이 평형을 이룰 때까지 캐리어의 이동이 진행된다. 이러한 기전력은 소자 양단의 온도차에 비례하게 된다. 한편, p형 반도체의 경우 정공이 주요 캐리어이므로 기전력의 방향은 n형과 반대가 된다.
상기와 같은 열전 발전에 적용되는 열전 소재의 특성을 평가하기 위해서는 제백계수(seebeck coefficient)가 사용되며, 제백계수는 다음과 같은 식으로 정의될 수 있다.
Figure 112013017265223-pat00001
즉, 제백계수(S)는 전압(V) 변화에 비례하고, 온도(V)의 변화에 반비례함을 알 수 있다.
따라서 열전 소재의 제백계수를 측정하기 위한 방법으로는 열전 소재의 어느 한 측을 가열하고, 가열원에서 서로 다른 이격거리를 갖는 한 쌍의 포인트의 온도와 전압을 각각 측정하는 방법이 보편화되어 있다.
도 1에는 종래의 열전 소재의 제백계수 측정을 위한 제백계수 측정 장치(10)의 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 박막형태의 열전 소재에 대한 제백계수 측정을 위한 측정 장치(10)의 부분 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제백계수 측정 장치(10)는 열전 소재(S)의 일 측을 고정시키고 가열하기 위한 거치대(11)와, 열전 소재(S)의 제1 포인트(P1)의 전압 및 온도 측정을 위한 제1 써모커플(12)과, 열전 소재(S)의 제2 포인트(P2)의 전압 및 온도 측정을 위한 제2 써모커플(13)을 포함하여 이루어진다. 제1 써모커플(12) 및 제2 써모커플(13)은 열전 소재(S)의 온도 및 전압 측정을 위해 열전 소재(S)에 접합 고정되며, 제1 써모커플(12) 및 제2 써모커플(13)에서 측정되는 열전 소재(S)의 온도 및 전압 차에 의해 열전 소재(S)의 제백계수 측정이 가능하도록 구성되어 있다.
상기와 같은 종래의 제백계수 측정 장치는 다음과 같은 문제점이 있다. 열전 소재에 접촉되는 써모커플은 두 소재가 접합되어 있는 특성상 접합부의 끝단이 두껍게 구성(통상적으로 300~500 마이크로미터)되며, 열전소재에 접촉 시 접촉 단면적이 커지며, 접촉 단면적이 커지면, 써모커플의 끝단 마모, 변형 및 접촉부의 접촉 저항이 발생한다.
특히 도 2에 도시된 바와 같이 열전 소재(S)가 1 마이크로미터 미만의 두께를 갖는 박막일 경우 써모커플의 끝단(13a)과 열전 소재(S)의 접촉 단면적(TP)이 커짐에 따라 각각의 포인트에서 접촉 저항 변화가 발생하고 정밀한 온도 측정이 불가능하게 된다. 또한, 각각의 써모커플과 열전 소재(S)는 웰딩(W)을 통해 접합되기 때문에 제1 써모커플(12)과 제2 써모커플(13) 각각의 접촉저항이 상이하며, 정밀한 온도 측정이 더욱 어려워지는 단점이 있다.
따라서 종래의 제백계수 측정 장치는 그 측정 범위를 열전 소재의 두께가 1마이크로미터 이상으로 제한하고 있는 실정이다.
열전 소재는 그 두께가 마이크로미터 미만 나노미터로 갈수록 물성이 우수해지기 때문에 나노급 두께를 갖는 박막의 열전 소재 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 고성능의 열전소재를 개발하기 위해 나노급 두께를 갖는 열전 소재의 제백계수를 정밀하게 측정할 수 있는 제백계수 측정 방법 및 장치의 개발이 요구되고 있다.
미국공개특허 제20120213250호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 열전 소재의 온도는 비접촉식으로 측정하고 열전 소재의 전압은 전압 측정 전용 프로브를 통해 열전소재와의 접촉 단면적을 최소화하여 프로빙 측정하는 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 비접촉식 제백계수 측정 방법은, 열원을 통해 열전 소재의 어느 한 측을 가열하는 단계; 상기 열전 소재의 적어도 하나 이상의 포인트의 온도를 비접촉식 온도센서를 통해 측정하는 단계; 상기 포인트의 전압을 접촉식 전압센서를 통해 측정하는 단계; 를 포함한다.
이때, 상기 온도센서는, 적외선 온도센서이며, 상기 전압센서는, 프로빙을 통해 전압을 측정하는 프로브 센서이다.
또한, 상기 측정 방법은, 상기 열전 소재의 어느 한 포인트인 제1 포인트 및 상기 열전 소재의 다른 한 포인트인 제2 포인트의 온도를 비접촉식 온도센서를 통해 측정하는 단계; 및 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트의 전압을 접촉식 전압센서를 통해 측정하는 단계; 를 포함하며, 상기 제1 포인트는, 상기 열원에서 소정거리 이격 형성되고, 상기 제2 포인트는, 상기 열원에서 이격되되, 상기 제1 포인트에서 소정거리 이격 형성된다.
또한, 상기 측정 방법은, 한 쌍의 온도 센서를 통해 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트 각각의 온도를 측정한다.
다른 실시 예로, 상기 측정 방법은, 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트를 포함하는 범위의 온도 측정이 가능한 단일의 온도센서를 통해 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트 각각의 온도를 측정한다.
또 다른 실시 예로, 상기 측정 방법은, 상기 온도센서 및 상기 전압센서가 상기 제1 포인트의 온도 및 전압을 측정한 후 상기 열전 소재를 이동시켜 상기 온도센서 및 상기 전압센서가 상기 제2 포인트의 온도 및 전압을 측정하는 단계; 를 더 포함한다.
본 발명의 비접촉식 제백계수 측정 장치는, 일면에 열전소재가 거치되는 시편; 상기 열전소재의 일측에 열을 가하는 열원; 상기 열전소재의 적어도 하나 이상의 포인트의 온도 측정을 위한 비접촉식 온도센서; 상기 열전소재의 적어도 하나 이상의 포인트의 전압 측정을 위한 접촉식 전압센서; 를 포함한다.
이때, 상기 온도센서는, 적외선 온도센서이며, 상기 전압센서는, 프로빙을 통해 전압을 측정하는 프로브 센서이다.
또한, 상기 온도센서 및 상기 전압센서는, 상기 열전 소재 상의 어느 한 포인트인 제1 포인트 및 상기 열전 소재 상의 다른 한 포인트인 제2 포인트의 온도 및 전압을 각각 또는 동시에 측정하며, 상기 제1 포인트는 상기 열원에서 소정거리 이격 형성되고, 상기 제2 포인트는 상기 열원에서 이격되되 상기 제1 포인트에서 소정거리 이격 형성된다.
또한, 상기 온도센서는, 상기 제1 포인트의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 및 상기 제2 포인트의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 로 구성되며, 상기 전압센서는, 상기 제1 포인트의 전압을 측정하는 제1 전압센서; 및 상기 제2 포인트의 전압을 측정하는 제2 전압센서; 로 구성된다.
다른 실시 예로, 상기 온도센서는, 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트를 포함하는 범위의 온도 측정이 가능한 단일의 온도센서이며, 상기 전압센서는, 상기 제1 포인트의 전압을 측정하는 제1 전압센서; 및 상기 제2 포인트의 전압을 측정하는 제2 전압센서; 를 포함한다.
또 다른 실시 예로, 상기 측정 장치는, 단일의 온도센서 및 단일의 전압센서가 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트 각각의 온도 및 전압 측정이 가능하도록 상기 시편을 이동시키는 이동수단; 을 더 포함한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치는 측정 장치와 열전 소재의 접촉 단면적이 최소화되어 접촉 저항이 작아지므로 나노급 두께를 갖는 열전 소재의 제백계수를 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 열전 소재의 온도는 비접촉식으로, 그리고 전압은 프로빙을 통해 측정하기 때문에 측정 시 접합부를 사용하지 않으므로 접합부의 손상 및 변형에 의한 오차를 제거하고, 측정 장비의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 제백계수 측정 장치 개략도
도 2는 종래의 제백계수 측정 장치의 박막 측정 시 부분 개략도
도 3은 본 발명의 제1 실시 예의 제백계수 측정 장치 정면개략도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예의 제백계수 측정 장치 정면개략도
도 5는 본 발명의 제3 실시 예의 제백계수 측정 장치 정면개략도 (제1 포인트 측정 시)
도 6은 본 발명의 제3 실시 예의 제백계수 측정 장치 정면개략도 (제2 포인트 측정 시)
본 발명의 일실시 예에 따른 제백계수 측정 방법 및 장치는, 열전 소재의 어느 한 포인트의 온도 및 전압을 측정함에 있어서, 온도는 비접촉식으로 측정하며, 전압은 접촉식으로 측정함에 그 특징이 있다. 즉 전압만을 접촉식으로 측정하게 되면, 전압 측정을 위한 전압 센서를 프로브로 구성할 수 있고, 열전 소재에 프로빙 방식으로 접촉하여 열전 소재의 전압 측정은 물론 프로브 끝단을 날카롭게 구성하여 열전 소재와의 접촉 단면적을 최소화 할 수 있다. 접촉 단면적이 최소화됨에 따라 접촉 저항을 줄여 열전 소재의 정밀한 제백계수 측정이 가능하고, 특히 나노급 두께를 갖는 박막 열전소재의 정밀한 제백계수 측정이 가능한 장점이 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 제백계수 측정 장치의 다양한 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
- 실시 예 1 (기본)
도 3에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제백계수 측정 장치(100)의 정면개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제백계수 측정 장치(100)는 상면에 열전 소재(S)가 거치되는 시편(110), 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10)의 전압을 측정하기 위한 제1 전압센서(120), 열전 소재(S)의 제2 포인트(P20)의 전압을 측정하기 위한 제2 전압센서(130), 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10)의 온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(140), 열전 소재(S)의 제2 포인트(P20)의 온도를 측정하기 위한 제2 전압센서(150) 및 열전 소재(S)의 어느 한 측을 가열하는 열원(미도시)을 포함하여 이루어진다.
제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)는 열전 소재(S)의 측정면에 형성된다. 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)는 상기 열원에서 소정거리 이격 형성되되, 제1 포인트(P10)는 상기 열원에 근접 형성되며, 제2 포인트(P20)는 상기 열원에서 이격 형성될 수 있다. 즉 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)는 소정거리 이격 형성될 수 있다.
시편(110)은 소정의 두께를 갖는 판체상으로 이루어지며, 상면에 열전 소재(S)가 거치되도록 구성된다. 특히 시편(110)은 나노급 두께를 갖는 박막의 열전 소재(S)의 전압 또는 온도 측정이 용이하도록 열전 소재(S)를 고정시킨다. 열전 소재(S)는 시편(110)에 증착 고정될 수 있다.
제1 전압센서(120)는 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10)의 전압을 측정하도록 접촉식 전압 센싱 용 프로브(probe)로 구성될 수 있다. 특히 제1 전압센서(120)는 전압만을 측정하기 때문에 열전 소재(S)에 프로빙 접촉만으로 전압 측정이 가능하고, 열전 소재(S)에 접촉되는 끝단을 날카롭게 구성할 수 있어 접촉 단면적을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
제2 전압센서(130)는 열전 소재(S)의 제2 포인트(P20)의 전압을 측정하도록 접촉식 전압 센싱용 프로브(probe)로 구성될 수 있다. 특히 제2 전압센서(130)는 전압만을 측정하기 때문에 열전 소재(S)에 프로빙 접촉만으로 전압 측정이 가능하고, 열전 소재(S)에 접촉되는 끝단을 날카롭게 구성할 수 있어 접촉 단면적을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
제1 온도센서(140)는 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10)의 온도를 비접촉으로 측정하도록 비접촉식 온도센서로 구성될 수 있다. 일예로 제1 온도센서(140)는 적외선 온도센서가 적용될 수 있다. 제1 온도센서(140)는 제1 포인트(P10)에서 소정거리 이격 배치되며, 적외선에 의해 제1 포인트(P10)의 온도를 측정하게 된다.
제2 온도센서(150)는 열전 소재(S)의 제2 포인트(P20)의 온도를 비접촉으로 측정하도록 비접촉식 온도센서로 구성될 수 있다. 일예로 제2 온도센서(150)는 적외선 온도센서가 적용될 수 있다. 제2 온도센서(150)는 제2 포인트(P20)에서 소정거리 이격 배치되며, 적외선에 의해 제2 포인트(P20)의 온도를 측정하게 된다.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 제1 실시예의 제백계수 측정 장치(100)는 한 쌍의 전압 센서와 한 쌍의 온도 센서를 통해 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)의 온도 및 전압을 각각 측정하여 열전 소재(S)의 제백계수를 산출하게 된다.
- 실시 예 2 (단일 온도센서)
도 4에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제백계수 측정 장치(200)의 정면개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제백계수 측정 장치(200)는 상면에 열전 소재(S)가 거치되는 시편(210), 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10)의 전압을 측정하기 위한 제1 전압센서(220), 열전 소재(S)의 제2 포인트(P20)의 전압을 측정하기 위한 제2 전압센서(230), 열전 소재(S)의 제1 및 제2 포인트(P10, P20)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(250) 및 열전 소재(S)의 어느 한 측을 가열하는 열원(미도시)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 시편(210), 제1 전압센서(220) 및 제2 전압센서(230)는 상술된 제1 실시 예의 제백계수 측정 장치(100)와 동일한 구성을 갖는바 상세한 설명은 생략한다.
온도센서(250)는 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)의 온도를 비접촉으로 측정하도록 비접촉식 온도센서로 구성될 수 있다. 특히 온도센서(250)는 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)를 모두 포함하는 범위의 온도 측정이 가능하고 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20) 각각의 온도 측정이 가능하도록 구성될 수 있다. 일예로 온도센서(250)는 적외선 온도센서가 적용될 수 있다. 온도센서(250)는 제1 포인트(P10) 및 제2 포인트(P20)에서 소정거리 이격 배치되며, 적외선에 의해 제1 포인트(P10) 및 제2 포인트(P20)의 온도를 측정하게 된다.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 제2 실시예의 제백계수 측정 장치(200)는 한 쌍의 전압 센서와 단일의 온도 센서를 통해 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)의 온도 및 전압을 각각 측정하여 열전 소재(S)의 제백계수를 산출하게 된다. 따라서 상술된 제1 실시예의 제백계수 측정 장치보다, 구성이 간단해지는 장점이 있다.
- 실시 예 3 (열전소재 이동)
도 5에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 제백계수 측정 장치(300)의 정면개략도(제1 포인트(P10) 측정 시)가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 제백계수 측정 장치(300)의 정면개략도(제2 포인트(P20) 측정 시)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제백계수 측정 장치(300)는 상면에 열전 소재(S)가 거치되는 시편(310), 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10) 또는 제2 포인트(P20)의 전압을 측정하기 위한 전압센서(320), 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10) 또는 제2 포인트(P20)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(350), 열전 소재(S)의 어느 한 측을 가열하는 열원(미도시), 시편(310)의 하측에 연결되어 시편(310)에 거치된 열전 소재(S)를 수평방향으로 이동시키기 위한 이동수단(360)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 시편(310), 전압센서(320) 및 온도센서(350)는 상술된 제1 실시 예의 시편(110), 제1 전압센서(120) 및 제1 온도센서(140)와 동일한 구성을 갖는바 상세한 설명은 생략한다.
이동수단(360)은 전압센서(320) 및 온도센서(350)가 도 5에 도시된 바와 같이 열전 소재(S)의 제1 포인트(P10)의 전압과 온도를 측정 한 후 열전 소재(S)를 이동 시켜, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 포인트(P20)의 전압과 온도를 측정하도록 구성된다. 이동수단(360)은 시편(310)의 하면에 연결되며, 시편(310)을 수평 방향으로 이동 시키도록 구성된다. 이동수단(360)은 시편(310)을 수평방향으로 이동시킬 수 있는 구성이면 어떠한 구성이 적용될 수 있음은 자명하다. 일예로 이동수단(360)은 레일 식, 모터 식, 또는 유압 식 이동수단이 적용될 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 제3 실시예의 제백계수 측정 장치(200)는 단일의 전압 센서와 단일의 온도 센서만으로 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)의 온도 및 전압을 각각 측정하여 열전 소재(S)의 제백계수를 산출하게 된다. 따라서 상술된 제1 및 제2 실시예의 제백계수 측정 장치보다, 장치의 제작비용이 저렴해지는 장점이 있다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 제백계수 측정 장치를 이용한 제백계수 측정 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
- 실시 예 1
도 3을 참조하면, 우선 열전 소재(S)를 시편(110)의 상면에 증착하여 열전 소재(S)를 고정하는 단계를 수행하며, 열원(미도시)을 이용해 열전 소재(S)의 어느 한 측을 가열하는 단계를 수행한다.
다음으로 열원에서 소정거리 이격형성 제1 포인트(P10)의 전압을 제1 전압센서(120)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 제1 전압센서(120)는 전압 센싱을 위한 프로브로 구성되며, 열전 소재(S)에 프로빙 접촉하여 전압을 측정한다.
다음으로 열원에서 이격되며, 제1 포인트(P10)에서 소정거리 이격 형성되는, 제2 포인트(P20)의 전압을 제2 전압센서(130)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 제2 전압센서(130)는 전압 센싱을 위한 프로브로 구성되며, 열전 소재(S)에 프로빙 접촉하여 전압을 측정한다.
제1 및 제2 전압센서(120, 130)의 전압 측정은 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있다.
다음으로 제1 포인트(P10)의 온도를 비접촉식 온도센서인 제1 온도센서(140)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 제1 온도센서(140)는 제1 포인트(P10)에서 소정거리 이격 배치되며, 적외선을 통해 제1 포인트(P10)의 온도를 측정하게 된다.
다음으로 제2 포인트(P20)의 온도를 비접촉식 온도센서인 제2 온도센서(150)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 제2 온도센서(150)는 제2 포인트(P20)에서 소정거리 이격 배치되며, 적외선을 통해 제2 포인트(P20)의 온도를 측정하게 된다.
제1 및 제2 온도센서(140, 150)의 온도 측정은 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있다.
다음으로 제1 및 제2 포인트(P10, P20) 각각에서 측정된 전압 및 온도를 통해 열전 소재(S)의 제백계수를 산출하는 단계를 수행한다.
상기와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제백계수 측정 방법은 열전 소재(S)의 전압만을 접촉식 프로브를 통해 측정하기 때문에 프로브와 열전 소재(S)의 접촉 면적을 최소화할 수 있고, 접촉 저항이 감소하여 나노급 두께를 갖는 열전 소재(S)의 정밀한 전압 측정이 가능한 장점이 있다.
- 실시 예 2
도 4를 참조하면, 우선 열전 소재(S)를 시편(210)의 상면에 증착하여 열전 소재(S)를 고정하는 단계를 수행하며, 열원(미도시)을 이용해 열전 소재(S)의 어느 한 측을 가열하는 단계를 수행한다.
다음으로 열원에서 소정거리 이격형성 제1 포인트(P10)의 전압을 제1 전압센서(220)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 제1 전압센서(220)는 전압 센싱을 위한 프로브로 구성되며, 열전 소재(S)에 프로빙 접촉하여 전압을 측정한다.
다음으로 열원에서 이격되며, 제1 포인트(P10)에서 소정거리 이격 형성되는, 제2 포인트(P20)의 전압을 제2 전압센서(230)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 제2 전압센서(230)는 전압 센싱을 위한 프로브로 구성되며, 열전 소재(S)에 프로빙 접촉하여 전압을 측정한다.
제1 및 제2 전압센서(220, 230)의 전압 측정은 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있다.
다음으로 제1 포인트(P10) 및 제2 포인트(P20)의 온도를 비접촉식 온도센서인 온도센서(250)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 온도센서(250)는 제1 포인트(P10) 및 제2 포인트(P20)에서 소정거리 이격 배치되며, 적외선을 통해 제1 포인트(P10) 및 제2 포인트(P20)의 온도를 측정하게 된다. 온도센서(250)는 제1 포인트(P10) 및 제2 포인트(P20)를 모두 포함하는 범위의 온도 측정이 가능하고, 제1 포인트(P10) 및 제2 포인트(P20) 각각의 온도 측정이 가능한 온도 센서가 적용될 수 있다.
다음으로 제1 및 제2 포인트(P10, P20) 각각에서 측정된 전압 및 온도를 통해 열전 소재(S)의 제백계수를 산출하는 단계를 수행한다.
상기와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제백계수 측정 방법은 한 쌍의 전압 센서와 단일의 온도 센서를 통해 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)의 온도 및 전압을 각각 측정하기 때문에 상술된 제1 실시예의 제백계수 측정 방법보다, 구성이 간단하고, 측정 시간이 단축되는 장점이 있다.
- 실시 예 3
도 5를 참조하면, 우선 열전 소재(S)를 시편(310)의 상면에 증착하여 열전 소재(S)를 고정하는 단계를 수행하며, 열원(미도시)을 이용해 열전 소재(S)의 어느 한 측을 가열하는 단계를 수행한다.
다음으로 열원에서 소정거리 이격형성 제1 포인트(P10)의 전압을 전압센서(320)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 전압센서(320)는 전압 센싱을 위한 프로브로 구성되며, 열전 소재(S)에 프로빙 접촉하여 전압을 측정한다.
다음으로 제1 포인트(P10)의 온도를 비접촉식 온도센서인 온도센서(350)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 온도센서(350)는 제1 포인트(P10)에서 소정거리 이격 배치되며, 적외선을 통해 제1 포인트(P10)의 온도를 측정하게 된다.
전압센서 및 온도센서(320, 350)의 전압 및 온도 측정은 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있다.
다음으로 도 6에 도시된 바와 같이 전압센서(320) 및 온도센서(350)가 열전 소재(S)의 제2 포인트(P20)의 전압 및 온도를 측정하도록 시편(310)을 이동 수단(360) 통해 수평 이동시키는 단계를 수행한다. 제2 포인트(P20)는 열원에서 이격되며, 제1 포인트(P10)에서 소정거리 이격 형성된다.
다음으로 제2 포인트(P20)의 전압을 전압센서(320)를 통해 측정하는 단계를 수행한다. 전압센서(320)는 전압 센싱을 위한 프로브로 구성되며, 열전 소재(S)에 프로빙 접촉하여 전압을 측정한다.
다음으로 제2 포인트(P20)의 온도를 비접촉식 온도센서인 온도센서(350)를 통해 측정하는 단계를 수행한다.
전압센서 및 온도센서(320, 350)의 전압 및 온도 측정은 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있다.
다음으로 제1 및 제2 포인트(P10, P20) 각각에서 측정된 전압 및 온도를 통해 열전 소재(S)의 제백계수를 산출하는 단계를 수행한다.
상기와 같은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 제백계수 측정 방법은 단일의 전압 센서와 단일의 온도 센서만으로 제1 포인트(P10)와 제2 포인트(P20)의 온도 및 전압을 각각 측정하여 열전 소재(S)의 제백계수를 산출하게 된다. 따라서 상술된 제1 및 제2 실시예의 제백계수 측정 방법보다, 장치의 제작비용이 저렴해지는 장점이 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
S : 열전 소재
P10 : 제1 포인트 P20 : 제2 포인트
100 : 제백계수 측정 장치
110 : 시편 120 : 제1 전압센서
130 : 제2 전압센서 140 : 제1 온도센서
150 : 제2 온도센서
200 : 제백계수 측정 장치
210 : 시편 220 : 제1 전압센서
230 : 제2 전압센서 250 : 온도센서
300 : 제백계수 측정 장치
310 : 시편 320 : 전압센서
350 : 온도센서 360 : 이동수단

Claims (12)

  1. 열원을 통해 열전 소재의 어느 한 측을 가열하는 단계;
    상기 열전 소재의 적어도 하나 이상의 포인트의 온도를 비접촉식 온도센서를 통해 측정하는 단계;
    상기 포인트의 전압을 접촉식 전압센서를 통해 측정하는 단계;
    를 포함하는, 비접촉식 제백계수 측정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도센서는, 적외선 온도센서이며, 상기 전압센서는, 프로빙을 통해 전압을 측정하는 프로브 센서인, 비접촉식 제백계수 측정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 측정 방법은,
    상기 열전 소재의 어느 한 포인트인 제1 포인트 및 상기 열전 소재의 다른 한 포인트인 제2 포인트의 온도를 비접촉식 온도센서를 통해 측정하는 단계; 및
    상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트의 전압을 접촉식 전압센서를 통해 측정하는 단계; 를 포함하며,
    상기 제1 포인트는, 상기 열원에서 소정거리 이격 형성되고, 상기 제2 포인트는, 상기 열원에서 이격되되, 상기 제1 포인트에서 소정거리 이격 형성되는, 비접촉식 제백계수 측정 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 측정 방법은,
    한 쌍의 온도 센서를 통해 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트 각각의 온도를 측정하는, 비접촉식 제백계수 측정 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 측정 방법은,
    상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트를 포함하는 범위의 온도 측정이 가능한 단일의 온도센서를 통해 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트 각각의 온도를 측정하는, 비접촉식 제백계수 측정 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 측정 방법은,
    상기 온도센서 및 상기 전압센서가 상기 제1 포인트의 온도 및 전압을 측정한 후 상기 열전 소재를 이동시켜 상기 온도센서 및 상기 전압센서가 상기 제2 포인트의 온도 및 전압을 측정하는 단계;
    를 더 포함하는, 비접촉식 제백계수 측정 방법.
  7. 일면에 열전소재가 거치되는 시편;
    상기 열전소재의 일측에 열을 가하는 열원;
    상기 열전소재의 적어도 하나 이상의 포인트의 온도 측정을 위한 비접촉식 온도센서;
    상기 열전소재의 적어도 하나 이상의 포인트의 전압 측정을 위한 접촉식 전압센서;
    를 포함하는, 비접촉식 제백계수 측정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 온도센서는, 적외선 온도센서이며, 상기 전압센서는, 프로빙을 통해 전압을 측정하는 프로브 센서인, 비접촉식 제백계수 측정 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 온도센서 및 상기 전압센서는,
    상기 열전 소재 상의 어느 한 포인트인 제1 포인트 및 상기 열전 소재 상의 다른 한 포인트인 제2 포인트의 온도 및 전압을 각각 또는 동시에 측정하며,
    상기 제1 포인트는 상기 열원에서 소정거리 이격 형성되고, 상기 제2 포인트는 상기 열원에서 이격되되 상기 제1 포인트에서 소정거리 이격 형성되는, 비접촉식 제백계수 측정 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 온도센서는,
    상기 제1 포인트의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 및 상기 제2 포인트의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 로 구성되며,
    상기 전압센서는,
    상기 제1 포인트의 전압을 측정하는 제1 전압센서; 및 상기 제2 포인트의 전압을 측정하는 제2 전압센서; 로 구성되는, 비접촉식 제백계수 측정 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 온도센서는,
    상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트를 포함하는 범위의 온도 측정이 가능한 단일의 온도센서이며,
    상기 전압센서는,
    상기 제1 포인트의 전압을 측정하는 제1 전압센서; 및
    상기 제2 포인트의 전압을 측정하는 제2 전압센서; 를 포함하는, 비접촉식 제백계수 측정 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 측정 장치는,
    단일의 온도센서 및 단일의 전압센서가 상기 제1 포인트 및 상기 제2 포인트 각각의 온도 및 전압 측정이 가능하도록, 상기 시편을 이동시키는 이동수단; 을 더 포함하는, 비접촉식 제백계수 측정 장치.
KR1020130020626A 2013-02-26 2013-02-26 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치 KR101408681B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130020626A KR101408681B1 (ko) 2013-02-26 2013-02-26 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130020626A KR101408681B1 (ko) 2013-02-26 2013-02-26 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101408681B1 true KR101408681B1 (ko) 2014-07-02

Family

ID=51740540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130020626A KR101408681B1 (ko) 2013-02-26 2013-02-26 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101408681B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160064270A (ko) 2014-11-27 2016-06-08 한국표준과학연구원 열전박막의 제백계수 측정장치
KR20160064272A (ko) 2014-11-27 2016-06-08 한국표준과학연구원 열전박막의 수직방향 열전특성 측정센서유닛
KR20160064271A (ko) 2014-11-27 2016-06-08 한국표준과학연구원 열전박막의 수평 및 수직방향 제백계수 측정 센서 유닛
KR20190023640A (ko) 2017-08-29 2019-03-08 서울대학교산학협력단 석영관으로 구성된 제백계수 및 전기전도도 측정 장치 및 그 방법
CN109738481A (zh) * 2018-11-27 2019-05-10 武汉嘉仪通科技有限公司 一种薄膜材料的赛贝克系数测量装置及方法
KR20210133750A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 중앙대학교 산학협력단 고저항 tmdc 물질의 제벡계수 측정 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000074862A (ja) 1998-08-28 2000-03-14 Sharp Corp 交流加熱によるゼーベック係数の測定方法およびこれに用いる測定用サンプルの構造
US6467951B1 (en) 2000-08-18 2002-10-22 International Business Machines Corporation Probe apparatus and method for measuring thermoelectric properties of materials
JP2009258032A (ja) 2008-04-21 2009-11-05 Ulvac-Riko Inc ゼーベック係数及び熱浸透率の計測装置、熱浸透率の計測装置
US20130044788A1 (en) 2011-07-11 2013-02-21 California Institute Of Technology Scanning measurement of seebeck coefficient of a heated sample

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000074862A (ja) 1998-08-28 2000-03-14 Sharp Corp 交流加熱によるゼーベック係数の測定方法およびこれに用いる測定用サンプルの構造
US6467951B1 (en) 2000-08-18 2002-10-22 International Business Machines Corporation Probe apparatus and method for measuring thermoelectric properties of materials
JP2009258032A (ja) 2008-04-21 2009-11-05 Ulvac-Riko Inc ゼーベック係数及び熱浸透率の計測装置、熱浸透率の計測装置
US20130044788A1 (en) 2011-07-11 2013-02-21 California Institute Of Technology Scanning measurement of seebeck coefficient of a heated sample

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160064270A (ko) 2014-11-27 2016-06-08 한국표준과학연구원 열전박막의 제백계수 측정장치
KR20160064272A (ko) 2014-11-27 2016-06-08 한국표준과학연구원 열전박막의 수직방향 열전특성 측정센서유닛
KR20160064271A (ko) 2014-11-27 2016-06-08 한국표준과학연구원 열전박막의 수평 및 수직방향 제백계수 측정 센서 유닛
KR101662713B1 (ko) 2014-11-27 2016-10-17 한국표준과학연구원 열전박막의 수직방향 열전특성 측정센서유닛
KR20190023640A (ko) 2017-08-29 2019-03-08 서울대학교산학협력단 석영관으로 구성된 제백계수 및 전기전도도 측정 장치 및 그 방법
CN109738481A (zh) * 2018-11-27 2019-05-10 武汉嘉仪通科技有限公司 一种薄膜材料的赛贝克系数测量装置及方法
KR20210133750A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 중앙대학교 산학협력단 고저항 tmdc 물질의 제벡계수 측정 방법
KR102338444B1 (ko) 2020-04-29 2021-12-10 중앙대학교 산학협력단 고저항 tmdc 물질의 제벡계수 측정 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101408681B1 (ko) 비접촉식 제백계수 측정 방법 및 측정 장치
Rojo et al. Review on measurement techniques of transport properties of nanowires
CN102305807B (zh) 一种测量微纳米热电材料或器件塞贝克系数的方法
Zhao et al. An integrated H-type method to measure thermoelectric properties of two-dimensional materials
CN108169279B (zh) 一种基于vo2薄膜的薄膜热导率测量装置及方法
KR101564514B1 (ko) 소자 열 및 전기 특성 동시 측정 프로브 스테이션 장치
KR20150007686A (ko) 열전성능 측정 장치
CN102608019A (zh) 高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量装置和方法
CN104111268B (zh) 一种原子力显微镜导电探针原位加热、原位表征纳米塞贝克系数的装置
Barako et al. A reliability study with infrared imaging of thermoelectric modules under thermal cycling
CN102818820B (zh) 基于二氧化钒纳米线的纳米材料导热系数的测量系统
KR102024679B1 (ko) 석영관으로 구성된 제백계수 및 전기전도도 측정 장치 및 그 방법
Komarov et al. A thermoreflectance thermography system for measuring the transient surface temperature field of activated electronic devices
KR20110004925A (ko) 주사탐침열현미경을 이용한 정량적 온도 및 열전도도 계측방법
CN107966472B (zh) 一种高温接触热阻的无损快速测量方法
KR20160064272A (ko) 열전박막의 수직방향 열전특성 측정센서유닛
KR101662714B1 (ko) 열전박막의 수평 및 수직방향 제백계수 측정 센서 유닛
Tanwar et al. A fully automated measurement system for the characterization of micro thermoelectric devices near room temperature
Immonen et al. Development of a vertically configured mems heat flux sensor
CN202770798U (zh) 基于二氧化钒纳米线的纳米材料导热系数的测量系统
CN105785102A (zh) 微尺度样品的热电势测量电路、平台及方法
JP7317284B1 (ja) 温度制御システム及び温度制御方法
JPS627983B2 (ko)
CN104749213A (zh) 一种薄膜热电材料电势测定装置
Borca-Tasciuc et al. Photo-thermoelectric technique for anisotropic thermal diffusivity measurements

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170308

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180416

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190311

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 7