KR101424651B1 - Calibration and Test Apparatus Of Non-contact Thermometers For Tenter - Google Patents

Calibration and Test Apparatus Of Non-contact Thermometers For Tenter Download PDF

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김봉학
유용심
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Abstract

Provided is a non-contact type thermometer calibration device, comprising: an oven having a non-contact type thermometer to be calibrated therein to adjust an internal atmosphere temperature; a temperature reference plate mounted in the oven to adjust the temperature; a chiller to provide the temperature reference plate with a coolant; and a calibration processing unit to extract a characteristic curve of a thermoelectric element by radiant heat induced by a difference between the temperature (CT1) of a hot contact plate of the non-contact type thermometer and the temperature (CT3) of the temperature reference plate, wherein the non-contact type thermometer is mounted to face one surface of the temperature reference plate.

Description

섬유 열처리기용 비접촉온도측정기의 교정 시험 장치{Calibration and Test Apparatus Of Non-contact Thermometers For Tenter}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a calibration apparatus for a non-contact thermometer for a fiber heat treatment apparatus,

본 발명은 섬유 열처리기용 비접촉 온도측정기의 교정 및 시험 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a calibration and testing apparatus for a non-contact temperature measuring apparatus for a fiber heat treatment apparatus.

섬유 열처리기는 섭씨 200 도 정도에서 섬유 건조 공정을 수행한다. 상기 섬유 열 처리장치는 섬유의 온도를 측정하는 비접촉 온도측정기를 사용한다. 그러나, 상기 비접촉식 온도 측정기의 온도 교정 값이 얼마나 정확한지 알 수 없다.The fiber heat treatment machine performs a fiber drying process at about 200 degrees Celsius. The fiber heat treatment apparatus uses a noncontact temperature measuring instrument for measuring the temperature of the fiber. However, it is impossible to know how accurate the temperature correction value of the noncontact type temperature measuring device is.

통상적으로, 비접촉식 복사온도계는 흑체를 이용하여 교정하기 때문에 측정값에 대하여 신뢰를 얻을 수 있다. Typically, a non-contact radiating thermometer is calibrated using a black body, so that confidence in the measured value can be obtained.

섬유 열처리기에 사용되는 상기 비접촉식 온도 측정기는 넓은 시야각을 가진다. 또한, 섬유의 복사율은 흑체의 복사율과 차이를 보인다. 흑체는 섭씨 200 도의 챔버에 장착되기 어렵다. 따라서, 상기 비접촉식 온도 측정기에서, 흑체를 이용한 교정은 어렵다. The noncontact type temperature measuring instrument used in the fiber heat treatment apparatus has a wide viewing angle. Also, the fiber's emissivity differs from that of the black body. The black body is difficult to mount in a chamber of 200 degrees Celsius. Therefore, in the non-contact type temperature measuring instrument, calibration using a black body is difficult.

따라서, 다른 방식으로, 상기 비접촉식 온도 측정기가 교정될 필요가 있다.Thus, in a different way, the noncontact temperature meter needs to be calibrated.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 열풍기 내부에서 동작하는 비접촉식 온도계의 교정 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus for calibrating a noncontact thermometer operating in a hot air.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도계 교정 장치는 내부에 교정될 비접촉식 온도계가 장착되고 내부의 대기 온도를 조절하는 오븐; 상기 오븐 내부에 장착되고 온도를 조절하는 온도 기준판; 상기 온도 기준판에 냉매를 제공하는 칠러(Chiller); 및 상기 비접촉식 온도계의 온접접판의 온도(CT1)과 상기 온도 기준판의 온도(CT3)의 차이에 따른 복사열에 의한 열전 소자의 특성 곡선을 추출하는 교정 처리부를 포함한다. 상기 비접촉식 온도계는 상기 온도 기준판의 일면을 바라보도록 장착된다.The non-contact type thermometer calibration apparatus according to an embodiment of the present invention includes an oven having a non-contact type thermometer to be calibrated therein and adjusting an internal ambient temperature; A temperature reference plate mounted inside the oven and regulating the temperature; A chiller for providing a refrigerant to the temperature reference plate; And a calibration processing unit for extracting a characteristic curve of the thermoelectric element by the radiant heat according to the difference between the temperature (CT1) of the thermocouple plate of the noncontact thermometer and the temperature (CT3) of the temperature reference plate. The noncontact type thermometer is mounted so as to face one side of the temperature reference plate.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도 기준판의 일면은 고복사율 흑색 페인트로 코팅될 수 있다.In one embodiment of the present invention, one side of the temperature reference plate may be coated with a high emissivity black paint.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도 기준판의 일면은 원뿔 형상 또는 다각뿔 형상을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, one surface of the temperature reference plate may have a conical shape or a polygonal shape.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도 기준판의 타면에는 일방향으로 나란히 연장되는 구리관이 전부 또는 일부 매설되고, 상기 구리관은 상기 칠러에 연결될 수 있다.In one embodiment of the present invention, all or part of the copper tube extending in one direction may be embedded in the other surface of the temperature reference plate, and the copper tube may be connected to the chiller.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도 기준판엔는 접촉식 온도 센서가 장착될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the temperature reference plate may be equipped with a contact temperature sensor.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도계의 교정 장치는 간단한 방법으로 고온에서 동작하는 비접촉식 온도계를 교정할 수 있다.The apparatus for calibrating a non-contact type thermometer according to an embodiment of the present invention can calibrate a non-contact type thermometer operating at a high temperature by a simple method.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치를 이용한 측정 대상의 복사 온도를 측정하기 위한 측정 모델을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치의 특성을 측정하기 위한 특성 측정 모델을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (Th-Tt)에 대한 (Th-Tc)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 측정 대상이 없는 경우의 열전소자의 출력 신호를 나타내는 그래프이다.
도 8은 측정 대상이 있는 경우의 열전소자의 출력 신호를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 8의 결과를 다시 그린 그래프이다.
도 10은 도 9의 그래프의 축을 변경한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 온도 측정기의 교정 시험장치를 설명하는 도면이다.
도 12는 도 11의 온도 기준판을 설명하는 평면도이다.
도 13은 도 12의 온도 기준판의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 기준판을 설명하는 평면도이다.
도 15는 도 14의 온도 기준판의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.1 is a view illustrating a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a measurement model for measuring a radiation temperature of a measurement object using the noncontact temperature measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a characteristic measurement model for measuring the characteristics of the noncontact temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing (T h -T c ) for (T h -T t ) according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a noncontact temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing characteristics of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 7 is a graph showing the output signal of the thermoelectric element when there is no object to be measured. Fig.
8 is a graph showing an output signal of the thermoelectric element when there is an object to be measured.
FIG. 9 is a graph again showing the result of FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is a graph in which the axis of the graph of FIG. 9 is changed.
11 is a view for explaining a calibration test apparatus of a non-contact temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
12 is a plan view for explaining the temperature reference plate of Fig.
13 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of the temperature reference plate of Fig.
14 is a plan view illustrating a temperature reference plate according to another embodiment of the present invention.
15 is a sectional view taken along line II-II 'of the temperature reference plate of FIG.

한국 특허(출원 번호 10-2013-0006807)은 비접촉식 온도 장치를 개시하고 있다. 한국 특허(출원 번호 10-2013-0006807)는 본 발명의 일부로 포함된다. Korean patent (Application No. 10-2013-0006807) discloses a noncontact type temperature device. Korean Patent (Application No. 10-2013-0006807) is included as a part of the present invention.

열전소자는 소자의 양단에 온도차를 인가하면 기전력이 발생하는 제벡 (Seeback) 효과와 전위차를 인가하면 온도 차가 발생하는 펠티어 (Peltier)효과를 나타낸다. 제벡효과를 이용한 소자 중에서 가장 대표적인 것이 열전대이며, 펠티어효과를 응용한 것이 열전냉각소자이다. 열전냉각소자는 이 열전효과를 극대화하기 위하여 단일 소자들을 집적하여 각 소자들의 극성이 다른 방향에 부착된 절연기판의 양 면 사이에 온도 차이가 발생하도록 그 구조체가 제작되어 많은 종류가 시판되고 있다.The thermoelectric element exhibits a Seeback effect, which generates an electromotive force when a temperature difference is applied to both ends of the device, and a Peltier effect, in which a temperature difference occurs when a potential difference is applied. The thermocouple is the most representative of the devices using the Seebeck effect, and the thermoelectric cooling element is the application of the Peltier effect. In order to maximize the thermoelectric effect, a thermoelectric cooling device has been constructed such that a single device is integrated so that a temperature difference is generated between the two surfaces of an insulating substrate attached to the other direction of polarity of each device.

용윰점이 높은 납으로 땜질된 열전 소자는 섭씨 100 도 내지 섭씨 200 도 범위의 분위기 온도에서 안정적으로 동작할 수 있다.A thermoelectric device tinned with a high melting point lead can operate stably at ambient temperatures ranging from 100 degrees Celsius to 200 degrees Celsius.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치는 온도 차이를 발생하면 기전력을 발생시키는 열전소자를 사용하여 비접촉 방법으로 측정 대상의 복사 온도를 측정할 수 있는 방법을 제시한다. 비접촉식 온도 측정 장치는 주위의 온도가 섭씨 300 도 이내인 경우 동작할 수 있다. 따라서, 비접촉식 온도 측정 장치는 비접촉식으로 측정 대상의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 비접촉식 온도 측정 장치는 종래의 복사 온도계를 대체할 수 있다. 특히, 상기 비접촉식 온도 측정 장치는 내부의 온도가 섭씨 수십도 내지 섭씨 300 도 이내의 조건을 가지는 열풍기 또는 오븐 내부에 설치될 수 있다. The noncontact temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention provides a method of measuring a radiation temperature of a measurement object using a non-contact method using a thermoelectric element that generates an electromotive force when a temperature difference occurs. The non-contact temperature measuring device can operate when the ambient temperature is within 300 degrees Celsius. Therefore, the noncontact type temperature measuring device can measure the temperature of the measurement object in a non-contact manner. Thus, the non-contact temperature measuring device can replace the conventional radiating thermometer. In particular, the noncontact type temperature measuring apparatus may be installed in a hot air or oven having an internal temperature of about several tens degrees Celsius to about 300 degrees Celsius.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 열전 소자(140)는 온접점판(141), 냉접점판, 및 열전 구조체(144)를 포함한다. 상기 열전 소자(140)는 온접점판(141), 상기 온접점판(141)에 이격되어 배치된 냉접점판(147), 및 상기 온접점판(141)과 상기 냉접점판(147) 사이에 개재된 열전 구조체를 포함한다. 복수의 열전 구조체(144)는 서로 직렬 연결될 수 있다.Referring to FIG. 1, the thermoelectric element 140 includes an on-contact plate 141, a cold-junction plate, and a thermoelectric structure 144. The thermoelectric element 140 includes an on-contact plate 141, a cold contact plate 147 disposed to be spaced apart from the on-contact plate 141, And a thermoelectric conversion element. The plurality of thermoelectric elements 144 may be connected in series with each other.

상기 열전 구조체(144)는 직렬 연결된 한 쌍의 N형 열전 소자(145)와 P형 열전 소자(146), 제1 전극(143), 및 제2 전극(142)을 포함할 수 있다. 상기 열전 구조체들(144)은 서로 직렬 연결될 수 있다. 상기 제2 전극(142)은 서로 이웃한 한 쌍의 N형 열전 소자(145)의 일단과 P형 열전 소자(146)의 일단을 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(143)은 서로 이웃한 한 쌍의 N형 열전 소자(145)의 타단과 P형 열전 소자(146)의 타단을 전기적으로 연결할 수 있다.The thermoelectric structure 144 may include a pair of N-type thermoelectric elements 145 connected in series and a P-type thermoelectric element 146, a first electrode 143, and a second electrode 142. The thermoelectric elements 144 may be connected in series with each other. The second electrode 142 may electrically connect one end of the pair of adjacent N-type thermoelectric elements 145 to one end of the P-type thermoelectric element 146. The first electrode 143 may electrically connect the other end of the pair of N-type thermoelectric elements 145 and the other end of the P-type thermoelectric element 146, which are adjacent to each other.

상기 온접점판(141)은 상기 제2 전극들(142)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 냉접점판(147)은 상기 제1 전극들(143) 상에 배치될 수 있다.The on-contact plate 141 may be disposed below the second electrodes 142. The cold junction plate 147 may be disposed on the first electrodes 143.

상기 온접점판(141) 및 상기 냉접점판(147) 사이에 온도차가 인가되는 경우, 상기 열전 구조체들(144)은 기전력을 발생시킬 수 있다. 상기 온접점판(141) 및 상기 냉접점판(147)은 세라믹 재질로 형성될 수 있다.When a temperature difference is applied between the on-contact plate 141 and the cold-contact plate 147, the thermoelectric elements 144 can generate an electromotive force. The on-contact plate 141 and the cold-contact plate 147 may be formed of a ceramic material.

상기 열전 소자(140)는 외부로 노출된 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)를 포함할 수 있다. 측정부(미도시)는 상기 제1 노드(N1)와 상기 제2 노드(N2) 사이에 연결되어 기전력을 측정할 수 있다.The thermoelectric element 140 may include a first node N1 and a second node N2 that are exposed to the outside. A measurement unit (not shown) may be connected between the first node N1 and the second node N2 to measure electromotive force.

열전소자(140)는 소자 양단의 온도차가 생기면 열전소자의 제벡(Seeback) 효과에 의해 기전력을 발생한다. 그러므로, 열전소자(140)의 온접점판(hot plate)에 접촉식 온도계를 설치하여 온도를 측정한다면, 제벡효과에 의해 발생한 기전력을 이용하여 열전소자의 냉접점판(cold plate)의 온도가 구해질 수 있다. 이때 냉접점판(cold plate)의 온도는 대류(convection), 전도(conduction), 복사(radiation)에 의해 결정될 수 있다. 대류 및 전도에 의한 기여를 고려하면 복사손실 또는 복사이득을 통해 측정 대상의 복사 온도가 측정될 수 있다.The thermoelectric element 140 generates an electromotive force due to the seeback effect of the thermoelectric element when a temperature difference occurs between both ends of the element. Therefore, if a temperature is measured by providing a contact-type thermometer on the hot plate of the thermoelectric element 140, the temperature of the cold plate of the thermoelectric element is measured using the electromotive force generated by the Seebeck effect. . At this time, the temperature of the cold plate can be determined by convection, conduction, and radiation. Considering the contribution by convection and conduction, the radiation temperature of the measurement object can be measured through radiation loss or radiation gain.

열전소자의 온도차이에 의한 출력 신호(V)는 다음과 같이 쓸 수 있다. The output signal V due to the temperature difference of the thermoelectric elements can be written as follows.

Figure 112013013336239-pat00001
Figure 112013013336239-pat00001

여기서 α는 제벡(Seeback) 계수이다. Th는 온접점판(hot plate)의 온도이고 Tc는 냉접점판(cold plate)의 온도이다.Where α is the Seeback coefficient. T h is the temperature of the hot plate and T c is the temperature of the cold plate.

[ 측정 대상의 온도 측정 이론][Temperature Measurement Theory]

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치를 이용한 측정 대상의 복사 온도를 측정하기 위한 측정 모델을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a measurement model for measuring a radiation temperature of a measurement object using the noncontact temperature measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 측정 대상(130) 및 열전 소자(140)는 교정용 열풍기(102) 내부에 배치된다. 상기 측정 대상(130)은 복사열을 상기 열전 소자(140)에 제공한다. 측정 대상(target)의 복사온도를 측정하기 위한 열전소자(140)는 pn 타입의 열전 구조체(144), 절연용 세라믹 냉접점판(cold plate; 147), 및 절연용 세라믹 온접점판(hot plate; 141)을 포함한다. 절연용 세라믹 온접점판(hot plate)에는 접촉식 상부 온도계(161)가 매설될 수 있다. 상기 측정 대상(130)을 바라보는 냉접점판(cold plate) 상에 고복사율의 페인트(153)가 배치되고, 반대편의 온접점판(hot plate)에는 저복사율을 가지도록 저복사율 페인트가 칠해질 수 있다. pn 타입의 열전 구조체(144)는 온접점판과 냉접점판의 동일한 온도차이에 대하여 신호를 증폭하는 효과를 줄 수 있다.Referring to FIG. 2, the measurement object 130 and the thermoelectric element 140 are disposed inside the heat exchanger 102 for calibration. The measurement object 130 provides radiation heat to the thermoelectric element 140. A thermoelectric element 140 for measuring a radiation temperature of a target includes a thermoelectric structure 144 of a pn type, a ceramic cold plate 147 for insulation, and a ceramic hot- ; 141). The contact-type upper thermometer 161 may be embedded in the ceramic hot-plate for insulation. A high emissivity paint 153 is disposed on a cold plate facing the measurement object 130 and a low emissivity paint is coated on the opposite hot plate to have a low emissivity . The thermoelectric structure 144 of the pn type can provide the effect of amplifying the signal with respect to the same temperature difference between the on-contact plate and the cold-contact plate.

상기 교정용 열풍기(102)의 내부에는 열풍이 존재하고, 교정용 열풍기(102) 내부에는 공간 온도 분포가 존재할 수 있다. 상기 열풍은 상기 교정용 열풍기(102)가 제공할 수 있다. 상기 측정 대상(130)은 건조물 또는 열처리가 필요한 섬유 또는 유기물 등일 수 있다. 상기 교정용 열풍기는 건조로 또는 오븐일 수 있다. 상기 측정 대상의 복사 온도는 섭씨 50 도 내지 섭씨 250 도 일 수 있다. 상기 측정 대상의 복사 온도는 상기 열풍의 온도 이하일 수 있다. 상기 측정 대상이 물을 포함하는 섬유인 경우, 상기 측정 대상의 수분은 증발하면서 건조될 수 있다. 이 경우, 상기 측정 대상의 복사율은 0.9 이상일 수 있다. Hot air exists in the interior of the orthodontic air blower 102, and a spatial temperature distribution may exist in the interior of the orthotic hot air blower 102. The hot air can be provided by the hot air fan 102 for calibration. The measurement object 130 may be a dried material or a fiber or organic material requiring heat treatment. The orthodontic hot air can be a drying oven or an oven. The radiation temperature of the measurement object may be from 50 degrees centigrade to 250 degrees centigrade. The radiation temperature of the measurement object may be lower than or equal to the temperature of the hot air. When the object to be measured is a fiber including water, the moisture of the object to be measured may be dried while being evaporated. In this case, the emissivity of the measurement object may be 0.9 or more.

상기 측정 대상의 온도는 상기 교정용 열풍기(102) 내부의 열풍의 온도보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 측정 대상을 바라보는 냉접점판의 온도가 상기 온접점판의 온도보다 낮을 수 있다. 즉, 상기 냉접점판은 복사를 통하여 에너지를 잃어 상기 온접점판의 온도보다 낮을 수 있다.The temperature of the object to be measured may be lower than the temperature of the hot air inside the orthodontic heat exchanger 102. Accordingly, the temperature of the cold junction plate facing the measurement object may be lower than the temperature of the ON contact plate. That is, the cold junction plate may lose energy through radiation and may be lower than the temperature of the on contact plate.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 열풍은 고온의 측정 대상(130)의 대류, 및 전도에 의하여 형성될 수 있다. 이 경우, 측정 대상은 고온의 철판 또는 고온의 유리판일 수 있다. 이 경우에는 상기 냉접점판의 온도가 온접점판의 온도보다 높을 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, hot air can be formed by convection, and conduction of the object 130 at a high temperature. In this case, the object to be measured may be a high-temperature steel plate or a high-temperature glass plate. In this case, the temperature of the cold junction plate may be higher than the temperature of the contact plate.

만약, 상기 측정 대상(130)이 존재하지 않고, 상기 열전 소자(140) 주위에 공간 온도 분포가 없는 경우, 상기 열전 소자(140)의 출력 신호(V)는 영일 수 있다. 그러나, 실제 환경에서는 상기 열전 소자(140) 주위에 공간 온도 분포가 존재하므로, 상기 열전 소자(140)의 출력 신호(V)는 영이 아닐 수 있다. 따라서, 상기 측정 대상(130)의 복사 온도를 측정하기 위해서는 상기 열전 소자 주위의 공간 온도 분포가 없도록 비접촉식 온도 측정 장치를 설계하거나, 또는 상기 측정 대상의 복사열에 의한 상기 열전 소자(140)의 신호가 상기 열전 소자(140)의 출력 신호로부터 분리되어야 한다.If the measurement object 130 does not exist and there is no space temperature distribution around the thermoelectric element 140, the output signal V of the thermoelectric element 140 may be zero. However, in a real environment, since the spatial temperature distribution exists around the thermoelectric element 140, the output signal V of the thermoelectric element 140 may not be zero. Therefore, in order to measure the radiation temperature of the measurement object 130, a non-contact type temperature measurement device is designed so that there is no spatial temperature distribution around the thermoelectric element, or a signal of the thermoelectric element 140 by the radiation heat of the measurement object Should be separated from the output signal of the thermoelectric element 140.

이하, 공간 온도 분포에 기인한 열전 소자의 신호와 상기 측정 대상의 복사열에 의한 열전 소자의 신호를 분리하는 방법이 설명된다.Hereinafter, a method of separating the signal of the thermoelectric element due to the spatial temperature distribution and the signal of the thermoelectric element by the radiant heat of the measurement object will be described.

측정 모델에서 냉접점판(cold plate)의 열평형방정식은 다음과 같다.In the measurement model, the thermal equilibrium equation of the cold plate is as follows.

Figure 112013013336239-pat00002
Figure 112013013336239-pat00002

여기서 mc는 냉접점판(cold plate; 147)의 질량, cc는 냉접점판(cold plate)의 열용량, εc는 냉접점판(cold plate)의 유효복사율, εt는 측정 대상의 유효복사율, Tc는 냉접점판(cold plate)의 온도, Th는 온접점판(hot plate)의 온도, Tac는 냉접점판(cold plate) 주위의 공기온도이다. A는 냉접점판의 단면적, σ는 스테판-볼츠만 상수, k는 상기 열전소자의 열전도도 , h는 대기의 대류열전달계수, d는 열전소자의 두께, Qrc는 상기 냉접점판의 복사파워(net emissive power), Qkc는 상기 냉접점판의 전도파워(net conduction power), Qac는 상기 냉접점판의 대류파워(net convection power)이다. 편의상 측정 대상의 면적과 열전소자의 면적이 같다고 가정한다. 상기 온접점판(141)은 세라믹판 이외에 상부 복사판(151)을 포함할 수 있다. 상기 냉접점판(147)은 세라믹판 이외에 하부 복사판(152) 및 흑색 페인트(153)를 포함할 수 있다.Where m c is the mass of the cold plate 147, c c is the heat capacity of the cold plate, ε c is the effective emissivity of the cold plate, ε t is the effective T c is the temperature of the cold plate, T h is the temperature of the hot plate, and T ac is the temperature of the air around the cold plate. A is the cross sectional area of the cold junction plate,? Is the Stefan-Boltzmann constant, k is the thermal conductivity of the thermoelectric element, h is the convection heat transfer coefficient of the atmosphere, d is the thickness of the thermoelectric element, Qrc is the radiation power of the cold- emissive power, Qkc is the conduction power of the cold junction plate, and Qac is the net convection power of the cold junction plate. For convenience, it is assumed that the area of the measurement object and the area of the thermoelectric element are the same. The on-contact plate 141 may include an upper plate 151 in addition to the ceramic plate. The cold junction plate 147 may include a lower radiation plate 152 and a black paint 153 in addition to a ceramic plate.

같은 방식으로 온접점판(hot plate; 141)의 열평형방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.In the same way, the thermal equilibrium equation of the hot plate 141 can be written as follows.

Figure 112013013336239-pat00003
Figure 112013013336239-pat00003

여기서 mh는 온접점판(hot plate)의 질량, ch는 온접점판(hot plate)의 열용량, εh는 hot plate의 유효복사율, εw는 벽(wall)의 유효복사율, Tc는 냉접점판(cold plate) 온도, Th는 온접점판(hot plate)의 온도, Tah 는 온접점판(hot plate) 주위의 대기온도, Qrh는 온접점판의 복사파워(net emissive power), Qkh 는 온접점판의 전도파워(net conduction power), Qah는 온접점판의 대류파워(net convection power)이다. A는 온접점판의 단면적, σ는 스테판-볼츠만 상수, k는 상기 열전소자의 열전도도, h는 대기의 대류열전달계수, 및 d는 열전소자의 두께이다. 편의상 벽(wall)의 면적과 열전소자의 면적이 같다고 가정한다.Where m h is on the mass of the contact plate (hot plate), c h is the heat capacity of the on-contact plate (hot plate), ε h is the effective emissivity, ε w of the hot plate is effective emissivity, T c of the wall (wall) is T h is the temperature of the hot plate, T ah is the ambient temperature around the hot plate, Q rh is the net emissive power of the contact plate, ), Q kh is the net conduction power of the contact plate, and Q ah is the net convection power of the contact plate. A is the cross sectional area of the contact plate, σ is the Stefan-Boltzmann constant, k is the thermal conductivity of the thermoelectric element, h is the convective heat transfer coefficient of the atmosphere, and d is the thickness of the thermoelectric element. For convenience, it is assumed that the area of the wall and the area of the thermoelectric element are the same.

[ 측정 대상이 없는 경우 열전소자의 신호특성][Signal characteristics of thermoelectric element when there is no object to be measured]

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치의 특성을 측정하기 위한 특성 측정 모델을 설명하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a characteristic measurement model for measuring the characteristics of the noncontact temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 공간 온도 분포에 따른 열전소자(140)의 특성을 알아보기 위해 측정 대상(130)이 제거되었으며, 열전소자(140)의 열접점판(hot plate)와 냉접점판(cold plate)의 복사율은 벽의 복사율이 같고(εc=εw =εh), 벽의 복사율이 낮다고 가정한다. 또한, 열전소자의 열접점판(hot plate)의 온도(Th)와 냉접점판(cold plate)의 온도(Tc) 그리고 벽의 온도(Tw)는 주위 공기 온도에만 영향을 받는다고 가정한다. 또한, 열전소자의 열접점판(hot plate)의 온도(Th)는 알고 있다고 가정한다. 교정용 열풍기는 열풍을 발생시킬 수 있다. 상기 온접점판은 세라믹판 이외에 상부 복사판을 포함할 수 있다. 상기 냉접점판은 세라믹판 이외에 하부 복사판 및 흑색 페인트를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, in order to examine characteristics of the thermoelectric transducer 140 according to the spatial temperature distribution, the measurement object 130 is removed, and a hot contact plate (cold) plate is assumed to be equal to the emissivity of the wall (ε c = ε w = ε h ) and the emissivity of the wall is low. It is also assumed that the temperature (T h ) of the hot plate of the thermoelectric element, the temperature of the cold plate (T c ), and the temperature of the wall (T w ) do. It is also assumed that the temperature (T h ) of the hot plate of the thermoelectric element is known. The hot air for calibration can generate hot air. The on-contact plate may include an upper plate in addition to the ceramic plate. The cold junction plate may include a lower plate and a black paint in addition to the ceramic plate.

1) 천이 상태(transient state)1) Transient state

온접점판(hot plate)의 온도(Th)와 온접점판 주위의 온도(Tah)가 같고 일정한 상수값을 가지는 경우, 냉접점판 주위의 온도(Tac)가 시간에 따라 변화하는 경우 수학식 2는 다음과 같이 쓸 수 있다.When the temperature (T h ) of the hot plate and the temperature (T ah ) around the hot junction plate have the same constant value and the temperature (T ac ) around the cold junction plate changes with time Equation (2) can be written as

Figure 112013013336239-pat00004
Figure 112013013336239-pat00004

Figure 112013013336239-pat00005
Figure 112013013336239-pat00005

냉접점판 주위의 온도(Tac)는 주파수 ω를 가진 함수

Figure 112013013336239-pat00006
라고 가정하면 수학식 5는 다음과 같이 쓸 수 있다.The temperature (T ac ) around the cold junction plate is a function
Figure 112013013336239-pat00006
, Equation (5) can be written as follows.

Figure 112013013336239-pat00007
Figure 112013013336239-pat00007

수학식 6의 해는 다음과 같다. The solution of equation (6) is as follows.

Figure 112013013336239-pat00008
Figure 112013013336239-pat00008

수학식 7로부터 냉접점판(cold plate)의 열 시상수(thermal time constant;tTc)는 다음과 같이 정의되며 열전소자의 응답속도를 결정한다.From equation (7), the thermal time constant (t Tc ) of the cold plate is defined as follows and determines the response speed of the thermoelectric element.

Figure 112013013336239-pat00009
Figure 112013013336239-pat00009

유사하게 온접점판(hot plate)의 열 시상수( thermal time constant;tTh)는 다음과 같다.Similarly, the thermal time constant (t Th ) of the hot plate is as follows.

Figure 112013013336239-pat00010
Figure 112013013336239-pat00010

위의 수식에서 알 수 있듯이 열전소자의 응답속도는 냉접점판의 열 질량( mc Ch)에 의해 결정된다. 두 판 사이의 열 질량의 차이가 큰 경우, 냉접점판 주위의 온도(Tac)와 온접점판 주위의 온도(Tah)가 같은 온도를 갖으면서 시간에 따라 변하는 경우에도, 상기 열전소자는 기전력을 발생시킬 수 있다. 공간 온도 분포에 따른 열전소자의 특성은 조사되기 어렵다.As can be seen from the above formula, the response speed of the thermoelectric element is determined by the thermal mass of the cold junction plate (m c C h ). Even when the temperature (T ac ) around the cold junction plate and the temperature (T ah ) around the on-contact plate have the same temperature and change with time when the thermal mass difference between the two plates is large, An electromotive force can be generated. It is difficult to investigate the characteristics of the thermoelectric device according to the spatial temperature distribution.

이에 따라, 냉접점판 주위의 온도(Tac)와 온접점판 주위의 온도(Tah)가 같을 때, 어떤 순간에도 기전력이 발생하지 않도록 온접점판의 열 질량(mhch)과 냉접점판의 열 질량(mccc)이 같은 것이 바람직하다. 또한, 열 질량(mhch)은 작은 것이 바람직하다. 온접점판의 낮은 복사율을 유지하면서, 작은 열 질량을 위하여, 열전 소자는 양면에 매우 얇은 상부 복사판 및 하부 복사판을 포함할 수 있다. 상기 하부 복사판의 일면은 높은 복사율을 위하여 흑색 페인트로 코딩될 수 있다. 또한, 동일한 열 질량을 위하여, 상기 상부 복사판과 하부 복사판은 동일한 구조 및 형상을 가질 수 있다. 상기 온접점판(hot plate)의 온도(Th)는 상기 상부 복사판에 장착된 상기 상부 온도계(161)의 출력 신호(CT1)를 이용하여 구해질 수 있다. 또한, 냉접점판 주위의 온도(Tac)는 상기 하부 복사판과 이격되어 배치된 하부 온도계의 출력 신호(CT2)를 이용하여 구해질 수 있다.Accordingly, when the temperature (T ac ) around the cold junction plate and the temperature (T ah ) around the on-contact plate are the same, the thermal mass (m h c h ) of the on- It is preferable that the thermal masses (m c c c ) of the contact plates are the same. In addition, the thermal mass (m h c h ) is preferably small. For small thermal mass, while maintaining a low emissivity of the on-contact plate, the thermoelectric element can include a very thin top and bottom plate on both sides. One side of the lower radiation plate can be coded with black paint for high emissivity. Further, for the same thermal mass, the upper radiation plate and the lower radiation plate may have the same structure and shape. The temperature T h of the hot plate may be obtained using the output signal CT 1 of the upper thermometer 161 mounted on the upper radiation plate. Further, the temperature (T ac ) around the cold junction plate can be obtained by using the output signal CT2 of the lower thermometer disposed apart from the lower radiation plate.

2) 정상 상태(steady state)2) steady state

공간 온도 분포에 따른 열전소자의 특성을 알아보기 위해 측정 대상은 제거되었다.In order to investigate the characteristics of the thermoelectric device according to the spatial temperature distribution, the measurement object was removed.

온접점판의 온도(Th), 온접점판 주위의 온도(Tah), 냉접점판의 온도(Tc) 그리고 냉접점판 주위의 온도(Tac)가 상수값을 가지는 정상 상태(steady state)의 경우, 수학식 4는 다음과 같이 쓸 수 있다.The temperature of the on-contact plate (T h), the ambient temperature on the contact plate (T ah), the temperature of the cold junction plate (T c) and the temperature around the cold junction plate (T ac) is normal (steady having a constant value state, the equation (4) can be written as follows.

Figure 112013013336239-pat00011
Figure 112013013336239-pat00011

열전소자의 출력 신호(V(Th,Tc))는 온접점판의 온도(Th), 온접점판 주위의 온도(Tah), 냉접점판의 온도(Tc) 그리고 냉접점판 주위의 온도(Tac)의 관계에 따라 결정된다.The output signal V (T h , T c ) of the thermoelectric element is determined by the temperature T h of the contact plate, the temperature T ah around the contact plate, the temperature T c of the cold junction plate, Is determined according to the relationship of the ambient temperature (T ac ).

A) Th = Tah이고 Tc = Tac이면 V(Th,Tc)=0이다.A) T h = T ah and T c = T ac, V (T h , T c ) = 0.

B) Th = Tah이고 Th > Tac인 경우, 수학시 10에 의해 Tc는 다음과 같다.B) T h = T ah and T h > T ac , then according to mathematical formula 10, T c is:

Figure 112013013336239-pat00012
Figure 112013013336239-pat00012

수학식 11 및 수학식 1을 사용하면, 측정 대상이 제거된 정상 상태(steady state)의 경우, 공간 온도 분포에 따른 열전소자의 출력 신호(VW /O)는 다음과 같다. Using the equations (11) and (1), the output signal (V W / O ) of the thermoelectric transducer according to the spatial temperature distribution is as follows in the case of a steady state in which the measurement object is removed.

Figure 112013013336239-pat00013
Figure 112013013336239-pat00013

만약 Th = Tac인 경우 열전소자의 출력 신호(VW /O)는 영이 됨을 알 수 있다. 온접점판의 온도는 상부 온도계에 의하여 측정되고, 냉접점판 주위의 대기 온도는 하부 온도계에 의하여 측정될 수 있다. 이에 따라, 측정 대상이 제거된 정상 상태(steady state)의 경우, 공간 온도 분포에 따른 열전소자의 출력 신호(VW /O)는 온접점판의 온도와 냉접점판 주위의 대기 온도의 함수로 주어질 수 있다.If T h = T ac , the output signal (V W / O ) of the thermoelectric device is zero. The temperature of the contact plate is measured by the upper thermometer, and the ambient temperature around the cold junction plate can be measured by the lower thermometer. Therefore, in the steady state where the object to be measured is removed, the output signal V W / O of the thermoelectric device according to the spatial temperature distribution is a function of the temperature of the on- Can be given.

[측정 대상이 있는 경우 정상 상태에서의 열전소자 검출기의 신호][Signals of the thermoelectric-element detectors in a steady state when there is a target to be measured]

다시 도 2를 참조하면, 측정 대상(130)이 있고, 공간 온도 분포가 있는 경우, 정상 상태(steady state)에서 수학식 2는 다음과 같이 쓸 수 있다. Referring again to FIG. 2, if there is a measurement object 130 and there is a spatial temperature distribution, Equation 2 can be written as follows in a steady state.

Figure 112013013336239-pat00014
Figure 112013013336239-pat00014

수학식 13을 Tc 항으로 다시 정리하면 다음과 같다.The equation (13) is rewritten as T c as follows.

Figure 112013013336239-pat00015
Figure 112013013336239-pat00015

냉접점판의 온도(Tc)는 측정 대상의 복사 온도(Tt), 온접점판의 온도(Th), 냉접점판 주위의 온도(Tac)에 의해 정해진다. 냉접점판 주위의 온도(Tac)의 값에 대한 값은 수학식 12로 알 수 있다. 따라서, 측정 대상의 복사 온도(Tt)에 의한 효과만을 고려하기 위해 Tac = Tah = Th인 경우를 가정하면, 수학식 14는 다음과 같이 정리할 수 있다. The temperature Tc of the cold junction plate is determined by the radiation temperature T t of the object to be measured, the temperature T h of the contact plate, and the temperature T ac around the cold junction plate. The value for the value of the temperature (T ac ) around the cold junction plate can be found from Equation (12). Therefore, in order to consider only the effect of the radiation temperature (T t ) of the measurement object, assuming that T ac = T ah = T h , Equation (14) can be summarized as follows.

Figure 112013013336239-pat00016
Figure 112013013336239-pat00016

수학식 15를 열전소자의 출력 신호인 수학식 1의 형태로 정리하면 다음과 같다.Equation (15) is summarized in the form of Equation (1), which is an output signal of a thermoelectric element, as follows.

Figure 112013013336239-pat00017
Figure 112013013336239-pat00017

수학식 16은 측정 대상의 복사만에 의해 발생하는 열전소자의 출력 신호(Vw(Th,Tt))를 나타낸다. 냉접점판의 온도(Tc)는 측정 대상의 복사 온도(Tt)에 비해 상대적으로 온접점판의 온도(Th)에 근접한 값을 가질 수 있다. 따라서, 수학식 16의 우측항에서, Tc ~ Th 로 근사하고 다시 정리하면 다음과 같다.(16) represents the output signal V w (T h , T t ) of the thermoelectric element generated by only the copying of the measurement object. The temperature T c of the cold junction plate may have a value close to the temperature T h of the contact plate relatively to the radiation temperature T t of the measurement object. Therefore, in the right side of the equation (16), T c to T h are approximated and rearranged as follows.

Figure 112013013336239-pat00018
Figure 112013013336239-pat00018

수학식 17에서, 측정 대상의 복사만에 의해 발생하는 열전소자의 출력 신호( Vw(Th,Tt))는 온접점판의 온도(Th)와 측정 대상의 복사 온도(Tt)의 비선형 함수이다. 따라서, (Th-Tt) 값에 대해서 n차 다항식(polynomial)으로 곡선 맞춤(curve fitting)할 수 있다. 측정 대상의 복사만에 의해 발생하는 열전소자의 출력 신호( Vw(Th,Tt))는 냉접점판의 복사율에 의존한다. 따라서, 냉접점판의 복사율을 증가시키기 위하여, 흑색 페인트가 코팅될 수 있다.The output signal V w (T h , T t ) of the thermoelectric element generated by only the radiation of the measurement object is obtained by multiplying the temperature T h of the on-contact plate and the radiation temperature T t of the measurement object, Is a nonlinear function of. Thus, it is possible to curve-fit the values of (T h -T t ) into n-th order polynomials. The output signal V w (T h , T t ) of the thermoelectric element generated by only the radiation of the measurement object depends on the radiation rate of the cold junction plate. Therefore, in order to increase the emissivity of the cold junction plate, a black paint can be coated.

Figure 112013013336239-pat00019
Figure 112013013336239-pat00019

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (Th-Tt)에 대한 (Th-Tc)를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing (T h -T c ) for (T h -T t ) according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 측정 대상(130)의 복사 온도(Tt)를 섭씨 20도로 가정하고, 온접점판의 온도(Th)를 섭씨 20도에서 섭씨 200도로 변화시키면서, 수학식 15를 만족하는 냉접점판의 온도(Tc)를 구한다. 이후, (Th-Tt)에 대한 (Th-Tc)의 관계가 표시된다. 이 경우, 측정 대상의 복사율(εt) 및 냉접점판의 복사율(εc)은 1로 두었고(εc=εt=1), 열전소자의 열전도도 k= 1.5 Wm-1K-1, 대류열전달계수 h=10 Wm-2K-1, 열전소자의 두께 d=0.0025 m로 가정하였다. 다차 다항식(polynomial)로 곡선 맞춤(실선)한 결과식에서 x는 (Th-Tt)이며 y는 (Th-Tc)이다.4, when the radiation temperature T t of the measurement object 130 is assumed to be 20 degrees Celsius and the temperature T h of the on-contact plate is changed from 20 degrees Celsius to 200 degrees Celsius, (T c ) of the cold-junction plate. Then, a relationship of (T h -T c ) to (T h -T t ) is displayed. In this case, the emissivity (ε t ) of the measurement object and the emissivity (ε c ) of the cold junction plate are set to 1 (ε c = ε t = 1), the thermal conductivity of the thermoelectric element is k = 1.5 W m -1 K -1 , The convective heat transfer coefficient is assumed to be h = 10 W m -2 K -1 and the thickness of the thermoelectric device d = 0.0025 m. In the result of the curve fitting (solid line) to the polynomial, x is (T h -T t ) and y is (T h -T c ).

[ 측정 대상 온도 측정 이론식][Theoretical formula for measurement temperature measurement]

다시 도 2를 참조하면, 측정 대상(130)이 있고, 공기의 온도가 열전소자의 반응속도보다 느리게 변하는 경우(열질량이 작은 경우), 열전소자(140)의 실제 출력 신호(V(Th,Tt))는 수학식 12에 따른 Vw /o(Th,Tac))과 수학식 17에 따른 Vw(Th,Tt)의 합으로 표시될 수 있다. Vw /o(Th,Tac))는 측정 대상이 제거된 정상 상태(steady state)의 경우, 공간 온도 분포에 따른 열전소자의 출력 신호이다.Referring back to Figure 2, the measurement object 130 and, when the temperature of the air varies more slowly than the reaction rate of the thermal element (if a thermal mass less), the actual output signal (V (T h of the thermoelectric element 140 , T t )) can be expressed as the sum of V w / (T h , T ac ) according to Equation (12) and V w (T h , T t ) according to Equation (17). V w / o (T h , T ac )) is the output signal of the thermoelectric device according to the spatial temperature distribution in the steady state where the measurement object is removed.

따라서, 측정 대상의 복사만에 의해 발생하는 열전소자의 출력 신호(Vw(Th,Tt))는 다음과 같이 표시될 수 있다.Therefore, the output signal V w (T h , T t ) of the thermoelectric element generated by only the radiation of the measurement object can be expressed as follows.

Figure 112013013336239-pat00020
Figure 112013013336239-pat00020

그러므로 측정 대상의 복사 온도(Tt) 또는 온접점판의 온도(Th)을 변화시키면서 수학식 19로부터 측정 대상의 복사만에 의해 발생하는 열전소자의 출력 신호(Vw(Th,Tt))를 구할 수 있다. 이후, Vw(Th,Tt)을 (Th-Tt)의 값으로 n차 다항식(polynomial)로 곡선 맞춤할 수 있다. 따라서, 열전 소자는 교정될 수 있다.Therefore, radiation temperature of the object to be measured (T t) or on the temperature of the contact plate (T h) a while T (output signal (V w of thermoelectric elements produced by the only copy of the object to be measured from the equation 19 h change, T t )) Can be obtained. Then, V w (T h , T t ) can be curved into an n-th order polynomial with a value of (T h -T t ). Thus, the thermoelectric element can be calibrated.

상기 곡선 맞춤한 결과를 알고 있으면, 교정용 열풍기 또는 새로운 열풍기에서 임의의 Vw(Th,Tt)에서의 측정 대상의 복사 온도(Tt)가 구해질 수 있다.If you know the result of the curve fitting, and the calibration or yeolpunggi new yeolpunggi for any V w (T h, T t ) copy of the object to be measured at the temperature (T t) can be obtained.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a noncontact temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 온도 측정 장치(100)는 교정용 열풍기(102) 또는 열풍기 내부에 배치될 수 있다. 상기 교정용 열풍기(102) 내부의 온도는 섭씨 50 내지 섭씨 250도 일 수 있다.Referring to FIG. 5, the noncontact temperature measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may be disposed inside the hot air fan 102 or the hot air fan. The temperature inside the orthodontic heat exchanger 102 may be 50 to 250 degrees Celsius.

비접촉식 온도 측정 장치(100)는 온접점판(141), 냉접점판(147), 및 상기 온접점판(141)과 상기 냉접점판(147) 사이에 개재된 PN 열전 구조체(144)를 포함하는 열전 소자(140), 측정 대상(130)에서 복사되는 복사 에너지를 흡수하여 흡수한 복사 에너지를 상기 냉접점판(147)에 전달하도록 상기 냉접점판(147) 하부에 배치된 흑색 페인트(153), 상기 상부 복사판(151)의 온도를 측정하는 상부 온도계(161), 상기 냉접점판(147) 주위의 대기 온도를 측정하는 하부 온도계(162), 및 상기 측정 대상(130)의 복사열을 흡수한 상태에서 상기 열전 소자(140)의 출력 신호(V)에서 상기 상부 온도계(161)의 출력 신호(CT1) 및 상기 하부 온도계(162)의 출력 신호(CT2)를 이용하여 공간 온도 분포에 기인한 신호를 제거하여 상기 측정 대상의 복사 온도를 추출하는 신호 처리부(190)를 포함한다.The noncontact temperature measuring apparatus 100 includes a PN thermostat structure 144 interposed between the ON contact plate 141 and the cold junction plate 147 and between the ON contact plate 141 and the cold junction plate 147 And a black paint 153 disposed below the cold junction plate 147 to transfer the radiant energy absorbed by the measurement target 130 to the cold junction plate 147 by absorbing the radiant energy radiated from the measurement target 130 An upper thermometer 161 for measuring a temperature of the upper radiation plate 151, a lower thermometer 162 for measuring an ambient temperature around the cold junction plate 147, (CT1) of the upper thermometer (161) and the output signal (CT2) of the lower thermometer (162) in the output signal (V) of the thermoelectric element (140) And a signal processing unit 190 for removing the signal and extracting the radiation temperature of the measurement object.

열전 소자(140)는 온접점판(141), 냉접점판(147), 및 PN 열전 구조체(144)를 포함한다. 상기 열전 소자(140)는 온접점판(141), 상기 온접점판(141)에 이격되어 배치된 냉접점판(147), 및 상기 온접점판(141)과 상기 냉접점판(147) 사이에 개재된 PN 열전 구조체를 포함한다. The thermoelectric element 140 includes an on-contact plate 141, a cold junction plate 147, and a PN thermoelectric structure 144. The thermoelectric element 140 includes an on-contact plate 141, a cold contact plate 147 disposed to be spaced apart from the on-contact plate 141, And a PN thermostat structure interposed in the PN thermostat.

상기 온접점판(141) 및 상기 냉접점판(147)은 세라믹 재질로 적외선에 대하여 0.6 정도의 복사율을 가진다. 따라서, 상기 측정 대상(130)의 복사 온도를 측정하기 위하여 상기 온접점판(141)의 복사율과 상기 냉접점판(147)의 복사율이 큰 차이를 가지는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 온접점판(141) 상에 낮은 복사율을 가지는 상부 복사판(151)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 상부 복사판(151)에 의한 열 질량(thermal mass)의 균형을 위하여, 상기 냉접점판(147)의 하부에 하부 복사판(152)이 배치될 수 있다. 또한, 복사율의 큰 차이를 위하여, 상기 냉접점판(147)의 하부에 복사율이 높은 흑색 페인트(153)가 배치될 수 있다. 상기 흑색 페인트(153)의 복사율은 적외선 영역에 대하여 0.9 이상일 수 있다. 또한, 상기 상부 복사판(151)의 복사율은 0.4 이하일 수 있다. 상기 상부 복사판(151)과 상기 흑색 페인트(153) 사이의 상기 복사율의 차이가 클수록, 상기 측정 대상(130)으로부터의 복사에 의한 온도 차이가 클 수 있다. 이에 따라, 상기 열전 소자(140)의 출력 신호가 클 수 있다.The on-contact plate 141 and the cold-contact plate 147 are ceramics materials and have an emissivity of about 0.6 with respect to infrared rays. Therefore, in order to measure the radiation temperature of the measurement object 130, it is preferable that the radiation rate of the on-contact plate 141 and the radiation rate of the cold-contact plate 147 have a large difference. For this, an upper radiation plate 151 having a low radiation rate may be disposed on the on-contact plate 141. A lower radiation plate 152 may be disposed below the cold junction plate 147 to balance the thermal mass by the upper radiation plate 151. Further, for the great difference in the emissivity, a black paint 153 having a high radiation rate may be disposed under the cold junction plate 147. The emissivity of the black paint 153 may be 0.9 or more with respect to the infrared region. In addition, the radiation ratio of the upper radiation plate 151 may be 0.4 or less. The greater the difference in the radiation rate between the upper radiation plate 151 and the black paint 153, the larger the temperature difference due to radiation from the measurement object 130 may be. Accordingly, the output signal of the thermoelectric element 140 can be large.

상기 상부 복사판(151)은 상기 온접점판(141) 상에 배치된다. 상기 상부 복사판(151)의 열질량은 작을수록 바람직하다. 상기 상부 온도계(161)는 상기 상부 복사판에 매설되거나 상기 온접점판(141)에 매설된 열전대(thermocouple)일 수 있다. 상기 상부 복사판(151)은 알루미늄 재질로 두께는 0.2 mm 정도일 수 있다. 상기 상부 복사판(151)의 복사율은 0.4 이하일 수 있다. 열전소자(140)의 온접점판(141)의 온도(Th)와 상부 온도계(161)가 측정하는 온도의 차이를 최소화하면서 열 질량(thermal mass) 차이에 신호변화와 일치하도록, 열전소자(140)의 온접점판(141) 쪽은 0.2 mm 두께의 저복사율을 갖은 알루미늄 재질의 상부 복사판(151)이 부착될 수 있다.The upper radiation plate 151 is disposed on the on-contact plate 141. The smaller the thermal mass of the upper radiation plate 151, the better. The upper thermometer 161 may be a thermocouple embedded in the upper radiation plate or embedded in the on-contact plate 141. The upper radiation plate 151 may be made of aluminum and have a thickness of about 0.2 mm. The radiation rate of the upper radiation plate 151 may be 0.4 or less. The temperature difference between the temperature T h of the on-contact plate 141 of the thermoelectric element 140 and the temperature measured by the upper thermometer 161 is minimized, The upper radiation plate 151 made of aluminum having a low radiation rate of 0.2 mm thickness may be attached to the on-contact plate 141 side.

하부 복사판(152)은 상기 냉접점판(147)과 상기 흑색 페인트(153) 사이에 개재될 수 있다. 상기 흑색 페인트(153)는 상기 측정 대상(130)을 바라볼 수 있다. 상기 하부 복사판(152)은 상기 상부 복사판(151)과 동일 재질 및 형상을 가질 수 있다. 상기 상부 복사판(151) 및 상기 하부 복사판(152)의 복사율은 상기 흑색 페인트(153)의 복사율보다 작을 수 있다. 상기 상부 복사판(151)과 열질량을 맞추기 위해 동일한 알루미늄 재질의 하부 복사판(152)이 냉접점판(147) 쪽에도 부착된다. 또한, 상기 하부 복사판(152)의 하부에는 고복사율의 흑색 페인트(153)가 코팅된다.The lower radiation plate 152 may be interposed between the cold junction plate 147 and the black paint 153. The black paint 153 can look at the object 130 to be measured. The lower radiation plate 152 may have the same material and shape as the upper radiation plate 151. The radiation rate of the upper radiation plate 151 and the lower radiation plate 152 may be smaller than the radiation rate of the black paint 153. A lower radiating plate 152 made of the same aluminum material is attached to the cold junction plate 147 so as to match the thermal mass with the upper radiating plate 151. In addition, a black paint 153 having a high emissivity is coated on the lower portion of the lower radiation plate 152.

상기 상부 복사판(151)의 질량과 상기 상부 복사판(151)의 열용량의 곱은 상기 하부 복사판(152)의 질량과 상기 하부 복사판(152)의 열용량의 곱과 동일할 수 있다. The product of the mass of the upper radiation plate 151 and the heat capacity of the upper radiation plate 151 may be equal to the product of the mass of the lower radiation plate 152 and the heat capacity of the lower radiation plate 152.

상기 흑색 페인트(153)는 상기 하부 복사판(152)의 하부면에 코팅되어, 상기 측정 대상(130)이 복사하는 복사열을 흡수할 수 있다. 또한, 상기 흑색 페인트(153)는 복사열을 방출할 수 있다. 만약, 상기 측정 대상의 온도가 상기 열풍의 온도보다 낮은 경우, 상기 흑색 페인트의 온도는 상기 온접점판의 온도보다 감소할 수 있다. The black paint 153 may be coated on the lower surface of the lower plate 152 to absorb radiant heat radiated by the measurement object 130. In addition, the black paint 153 may emit radiant heat. If the temperature of the measurement target is lower than the temperature of the hot air, the temperature of the black paint may be lower than the temperature of the on-contact plate.

상기 하부 온도계(162)는 상기 하부 복사판(152)의 하부에 비접촉식으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 온도계(162)는 상기 하부 복사판(152) 주위 온도 또는 상기 냉접점판(147) 주위의 공기 온도를 측정할 수 있다. 상기 하부 온도계(162)는 열전대일 수 있다. 상기 하부 온도계(162)는 지지부(170)에 고정될 수 있다. 상기 상부 온도계의 온도와 상기 하부 온도계(162)의 온도의 차이는 상기 열전 소자의 복사열을 제외한 효과를 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 측정 대상에 의한 복사열에 의한 효과가 추출될 수 있다.The lower thermometer 162 may be disposed in a non-contact manner below the lower radiating plate 152. Accordingly, the lower thermometer 162 can measure the temperature around the lower radiation plate 152 or the temperature of the air around the cold junction plate 147. The lower thermometer 162 may be a thermocouple. The lower thermometer 162 may be fixed to the support 170. The difference between the temperature of the upper thermometer and the temperature of the lower thermometer 162 may provide an effect other than the radiant heat of the thermoelectric element. Thus, the effect of the radiant heat by the measurement object can be extracted.

지지부(170)는 중심에 관통홀(171a, 172b)을 포함하고 상기 상부 복사판(151)의 일부를 노출하고 상기 상부 복사판(151)을 고정하고 상기 하부 복사판(152)의 일부를 노출하고 상기 하부 복사판(152)을 고정할 수 있다. 지지부(170)는 열전소자(140)의 출력신호(V)가 주변온도를 잘 반영하도록 열전소자를 최대한 공기에 노출시키는 구조를 가질 수 있다. 상기 지지부(170)의 영향을 최소화하기 위해 상기 지지부(170)의 열 질량은 최소화되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 열전 소자(140)와 상기 지지부(170)의 열 접촉을 최소화하기 위하여 상부 절연부(175) 및 하부 절연부(176)를 통하여 열전소자는 고정될 수 있다. 상부 절연부(175) 및 하부 절연부(176)는 오링(O-ring)일 수 있다.The supporting part 170 includes through holes 171a and 172b at the center and exposes a part of the upper radiation plate 151 and fixes the upper radiation plate 151 and exposes a part of the lower radiation plate 152, The radiation plate 152 can be fixed. The supporting portion 170 may have a structure that exposes the thermoelectric element to the air as much as possible so that the output signal V of the thermoelectric element 140 reflects the ambient temperature well. In order to minimize the influence of the support portion 170, it is desirable that the thermal mass of the support portion 170 is minimized. The thermoelectric elements may be fixed through the upper insulating portion 175 and the lower insulating portion 176 to minimize thermal contact between the thermoelectric element 140 and the supporting portion 170. The upper insulating portion 175 and the lower insulating portion 176 may be O-rings.

상기 지지부(170)는 상판(171)과 하판(172)을 포함할 수 있다. 상기 지지부(170)는 중심에 관통홀(171a, 172b)을 가지고 상기 관통홀에서 외측으로 형성된 토로이드 형상의 홈(172a)을 포함할 수 있다. 상기 열전소자(140)의 가장 자리는 상기 홈(172a)에 삽입될 수 있다. The support portion 170 may include an upper plate 171 and a lower plate 172. The support portion 170 may include a toroidal groove 172a having through holes 171a and 172b at the center and formed outwardly from the through holes. The edge of the thermoelectric element 140 may be inserted into the groove 172a.

상기 상판(171)은 중심에 상부 관통홀(171a)을 가질 수 있다. 상기 하판(172)은 상기 상판(171)의 상부 관통홀(171a)보다 큰 직경을 가진 홈(172a)과 상기 홈(172a)에 연속적으로 연결되고 상기 상부 관통홀(171a)과 동일한 직경을 가진 하부 관통홀(172b)을 포함할 수 있다. 상기 열전 소자(140)의 가장 자리는 상기 홈(172a)에 삽입된 상태에서, 상기 상판(171)과 상기 하판(172)은 서로 결합할 수 있다. 상기 상부 관통홀(171a)은 상기 상부 복사판(151) 또는 상기 온접점판(141)을 대기에 노출시킬 수 있다. 또한, 상기 하부 관통홀(172b)은 상기 하부 복사판(152) 또는 상기 냉접점판(147)을 대기에 노출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 열전 소자(140)는 주위의 온도를 잘 반영할 수 있다. 상기 지지부(170)는 열 질량이 작은 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 지지부(170)는 플라스틱 재질 또는 금속 재질일 수 있다. The upper plate 171 may have an upper through hole 171a at the center thereof. The lower plate 172 includes a groove 172a having a larger diameter than the upper through hole 171a of the upper plate 171 and a lower plate 172 having a diameter equal to that of the upper through hole 171a And a lower through hole 172b. The top plate 171 and the bottom plate 172 can be coupled to each other with the edge of the thermoelectric element 140 inserted into the groove 172a. The upper through-hole 171a may expose the upper radiation plate 151 or the on-contact plate 141 to the atmosphere. The lower through hole 172b may expose the lower radiation plate 152 or the cold junction plate 147 to the atmosphere. Accordingly, the thermoelectric element 140 can reflect the ambient temperature well. The support portion 170 may be a material having a small thermal mass. Specifically, the support portion 170 may be made of a plastic material or a metal material.

상부 절연부(175)는 상기 지지부(170)와 상기 상부 복사판(151) 사이에 배치되어 열적 접촉을 억제할 수 있다. 상기 상부 절연부(175)는 오링일 수 있다.The upper insulating portion 175 is disposed between the supporting portion 170 and the upper radiation plate 151 to suppress thermal contact. The upper insulating portion 175 may be an O-ring.

하부 절연부(176)는 상기 지지부(170)와 상기 하부 복사판(152) 사이에 배치되어 열적 접촉을 억제할 수 있다. 상기 하부 절연부(176)는 오링일 수 있다.The lower insulating portion 176 is disposed between the supporting portion 170 and the lower radiation plate 152 to suppress thermal contact. The lower insulating portion 176 may be an O-ring.

열전소자(140)의 오염을 막기 위해 냉접점판(147) 하부에 적외선용 윈도우(177)가 설치될 수 있다. 상기 적외선용 윈도우(177)는 적외선을 투과시키는 재질로 형성될 수 있다. 상기 적외선용 윈도우(177)는 상기 지지부(170)에 고정될 수 있다.An infrared window 177 may be provided under the cold junction plate 147 to prevent the thermoelectric element 140 from being contaminated. The infrared window 177 may be formed of a material that transmits infrared rays. The infrared window 177 may be fixed to the support portion 170.

측정 대상 온도계(131)는 상기 측정 대상(130)의 복사 온도를 측정할 수 있다. 상기 측정 대상(130)의 하부에는 온도 조절판(132)이 배치될 수 있다. 상기 온도 조절판(132) 상에 상기 측정 대상(130)이 배치되고, 상기 온도 조절판(130)의 온도를 조절하여 상기 측정 대상(130)의 복사 온도를 조절할 수 있다. 상기 측정 대상 온도계(131) 및 상기 온도 조절판(132)은 비접촉식 온도 측정 장치의 교정을 위하여 사용될 수 있다.The measurement object thermometer 131 can measure the radiation temperature of the measurement object 130. [ A temperature control plate 132 may be disposed below the measurement object 130. The measurement object 130 is disposed on the temperature control plate 132 and the temperature of the temperature control plate 130 is adjusted to adjust the radiation temperature of the measurement object 130. The measurement object thermometer 131 and the temperature control plate 132 may be used for calibration of the noncontact temperature measuring device.

신호 처리부(190)는 상기 열전 소자(140)의 출력 신호(V), 상부 온도계(161)의 출력 신호(CT1), 및 하부 온도계(162)의 신호(CT2)를 제공받을 수 있다.The signal processing unit 190 may receive the output signal V of the thermoelectric element 140, the output signal CT1 of the upper thermometer 161 and the signal CT2 of the lower thermometer 162. [

한편, 상기 신호 처리부(190)는 교정을 위하여 사용되는 경우, 상기 측정 대상(130)의 온도를 측정하는 측정 대상 온도계(131)의 출력 신호(CT3)를 제공받을 수 있다. 교정을 위하여, 측정 대상이 없는 상태에서 공간 온도 분포에 따른 열전 소자의 특성이 요구된다. 또한, 교정을 위하여, 측정 대상(130)이 있는 상태에서 온접점판(141)의 온도(CT1)와 측정 대상(130)의 온도(CT3) 사이의 온도 차이(CT1-CT3)에 따른 상기 열전 소자의 출력 신호가 요구된다.When the signal processor 190 is used for calibration, the signal processor 190 may be provided with the output signal CT3 of the measurement object thermometer 131 that measures the temperature of the measurement object 130. For the calibration, the characteristics of the thermoelectric elements according to the spatial temperature distribution are required in the absence of the object to be measured. Also, for the calibration, the temperature difference (CT1-CT3) between the temperature CT1 of the on-contact plate 141 and the temperature CT3 of the measurement target 130 in the presence of the measurement object 130, The output signal of the device is required.

이하, 측정 대상이 없는 상태에서 공간 온도 분포에 따른 열전 소자의 특성이 설명된다.Hereinafter, the characteristics of the thermoelectric element according to the spatial temperature distribution in the state in which there is no object to be measured will be described.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 특성을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing characteristics of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 측정 대상이 없는 경우, 열전소자의 신호 특성이 조사될 수 있다. 상기 열전 소자(140)는 교정용 열풍기 또는 열풍기 내부에 고정되고, 열풍기 내부의 온도는 상온에서 섭씨 50도로 온도를 올리면서, 상기 열전 소자(140)의 출력 신호가 측정되었다.Referring to FIG. 6, when there is no object to be measured, the signal characteristic of the thermoelectric element can be examined. The thermoelectric element 140 was fixed inside the heat exchanger or the hot air, and the output signal of the thermoelectric element 140 was measured while the internal temperature of the heat exchanger was increased from room temperature to 50 degrees Celsius.

도 5 및 도 6a를 참조하면, CT1은 열전 소자(140)의 온접점판(141)의 온도를 측정한 결과이고, CT2는 냉접점판(147) 주위 대기 온도를 측정한 결과이다. CT1 과 CT2의 온도는 교정용 열풍기가 동작하기 시작하면서 급격히 증가하고, 200 초 근처에서 증가률이 감소하고, 이후 서서히 목표 온도(섭씨 50도)에 도달한다. 이 경우, CT1의 온도가 CT2의 온도보다 높은 것은 열풍기의 공기 회전하는 방식과 열풍기 내의 열전소자의 위치에 기인한 것으로 해석된다. 따라서, CT1 및 CT2는 열풍기의 종류에 따라 다른 경향을 보일 수 있다. 5 and 6A, CT1 is a result of measuring the temperature of the on-contact plate 141 of the thermoelectric element 140, and CT2 is a result of measuring the ambient temperature around the cold-contact plate 147. FIG. The temperatures of CT1 and CT2 increase sharply at the start of the calibration hot air, decrease at around 200 seconds, and gradually reach the target temperature (50 degrees C). In this case, the temperature of the CT1 is higher than the temperature of the CT2, which is interpreted to be caused by the air rotating manner of the hot air blower and the position of the thermoelectric element in the hot air blower. Therefore, CT1 and CT2 may show different tendencies depending on the type of the hot air.

도 6b를 참조하면, 실선은 베어(bear) 열전소자만 열풍기 내에 매달고 측정한 신호이다. 즉, 베어 열정 소자의 특성을 조사하기 위하여, 상부 복사판, 하부 복사판, 흑색 페인트는 상기 베어 열전 소자에 장착되지 않았다.Referring to FIG. 6B, the solid line is a signal measured by hanging only the bear thermoelectric element in the hot air. That is, in order to investigate the characteristics of the bare passive element, the upper radiation plate, the lower radiation plate, and the black paint were not mounted on the bare thermoelectric element.

촘촘한 점선은 부하 열전소자의 출력 신호이다. 열전소자의 양면에서 열질량(thermal mass)의 균형을 깨뜨리기 위해 열전소자의 온접점판에만 0.2 mm 알루미늄 재질의 상부 복사판(부하)이 부착되었다.The dashed dotted line is the output signal of the load thermoelectric element. To overcome the balance of thermal mass on both sides of the thermoelectric element, an upper plate (load) of 0.2 mm aluminum was attached to the thermocouple's on-contact plate only.

점선은 마운트 열전 소자의 출력 신호이다. 상기 마운트 열전소자에 상부 복사판, 하부 복사판, 및 흑색 페인트가 부착되었다.The dotted line is the output signal of the mount thermoelectric element. An upper radiation plate, a lower radiation plate, and a black paint were attached to the mount thermoelectric element.

부하 열전 소자의 경우는 베어 열전소자의 경우와 달리, 부하 열전 소자의 출력 신호는 초기에 상기 베어 열전 소자의 출력 신호와 반대 부호의 신호값을 보인다. 부하 열전 소자의 출력 신호의 피크 위치가 이동한다. 부하 열전 소자의 출력 신호의 세기는 베어 열전 소자에 비하여 1/5 정도로 줄었다.In the case of the load thermoelectric element, unlike the case of the bare thermoelectric element, the output signal of the load thermoelectric element initially shows a signal value opposite to the output signal of the bare thermoelectric element. The peak position of the output signal of the load thermoelectric element is shifted. The intensity of the output signal of the load thermoelectric element is reduced to about 1/5 of that of the bare thermoelectric element.

마운트 열전 소자의 경우는 베어 열전 소자의 경우와 유사하나, 피크 위치가 이동했다.In the case of the mount thermoelectric element, it was similar to that of the bare thermoelectric element, but the peak position shifted.

결론적으로 열전소자는 알루미늄판과 같은 부하가 추가되거나 상부 복사판과 하부 복사판이 장착되면, 동일한 열풍기 조건하에서도 다른 형태의 신호를 발생시킬 수 있다. 따라서, 공간 온도 분포에 의한 효과는 CT1 및 CT2의 온도로 해석되기 어렬울 수 있다. 따라서, 부하 조건이 고려되어야한다. 부하 조건이 고려된 상태에서 공간 온도 분포에 따른 열전 소자의 특성이 조사될 필요가 있다.In conclusion, thermoelectric devices can generate other types of signals under the same hot air conditions, such as when an additional load such as an aluminum plate or an upper and lower radiation plate is mounted. Therefore, the effect of spatial temperature distribution can be interpreted as the temperature of CT1 and CT2. Therefore, the load conditions must be considered. It is necessary to investigate the characteristics of the thermoelectric device according to the spatial temperature distribution in a state where the load condition is considered.

도 7은 측정 대상이 없는 경우의 열전소자의 출력 신호를 나타내는 그래프이다.Fig. 7 is a graph showing the output signal of the thermoelectric element when there is no object to be measured. Fig.

도 7을 참조하면, 열정 소자의 특성을 조사하기 위하여, 상부 복사판 및 하부 복사판은 상기 열전소자에 장착되었으나, 흑색 페인트는 상기 열전 소자에 장착되지 않았다. 흑색 페인트는 복사에 의한 효과를 제거하기 위하여 제거되었다.Referring to FIG. 7, in order to examine characteristics of the passive element, the upper radiation plate and the lower radiation plate were mounted on the thermoelectric element, but the black paint was not mounted on the thermoelectric element. Black paint was removed to eliminate the effect of radiation.

CT1과 CT2의 온도값과 열전소자의 출력 신호와 관계를 알기 위하여, 측정 대상이 없는 경우, 열전 소자는 열풍기 내부에 고정된다. 열풍기는 열풍기 내부의 대기의 온도를 상승시키면서, 온접점판의 측정 온도(CT1), 냉접점판 주위의 대기 측정 온도(CT2) 및 열전소자의 출력 신호(V(Th,Tc))가 측정된다. In order to know the relationship between the temperature values of CT1 and CT2 and the output signal of the thermoelectric element, if there is no object to be measured, the thermoelectric element is fixed inside the thermoelectric fan. The temperature of the hot air is raised by the temperature of the contact plate (CT1), the ambient temperature (CT2) around the cold junction plate and the output signal of the thermoelectric element (V (T h , T c )) .

도 7a는 시간에 따른 온접점판의 측정 온도(CT1)와 냉접점판 주위의 대기 측정 온도(CT2)를 시간에 따라 측정한 결과이다. FIG. 7A is a graph showing the measured time (CT1) of the temperature of the contact plate and the atmospheric measured temperature (CT2) around the cold-junction plate with time.

Th ∼ CT1로 근사되고, Tac ∼ CT2 로 근사되는 경우, 수학식 12은 다음과 같이 주어질 수 있다.If it is approximated by T h ~ CT1 and approximated by T ac ~ CT2, Equation (12) can be given as follows.

Figure 112013013336239-pat00021
Figure 112013013336239-pat00021

도 7b는 V(Th,Tc)와 Vw /o(CT1,CT2)가 일치하도록 β 값을 조정한 결과이다. 열전 소자의 출력 신호는 수학식 21에 따라 (CT1-CT2)의 차이의 함수로 표시될 수 있는 구조를 가져야한다. 이를 위하여, 상기 열전 소자의 양면에 부착된 상부 복사판과 하부 복사판의 열질량은 동일하고 충분히 작아야한다.FIG. 7B shows a result of adjusting the value of? So that V (T h , T c ) and V w / o (CT1, CT2) coincide. The output signal of the thermoelectric element should have a structure that can be expressed as a function of the difference of (CT1-CT2) according to (21). To this end, the thermal masses of the upper and lower radiation plates attached to both sides of the thermoelectric element are identical and sufficiently small.

Vw /o(CT1,CT2)는 열풍기 내 공기의 공간 온도 분포(CT1-CT2) 때문에 발생하는 열전소자의 신호를 추정한 결과이다. Vw /o(CT1,CT2)의 잡음은 V(Th,Tc)의 잡음보다 크다. 하지만 두 신호가 잘 일치하고 있다. 그러므로 열풍기 내 공기의 공간온도분포 때문에 발생하는 열전소자의 출력 신호(V(Th,Tc))는 CT1 및 CT2 를 측정하고, β를 구하면, 제거될 수 있다. 따라서, 열전 소자가 측정 대상으로부터 복사열을 흡수하는 실제 측정 상황에서는 Vw /o(CT1,CT2)는 보정을 위하여 사용될 수 있다. V w / o (CT1, CT2 ) is a result obtained by estimating the signals of the thermal element are caused by the spatial temperature distribution (CT1-CT2) of the air yeolpunggi. The noise of V w / o (CT1, CT2) is greater than the noise of V (T h , T c ). But the two signals are in good agreement. Therefore, the output signal V (T h , T c ) of the thermoelectric element due to the spatial temperature distribution of the air in the hot air can be removed by measuring CT 1 and CT 2 and obtaining β. Therefore, in the actual measuring situation in which the thermoelectric element absorbs the radiant heat from the object to be measured V w / o (CT1, CT2 ) can be used for calibration.

한편, 열풍기의 내부의 온도가 변화는 상황에서도 CT1 및 CT2가 동일하게 유지되는 경우에는, 공간온도분포에 기인한 신호 보정이 요구되지 않을 수 있다.On the other hand, when CT1 and CT2 are kept the same even in a situation where the temperature inside the hot air is changed, signal correction due to the spatial temperature distribution may not be required.

이하, 측정 대상이 있는 경우의 열전소자의 출력 신호와 측정 대상의 복사 온도를 연결하는 교정이 설명된다.Calibration for connecting the output signal of the thermoelectric element and the radiation temperature of the measurement object when there is an object to be measured is described below.

도 8은 측정 대상이 있는 경우의 열전소자의 출력 신호를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing an output signal of the thermoelectric element when there is an object to be measured.

도 5 및 도 8을 참조하면, 측정 대상(130)이 열풍기(102) 내부에 배치되고, 열전 소자(140)의 냉접점판(147)은 상기 측정 대상(130)을 바라보도록 배치된다. 5 and 8, the measurement target 130 is disposed inside the hot air 102 and the cold junction plate 147 of the thermoelectric device 140 is disposed to face the measurement target 130. [

교정을 위하여, 온접점판의 온도(CT1)와 측정 대상의 복사 온도(CT3) 사이의 차이(CT1-CT3)가 시간에 따라 변경될 수 있다.For calibration, the difference (CT1-CT3) between the temperature (CT1) of the contact plate and the radiation temperature (CT3) of the measurement object can be changed with time.

예를 들어, 상기 측정 대상(130)의 복사 온도(CT3)는 특정한 온도(섭씨 20도)로 유지될 수 있다. 열풍기(102) 내의 대기 온도는 대략 섭씨 25도 간격으로 계단 형태로 시간에 따라 상승될 수 있다. 열풍기 내부의 온도를 변화시키면서, 온접점판의 온도(CT1), 냉접점판 주위의 대기 온도(CT2), 측정 대상의 복사 온도(CT3), 및 열전소자의 출력 신호(V(Th,Tc))가 측정된다. 열전 소자(140)의 출력 신호(V(Th,Tc))는 상기 측정 대상(130)으로부터의 복사열에 의한 기여 부분과 열풍기 내의 공간온도분포(CT1-CT2) 때문에 발생하는 기여 부분의 합으로 표시될 수 있다.For example, the radiation temperature CT3 of the measurement object 130 may be maintained at a specific temperature (20 degrees Celsius). The atmospheric temperature in the hot air 102 can be elevated in a stepwise fashion at intervals of approximately 25 degrees Celsius. The temperature CT1 of the on-contact plate, the ambient temperature CT2 around the cold junction plate, the radiation temperature CT3 of the measurement object and the output signal V ( Th , T c ) is measured. The output signal V (T h , T c ) of the thermoelectric element 140 is the sum of the contribution by the radiation from the measurement object 130 and the contribution of the space temperature distribution CT1-CT2 in the hot air . ≪ / RTI >

도 8a는 CT1과 CT3의 차이인 (CT1-CT3)를 시간에 따라 그린 그래프이다. 도 8b는 수학식 20을 사용하여 구한 Vw /o(CT1,CT2)을 나타내는 그래프이다. 여기서, β는 온도 공간 분포 교정을 통하여 구해진다. 구체적으로, β는 복사에 의한 효과를 억제하도록 흑색 페인트가 제거된 상태에서 측정될 수 있다. FIG. 8A is a graph of time (CT1-CT3) which is the difference between CT1 and CT3. 8B is a graph showing V w / o (CT1, CT2) obtained by using the equation (20). Here, β is obtained through temperature spatial distribution calibration. Specifically,? Can be measured with the black paint removed to suppress the effect of radiation.

또는, β는 흑색 페인트가 장착된 상태에서 구해질 수 있다. 복사만에 의한 상기 열전 소자의 신호는 (CT1-CT3)의 다항식으로 주어지므로, β를 조절하여, 수학식 19를 충족시킬 수 있다. 이렇게 구한 β와 도 7의 방법으로 구한 β는 거의 일치한다.Alternatively, beta can be obtained with a black paint mounted. Since the signal of the thermoelectric element by the copy only is given by the polynomial of (CT1-CT3), it is possible to satisfy the expression (19) by adjusting?. The obtained β and the β obtained by the method of FIG. 7 are almost the same.

도 8b를 참조하면, 시간에 따른 열전소자의 출력 신호(V(Th,Tc))와 시간에 따른 열전 소자의 공간 온도 분포에 의한 열전 소자의 신호(Vw /o(CT1,CT2))가 표시된다. [V(Th,Tc)-Vw /o(CT1,CT2)]가 시간에 따라 표시될 수 있다. [V(Th,Tc)-Vw/o(CT1,CT2)]는 도 8a를 이용하여 (CT1-CT3)축으로 표시될 수 있다.Referring to Figure 8b, the output signal (V (T h, T c )) of the thermal element in accordance with the time and the signal (V w / o (CT1, CT2 of the thermoelectric device according to the spatial temperature distribution of the thermal element in accordance with the time) ) Is displayed. The [V (T h, T c ) -V w / o (CT1, CT2)] may be displayed with time. [V (T h, T c ) -V w / o (CT1, CT2)] may be represented as (CT1-CT3) axis with reference to Fig 8a.

Th ~ CT1, Tac ~ CT2, 및 Tt ~ CT3로 근사하면, 수학식 19는 다음과 같이 주어질 수 있다.T h to CT 1, T ac to CT 2, and T t to CT 3, then equation (19) can be given as follows.

Figure 112013013336239-pat00022
Figure 112013013336239-pat00022

측정 대상(130)의 복사만에 의해 발생하는 열전소자의 신호(Vw(CT1,CT3))는 열전소자(140)의 실제 측정 신호(V(Th,Tc))에서 열풍기(102) 내의 공간온도분포(CT1-CT2) 때문에 발생하는 기여 부분(Vw /o(CT1,CT2))의 차이로 표시될 수 있다. Space in the measurement signal (V w (CT1, CT3)) of the thermal element caused by the radiation only in the target 130, the actual measurement signal of the thermal element (140), (V (Th, Tc)) yeolpunggi 102 in It may be represented by the difference between the contributions (V w / o (CT1, CT2)) caused by temperature distribution (CT1-CT2).

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 측정 대상의 복사 온도가 시간에 따라 변경되고, 상기 온접점판의 온도가 시간에 따라 거의 일정한 경우에도 위의 교정은 유사하게 적용될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the above calibration can be similarly applied even when the radiation temperature of the measurement object changes with time and the temperature of the on-contact plate is substantially constant with time.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 측정 대상의 복사 온도 및 상기 온접점판의 온도가 시간에 따라 변경되는 경우에도 위의 교정은 유사하게 적용될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the above calibration can be similarly applied even when the radiation temperature of the measurement object and the temperature of the on-contact plate are changed with time.

도 9는 도 8의 결과를 다시 그린 그래프이다.FIG. 9 is a graph again showing the result of FIG. 8. FIG.

도 9를 참조하면, x축은 (CT1-CT3)이고, y축은 V(Th,Tc) 또는 Vw(CT1,CT3)이다. Vw(CT1,CT3)은 (CT1-CT3)의 다차 다항식으로 곡선 맞춤되었다. Vw(CT1,CT3)은 수학식 21을 사용하여 구해졌다. 실선은 (CT1-CT3)에 대하여 다차 다항식(polynomial)로 곡선맞춤한 결과이다. 그 결과는 도 3과 동일한 경향을 보인다.Referring to Figure 9, the x-axis (CT1-CT3) and, y axis V (T h, T c) or V w (CT1, CT3). V w (CT1, CT3) was custom curve to the multiple order polynomial of (CT1-CT3). V w (CT1, CT3) was calculated using the expression (21). The solid line is a result of curve fitting to a polynomial with respect to (CT1-CT3). The results are the same as in FIG.

Vw(CT1,CT3)는 (CT1-CT3)에 대하여 1:1 대응한다. 따라서, Vw(CT1,CT3)의 값이 구해지는 경우, (CT1-CT3)의 값이 정해진다. CT1은 측정되므로, CT3의 값이 구해질 수 있다. 결국, 열전 소자가 열풍기 내에 공간온도분포(CT1-CT2)에 기인하여 기전력을 발생시키고, 측정 대상으로부터 복사열을 흡수하여 기전력을 발생시키는 상황에서, 각각의 성분을 분리하여 측정 대상의 복사 온도가 구해질 수 있다.V w (CT1, CT3) is 1 for (CT1-CT3): to-one correspondence. Therefore, the determined value of, (CT1-CT3) when the value of V w (CT1, CT3) is sought. Since CT1 is measured, the value of CT3 can be obtained. As a result, in a situation where the thermoelectric element generates an electromotive force due to the spatial temperature distribution (CT1-CT2) in the hot air and absorbs radiant heat from the object to be measured to generate an electromotive force, the respective components are separated, .

만약, (CT1-CT3)에 대한 V(Th,Tc)를 이용한다면, 측정 대상의 복사 온도(CT3)는 많은 에러를 포함할 수 있고, 일정한 V(Th,Tc)에 대하여 복수의 값이 존재할 수 있다.If a plurality About When using the V (T h, T c) for the (CT1-CT3), copying temperature (CT3) of the object to be measured may include a large error, a constant V (T h, T c) ≪ / RTI >

도 10은 도 9의 그래프의 축을 변경한 그래프이다.FIG. 10 is a graph in which the axis of the graph of FIG. 9 is changed.

도 10을 참조하면, 임의의 열전소자의 출려 신호가 발생하였을 때, 측정 대상의 복사 온도(CT3)를 알아내기 위해서는, x축은 Vw(CT1,CT3)이고, y축은 (CT1-CT3)인 그래프를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. (CT1-CT3)는 Vw의 값을 n차 다항식으로 곡선 맞춤될 수 있다. 구체적으로, (CT1-CT3)는 Vw의 값의 다차 다항식으로 곡선 맞춤될 수 있다. 따라서, Vw의 값이 결정되면, CT1-CT3이 결정될 수 있다. 또한, CT1은 측정된 값이므로, CT3가 결정될 수 있다.10, in order to find out when the chulryeo signal of any thermal element hayeoteul generation copy of the object to be measured temperature (CT3), x axis V w (CT1, CT3) is, y-axis (CT1-CT3) It may be desirable to use a graph. (CT1-CT3) may be a curve fitting the values of V w in n-dimensional polynomial. Specifically, (CT1-CT3) may be curve fit to the multiple order polynomial of the value V w. Therefore, when the value of V w determined, it can be determined CT1-CT3. Also, since CT1 is a measured value, CT3 can be determined.

위에서 설명한 바와 같이, 상기 비접촉식 온도 측정 장치의 교정이 요구된다. 상기 교정을 위한 별도의 교정 장치가 이하 설명된다.As described above, the calibration of the noncontact temperature measuring device is required. A separate calibration device for the calibration will be described below.

측정 대상의 온도는 열풍기의 온도 또는 오븐의 온도보다 낮을 수 있다. 또한, 열풍기의 온도는 섭씨 50 도 내지 섭씨 350도 정도이다. 따라서, 이러한 환경을 조성하기 위하여, 교정 장치는 열풍을 생성하거나 대기의 온도를 증가시킬 수 있는 오븐을 요구한다. 또한, 온도 기준판은 측정 대상을 모사한다. 상기 온도 기준판의 온도는 칠러에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 상기 온도 기준판의 온도를 측정하기 위한 접촉식 온도계가 필요하다.The temperature of the measurement object may be lower than the temperature of the hot air or the temperature of the oven. The temperature of the hot air is about 50 degrees Celsius to about 350 degrees Celsius. Thus, in order to create such an environment, the calibration apparatus requires an oven capable of generating hot air or increasing the temperature of the atmosphere. Also, the temperature reference plate simulates the measurement object. The temperature of the temperature reference plate can be controlled by a chiller. Further, a contact type thermometer for measuring the temperature of the temperature reference plate is required.

측정 대상은 통상적으로 섬유이고, 물기가 있는 섬유의 복사율은 0.9 이상일 수 있다. 따라서, 상기 측정 대상의 복사율을 모사할 수 있는 상기 온도 기준판이 요구된다. 상기 온도 기준판의 복사율은 재질 또는 형상을 변경하여 다양하게 변경될 수 있다.The object to be measured is usually fiber, and the emissivity of the watery fiber may be 0.9 or more. Therefore, the temperature reference plate capable of simulating the radiation rate of the measurement object is required. The radiation rate of the temperature reference plate can be variously changed by changing the material or shape.

상기 교정 장치는 온도 기준판의 복사 온도를 시간에 따라 거의 일정하게 유지시키고, 오븐의 온도를 시간에 따라 변경시킬 수 있다. 동시에, 교정될 비접촉식 온도 측정 장치의 열전 소자의 온접점판의 온도와 열전 소자의 출력 신호를 측정하고, 온도 기준판의 온도를 측정할 수 있다. 수학식 19 내지 21을 사용하여, 온접점판의 온도와 온도 기준판의 온도 차이에 따른 복사열에 의한 열전 소자의 신호의 특성 곡선이 추출될 수 있다. The calibrator can maintain the radiation temperature of the temperature reference plate substantially constant over time and change the temperature of the oven over time. At the same time, the temperature of the contact point plate of the thermoelectric element and the output signal of the thermoelectric element of the noncontact temperature gauge to be calibrated can be measured, and the temperature of the temperature reference plate can be measured. Using the equations (19) to (21), a characteristic curve of the signal of the thermoelectric element due to the radiant heat according to the temperature difference between the temperature of the on-contact plate and the temperature reference plate can be extracted.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 온도 측정기의 교정 시험장치를 설명하는 도면이다.11 is a view for explaining a calibration test apparatus of a non-contact temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 12는 도 11의 온도 기준판을 설명하는 평면도이다.12 is a plan view for explaining the temperature reference plate of Fig.

도 13은 도 12의 온도 기준판의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.13 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of the temperature reference plate of Fig.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 비접촉식 온도계 교정 장치(200)는 내부에 교정될 비접촉식 온도계(240)가 장착되고 내부의 대기 온도를 조절하는 오븐(202), 상기 오븐(202) 내부에 장착되고 온도를 조절하는 온도 기준판(230), 상기 온도 기준판(230)에 냉매를 제공하는 칠러(Chiller;204), 및 상기 비접촉식 온도계(240)의 온접접판의 온도(CT1)과 상기 온도 기준판의 온도(CT3)의 차이에 따른 복사열에 의한 열전 소자의 특성 곡선을 추출하는 교정 처리부(290)를 포함한다. 상기 비접촉식 온도계(240)는 상기 온도 기준판(230)의 일면을 바라보도록 장착된다.11 to 13, the non-contact type thermometer calibration apparatus 200 includes an oven 202 to which an in-contact thermometer 240 to be calibrated is mounted, and which adjusts an ambient temperature of the inside of the oven 202, A chiller 204 for providing a coolant to the temperature reference plate 230 and a temperature CT1 of an on-contact plate of the contactless thermometer 240 and a temperature reference And a calibration processing unit 290 for extracting a characteristic curve of the thermoelectric element by the radiant heat according to the difference of the temperature CT3 of the plate. The noncontact thermometer 240 is mounted so as to face one side of the temperature reference plate 230.

비접촉식 온도계(240)는 온접점판(141), 냉접점판(147), 및 상기 온접점판(141)과 상기 냉접점판(147) 사이에 개재된 PN 열전 구조체(144)를 포함하는 열전 소자(140), 측정 대상(130)에서 복사되는 복사 에너지를 흡수하여 흡수한 복사 에너지를 상기 냉접점판(147)에 전달하도록 상기 냉접점판(147) 하부에 배치된 흑색 페인트(153), 상기 온접점판(151)의 온도를 측정하는 상부 온도계(161), 및 상기 냉접점판(147) 주위의 대기 온도를 측정하는 하부 온도계(162)를 포함한다. 신호 처리부(190)는 상기 측정 대상(130)의 복사열을 흡수한 상태에서 상기 열전 소자(140)의 출력 신호(V)에서 상기 상부 온도계(161)의 출력 신호(CT1) 및 상기 하부 온도계(162)의 출력 신호(CT2)를 이용하여 공간 온도 분포에 기인한 신호를 제거하여 상기 측정 대상의 복사 온도를 추출한다. The noncontact thermometer 240 includes a thermoelectric conversion element 144 including an on-contact plate 141, a cold-contact plate 147, and a PN thermoelectric structure 144 interposed between the on-contact plate 141 and the cold- A black paint 153 arranged at a lower portion of the cold junction plate 147 for transmitting radiant energy radiated from the measurement target 130 to the cold junction plate 147, An upper thermometer 161 for measuring the temperature of the on contact plate 151 and a lower thermometer 162 for measuring the ambient temperature around the cold contact plate 147. The signal processing unit 190 detects the output signal CT1 of the upper thermometer 161 and the output signal CT1 of the lower thermometer 162 from the output signal V of the thermoelectric element 140, The signal due to the spatial temperature distribution is removed and the radiation temperature of the measurement object is extracted.

교정을 위하여, 비접촉식 온도계(240)에서 상기 신호 처리부(190)가 제거된 상태에서, 온접점판의 온도(CT1)와 온도 기준판의 온도(CT3)의 차이(CT1-CT3)에 따른 복사열에 의한 열전 소자의 특성 곡선이 추출되고, 상기 특성 곡선이 상기 신호 처리부(190)의 메모리에 저장되어 사용될 수 있다.In the state where the signal processing unit 190 is removed from the non-contact thermometer 240, the radiation heat corresponding to the difference (CT1-CT3) between the temperature CT1 of the ON contact plate and the temperature CT3 of the temperature reference plate And the characteristic curve can be stored in the memory of the signal processing unit 190 and used.

상기 오븐(202)은 열풍을 제공하는 방식 또는 직접 대기를 가열하는 방식을 사용할 수 있다. 상기 오븐(202)의 온도는 설정된 방식으로 오븐 온도 조절부(206)에 의하여 조절될 수 있다. 상기 오븐 내부에는 선반(207)이 배치되고, 상기 선반(207)에 비접촉식 온도계(240)가 장착될 수 있다.The oven 202 may use a method of providing hot air or a method of directly heating the atmosphere. The temperature of the oven 202 may be controlled by the oven temperature controller 206 in a predetermined manner. A shelf 207 is disposed in the oven and a noncontact thermometer 240 may be mounted on the shelf 207.

상기 오븐(202)의 내부에는 배선부(208)가 배치된다. 복수의 상기 비접촉식 온도계(240)가 상기 오븐 내부에 장착되는 경우, 상기 비접촉식 온도계(240)의 신호들(CT1, CT2,V)들은 상기 배선부(208)를 통하여 외부의 교정 처리부(290)에 연결된다.A wiring portion 208 is disposed inside the oven 202. When a plurality of the noncontact thermometers 240 are mounted in the oven, the signals CT1, CT2, and V of the noncontact thermometer 240 are supplied to the external calibration processing unit 290 through the wiring unit 208 .

온도 기준판(230)은 측정 대상 대신에 교정을 위한 온도 및 복사율의 기준으로 사용될 수 있다. 복사율을 증가시키기 위하여, 상기 온도 기준판(230)의 표면은 원뿔모양 또는 다각 뿔 형상을 가지도록 처리될 수 있다. 표면 처리된 상기 온도 기준판(230)은 흑색 페인트(232)로 코팅될 수 있다.The temperature reference plate 230 can be used as a reference for the temperature and the radiation rate for calibration instead of the measurement object. In order to increase the emissivity, the surface of the temperature reference plate 230 may be processed to have a conical shape or a polygonal conical shape. The surface-treated temperature reference plate 230 may be coated with a black paint 232.

섬유 열처리기에서 축축한 섬유의 복사율은 수분이 많아 흑색 페인트의 복사율보다 높을 수 있다. 상기 온도 기준판(230)의 복사율을 증가시키기 위하여, 상기 온도 기준판의 일면은 표면이 다각뿔 또는 원뿔의 둘레에 홈을 좁게 내어 복사율을 높게 할 수 있다. 상기 온도 기준판의 일면은 골의 각도가 30도 이하인 사각뿔 모양으로 가공되어, 복사열이 가능한 많이 흡수되도록 사각뿔 모양으로 설계될 수 있다. 고복사율 흑색 페인트(232)로 코팅하면, 온도 기준판(230)의 일면의 복사율은 섬유의 복사율과 비슷할 수 있다. 따라서 비접촉식 온도 측정 장치가 장착될 섬유 온도측정기에서 추가적인 보정이 제거될 수 있다.In a fiber heat treatment machine, the emissivity of the damp fibers may be higher than the emissivity of the black paint due to the high water content. In order to increase the emissivity of the temperature reference plate 230, one surface of the temperature reference plate may have a surface with a narrow circumference of polygonal horns or cones to increase the emissivity. One side of the temperature reference plate is processed into a quadrangular pyramid shape having an angle of 30 degrees or less, so that the quadrangular pyramid shape can be designed so that much radiation heat can be absorbed. When coated with the high emissivity black paint 232, the emissivity of one side of the temperature reference plate 230 may be similar to the emissivity of the fiber. Therefore, additional correction may be removed from the fiber temperature meter to which the non-contact temperature measuring device is to be mounted.

상기 온도 기준판(230)의 타면에는 일방향으로 나란히 연장되는 구리관(233)이 전부 또는 일부 매설될 수 있다. 상기 온도 기준판(230)의 타면에는 나란히 진행하는 복수의 트렌치가 형성될 수 있다. 상기 트렌치에 상기 구리관(233)이 삽입되고, 가장자리의 구리관은 구부러져 다시 이웃한 트렌치에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 상기 구리관(233)은 구불구불한(serpentine) 형태를 가질 수 있다. 상기 구리관(233)은 상기 온도 기준판(230)의 온도가 균일하도록 가능한 간격을 좁게 배치될 수 있다. 상기 구리관(233)과 상기 온도 기준판(230)은 은납 용접될 수 있다. 이에 따라, 상기 구리관(233)과 상기 온도 기준판(230) 사이의 열전도율이 향상될 수 있다. 상기 구리관의 양단은 상기 칠러(204)에 연결될 수 있다. A copper pipe 233 extending in one direction may be entirely or partially embedded in the other surface of the temperature reference plate 230. A plurality of trenches may be formed on the other surface of the temperature reference plate 230. The copper tube 233 is inserted into the trench, and the copper tube at the edge can be bent and inserted into the neighboring trench again. Accordingly, the copper tube 233 may have a serpentine shape. The copper tube 233 may be arranged as narrow as possible so that the temperature of the temperature reference plate 230 is uniform. The copper tube (233) and the temperature reference plate (230) can be welded by silver soldering. Accordingly, the thermal conductivity between the copper tube 233 and the temperature reference plate 230 can be improved. Both ends of the copper pipe may be connected to the chiller 204.

상기 온도 기준판(230)의 타면 중심에는 홈이 형성될 수 있다. 접촉식 온도계 센서(234)는 상기 홈에 삽입되어 상기 온도 기준판(230)의 온도를 측정할 수 있다. 상기 접촉식 온도계(234)는 저항식, 열전대, 또는 써미스터 일 수 있다.  A groove may be formed at the center of the other surface of the temperature reference plate 230. The contact type thermometer sensor 234 can be inserted into the groove and measure the temperature of the temperature reference plate 230. The contact thermometer 234 may be a resistor, a thermocouple, or a thermistor.

칠러(204)는 냉매를 상기 온도 기준판(230)에 공급하여 상기 온도 기준판(230)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 상기 칠러(204)의 냉매 유속이 빠를수록 상기 기준온도판(230)의 설정온도는 빨리 도달할 수 있다. 하지만, 냉매 유속이 느리면, 상기 온도 기준판(230)은 상기 오븐(202) 내의 높은 실내온도에 영향을 받는다. 이에 따라, 상기 칠러(204)는 상기 온도 기준판의 온도를 제어하지 못한다. 또한 상기 칠러(204)의 냉매 저장조의 용량이 클수록, 상기 온도 기준판(230)의 온도는 안정적으로 유지될 수 있다. 만약 칠러의 설정온도가 실온보다 낮을 경우, 온도 조절이 잘 되지 않으면 수돗물을 연결하여 사용하면 도움이 될 수 있다.The chiller 204 may supply the refrigerant to the temperature reference plate 230 to maintain the temperature of the temperature reference plate 230 constant. The higher the refrigerant flow rate of the chiller 204, the faster the set temperature of the reference temperature plate 230 can reach. However, if the refrigerant flow rate is slow, the temperature reference plate 230 is affected by the high room temperature in the oven 202. Accordingly, the chiller 204 can not control the temperature of the temperature reference plate. Further, the temperature of the temperature reference plate 230 can be stably maintained as the capacity of the refrigerant storage tank of the chiller 204 is increased. If the set temperature of the chiller is lower than the room temperature, if the temperature is not adjusted properly, it may be helpful to connect tap water.

상기 온도 기준판(230)의 온도는 상기 칠러(204)를 이용하여 조절될 수 있다. 상기 칠러(204)의 냉매는 물, 알콜, 또는 오일일 수 있다. 상기 냉매의 종류는 온도 영역별로 선택될 수 있다. 상기 기준 온도판(230)의 온도는 섭씨 25 도 내지 섭씨 210 도의 범위에서 조절될 수 있다. 또한, 상기 오븐의 온도는 섭씨 100도 내지 섭씨 350 도의 범위에서 조절될 수 있다. 상기 칠러(202)는 설정온도를 유지하도록 냉매를 순환하거나, 또는 상기 온도 기준판의 온도를 입력신호로 제공받아 상기 냉매를 순환시킬 수 있다.The temperature of the temperature reference plate 230 may be adjusted using the chiller 204. The refrigerant in the chiller 204 may be water, alcohol, or oil. The type of the refrigerant may be selected for each temperature region. The temperature of the reference temperature plate 230 may be adjusted in a range of 25 degrees Celsius to 210 degrees Celsius. In addition, the temperature of the oven can be adjusted in the range of 100 deg. C to 350 deg. The chiller 202 can circulate the refrigerant to maintain the set temperature or the temperature of the temperature reference plate as an input signal to circulate the refrigerant.

교정을 위하여, 상기 교정 장치(200)에 신호처리부(190)가 제거된 비접촉식 온도계(240)가 장착된다. 상기 교정 장치에서, 오븐 내 공기의 공간 온도 분포(CT1-CT2) 때문에 발생하는 열전소자의 신호를 측정하기 위하여, 상기 온도 기준판(230)은 제거될 수 있다.  For calibration, a noncontact thermometer 240, from which the signal processing unit 190 is removed, is mounted on the calibration apparatus 200. In the calibration apparatus, the temperature reference plate 230 can be removed to measure the signal of the thermoelectric element generated due to the spatial temperature distribution (CT1-CT2) of the air in the oven.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 오븐(202)의 온도는 제1 설정온도(예를 들어, 섭씨 75도)에서 제2 설정 온도(예를 들어, 섭씨 100도)도 상승하도록 제어된다. 동시에, 온접점판의 온도(CT1)와 냉점접판 주위의 온도(CT2)가 측정된다. 또한, 열전소자의 출력 신호가 측정된다. 교정 처리부(290)는 측정된 출력 신호를 수학식 20을 사용하여 피팅할 수 있다. 이에 따라, β가 추출될 수 있다.7A and 7B, the temperature of the oven 202 is controlled to rise at a second set temperature (e.g., 100 degrees Celsius) at a first set temperature (e.g., 75 degrees Celsius). Simultaneously, the temperature (CT1) of the on-contact plate and the temperature (CT2) around the cold junction are measured. Further, the output signal of the thermoelectric element is measured. The calibration processing unit 290 can fit the measured output signal using Equation (20). Thus,? Can be extracted.

이어서, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 교정 장치에 신호처리부가 제거된 비접촉식 온도계(240)가 장착된다. 상기 교정 장치에 상기 온도 기준판(230)이 장착된다. 상기 온도 기준판(230)의 온도는 기준 온도(예를 들어 섭씨 50도)로 설정되고, 칠러(204)가 상기 기준 온도를 유지하도록 동작된다. Next, referring to FIGS. 8A and 8B, the non-contact thermometer 240 in which the signal processing unit is removed is mounted on the calibration apparatus. The temperature reference plate 230 is mounted on the calibration apparatus. The temperature of the temperature reference plate 230 is set to a reference temperature (for example, 50 degrees Celsius), and the chiller 204 is operated to maintain the reference temperature.

이어서, 상기 오븐의 내부 온도는 순차적으로 일정한 온도 차이를 유지하면서 증가될 수 있다. 예를 들어, 처음 내부 온도는 섭씨 50도로 설정되고, 4000초 지난 후에 75도로 설정되고, 다음 4000초 후에는 섭씨 75도로 설정되고, 다음 4000초 후에는 섭씨 100도로 설정되고, 다음 4000초 후에는 섭씨 125도로 설정되고, 다음 4000초 후에는 섭씨 150도로 설정될 수 있다. 상기 온접접판의 온도(CT1)과 온도 기준판의 온도(CT3)가 측정될 수 있다. 또한, 열전 소자의 출력 신호가 측정될 수 있다. 교정 처리부(290)는 수학식 20 및 위에 구한 β를 사용하여, 복사열에 의한 열전 소자의 신호를 추출할 수 있다.Subsequently, the internal temperature of the oven may be increased sequentially while maintaining a constant temperature difference. For example, the initial internal temperature is set at 50 degrees Celsius, set at 75 degrees after 4000 seconds, set at 75 degrees Celsius for the next 4000 seconds, set at 100 degrees Celsius for the next 4000 seconds, It may be set at 125 degrees Celsius and set at 150 degrees Celsius in the next 4000 seconds. The temperature CT1 of the on-contact plate and the temperature CT3 of the temperature reference plate can be measured. Further, the output signal of the thermoelectric element can be measured. The calibration processing unit 290 can extract the signal of the thermoelectric element by the radiant heat using Equation 20 and?

도 10을 참조하면, 교정 처리부(290)는 상기 온접접판의 온도(CT1)과 온도 기준판의 온도(CT3)의 차이에 따른 복사열에 의한 열전 소자의 특성 곡선을 추출할 수 있다. 상기 특선 곡선은 상기 신호 처리부(190)의 메모리에 저장될 수 있다.Referring to FIG. 10, the calibration processing unit 290 can extract the characteristic curves of the thermoelectric elements by the radiant heat according to the difference between the temperature (CT1) of the thermocouple plate and the temperature (CT3) of the temperature reference plate. The special curve may be stored in the memory of the signal processor 190.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 기준판을 설명하는 평면도이다.14 is a plan view illustrating a temperature reference plate according to another embodiment of the present invention.

도 15는 도 14의 온도 기준판의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.15 is a sectional view taken along line II-II 'of the temperature reference plate of FIG.

도 14 및 도 15를 참조하면, 온도 기준판(230)은 평판 구조일 수 있다. 복사율을 증가시키기 위하여, 상기 평판(230)에 고흡수율 흑색 페인트(232)가 코팅될 수 있다.14 and 15, the temperature reference plate 230 may be a flat plate structure. In order to increase the emissivity, a high absorption black paint 232 may be coated on the flat plate 230.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.

140: 열전 소자
151: 상부 복사판
152: 하부 복사판
130: 측정 대상
190: 신호처리부
161: 상부 온도계
162: 하부 온도계
102: 열풍기
200: 교정 장치
230: 온도 기준판
290: 교정 처리부
204: 칠러140: thermoelectric element
151: upper copy plate
152: lower copy plate
130: Measurement target
190: Signal processor
161: Top Thermometer
162: Lower thermometer
102: heat wind
200: Calibration device
230: Temperature reference plate
290: Calibration processing section
204: Chiller

Claims (5)

내부에 교정될 비접촉식 온도계가 장착되고 내부의 대기 온도를 조절하는 오븐;
상기 오븐 내부에 장착되고 온도를 조절하는 온도 기준판;
상기 온도 기준판에 냉매를 제공하는 칠러(Chiller); 및
상기 비접촉식 온도계의 온접접판의 온도(CT1)과 상기 온도 기준판의 온도(CT3)의 차이에 따른 복사열에 의한 열전 소자의 특성 곡선을 추출하는 교정 처리부를 포함하고,
상기 비접촉식 온도계는 상기 온도 기준판의 일면을 바라보도록 장착되고,
상기 온도 기준판의 일면은 원뿔 형상 또는 다각뿔 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도계 교정 장치.An oven equipped with a noncontact thermometer to be calibrated therein and regulating an ambient air temperature therein;
A temperature reference plate mounted inside the oven and regulating the temperature;
A chiller for providing a refrigerant to the temperature reference plate; And
And a calibration processing unit for extracting a characteristic curve of the thermoelectric element by the radiant heat in accordance with the difference between the temperature (CT1) of the contact plate of the non-contact type thermometer and the temperature (CT3) of the temperature reference plate,
The noncontact type thermometer is mounted so as to face the one side of the temperature reference plate,
Wherein one surface of the temperature reference plate has a conical shape or a polygonal pyramid shape. 제1 항에 있어서,
상기 온도 기준판의 일면은 페인트로 코팅된 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도계 교정 장치.The method according to claim 1,
Wherein one side of the temperature reference plate is coated with paint. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 온도 기준판의 타면에는 일방향으로 나란히 연장되는 구리관이 전부 또는 일부 매설되고,
상기 구리관은 상기 칠러에 연결되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도계 교정 장치.The method according to claim 1,
A copper pipe extending in one direction is embedded in the other surface of the temperature reference plate,
And the copper tube is connected to the chiller. 제1 항에 있어서,
상기 온도 기준판에는 접촉식 온도 센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도계 교정 장치.The method according to claim 1,
And a contact type temperature sensor is mounted on the temperature reference plate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06117938A (en) * 1992-10-08 1994-04-28 Fujitsu Ltd Temperature controlling device for reference black body
JP2004151038A (en) * 2002-10-31 2004-05-27 Kett Electric Laboratory Stoving type infrared moisture meter

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