KR101643767B1 - Thermal Diffusivity Measuring Apparatus and Measuring Method of the same - Google Patents

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    • 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

Abstract

본 발명의 열확산도 측정 장치 및 열확산도 측정방법을 제공한다. 이 열확산도 측정 장치는 평판 형상의 시료를 국부적으로 가열하도록 주기적으로 단속되는 빛을 제공하는 광원; 상기 시료와 상기 광원 사이에 배치되어 상기 시료의 상부면 일부를 빛에 노출하고 상기 시료의 상부면 잔부를 빛으로부터 차단하는 빛 가리개; 상기 시료의 하부면에서 상기 시료의 길이 방향으로 이격되어 배치되어 상기 시료의 온도를 각각 측정하는 한 쌍의 온도 측정부; 및 상기 온도 측정부로부터 측정된 온도를 제공받아 열확산도를 산출하는 제어부를 포함한다.A thermal diffusivity measuring apparatus and a thermal diffusivity measuring method of the present invention are provided. The thermal diffusivity measuring apparatus comprises: a light source providing light periodically interrupted so as to locally heat a plate-shaped sample; A light shield disposed between the sample and the light source to expose a part of the upper surface of the sample to light and shield the remaining portion of the upper surface of the sample from light; A pair of temperature measuring units arranged on the lower surface of the sample in the longitudinal direction of the sample to measure the temperature of the sample; And a controller for receiving the measured temperature from the temperature measuring unit and calculating the thermal diffusivity.

Description

열확산도 측정 장치 및 열확산도 측정 방법{Thermal Diffusivity Measuring Apparatus and Measuring Method of the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermal diffusivity measuring apparatus and a thermal diffusivity measuring method,

본 발명은 주기적 광가열법에 의한 열확산도 측정 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 적어도 두 위치에서 시료 온도를 측정하여 열확산도를 측정하는 열확산도 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring thermal diffusivity by a periodic optical heating method, and more particularly, to a thermal diffusivity measuring apparatus for measuring a sample temperature at at least two positions to measure a thermal diffusivity.

통상적인 주기적 광가열법에 의한 열확산도 측정장치는 시료 한 쪽에 이동이 가능한 주기적 열을 가하면서 이동거리에 따른 온도의 시간적 반응을 록인 증폭기(lock-in Amplifier)로 측정하고, 록인 증폭기의 출력 신호를 이용하여 열확산도가 얻어질 수 있다. 주기적인 가열을 위하여, 연속적으로 조사되는 광원의 출력광은 광학 쵸퍼(optical chopper)를 이용하여 주기적인 광으로 변경된다. 이에 따라, 주기적인 광은 시료의 한 부분에 조사된다. 상기 광원과 상기 광학 쵸퍼의 위치를 변경하여, 상기 시료의 광 조사 부위가 변경된다.A thermal diffusivity measuring device using a periodic photothermographic method measures a temporal response of a temperature according to a moving distance with a lock-in amplifier while applying a periodic heat to move the sample to one side, The thermal diffusivity can be obtained. For periodic heating, the output light of the continuously illuminated light source is changed to periodic light using an optical chopper. Thus, the periodic light is irradiated on a part of the sample. The positions of the light source and the optical chopper are changed to change the light irradiation area of the sample.

따라서, 종래의 방식은 록인 증폭기와 같은 고가의 장비가 필요하고, 광학 쵸퍼는 많은 공간을 차지한다. 또한, 광학 쵸퍼 및 광원의 정밀한 이동을 위하여 안정적인 스테이지가 요구된다. 따라서, 종래의 열확산도 측정장치는 휴대하기 어렵다. Therefore, the conventional method requires expensive equipment such as a lock-in amplifier, and the optical chopper takes up a lot of space. In addition, a stable stage is required for precise movement of the optical chopper and the light source. Therefore, the conventional thermal diffusivity measuring apparatus is difficult to carry.

종래의 열확산도 측정장치는 시료 한 쪽에 이동이 가능한 주기적 열을 제공하면서, 이동거리에 따른 온도의 시간적 반응을 록인 증폭기로 측정하여 그로부터 열확산도를 얻는다. 따라서, 종래의 열확산도 측정장치는 많은 공간을 차지하며, 고가의 장비를 이용하고, 또한 광원의 움직임이 멈춘 후에 계산하는 것이 일반적이므로 측정시간이 많이 걸린다. The conventional thermal diffusivity measuring apparatus provides a periodic heat that can move to one side of the sample while measuring the temporal reaction of the temperature according to the moving distance with a lock-in amplifier to obtain thermal diffusivity therefrom. Therefore, the conventional thermal diffusivity measuring apparatus takes a lot of space, requires high-priced equipment, and is generally calculated after the movement of the light source stops.

따라서, 휴대가 가능하면도 쉽게 측정할 수 있는 열확산도 측정 장치가 요구된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 장치는 컴퓨터, DAQ(Data Auquisition) 모듈 및 상기 컴퓨터에서 실행되는 곡선 맞춤소프트웨어를 이용하여 열확산도를 쉽게 구할 수 있다.Therefore, there is a demand for a thermal diffusivity measuring device which can easily measure even if it is portable. The thermal diffusivity measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention can easily obtain thermal diffusivity by using a computer, a DAQ (Data Acquisition) module, and curve fitting software executed in the computer.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 휴대 가능하고 간편한 열확산도 측정 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a portable and simple thermal diffusivity measuring apparatus.

본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 장치는 평판 형상의 시료를 국부적으로 가열하도록 주기적으로 단속되는 빛을 제공하는 광원; 상기 시료와 상기 광원 사이에 배치되어 상기 시료의 상부면 일부를 빛에 노출하고 상기 시료의 상부면 잔부를 빛으로부터 차단하는 빛 가리개; 상기 시료의 하부면에서 상기 시료의 길이 방향으로 이격되어 배치되어 상기 시료의 온도를 각각 측정하는 한 쌍의 온도 측정부; 및 상기 온도 측정부로부터 측정된 온도를 제공받아 열확산도를 산출하는 제어부를 포함한다.The apparatus for measuring thermal diffusivity according to an embodiment of the present invention includes: a light source for periodically interrupting light to locally heat a plate-shaped sample; A light shield disposed between the sample and the light source to expose a part of the upper surface of the sample to light and shield the remaining portion of the upper surface of the sample from light; A pair of temperature measuring units arranged on the lower surface of the sample in the longitudinal direction of the sample to measure the temperature of the sample; And a controller for receiving the measured temperature from the temperature measuring unit and calculating the thermal diffusivity.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시료의 양단을 지지하는 시료 상자; 상기 시료 상자의 내부에서 상기 시료의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되고 상기 한 쌍의 온도 측정부와 정렬될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a sample box supporting both ends of the sample; And are arranged apart from each other in the longitudinal direction of the sample inside the sample box and can be aligned with the pair of temperature measuring units.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 빛 가리개는 그 하부면에 상기 온도 측정부에 대응하는 위치에 각각 배치되어 상기 시료를 압박하는 한 쌍의 돌출부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light shield may further include a pair of protrusions disposed on a lower surface of the light shield, the protrusions being disposed at positions corresponding to the temperature measuring unit and pressing the sample.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부로부터 제어신호를 제공받고, 한 쌍의 온도 측정부에 연결되어 제1 온도와 제2 온도를 획득하는 신호 획득부; 및 상기 신호 획득부의 아날로그 출력단자로부터 주기적 단속 신호를 제공받아 상기 광원을 제어하는 광원 구동부를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the signal acquisition unit may include a signal acquisition unit that receives a control signal from the control unit and is connected to the pair of temperature measurement units to acquire a first temperature and a second temperature; And a light source driver for receiving the periodic intermittent signal from the analog output terminal of the signal acquisition unit and controlling the light source.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 빛 가리개는 상기 시료 상자의 뚜껑일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light shield may be a lid of the sample box.

본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 방법은 평판 형상의 시료에 소정의 주파수를 가지고 주기적으로 단속되는 빛을 국부적으로 제공하여 가열하는 단계; 빛을 제공받지 않는 부위에서 상기 시료의 길이 방향으로 일정 간격으로 이격된 제1 위치 및 제2 위치에서 상기 시료의 제1 온도 및 제2 온도를 실시간으로 측정하는 단계; 상기 제1 온도를 시간에 따라 제1 사인 함수로 피팅하는 단계; 상기 제2 온도를 시간에 따라 제2 사인 함수로 피팅하는 단계; 및 상기 제1 사인 함수의 진폭과 상기 제2 사인 함수의 진폭을 이용하여 열확산도를 산출하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of measuring thermal diffusivity, comprising: locally providing and heating a light periodically interrupted with a predetermined frequency to a flat plate sample; Measuring in real time a first temperature and a second temperature of the sample at a first position and a second position spaced at regular intervals in a longitudinal direction of the sample at a portion where no light is provided; Fitting the first temperature to a first sinusoidal function over time; Fitting the second temperature to a second sinusoidal function over time; And calculating a thermal diffusivity using the amplitude of the first sine function and the amplitude of the second sine function.

기존의 방법은 주기적 광원 또는 시료가 움직임으로 길이에 따른 온도를 lock-in으로 측정Conventional methods use a periodic light source or sample movement to measure the temperature along the length as a lock-in

제안하는 방법은 광원과 시료가 고정되어있고 시료의 두 점에 온도센서를 부착하여 그 온도의 시간적 변화를 DAQ로 측정 실시간 분석하여 열확산도를 쉽게 측정하게함In the proposed method, a light source and a sample are fixed, and a temperature sensor is attached to two points of the sample, and a temporal change of the temperature is measured by a DAQ to make it easy to measure the thermal diffusivity by real-

시료의 손 쉬운 장착, 소형으로 휴대 가능, 안정성을 겸비하므로 산업체 등 현장에서 사용이 수월함. Easy to mount, compact, portable and stable, it can be used in the field of industry.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 3은 도 2의 열확산도 측정 장치의 시료 상자를 설명하는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 방법에 의하여 산출된 데이터를 설명하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열활산도 측정 장치를 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an operation principle of a thermal diffusivity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a thermal diffusivity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a sample box of the thermal diffusivity measuring apparatus of FIG.
FIGS. 4A to 4E are views for explaining data calculated by the method of measuring thermal diffusivity according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a thermal ramp measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 장치는 다음과 같은 점에서 종래의 장치와 차별화된다. 본 발명에는 광학 쵸퍼와 록인 증폭기가 없다. 광학 쵸퍼 대신에 광원 자체를 주기적으로 펄스 동작시킨다. 종래의 장치는 한 점에서 온도 변화 추이를 측정하나, 본 발명은 두 점에서 온도 변화 추이를 측정한다. 또한, 종래의 장치는 록인 증폭기를 사용하나, 본 발명은 피팅 프로그램을 이용한다. 종래의 장치는 가열 위치를 이동시키나, 본 발명은 가열 위치를 이동시키지 않는다. 종래의 발명은 이동 후 다시 측정하므로 많은 측정 시간을 요구하나, 본 발명은 한 번의 측정으로 충분하다.The apparatus for measuring thermal diffusivity according to an embodiment of the present invention is distinguished from the conventional apparatus in the following points. There is no optical chopper and lock-in amplifier in the present invention. Instead of the optical chopper, the light source itself is periodically pulsed. The conventional device measures the temperature change trend at one point, but the present invention measures the temperature change trend at two points. In addition, although the conventional apparatus uses a lock-in amplifier, the present invention uses a fitting program. The conventional apparatus moves the heating position, but the present invention does not move the heating position. Since the conventional invention measures again after movement, it takes a lot of measurement time, but the present invention is sufficient for one measurement.

본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 장치는 시료 한 쪽에 일정한 주기를 가지는 펄스 광을 조사하고, 시료의 두 위치에 각각 배치된 두 개의 온도센서로 온도 변화 추이를 측정하고, 온도 변화 추이를 데이터 획득부(Data Aqusitiion Board)를 이용하여 디지털 신호로 변환하고, 컴퓨터의 피팅 프로그램은 싸인 함수로 각각의 온도 변화 추이를 피팅하고, 피팅된 사인 함수의 진폭을 이용하여 열확산도를 산출한다.The apparatus for measuring thermal diffusivity according to an embodiment of the present invention irradiates pulse light having a constant period to one side of a sample and measures the temperature change with two temperature sensors disposed at two positions of the sample, A data acquisition unit (Data Acquisition Board) is used to convert the digital signal into a digital signal. The fitting program of the computer fittings the respective temperature change trends with the sine function and calculates the thermal diffusivity using the amplitude of the fitted sine function.

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 열확산도 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 개념도이다. FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an operation principle of a thermal diffusivity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 열확산도 측정 장치(100)는 평판 형상의 시료(10)를 국부적으로 가열하도록 주기적으로 단속되는 빛을 제공하는 광원(110), 상기 시료(10)와 상기 광원(110) 사이에 배치되어 상기 시료(10)의 상부면 일부를 빛에 노출하고 상기 시료(10)의 상부면 잔부를 빛으로부터 차단하는 빛 가리개(120), 상기 시료(10)의 하부면에서 상기 시료(10)의 길이 방향으로 이격되어 배치되어 상기 시료의 온도를 각각 측정하는 한 쌍의 온도 측정부(130), 및 상기 온도 측정부(130)로부터 측정된 온도를 제공받아 열확산도를 산출하는 제어부(170)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a thermal diffusivity measuring apparatus 100 includes a light source 110 for periodically interrupting light to locally heat a flat-shaped sample 10, a light source 110 for irradiating the sample 10 with the light source 110, A light shield 120 disposed between the upper surface of the sample 10 and the upper surface of the sample 10 to expose a part of the upper surface of the sample 10 to light and shielding the remaining portion of the upper surface of the sample 10 from light, A pair of temperature measurement units 130 arranged to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the sample and measuring the temperature of the sample and a controller for calculating a thermal diffusivity by receiving the measured temperature from the temperature measurement unit 130 170).

상기 광원(110)은 일정한 주파수를 가지고 점등 또는 소등된다. 상기 광원(110)의 단속 주파수는 0.05 Hz 내지 1 Hz일 수 있다. 바람직하게는, 상기 광원의 단속 주파수는 0.2 Hz일 수 있다. 상기 광원(110)은 적외선 광원일 수 있다.The light source 110 is turned on or off with a predetermined frequency. The intermittent frequency of the light source 110 may be 0.05 Hz to 1 Hz. Preferably, the intermittent frequency of the light source may be 0.2 Hz. The light source 110 may be an infrared light source.

시료는 길이 방향과 폭 방향을 가지며, 길이 방향(x 축 방향)으로 연장된다. 빛 가리개(120)의 개구부의 경계선을 기준으로 시료의 x축의 영점(zero point)이 된다. 이 경우, 시료의 x 위치와 x+l의 위치에 온도 측정부(132,134)가 각각 배치된다. 상기 빛 가리개(120)의 빛을 가지른 부위는 흑색 페인트로 코팅될 수 있다. 또한, 상기 빛 가리개(120)는 열전도도가 낮은 아크릴 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 온도 측정부(130)는 제1 온도 측정부(132) 및 제2 온도 측정부(134)를 포함한다.The sample has a longitudinal direction and a width direction, and extends in the longitudinal direction (x-axis direction). And becomes the zero point of the x-axis of the sample based on the boundary line of the opening of the light shield 120. In this case, the temperature measuring units 132 and 134 are disposed at the x position and the x + l position of the sample, respectively. The light-shielded portion of the light shield 120 may be coated with a black paint. In addition, the light shield 120 may be made of an acrylic material or a plastic material having low thermal conductivity. The temperature measuring unit 130 includes a first temperature measuring unit 132 and a second temperature measuring unit 134.

이 경우, 시료(10)의 한 쪽에 빛이 조사되는 경우, 위치 x 에서의 온도 진폭 T(x)는 다음과 같이 주어진다.In this case, when light is irradiated to one side of the sample 10, the temperature amplitude T (x) at the position x is given as follows.

Figure 112014076580454-pat00001
Figure 112014076580454-pat00001

여기서, Q는 교류 열의 진폭, ω는 광원의 각주파수, c는 시료의 비열, d는 시료의 두께, k는 파수(wave number)이고 (ω/2D)1/2로 정의되는 값이다. 구하려는 열확산도 D는 D(=ω/ 2k2)으로 주어진다.Here, Q is a value defined by the exchange of heat amplitude, ω is the angular frequency, c is the specific heat of the sample, d is the thickness of the sample, k is the wave number (wave number) (ω / 2D ) 1/2 of the light source. The thermal diffusivity D to be obtained is given by D (= ω / 2k 2 ).

x 위치에서의 수학식 1과 x+l 위치에서의 수학식 1을 연계하면, k는 다음과 같이 주어진다. Combining equation (1) at x position with equation (1) at position x + l, k is given by:

Figure 112014076580454-pat00002
Figure 112014076580454-pat00002

따라서, 온도 측정부 사이의 거리(l)와 각 지점에서의 온도 진폭(T(x), T(x+l)), 및 광원의 각주파수(ω)로부터, 열확산도 D는 구해질 수 있다.Therefore, the thermal diffusivity D can be obtained from the distance l between the temperature measuring portions, the temperature amplitudes T (x) and T (x + l) at each point, and the angular frequency ω of the light source .

제1 온도 변화 추이(T(x,t))와 제2 온도 변화 추이(T(x+l,t)는 시간에 따라 제1 위치 및 제2 위치에서 온도 측정부(132,134)에 의하여 각각 측정된다.The first temperature change trend T (x, t) and the second temperature change trend T (x + 1, t) are measured by the temperature measuring units 132 and 134 at the first position and the second position, do.

제1 온도 변화 추이(T(x,t))와 제2 온도 변화 추이(T(x+l,t)는 일정 주파수로 단속되는 광원에 의해 싸인커브(sine cureve) 형태이다. 따라서, 제1 온도 변화 추이(T(x,t))는 온도 진폭(T(x))을 구하기 위하여 제1 사인 함수로 피팅된다. 또한, 제2 온도 변화 추이(T(x+l,t)는 온도 진폭(T(x+l))을 구하기 위하여 제2 사인 함수로 피팅된다. 피팅된 온도 진폭(T(x), T(x+l))을 이용하여, 열확산도(D)가 산출된다.The first temperature change trend T (x, t) and the second temperature change trend T (x + 1, t) are sine cureve types by a light source interrupted at a constant frequency. The temperature change trend T (x, t) is fitted to the first sine function to obtain the temperature amplitude T (x) Is fitted to the second sine function to determine the thermal diffusivity (T (x + l)). Using the fitted temperature amplitudes T (x), T (x + l), the thermal diffusivity D is calculated.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 장치를 설명하는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a thermal diffusivity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 열확산도 측정 장치의 시료 상자를 설명하는 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a sample box of the thermal diffusivity measuring apparatus of FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 열확산도 측정 장치(100)는 평판 형상의 시료(10)를 국부적으로 가열하도록 주기적으로 단속되는 빛을 제공하는 광원(110), 상기 시료(10)와 상기 광원(110) 사이에 배치되어 상기 시료(10)의 상부면 일부를 빛에 노출하고 상기 시료(10)의 상부면 잔부를 빛으로부터 차단하는 빛 가리개(120), 상기 시료(10)의 하부면에서 상기 시료(10)의 길이 방향으로 이격되어 배치되어 상기 시료(10)의 온도를 각각 측정하는 한 쌍의 온도 측정부(130), 및 상기 온도 측정부(130)로부터 측정된 온도를 제공받아 열확산도를 산출하는 제어부(170)를 포함한다.2 and 3, the thermal diffusivity measuring apparatus 100 includes a light source 110 for providing light periodically interrupted so as to locally heat the plate-shaped sample 10, A light shield 120 disposed between the upper surface of the sample 10 and the upper surface of the sample 10 to expose a part of the upper surface of the sample 10 to light and to shield the remaining upper surface of the sample 10 from light, A pair of temperature measurement units 130 arranged to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the sample 10 to measure the temperature of the sample 10 and a temperature measurement unit 130 receiving the measured temperature from the temperature measurement unit 130, And a control unit 170 for calculating the degree of the operation.

광원(110)은 텅스텐 램프, 또는 할로겐 램프일 수 있다. 상기 광원(110)은 균일한 조도를 가지는 면광일 수 있다. 상기 광원(110)의 단속 주파수는 0.05 Hz 내지 1 Hz일 수 있다. 바람직하게는, 상기 광원(110)의 단속 주파수는 0.2 Hz일 수 있다.The light source 110 may be a tungsten lamp or a halogen lamp. The light source 110 may be a surface light having a uniform illuminance. The intermittent frequency of the light source 110 may be 0.05 Hz to 1 Hz. Preferably, the intermittent frequency of the light source 110 may be 0.2 Hz.

시료(10)는 길이 방향으로 연장되는 판형일 수 있다. 상기 시료(10)의 재질은 금속, 금속 합금, 또는 유전체일 수 있다. 상기 시료(10)의 표면은 빛의 흡수성을 증가시키기 위하여 카본 블랙 필름으로 코팅될 수 있다. 상기 카본 블랙 필름의 코팅은 카본 스프레이를 사용하여 수행될 수 있다.The sample 10 may be of a plate shape extending in the longitudinal direction. The material of the sample 10 may be a metal, a metal alloy, or a dielectric. The surface of the sample 10 may be coated with a carbon black film to increase light absorption. The coating of the carbon black film may be carried out using a carbon spray.

빛 가리개(120)는 빛의 투과도가 낮고 열전도율이 낮은 물질일 수 있다. 구체적으로, 빛 가리개(120)의 재질은 아크릴, 플라스틱일 수 있다. 상기 빛 가리개(120)는 흑색 페인트로 코팅될 수 있다. The light shield 120 may be a material having low light transmittance and low thermal conductivity. Specifically, the material of the light shield 120 may be acrylic or plastic. The light shield 120 may be coated with a black paint.

온도 측정부(130)는 열전대일 수 있다. 구체적으로, 상기 열전대는 E 타입 또는 K 타입 열전대일 수 있다.The temperature measuring unit 130 may be a thermocouple. Specifically, the thermocouple may be an E type or K type thermocouple.

제어부(170)는 컴퓨터일 수 있다. 상기 컴퓨터는 피팅 알고리즘을 수행할 수 있고, 피팅 결과를 이용하여 열확산도를 산출할 수 있다.The control unit 170 may be a computer. The computer can perform the fitting algorithm and calculate the thermal diffusivity using the fitting results.

시료 상자(140)는 상기 시료(10)의 양단을 지지할 수 있다. 상기 시료 상자(140)는 직육면체 형상이고 상부면이 개방될 수 있다. 상기 시료 상자(140)는 아크릴 재질과 같이 열전도율이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 상기 빛 가리개(120)는 상기 시료 상자(140)의 뚜껑으로 동작할 수 있다. 상기 시료 상자(140)의 뚜껑은 빛을 차단하기 위하여 흑색 페인트로 코팅될 수 있다. 상기 빛 가리개(120)는 빛을 투과시키는 관통홀(121)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(121)은 사각형 형상일 수 있다. 상기 관통홀(121)의 폭은 상기 시료(10)의 폭보다 클 수 있다. 이에 따라, 빛은 상기 시료(10)의 일정한 지점에서 모든 폭 방향으로 광을 조사할 수 있다. 힌지(hinge, 141)은 상기 빛 가리개(120)와 상기 시료 상자(140)를 결합시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 빛 가리개(120)는 상기 시료 상자의 뚜껑으로 기능할 수 있다.The sample box 140 can support both ends of the sample 10. The sample box 140 may have a rectangular parallelepiped shape and an upper surface thereof may be opened. The sample box 140 may be formed of a material having a low thermal conductivity such as an acrylic material. The light shield 120 may act as a cover of the sample box 140. The lid of the sample box 140 may be coated with a black paint to block light. The light shield 120 may include a through hole 121 for transmitting light. The through hole 121 may have a rectangular shape. The width of the through hole 121 may be greater than the width of the sample 10. Accordingly, the light can irradiate light in all the width directions at a certain point of the sample 10. A hinge 141 may couple the light shield 120 and the sample box 140 together. Accordingly, the light shield 120 can function as a lid of the sample box.

한 쌍의 격벽(142,144)은 상기 시료 상자(140)의 내부에서 상기 시료의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되고 상기 한 쌍의 온도 측정부(132,134)와 정렬된다. 상기 시료 상자(140)의 외벽의 상부면과 상기 격벽(142,144)의 상부면은 동일한 평면에 배치될 수 있다. 한 쌍의 온도 측정부(132,134)는 상기 격벽(142,144) 상에 각각 배치된다. 상기 격벽(142,144) 사이의 거리(l)는 일정하게 유지된다.The pair of barrier ribs 142 and 144 are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the sample in the sample box 140 and are aligned with the pair of temperature measurement units 132 and 134. The upper surface of the outer wall of the sample box 140 and the upper surface of the barrier ribs 142 and 144 may be arranged in the same plane. A pair of temperature measuring units 132 and 134 are respectively disposed on the partition walls 142 and 144. [ The distance l between the partition walls 142 and 144 is kept constant.

상기 빛 가리개(120)는 그 하부면에 상기 온도 측정부(132,134)에 대응하는 위치에 각각 배치되어 상기 시료를 압박하는 한 쌍의 돌출부(122,124)를 포함한다. 상기 돌출부(122,124)는 그 하부의 온도 측정부(132,134)에 대응하는 위치에 각각 배치된다. 상기 돌출부(122,124)는 탄성을 가진 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부(122,124)는 실리콘 고무일 수 있다.The light shield 120 includes a pair of protrusions 122 and 124 disposed on the lower surface thereof at positions corresponding to the temperature measuring units 132 and 134 to press the sample. The protrusions 122 and 124 are respectively disposed at positions corresponding to the temperature measuring units 132 and 134 below the protrusions 122 and 124, respectively. The protrusions 122 and 124 may be formed of a material having elasticity. Specifically, the protrusions 122 and 124 may be silicone rubber.

신호 획득부(160)는 상기 제어부(170)로부터 제어신호를 제공받고, 한 쌍의 온도 측정부(132,134)에 연결되어 제1 온도와 제2 온도를 획득할 수 있다. 상기 신호 획득부(160)는 온도 측정부(132,134)의 아날로그 전기 신호를 획득하여 디지털 신호로 변환할 수 있다. 디지털 변환된 신호는 상기 제어부(170)에 제공될 수 있다. 또한, 상기 신호 획득부(160)는 상기 제어부(170)로부터 제어 신호를 제공받아 아날로그 광원 구동 신호를 상기 광원 구동부(150)에 제공할 수 있다. 상기 광원 구동부(150)는 아날로그 광원 구동 신호를 제공받아 상기 광원(110)을 단속 주파수로 점등 또는 소등시킬 수 있다.The signal acquisition unit 160 may receive a control signal from the controller 170 and may be connected to the pair of temperature measurement units 132 and 134 to obtain the first temperature and the second temperature. The signal acquisition unit 160 may acquire an analog electrical signal of the temperature measuring units 132 and 134 and convert the analog electrical signal into a digital signal. The digital converted signal may be provided to the controller 170. The signal acquisition unit 160 may receive the control signal from the control unit 170 and provide the analog light source driving signal to the light source driving unit 150. The light source driving unit 150 may turn on or off the light source 110 at an intermittent frequency by receiving an analog light source driving signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 방법은 평판 형상의 시료에 소정의 주파수를 가지고 주기적으로 단속되는 빛을 국부적으로 제공하여 가열하는 단계, 빛을 제공받지 않는 부위에서 상기 시료의 길이 방향으로 일정 간격으로 이격된 제1 위치 및 제2 위치에서 상기 시료의 제1 온도(T(x,t)) 및 제2 온도(T(x+l,t))를 실시간으로 측정하는 단계, 상기 제1 온도를 시간에 따라 제1 사인 함수로 피팅하는 단계, 상기 제2 온도를 시간에 따라 제2 사인 함수로 피팅하는 단계, 및 상기 제1 사인 함수의 진폭(T(x))과 상기 제2 사인 함수의 진폭(T(x+l))을 이용하여 열확산도를 산출하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of measuring thermal diffusivity, which comprises locally providing and heating light intermittently intermittently with a predetermined frequency to a flat plate sample, heating the sample in a longitudinal direction of the sample Measuring in real time the first temperature (T (x, t)) and the second temperature (T (x + 1, t)) of the sample at a first position and a second position spaced apart at regular intervals, Fitting a first temperature to a first sinusoidal function over time, fitting the second temperature to a second sinusoidal function over time, and fitting an amplitude (T (x)) of the first sinusoidal function to an amplitude And calculating the thermal diffusivity using the amplitude (T (x + 1)) of the sine function.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산도 측정 방법에 의하여 산출된 데이터를 설명하는 도면들이다.FIGS. 4A to 4E are views for explaining data calculated by the method of measuring thermal diffusivity according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 위치 x에서의 제1 온도 변화 추이(T(x,t))는 시간에 따라 측정된다. 또한, 위치 x+l 에서의 제2 온도 변화 추이(T(x+l,t))는 시간에 따라 측정된다. 제1 온도 변화 추이는 제1 사인 함수로 피팅되고, 제2 온도 변화 추이는 제2 사인 함수로 피팅된다. Referring to Figs. 4A to 4E, the first temperature change trend (T (x, t) at the position x) is measured with time. Further, the second temperature change trend (T (x + 1, t) at the position x + l) is measured with time. The first temperature change trend is fitted to the first sine function and the second temperature change trend is fitted to the second sine function.

상기 제1 사인 함수의 온도 진폭(T(x))와 상기 제2 사인함수의 진폭(T(x+l))은 시간에 따라 표시된다.The temperature amplitude T (x) of the first sine function and the amplitude T (x + l) of the second sine function are displayed over time.

수학식 2를 이용하면, 열확산도 D가 시간에 따라 표시된다. 상기 열확산도는 시간에 따라 변화될 수 있으며, 평균값은 1.15 이다. Using Equation (2), the thermal diffusivity D is displayed according to time. The thermal diffusivity can be changed with time, and the average value is 1.15.

열확산도에 따른 데이터의 도수 분포를 보면, 1.15 근처에서 최대치를 보인다. The frequency distribution of the data according to the thermal diffusivity shows a maximum value near 1.15.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열활산도 측정 장치를 설명하는 도면이다. 도 2 및 도 3에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.5 is a view for explaining a thermal ramp measuring apparatus according to another embodiment of the present invention. A description overlapping with those described in FIGS. 2 and 3 will be omitted.

도 5를 참조하면, 열확산도 측정 장치(100a)는 평판 형상의 시료(10)를 국부적으로 가열하도록 주기적으로 단속되는 빛을 제공하는 광원(110), 상기 시료(10)와 상기 광원(110) 사이에 배치되어 상기 시료(10)의 상부면 일부를 빛에 노출하고 상기 시료(10)의 상부면 잔부를 빛으로부터 차단하는 빛 가리개(120), 상기 시료(10)의 하부면에서 상기 시료(10)의 길이 방향으로 이격되어 배치되어 상기 시료(10)의 온도를 각각 측정하는 한 쌍의 온도 측정부(130), 및 상기 온도 측정부(130)로부터 측정된 온도를 제공받아 열확산도를 산출하는 제어부(170)를 포함한다.5, the thermal diffusivity measuring apparatus 100a includes a light source 110 for providing light periodically interrupted to heat a sample 10 in a flat plate shape, a light source 110 for irradiating the sample 10 with the light source 110, A light shield 120 disposed between the upper surface of the sample 10 and the upper surface of the sample 10 to expose a part of the upper surface of the sample 10 to light and shielding the remaining portion of the upper surface of the sample 10 from light, A pair of temperature measurement units 130 arranged to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the sample 10 to measure the temperature of the sample 10 and a temperature measurement unit 130 for calculating the thermal diffusivity And a control unit 170 for controlling the operation of the apparatus.

시료 상자(140)는 상기 시료(10)의 양단을 지지할 수 있다. 상기 시료 상자(140)는 직육면체 형상이고 상부면이 개방될 수 있다. 지지재(141)는 상기 시료 상자의 내부에서 돌출되어 한 쌍의 온도 측정부를 그 상부면에 장착한다. 상기 지지대의 상부면과 상기 시료 상자의 상부면은 동일한 평면일 수 있다. 상기 지지대의 상부면에 일정한 거리(l)를 가진 한 쌍의 온도 측정부(132,134)가 배치된다. 상기 온도 측정부의 배선은 상기 지지대(141)의 내부 통로를 통하여 상기 지지대(141)의 외부로 연결될 수 있다.The sample box 140 can support both ends of the sample 10. The sample box 140 may have a rectangular parallelepiped shape and an upper surface thereof may be opened. The support member 141 protrudes from the inside of the sample box and mounts a pair of temperature measurement units on its upper surface. The upper surface of the support and the upper surface of the sample box may be coplanar. A pair of temperature measurement units 132 and 134 having a constant distance l are disposed on the upper surface of the support. The wiring of the temperature measuring unit may be connected to the outside of the support base 141 through an internal passage of the support base 141.

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.

10: 시료
110: 광원
120: 빛 가리개
130: 온도 측정부
140: 시료 상자
142,144: 격벽
150: 광원 구동부
160: 신호 획득부
170: 제어부10: Sample
110: Light source
120: Light shield
130: Temperature measuring unit
140: Sample box
142, 144:
150: Light source driver
160: Signal acquisition unit
170:

Claims (7)

평판 형상의 시료를 국부적으로 가열하도록 주기적으로 단속되는 빛을 제공하는 광원;
상기 시료와 상기 광원 사이에 배치되어 상기 시료의 상부면 일부를 빛에 노출하고 상기 시료의 상부면 잔부를 빛으로부터 차단하는 빛 가리개;
상기 시료의 하부면에서 상기 시료의 길이 방향으로 이격되어 배치되어 상기 시료의 온도를 각각 측정하는 한 쌍의 온도 측정부; 및
상기 온도 측정부로부터 측정된 온도를 제공받아 열확산도를 산출하는 제어부를 포함하고,
상기 광원은 평판 형상의 시료에 소정의 주파수를 가지고 주기적으로 단속되는 빛을 국부적으로 제공하여 가열하고,
상기 한 쌍의 온도 측정부는 빛을 제공받지 않는 부위에서 상기 시료의 길이 방향으로 일정 간격으로 이격된 제1 위치 및 제2 위치에서 상기 시료의 제1 온도 및 제2 온도를 실시간으로 측정하고,
상기 제어부는 상기 제1 온도를 시간에 따라 제1 사인 함수로 피팅하고,
상기 제어부는 상기 제2 온도를 시간에 따라 제2 사인 함수로 피팅하고,
상기 제어부는 상기 제1 사인 함수의 진폭과 상기 제2 사인 함수의 진폭을 이용하여 열확산도를 산출하는 것을 특징으로 열확산도 측정 장치.A light source providing light intermittently interrupted so as to locally heat a sample in the form of a plate;
A light shield disposed between the sample and the light source to expose a part of the upper surface of the sample to light and shield the remaining portion of the upper surface of the sample from light;
A pair of temperature measuring units arranged on the lower surface of the sample in the longitudinal direction of the sample to measure the temperature of the sample; And
And a controller for receiving the measured temperature from the temperature measuring unit and calculating a thermal diffusivity,
The light source locally supplies and heats the laser beam, which is periodically interrupted with a predetermined frequency,
Wherein the pair of temperature measuring units measures a first temperature and a second temperature of the sample in real time at a first position and a second position spaced apart from each other by a predetermined distance in a longitudinal direction of the sample,
Wherein the controller fits the first temperature to a first sine function over time,
Wherein the controller fits the second temperature to a second sine function over time,
Wherein the controller calculates the thermal diffusivity using the amplitude of the first sine function and the amplitude of the second sine function. 제1 항에 있어서,
상기 시료의 양단을 지지하는 시료 상자; 및
상기 시료 상자의 내부에서 상기 시료의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되고 상기 한 쌍의 온도 측정부와 정렬되는 한 쌍의 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산도 측정 장치.The method according to claim 1,
A sample box supporting both ends of the sample; And
Further comprising a pair of partition walls spaced from each other in the longitudinal direction of the sample in the sample box and aligned with the pair of temperature measurement sections. 제2 항에 있어서,
상기 빛 가리개는 그 하부면에 상기 온도 측정부에 대응하는 위치에 각각 배치되어 상기 시료를 압박하는 한 쌍의 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산도 측정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the light shield further comprises a pair of protrusions arranged on a lower surface of the light shield at positions corresponding to the temperature measuring unit and pressing the sample. 제1 항에 있어서,
상기 제어부로부터 제어신호를 제공받고, 한 쌍의 온도 측정부에 연결되어 제1 온도와 제2 온도를 획득하는 신호 획득부; 및
상기 신호 획득부의 아날로그 출력단자로부터 주기적 단속 신호를 제공받아 상기 광원을 제어하는 광원 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산도 측정 장치.The method according to claim 1,
A signal acquisition unit receiving a control signal from the control unit and connected to the pair of temperature measurement units to acquire a first temperature and a second temperature; And
Further comprising a light source driving unit for receiving the periodic intermittent signal from the analog output terminal of the signal acquiring unit and controlling the light source. 제2 항에 있어서,
상기 빛 가리개는 상기 시료 상자의 뚜껑인 것을 특징으로 하는 열확산도 측정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the light shield is a lid of the sample box. 제1 항에 있어서,
상기 시료의 양단을 지지하는 시료 상자;
상기 시료 상자의 내부에서 돌출되어 한 쌍의 온도 측정부를 그 상부면에 장착하는 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 열확산도 측정 장치.The method according to claim 1,
A sample box supporting both ends of the sample;
Further comprising a support base protruding from the inside of the sample box and mounting a pair of temperature measurement units on the upper surface thereof. 광원; 빛 가리개; 한 쌍의 온도 측정부; 및 상기 온도 측정부로부터 측정된 온도를 제공받아 열확산도를 산출하는 제어부를 포함하는 열확산도 측정 장치의 열확산도 측정 방법에 있어서,
평판 형상의 시료에 소정의 주파수를 가지고 주기적으로 단속되는 빛을 국부적으로 제공하여 가열하는 단계;
한 쌍의 온도 측정부에 의하여 빛을 제공받지 않는 부위에서 상기 시료의 길이 방향으로 일정 간격으로 이격된 제1 위치 및 제2 위치에서 상기 시료의 제1 온도 및 제2 온도를 실시간으로 측정하는 단계;
상기 제1 온도를 시간에 따라 제1 사인 함수로 피팅하는 단계;
상기 제2 온도를 시간에 따라 제2 사인 함수로 피팅하는 단계; 및
상기 제1 사인 함수의 진폭과 상기 제2 사인 함수의 진폭을 이용하여 열확산도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산도 측정 장치의 열확산도 측정 방법.Light source; Light shield; A pair of temperature measuring units; And a controller for receiving the measured temperature from the temperature measuring unit and calculating a thermal diffusivity, the method comprising the steps of:
Locally providing and heating a light periodically interrupted with a predetermined frequency to a sample of a flat plate shape;
Measuring a first temperature and a second temperature of the sample in real time at a first position and a second position spaced apart from each other by a predetermined distance in the longitudinal direction of the sample at a position where light is not provided by the pair of temperature measuring units ;
Fitting the first temperature to a first sinusoidal function over time;
Fitting the second temperature to a second sinusoidal function over time; And
And calculating a thermal diffusivity by using the amplitude of the first sine function and the amplitude of the second sine function.
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