KR101753998B1 - 저온 열화 시험용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온 열화 시험용 장치에 관한 것으로, 시험 대상물(1)이 장착되고 물을 받을 수 있도록 되며 내부가 밀폐되어 저온 고습한 환경이 되는 밀폐챔버(10)와 상기 밀폐챔버(10) 내부로 물을 공급하는 물공급부(30)와 상기 밀폐챔버(10) 내부의 증기를 배출하는 배출배관(40)과 상기 물공급부(30)의 작동을 제어하여 상기 밀폐챔버(10) 내의 물의 양을 설정 수위로 유지하고 상기 시험 대상물(1)의 작동상태를 검출하는 제어부(50)를 포함한다.
본 발명은 지속적인 저온 고습한 환경을 구현할 수 있어 열과 습기에 취약한 다양한 장치의 정확한 성능을 시험할 수 있는 이점이 있다.

Description

저온 열화 시험용 장치{DEVICE FOR TESTING LOW TEMPERATURE DEGRADATION}
본 발명은 저온 열화 시험용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산소센서와 같이 열과 습기에 취약한 장치의 성능을 시험할 수 있는 저온 열화 시험용 장치에 관한 것이다.
자동차의 배기가스를 저감하기 위한 엔진제어시스템(ECU)의 피드백 장치로 산소센서가 이용된다.
산소센서는 산소분압을 감지하여 배기가스의 공연비를 판단하는 센서소자가 내장되며, 센서소자는 실링부재에 의해 지지되고 센서하우징 및 보호튜브를 통해 배기가스에 의한 피독과 열, 충격 등으로부터 보호된다.
산소센서는 센서하우징 및 보호튜브로 보호된 한쪽 끝을 배기가스와 통하고 반대쪽 끝은 대기와 접촉하는 방식으로 차량에 설치된다.
그런데 산소센서는 구성품 중 가장 민감한 센서소자가 세라믹소자로 되므로 저온(약 200℃) 고습한 환경 및 대기압 조건에서 상변형이 발생하여 열화될 수 있다.
센서소자가 열화되면 산소센서가 정상적으로 작동을 하지 못하거나 수명이 급격하게 저하되는 경우가 발생하게 되므로 제품으로 생산하기 전 저온 고습한 환경에서 성능을 시험하여 내구성이 입증된 제품을 생산하는 것이 중요하다.
산소센서가 정상적으로 작동을 하지 못하면 연료량에 문제가 생겨 연비가 나빠지고 출력저하가 발생하는 등의 문제가 발생한다.
국내공개특허 제2013-0030692호(공개일자: 2013.03.27, 명칭: 차량용 산소센서의 내구 시험장치)
본 발명의 목적은 산소센서와 같이 열과 습기에 취약한 장치의 정확한 성능을 시험할 수 있도록 지속적인 저온 고습한 환경을 구현할 수 있는 저온 열화 시험용 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 시험 대상물이 장착되고 물을 받을 수 있도록 되며 내부가 밀폐되어 저온 고습한 환경이 되는 밀폐챔버와 상기 밀폐챔버 내부로 물을 공급하는 물공급부와 상기 밀폐챔버 내부의 증기를 배출하는 배출배관과 상기 물공급부의 작동을 제어하여 상기 밀폐챔버 내의 물의 양을 설정 수위로 유지하고 상기 시험 대상물의 작동상태를 검출하는 제어부를 포함한다.
상기 시험 대상물은 일측이 상기 밀폐챔버의 상부에서 내부로 삽입 배치되고 나머지 일부는 상기 밀폐챔버의 외부로 노출되며, 노출된 부분은 상기 제어부와 연결된다.
상기 밀폐챔버는 온도조절이 가능한 온도챔버 내에 배치되고, 상기 물공급부 및 상기 제어부는 상기 온도챔버의 외부에 배치된다.
상기 배출배관은 상기 물공급부에 연결되어 상기 배출배관을 통해 배출되는 증기를 재활용할 수 있도록 한다.
상기 밀폐챔버에는 물이 설정 수위까지 도달하면 상기 제어부에 물 공급 멈춤 신호를 전송하는 레벨센서가 설치된다.
상기 제어부는 상기 물 공급이 멈춘 후 설정 시간이 경과하면 상기 밀폐챔버에 물을 다시 공급하기 위한 신호를 알려주는 타이머와 상기 타이머의 신호를 전달받아 상기 물공급부를 작동시키는 신호처리부를 포함한다.
상기 시험 대상물은 산소센서이다.
본 발명은 지속적인 저온(약 200℃) 고습한 환경을 구현할 수 있으므로 산소센서를 실제 차량에 장착한 것과 유사한 환경에서 습기에 따른 작동상태를 시험할 수 있다. 따라서 산소센서의 성능 테스트 신뢰도를 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열과 습기에 취약한 다양한 장치의 정확한 성능도 시험할 수 있고, 배출되는 수증기를 재활용함에 의해 시험을 위한 물의 양을 절약하고 인위적으로 물을 공급해주는 번거로움이 없이 시험을 원활하게 진행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 저온 열화 시험용 장치를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 저온 열화 시험용 장치를 이용하여 시험 대상물의 저온 열화 시험을 하는 방법을 보인 블럭도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 저온 열화 시험용 장치는, 지속적인 저온 고습 환경을 구현하여 열과 습기에 취약한 장치의 성능을 시험할 수 있도록 한 것이다.
여기서, 저온 열화 시험용 장치는 차량 장착 환경을 모사하기 위한 시험용 장치이다. 따라서, 저온의 표현은 산소센서와 같이 열과 습기에 취약한 장치의 차량 장착 환경을 고려했을 때 저온이라는 의미이다. 차량 장착 환경에서 배기가스 온도가 400~800℃이므로 온도 약 200℃는 저온으로 표현한다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 저온 열화 시험용 장치는 밀폐챔버(10), 물공급부(30), 배출배관(40), 제어부(50)를 포함한다.
밀폐챔버(10)는 시험 대상물(1)이 장착되고 물을 받을 수 있도록 되며 내부가 밀폐되어 온도 상승시 저온 고습한 환경이 될 수 있다. 시험 대상물(1)은 열과 습기에 취약하여 성능 평가가 요구되는 장치이다. 본 발명에서는 시험 대상물(1)은 산소센서이며, 저온은 산소센서의 세라믹소자가 상변형이 발생할 수 있는 온도인 약 200℃로 설정할 수 있다.
밀폐챔버(10)는 물을 받을 수 있도록 된 통 형상으로 형성되는 챔버몸체(11)와 챔버몸체(11)의 상부를 덮어 내부를 밀폐하는 챔버커버(13)로 구성되며, 챔버커버(13)를 관통하여 시험 대상물(1)이 장착되어 시험 대상물(1)의 일부가 밀폐챔버(10) 내부로 위치되어 저온 고습한 환경에 노출될 수 있다.
구체적으로, 시험 대상물(1)은 일측이 밀폐챔버(10)의 상부에서 내부로 삽입 배치되고 나머지 일부는 밀폐챔버(10)의 외부로 노출되며, 노출된 부분은 전선 등에 의해 제어부(50)와 연결된다.
밀폐챔버(10)는 온도조절이 가능한 온도챔버(20) 내에 배치된다. 온도챔버(20)는 내부에 빈공간이 형성된 육면체 형상으로 이루어질 수 있으며 내부는 밀폐되어 외부와 차단될 수 있다. 온도챔버(20)는 내부의 환경조건 변화방지를 위해 벽면이 단열재로 형성될 수 있다.
온도챔버(20) 내부의 온도를 조절하는 온도조절부(21)가 구비된다. 온도조절부(21)는 다양한 장치 및 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 온도조절부(21)는 온도챔버(20) 내부에 존재하는 공기를 가열시켜 온도챔버(20) 내부의 온도를 조절하는 공기조화기로 이루어질 수 있다.
온도조절부(21)에 의해 내부 온도가 조절되는 온도챔버(20)는 내부의 밀폐챔버(10)를 다양한 온도 조건으로 조절하여 시험 대상물(1)을 시험할 수 있다.
온도챔버(20)에 온도센서(23)가 구비된다. 온도센서(23)는 온도챔버(20) 내의 밀폐챔버(10)의 온도를 검출한다. 온도센서(23)가 검출한 온도는 제어부(50)로 제공하여 밀폐챔버(10)의 온도가 설정된 온도로 유지되게 온도조절부(21)의 작동을 제어하는 신호로 사용될 수 있다.
물공급부(30)는 밀폐챔버(10) 내부로 물을 공급한다. 물공급부(30)는 밀폐챔버(10) 내부의 물이 고갈되지 않으면서 설정 수위를 넘지 않도록 물의 양을 자동으로 조절한다.
물공급부(30)는 물이 저장되는 물탱크(31)와, 물탱크(31)와 밀폐챔버(10)를 연결하는 유입배관(33)과, 물탱크(31)의 물을 유입배관(33)을 통해 밀폐챔버(10)에 공급하는 펌프(35)를 포함한다.
밀폐챔버(10)는 물이 설정 수위까지 도달하면 제어부(50)에 물 공급 멈춤 신호를 전송하는 레벨센서(37)를 구비한다. 레벨센서(37)는 밀폐챔버(10) 내의 물의 양을 일정하게 유지시키기 위한 것으로, 밀폐챔버(10)의 일정 위치에 설치될 수 있다. 레벨센서(37)가 검출한 밀폐챔버(10)의 물 수위는 제어부(50)로 제공하고 펌프(35)의 작동을 제어하는 신호로 사용될 수 있다.
밀폐챔버(10)는 내부의 증기를 배출하기 위한 배출배관(40)을 구비한다. 배출배관(40)은 밀폐챔버(10) 내부의 수증기를 배출시켜 밀폐챔버(10) 내부의 압력을 대기압 수준으로 유지시킨다. 배출배관(40)은 물공급부(30)의 물탱크(31)에 연결되어 배출배관(40)을 통해 배출되는 수증기를 재활용할 수 있도록 한다.
밀폐챔버(10)에 압력센서(38)가 구비되고 배출배관(40)에 밸브(39)가 구비될 수 있다. 압력센서(38)는 밀폐챔버(10) 내의 압력을 검출하고 압력센서(38)가 검출한 밀폐챔버(10) 내의 압력은 제어부(50)로 제공하여 배출배관(40)의 개폐를 제어하는 밸브(39)의 작동을 제어하는 신호로 사용될 수 있다.
제어부(50)는 물공급부(30) 및 배출배관(40)의 개폐를 제어하고 저온 고습한 환경에서 기간 경과에 따른 시험 대상물(1)의 작동상태를 검출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(50)는 온도조절부(21)의 작동을 제어하여 온도챔버(20) 내부의 밀폐챔버(10) 온도를 저온(약 200℃)의 조건으로 유지하고, 물공급부(30)의 작동을 제어하여 밀폐챔버(10) 내부의 물을 설정 수준으로 유지시키면서 기간 경과에 따른 시험 대상물(1)의 작동상태를 검출할 수 있다.
제어부(50)는 물 공급이 멈춘 후 설정 시간이 경과하면 밀폐챔버(10)에 물을 다시 공급하기 위한 신호를 알려주는 타이머(51)를 포함한다. 타이머(51)는 물 공급이 멈추고 설정 시간이 경과하면 신호를 제어부(50)에 전달하여 다시 물 공급이 수행되도록 한다.
제어부(50)는 타이머(51)의 신호를 전달받아 물공급부(30)를 작동시키는 신호처리부(53)를 더 포함한다. 예를 들어, 타이머(51)의 신호는 물 공급이 멈추고 10분이 경과하면 신호를 제어부(50)에 전달하는 방식일 수 있으며, 제어부(50)는 신호처리부(53)에서 펌프(35)를 작동시켜 밀폐챔버(10) 내부로 물이 공급되도록 하는 방식일 수 있다.
또한, 제어부(50)는 시험 과정에서 시험 대상물(1)의 신호를 전달받아 작동상태를 검출할 수 있다. 제어부(50)가 검출한 시험 대상물(1)의 작동상태는 그래프 등으로 출력되어 작업자가 육안으로 확인할 수 있다.
물공급부(30) 및 제어부(50)는 온도챔버(20)의 외부에 배치하여, 작동시 저온 고습의 환경에 의해 영향을 받지 않도록 한다.
이하 본 발명의 작용을 설명한다.
본 발명의 저온 열화 시험용 장치를 이용하여 시험 대상물의 저온 열화 시험을 수행하는 방법을 설명하기로 한다.
시험 대상물의 저온 열화 시험을 위해 우선, 밀폐챔버(10)에 시험 대상물인 산소센서(1)를 장착한다. 산소센서(1)는 보호튜브로 보호된 한쪽 끝이 밀폐챔버(10) 내부로 배치되고, 반대쪽 끝이 대기와 접촉하고 있는 상태가 되도록 밀폐챔버(10)의 외부로 배치되게 챔버커버(13)에 설치한다.
이후, 물을 받을 수 있도록 된 챔버몸체(11)의 상부에 산소센서(1)를 장착한 챔버커버(13)를 결합하면 밀폐챔버(10)의 준비가 완료된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐챔버(10)는 온도챔버(20) 내에 배치하고 물탱크(31), 펌프(35), 제어부(50)는 온도챔버의 외부에 배치한다. 다음으로, 물탱크(31)와 밀폐챔버(10)를 유입배관(33)으로 연결하고, 밀폐챔버(10)의 상부와 물탱크(31)를 배출배관(40)으로 연결하여 물 공급 및 수증기 배출이 가능하도록 구성한다.
다음으로, 밀폐챔버(10)의 외부로 배치된 부분의 산소센서(1)를 전선 등으로 제어부(50)와 연결하여 산소센서(1)의 작동신호를 제어부(50)가 검출할 수 있도록 한다.
이 상태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(50)를 작동시켜 온도챔버(20) 내부를 저온의 조건으로 만든다. 예를 들어, 온도챔버(20) 내부의 온도가 200℃가 되도록 한다. 온도챔버(20) 내부의 온도는 온도센서(23)가 감지한 신호를 전달받은 제어부(50)가 온도조절부(21)의 동작을 제어하여 조절 가능하다.
다음으로, 펌프(35)를 작동시켜 밀폐챔버(10) 내부로 물탱크(31)의 물이 공급되도록 한다. 밀폐챔버(10) 내의 물이 설정 수위까지 도달하면, 레벨센서(37)가 이를 감지하여 제어부(50)에 신호를 전달하고, 레벨센서(37)의 신호를 전달받은 제어부(50)는 펌프(35)의 작동을 중지시킨다.
펌프(35)의 작동이 중지되면 제어부(50)의 타이머(51)가 작동하고 설정한 시간이 경과하면 타이머(51)는 물 공급을 수행하기 위한 신호를 신호처리부(53)에 전송한다.
저온의 조건에서 밀폐챔버(10) 내부로 물이 공급되면 밀폐챔버(10) 내부는 저온 고습한 환경이 되고, 밀폐챔버(10) 내부로 배치된 산소센서(1)는 저온 고습한 환경에 노출되게 된다. 이 과정에서 수증기의 증발이 지속적으로 일어나게 되고 저온에서 발생되는 수증기는 배출배관(40)을 통해 배출되므로 밀폐챔버 내의 물이 줄어든다. 따라서 밀폐챔버(10) 내의 물의 양을 설정 수위로 유지시키기 위해 물 공급이 멈춘 후 설정 시간 후 물을 재공급하기 위해 타이머(51)가 작동하는 것이다.
타이머(51)의 작동 시간은 작업자가 임의로 조작할 수 있다. 예를 들어, 타이머(51)를 10분으로 조작하면, 물 공급이 멈추고 10분 후 타이머는 물 공급이 필요하다는 신호를 신호처리부(53)에 전송하게 되고, 신호를 전달받은 신호처리부(53)는 펌프(35)를 작동시켜 물이 밀폐챔버(10)로 공급되도록 한다.
펌프(35)가 작동하고 물이 설정 수위가 되면 펌프(35)의 작동이 멈추고 일정 시간이 지나면 타이머(51)가 작동하여 펌프(35)가 다시 작동하는 일련의 과정은 저온 열화 시험을 수행하는 동안 반복됨으로써 밀폐챔버(10) 내부의 물이 설정 수위로 유지될 수 있다.
또한, 배출배관(40)을 통해 배출된 수증기는 물공급부(30)의 물탱크(31)에 물을 공급해주는 역할을 하므로 물탱크(31)의 물을 지속적으로 채우지 않아도 지속적인 장치의 작동이 가능하다.
즉, 밀폐챔버(10) 내부에서 발생하는 수증기를 외부로 배출하지 않고 물탱크로 보내 물을 재활용할 수 있도록 함으로써 물의 양을 절약함과 동시에 인위적으로 물탱크(31)에 물을 공급해주는 횟수를 최소화할 수 있다.
또한, 밀폐챔버(10) 내의 수증기는 밀폐챔버(10) 내부의 압력을 감지한 압력센서(38)의 신호를 전달받은 신호처리부(53)가 배출배관(40)에 구비된 밸브(39)를 개방함에 의해 배출할 수도 있다.
상기한 바와 같은 저온 열화 시험용 장치는 구성이 간단할 뿐 아니라 지속적인 저온 고습한 환경을 구현할 수 있어 산소센서뿐 아니라 열과 습기에 취약한 다양한 장치의 정확한 성능을 시험할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 밀폐챔버 11: 챔버몸체
13: 챔버커버 20: 온도챔버
21: 온도조절부 23: 온도센서
30: 물공급부 31: 물탱크
33: 유입배관 35: 펌프
37: 레벨센서 38: 압력센서
39: 밸브 40: 배출배관
50: 제어부 51: 타이머
53: 신호처리부 1: 시험 대상물(산소센서)

Claims (7)

  1. 시험 대상물이 장착되고 물을 받을 수 있도록 되며 내부가 밀폐되어 저온 고습한 환경이 되는 밀폐챔버;
    상기 밀폐챔버 내부로 물을 공급하는 물공급부;
    상기 밀폐챔버 내부의 증기를 배출하는 배출배관; 및
    상기 물공급부의 작동을 제어하여 상기 밀폐챔버 내의 물의 양을 설정 수위로 유지하고 시험 과정에서 상기 시험 대상물의 신호를 전달받아 상기 시험 대상물의 작동상태를 검출하는 제어부를 포함하고,
    상기 시험 대상물은 일측이 상기 밀폐챔버의 상부에서 내부로 삽입 배치되고 나머지 일부는 상기 밀폐챔버의 외부로 노출되며, 노출된 부분은 상기 제어부와 연결되어 상기 저온 고습한 환경에서 시간 경과에 따른 상기 시험 대상물의 작동상태를 검출할 수 있도록 하며,
    상기 밀폐챔버는 온도조절이 가능한 온도챔버 내에 배치되고, 상기 물공급부 및 상기 제어부는 상기 온도챔버의 외부에 배치되며,
    상기 시험 대상물은 산소센서, 열과 습기에 취약한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 열화 시험용 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출배관은 상기 물공급부에 연결되어 상기 배출배관을 통해 배출되는 증기를 상기 밀폐챔버 내부로 공급하는 물로 재활용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 저온 열화 시험용 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀폐챔버에는 물이 설정 수위까지 도달하면 상기 제어부에 물 공급 멈춤 신호를 전송하는 레벨센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 저온 열화 시험용 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 물 공급이 멈춘 후 설정 시간이 경과하면 상기 밀폐챔버에 물을 다시 공급하기 위한 신호를 알려주는 타이머와
    상기 타이머의 신호를 전달받아 상기 물공급부를 작동시키는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 열화 시험용 장치.
  7. 삭제
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JP2001330277A (ja) * 2000-05-22 2001-11-30 Hitachi Ltd 恒温恒湿装置
JP2009103351A (ja) * 2007-10-23 2009-05-14 Espec Corp 環境試験器

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