KR20020022655A - 온도센서 교정장치 - Google Patents

온도센서 교정장치 Download PDF

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Abstract

온도센서 교정장치는 교정할 센서(10)를 수용하는 캐비티(2), 캐비티 내의 센서를 포위하는 열전달 매체(5), 소정의 온도까지 열전달 매체를 가열/냉각하는 수단을 포함한다. 캐비티(2)는 센서를 포위하는 얇은 벽의 교정기 보디(3)를 적어도 하나 수용하고, 교정기 보디는 높은 열전도성의 유연성 재료로 제조되고 열전달 매체로 충전된 용적(4)을 형성하고, 교정기 보디(3)는 적어도 하나의 센서(10)를 수용하는 내부 개구(9)를 형성하고 압력 영향을 받도록 배열되어 교정기 보디의 개구 형성 벽(8)이 센서(10) 또는 센서들에 대해 꽉끼움 밀착되게 하는 내벽을 갖는다.

Description

온도센서 교정장치{AN APPARATUS FOR CALIBRATION OF TEMPERATURE SENSORS}
구성부재 및 장치는 노화하고, 또한 온도 변화 및 기계적 변형을 받음에 따라, 결정적인 성능이 저하된다. 이것은 드리프트(drift)로 칭해진다. 이 드리프트가 발생하는 경우, 이전의 성능 시험은 더 이상 신용할 수 없게 되고, 그 결과 개발 및 제조의 품질이 저하된다. 드리프트를 방지하는 것은 불가능하기 때문에, 그 대신 교정에 의해 그 영향을 검출하고 배제해야 한다.
주지된 바와 같이, 교정은 장치의 성능을 주지의 기준과 비교하는 것이다. 이 기준은 국가 및 국제적으로 인가된 교정 연구소에 의해 유지된다.
금일에는, 측정 정확도 및 품질 보증(ISO 9000)에 관한 아주 많은 요구가 산업계에 부과되어 있고, 금일의 요구를 만족시키는 동시에 온도 교정에 있어서의 새로운 기준을 따르는 교정장치가 요구되고 있다.
전통적으로 종래기술은 2가지 중요한 타입의 교정기, 즉 액체 배스 교정기(liquid bath calibrator) 및 건식 블록 교정기(dry block calibrator)를 포함한다.
액체 배스 교정기
액체 배스 교정기에 있어서, 교정할 센서는 소정의 기준 온도에서의 강제 교반 동안 액체 내로 침지된다. 이러한 타입의 교정기는 이하에서 요약되는 이점 및 결점을 가지고 있다.
이점:
* 액체 및 기준 온도계 사이와 액체 및 교정할 센서/온도계 사이의 양호하고 한정된 열전달/온도 차이.
* 교반 동안 액체는 완만한 온도 분포를 갖고 그래서 제어 기술적으로 유리하고 큰 길이 차이를 가지는 센서를 교정할 수 있다.
결점:
* 액체는 상이한 온도 범위에 대해 변해야 할 수도 있다.
* 액체는, 특히 극고온에서, 엎질러져서 부상을 입힐 수도 있다.
* 온도 센서를 건조시켜야 하고 사용후에는 세척해야 할 수도 있다.
* 액체는 운송의 경우에 결점이 되고, 이동 해결수단에 있어서는 취급성과 관련하여 불편하다.
건식 블록 교정기
건식 블록 교정기에 있어서, 센서는 보어 내에 위치하고 그 후에 공기가 충전된다. 보어의 분위기 온도는 소정의 기준 온도에 가능한한 가까운 온도로 조절된다. 이러한 타입의 교정기의 결점 및 단점은 이하에서 요약된다:
이점:
* 취급이 간소하고 청결하다.
* 휴대용 장치에 아주 적합하고 그래서 제위치 교정에 아주 적합하다.
결점:
* 자연 대류의 열전달 공기/센서는 물리적으로 정의하기에 시간이 많이 걸리고 어렵고, 방사율이 불명료하여 제시간에는 기준과 센서 사이의 온도차는 불명료하게 정의된다.
* 교정할 온도 센서에 있어서 변하는 온도 성능에 민감하다.
* 온도 상황을 빨리 변경하기 위해 보어 내의 양호한 온도 분포, 균일한 온도 및 적은 질량을 달성하기 위해서 블록 내에서의 구조와 질량 사이의 최적화를 요구한다.
* 정확도에 영향을 주는 온도 성질을 유지하기 위해 블록과 보어의 양호한 세척을 요구한다.
* 제어기술적 요구.
* 보어의 전 깊이에 있어서 동일한 온도를 달성하기가 어렵다.
* 액체 배스 교정기보다 측정 불확실성이 크다.
도입부에 기술한 타입의 장치는 국제특허출원번호 PCT/NO98/00218에 공지되어 있다. 이 교정기는 상기 중요 타입의 이점의 대부분을 가지지만, 교정기 블록에서의 큰 질량 및 중량의 결점도 가지고, 유체 충전 라이너로써 액체 배스 교정기와 동일한 세척 문제를 가진다.
액체 배스 교정기의 높은 정확성과 건식 블록 교정기의 사용에 있어서의 간소함 및 환경적 유리함(청결함)을 겸비하는 교정장치를 제공하는 것은 본 발명의 중요한 목적이다.
본 발명의 더욱 특징적인 목적은 물리적으로 잘 정의되고 소정의 기준 온도 및 빠른 조절을 획득하는 교정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이하의 것을 허용하는 교정장치를 제공하는 것이다.
* 전체 설비에 대하여 가능한한 가장 작은 치수와 중량의 달성
* 가능한한 가장 낮은 에너지 요구
* 아주 뜨겁거나 찬 액체 또는 구성부재와 접촉하여 사람이 부상을 입는데 대한 최소화된 위험
* 구성의 최소한의 변화와 기구 변형으로 넓은 온도 범위의 커버
본 발명은 교정할 센서를 수용하는 캐비티(cavity), 캐비티 내의 센서를 포위하는 열전달 매체, 소정의 온도까지 열전달 매체를 가열/냉각하는 수단을 포함하는 온도센서 교정장치에 관한 것이다.
도 1a는 제 1 상태에서의 본 발명에 의한 제 1 실시예에 있어서 도 1b의 1A-1A에 따른 종단면도.
도 1b는 도 1a의 1B-1B에 따른 단면도.
도 2a 및 2b는 도 1a 및 1b에 대응하지만, 제 2 상태에 있는 장치의 종단면도.
도 3은 제 1 상태에 있고, 도 4의 III-III에 따른, 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예의 단면도.
도 4는 도 3의 IV-IV에 따른 단면도.
도 5 및 6은 제 2 상태에 있는, 도 3 및 4에 대응하는 단면도.
도 7은 열전달 매체의 온도를 조절하는 조절회로를 가진 순환 시스템에 연결된 교정기 보디의 개략도.
상기의 목적은 도입부에 기술한 타입의 교정장치로 달성되고, 이 교정장치는, 본 발명에 따라, 캐비티가, 센서를 포위하는 얇은 벽의 교정기 보디(calibrator body)를 적어도 하나 수용하고, 이 교정기 보디는 높은 열전도성을 가진 유연성 재료로 제조되고 열전달 매체로 충전되는 용적을 형성하고, 적어도 하나의 센서를 수용하는 내부 개구의 적어도 일부분을 형성하고, 교정기 보디의 개구 형성 벽은 압력의 영향을 받도록 배열되어 센서에 대해 꽉끼움 밀착되게 하는 내벽을 갖는 것을 특징으로 한다.
장치 내의 열전달 매체는 액체 또는 가스일 수도 있다. 교정기 보디의 재료는 탄성인 것이 유리하다.
본 발명의 유리한 실시예는 교정기 보디 벽의 열전달 매체쪽을 향하는 쪽은 최대 열전달을 보장하는 표면 증가 구조를 갖고 센서 보디쪽을 향하는 쪽의 벽은 최적 접촉 표면과 열전달을 갖는 것을 특징으로 한다.
충전되는 가스 또는 액체의 압력은 충전이 과압을 받거나 주위에 대해 압력차가 없도록 조정되어, 온도 센서를 도입할 때 충분한 개구가 얻어지는 한편, 과압은 교정기 보디가 센서와 최대한 접촉하는 것을 보장하기 위해 교정 동안 가해진다. 충전되는 액체 또는 가스의 압력은 교정기 보디와 완전한 또는 부분적 접촉으로 센서의 도입을 용이하게 하도록 조정될 수 있다.
교정기 보디 또는 교정기 보디들에서의 과압은 충전되는 액체 또는 가스에 직접 과압이 제공되는 경우에, 인접한 또는 주위의 보디가 교정기 보디에 외압을 가하는 경우 또는 외압이 다른 기계장치에 의해 가해지는 경우에 가해질 수 있다.
충전되는 액체 또는 가스는 강제 관통류에 노출되고, 소정의 기준 온도를 얻기 위해 열에너지가 제공되거나 빼앗기는 교정기 보디 외부 영역을 통과한다.
하나 이상의 온도 센서는 주위의 교정기 보디 또는 보디들에서 소정의 기준 온도를 얻기 위해 유동율 제어와 함께 열에너지의 공급 및 제거를 제어하는 제어회로에 전송수단으로서 액체 또는 가스 유동 내의 적절한 위치에 위치한다.
원하지 않는 열에너지의 공급 및 제거를 피하기 위해, 액체 또는 가스 충전 부품은 적절한 단열이 제공된다.
본 발명에 의한 장치는 이전의 공지의 해결수단보다 작고 가벼운 컴팩트한 구조를 허용하고, 자체의 부대 전류원이 장착되어 에너지 소비가 적도록 개발될 수 있다. 그래서, 본 발명은 휴대용 온도 교정기에 특히 적합하다.
도 1 및 2의 본 발명에 따른 장치의 실시예는 적당한 재료, 예컨대 금속 재료로 제조된 재킷(1)으로 구성되는 원형의 원통형 컨테이너로 구성된다. 재킷은 높은 열전도성을 가진 적당한 탄성 재료, 예컨대 적절한 온도 한계 내에서 사용하는데 적당한 고무 재료로 제조된 얇은 벽의 교정기 보디(3)가 위치하는 캐비티(2)를형성한다. 교정기 보디(3)는 액체 또는 가스인 적절한 열전달 매체(5)를 수용하는 용적(4)을 형성한다.
단열재(6)는 교정기 보디(3)와 재킷(1) 사이에 위치한다. 교정기 보디(3)는 단열재(6)와 맞닿는 외벽(7)과, 컨테이너(1)의 세로축을 따라 뻗고 교정할 온도센서(10)를 수용하는 중앙의 개구(9)를 형성하는 내벽(8)을 갖는다. 개구(9)의 출구가 뚫려 있고 온도센서(10)가 도입되는 교정기 보디(3)의 상부측에는, 탄성 단열재(11)가 적용되어 있다.
도면에서와 같이, 교정기 보디(3)에는, 도 7과 관련하여 설명되는, 순환 시스템과의 연결을 위한 입구(12)와 출구(13)가 구비되어 있다. 교정기 보디(3)를 관통하는 열전달 매체(5)의 강제 관통류를 제공하는 순환 시스템과 더불어, 교정기 보디(3)의 매체에 과압, 및 또한 저압을 생산하기 위한 수단이 또한 구비되어 있다.
도면에서의 입구 및 출구의 위치는 예시로서만 의미가 있다. 도 1 및 2의 실시예에 있어서, 입구 및 출구의 위치는 컨테이너 내에 와류를 생성하기 위해서 예컨대 접선방향일 수도 있다. 일반적으로, 양호하고 균일한 관통류 분포를 얻고, 그로써 최소의 온도 구배를 얻는 위치 및 구조적 디자인을 목적으로 한다.
도 1a 및 1b는, 매체(5)가 저압인 상태에 있는 장치의 도면이다. 교정기 보디의 내벽(8)은 온도 센서(10)의 도입을 위한 적당한 개구(9)를 형성하는 위치를 차지한다. 도 2a 및 2b의 조건에서, 센서(10)는 개구(9) 내에 도입되어 있고 매체는 과압을 받고 있어서, 교정기 보디의 내벽(8)은 센서(10)와 꽉끼움 밀착된다. 그래서, 교정기 보디 및 센서 사이에 있어서 완전한 또는 거의 완전한 접촉이 얻어지고, 탄성 내벽(8)은 자체적으로 센서의 형상에 맞추어져서 최적의 열전달이 얻어진다.
도 3 내지 6은 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예이다. 이 실시예에 있어서, 캐비티를 형성하는 재킷(21)은 도 3 및 5에서와 같이 장방형 단면을 갖고, 탄성 재료 또는 적당한 변형가능성과 유연성은 있지만 비탄성 재료로부터 형성될 수도 있는, 벽이 얇고 기본적으로 동일한 2개의 교정기 보디(23)가 위치하는 캐비티(22)를 갖는 상방으로 개방된 컨테이너를 형성한다. 각 교정기 보디(23)는 적절한 열전달 매체(25)(가스 또는 액체)를 수용하는 용적(24)을 형성한다.
교정기 보디(23)와 컨테이너의 측벽 및 바닥부 사이에는 단열재(26)가 위치한다. 각 교정기 보디(23)는 단열재(26)와 맞닿는 외벽(27)과, 내벽(28)을 갖는다. 내벽(28)은 컨테이너의 대향하는 한 쌍의 측벽 사이에서 중심적으로 뻗어 있고 교정할 2개 이상의 센서, 도면에 있어서는 3개의 센서(30)를 도입하여 수용하는 슬롯형 개구(29)를 형성한다. 이들 센서 중 하나는 여분의 기준 센서일 수도 있고 센서 또는 교정할 센서의 조건과 유사하여 아주 정확한 교정 기준을 구성하는 온도 및 열 조건에 노출된다.
제 1 실시예에서와 같이, 교정기 보디(23)와 컨테이너의 측벽 및 바닥부 사이의 단열재(26)는 고체 재료이다. 슬롯(29)의 출구가 뚫려 있고 센서(30)가 도입되는 교정기 보디(23)의 상부측에는, 탄성 재료의 단열재(31)가 적용되어 있다.
제 1 실시예에서와 유사한 방식으로, 각 교정기 보디(23)는 교정기 보디(23)를 관통하는, 강제적인 적절한 매체(25)의 관통류를 제공하는 순환 시스템과의 연결과, 원할 경우 매체 내에 과압의 제공을 위한 입구(32) 및 출구(33)가 또한 구비되어 있다.
도 3 및 4는, 매체(25)가 제로 과압인 제 1 상태에 있는 장치의 도면이다. 교정기 보디의 내벽(28)은 온도 센서(10)의 도입을 위해 슬롯(29)이 개방되는 적당한 위치를 차지한다. 도 5 및 6은, 교정기 보디 내의 매체(25)가 과압에 노출되어 있어서, 내벽(28)은 부분적으로 서로에 맞닿고 부분적으로 센서(30)와 꽉끼움 밀착 상태로 되고, 벽은 자체적으로 센서의 형상에 맞추어진다.
도 7은 매체의 온도와, 또한 교정기 보디를 관통하는 매체의 관통류 속도를 조절하는 조절 회로를 포함하는 순환 시스템에 연결된 교정기 보디(34)이다.
그래서, 교정기 보디(34)는 매체(39)의 순환을 위한 펌프(38)를 갖는 파이프라인(37)에 연결된 입구(35)와 출구(36)를 갖는다. 파이프라인(37)에는 부호 C의 조절 회로에 의해 제어되는 열 조절 유닛(40)이 또한 연결되어 있다. 조절 회로는 매체류 내의 적당한 위치에 위치하는 다수의 온도 센서 "T"로부터 제어 신호를 공급한다. 조절 회로는 제어 장치(41)에 의해서 유닛(40)을 통한 열에너지의 공급 또는 제거를 조절하고, 펌프(38)의 스피드를 제어하여 매체의 유동 속도를 제어함으로써 교정기 보디(34) 내의 소정의 기준 온도를 달성한다.
파이프라인(37)에는 매체(39) 내의 압력을 조정하고 이로써 교정기 보디의 용적을 조정하기 위한 압력 및 용적 조절 장치(42)가 또한 연결되어 있다. 이 장치는 밸브(45)를 포함하는 라인(44)에 연결되고 유압 응축기(46)를 통해서 파이프라인(37)에 연결된 펌프(43)를 포함하여 도시되어 있고, 이 장치의 실시예에서의 매체는 액체인 것이 전제이다.
열전달 매체로서 액체 대신에 가스를 사용하는 경우, 유압 응축기(46)는 불필요하다. 가스의 사용은 극고온 또는 극저온의 경우에 이점을 가질 수 있다.
본 발명에 의한 장치는 이전의 공지의 해결수단보다 작고 가벼운 컴팩트한 구조를 허용하고, 자체의 부대 전류원이 장착되어 에너지 소비가 적도록 개발될 수 있다. 그래서, 본 발명은 휴대용 온도 교정기에 특히 적합하다.

Claims (11)

  1. 교정할 센서(10; 30)를 수용하는 캐비티(2; 22), 캐비티 내의 센서를 포위하는 열전달 매체(5; 25), 소정의 온도까지 열전달 매체를 가열/냉각하는 수단(40)을 포함하는 온도센서 교정장치에 있어서,
    캐비티(2; 22)는 센서를 포위하는 얇은 벽의 교정기 보디(3; 23)를 적어도 하나 수용하고, 교정기 보디는 높은 열전도성의 유연성 재료로 제조되고 열전달 매체로 충전되는 용적(4; 24)을 형성하고, 교정기 보디(3; 23)는 적어도 하나의 센서(10; 30)를 수용하는 내부 개구(9; 29)의 적어도 일부분을 형성하고, 압력의 영향을 받도록 배열되어 교정기 보디의 개구 형성 벽(8; 28)이 센서에 대해 꽉끼움 밀착되게 하는 내벽을 갖는 것을 특징으로 온도센서 교정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 교정기 보디(3; 23; 34) 또는 각 교정기 보디는 열전달 매체(5; 25; 39)를 과압상태로 하여 교정기 보디를 센서(10 또는 30)와 꽉끼움 밀착되도록 배열된 압력 및 용적 조절장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서, 열전달 매체(5; 25)는 액체 또는 가스인 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 교정기 보디(3) 또는 교정기 보디들(23)은 캐비티를 형성하는 재킷(1; 21) 내에 위치하는 열전달 매체(6; 26)에 의해 포위되는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 재킷(1)은 컨테이너의 세로축을 따라 뻗고 교정할 센서(10)를 수용하는 중앙의 개구(9)를 형성하는 대응 형상의 교정기 보디(3)가 위치하는 기본적으로 원형의 원통형 컨테이너를 형성하는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 재킷(21)은 기본적으로 단면이 장방형이고 컨테이너의 대향측 사이에서 중심적으로 뻗어 있고 교정할 센서(10)를 적어도 2개 수용하는 슬롯형 개구(29)를 형성하는 적어도 하나의 교정기 보디(23)가 위치하는 컨테이너를 형성하는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 교정기 보디(3) 재료는 탄성인 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 교정기 보디(3)의 벽(8; 28)에서 열전달 매체(5; 25)를 향하는 쪽은 최대 열전달을 보장하는 표면 증가 구조를 갖는 한편, 센서 보디(10; 30)를 향하는 벽(8; 28)쪽은 최적의 접촉 표면 및열전달을 보장하는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 표면 증가 구조는 리브, 불균일부 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 교정기 보디 또는 각 교정기 보디(34)는 교정기 보디(34)를 관통하는 열전달 매체(39)의 강제 순환을 위한 펌프(38)를 갖는 순환 시스템(37)과의 연결을 위한 입구(35) 및 출구(36)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 열전달 매체(39)의 가열/냉각 수단(40)은 순환 시스템(37)에 연결되고 매체 유동에 위치하고 상기 펌프(38)가 유동속도를 조정하는데 영향을 끼치도록 배열되는 다수의 온도센서(T)로부터 제어 신호를 공급하는 조절 회로(C)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 온도센서 교정장치.
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