KR200275623Y1 - 감열발열선 온도 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 감열발열선 온도 제어 장치에 관한 것으로, 특히 논리회로(U5)로 진폭과 주파수가 일정한 구형파를 만들어서 상측감지선(S1)으로 보내어 온도의 상승에 의해 감소된 신호를 하측감지선(S2)으로 받아 CR필터(C8, R10, C7, R9)를 거쳐 정류한 신호를 논리회로(U3)로 보내어, 온도가 상승함에 따라 출력이 HIGH 시간에 비해서 LOW 시간이 길어지도록 하여, 논리회로(U3)가 LOW일때는 제어소자(Q1)가 OFF되도록 하여 일정 온도를 유지하도록 구성하고, 가변저항(VR)으로 설정온도를 가변하여 저온으로 설정하면 감지신호의 영향을 별로 받지 않고서 적정한 OFF 시간을 만들어 주게 되어 있으며, 국부 과열 등에 의해 감지선(S1↔S2)이 단선되거나 감지선이 발열선(H1↔H2)과 단락되면 제어소자(Q1)가 OFF되도록 구성되어 있는 바, 종래의 온도 제어 장치에 비해 간단하면서도 전원전압이나 감지특성 등의 환경 조건의 영향을 별로 받지 않으면서도 안전한 범용의 감열발열선 온도 제어 장치를 제공함으로서 원가 절감과 신뢰성 향상에 이바지할 수 있는 실용적인 제품을 제공하게 되는 것이다.

Description

감열발열선 온도 제어 장치{Sensing ＆ Heating Wire Temperature Controll Equipment}

본 고안은 심사(心絲)위에 발열선(發熱線)을 1차 권선(捲線)하고(H1↔H2) 그 위에 나일론으로 된 감열층(感熱層)을 입히고 그 위에 감지선(感知線)을 2차 권선하고(S1↔S2) 그 위에 절연 피막을 입혀서 된 감열발열선 온도 제어 장치에 관한 것으로, 특히 논리회로(U1)가 교류전원의 제로크로스를 검출하여 CR 미분회로(C1,R4)를 거쳐 논리회로(U2)의 상측 입력단자에 연결하여 교류전원의 제로크로스에서만 SCR이 트리거 될 수 있게 하고, 논리회로(U5)와 CR(C4, R7)의 조합으로 발생시킨 특정 주파의 구형파 신호를 CR(C3,R5)을 통해 상측 감지선 연결 단자(S1)으로 보내어 온도의 상승에 따라 감쇠된 신호를 하측 감지선 연결 단자(S2)에서 CR필터(C8,R10,C7,R9)를 거쳐 교류 전원 성분을 걸러낸 상태에서 정류하여(C6,D5,D4,C9) 저항(R8)을 통해 트랜지스터(Q2)로 보내어, 슈미트트리거 인버터 동작을 하는 논리회로(U3)와 주변부품(R6,D3,VR,Q2,C5)으로 구성된 구형파 발진회로의 출력 파형을 변화시켜서, HIGH 시간은 R6로 결정되는 고정 시간이 되고, LOW 시간은 가변저항(VR)과 트랜지스터(Q2)에 의해서 온도가 상승하면 길어지고 온도가 강하하면 짧아지게 하여, 반전 논리회로(U4)를 거쳐 NOR GATE 논리회로(U2)의 하측 입력 단자로 연결하여, U2의 출력이 HIGH일 때 Q1이 트리거 되어 발열선(H1↔H2)이 발열하는 감열발열선(H1↔H2,S1↔S2)의 온도가 일정하게 유지되도록 한 감열발열선 온도 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 감열발열선 온도 제어 장치는 감열발열선의 온도감지특성의 편차에 민감하게 작용하여 범용으로서의 온도설정이 용이하지 않아 실용상의 문제가 있으며, 범용으로 사용할 수 있는 것도 있으나 이는 위상제어를 함으로서 노이즈를 발생할 뿐 아니라 온도 설정 범위가 좁고 발열감열선의 감열층의 경화현상에 의해 설정온도가 전반적으로 상승하는 등의 문제점이 뒤따르고 있다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 종래의 제반 문제점들을 해결하고자 이루어진 것으로 그 목적은, 논리회로(U1)의 입력(1)측에서 상측 교류전원(A1)으로 저항(R2)을 연결하여 교류전원의 제로크로스를 검출하여 CR(C1,R4) 미분회로를 거쳐 논리회로(U2)의 상측 입력(3)에 보내고, U2의 출력(4)을 저항(R3)와 정류기(D2)를 거쳐 SCR(Q1)의 게이트로 보내어 교류전원의 제로크로스에서만 SCR이 트리거 될 수 있게하고, 논리회로(U5)와 CR(C4,R7)로 특정주파수의 구형파를 만들어 CR(C3,R5)을 통해 상측 감지선(S1)으로 보내고, 하측 감지선(S2)으로 온도의 상승에 따라 감쇠된 특정주파수의 신호받아 CR필터(C8,R10,C7,R9)를 거쳐 배압 정류(C6,D5,D4,C9)하여 생성된 캐페시터(C9)양단의 직류전압을 저항(R8)을 통해 트랜지스터(Q2)의 베이스에 가하여, 논리회로(U3)와 정류기(D3),저항(R6),트랜지스터(Q2),가변저항(VR),캐패시터(C5)로 구성된 구형파 발생회로의 듀티비(LOW와 HIGH의 시간 비율)를 변화시켜서(온도가 상승하면 LOW 시간이 길어짐) 논리회로(U4)를 거쳐 논리회로(U2)의 하측 입력단에 가하여, 감열발열선의 온도가 상승하면 SCR의 OFF 시간이 길어지고 온도가 강하하면 SCR의 OFF 시간이 짧아지게 하여 게 하여, 교류전원의 제로크로스에서만 SCR이 트리거되어 노이즈를 발생하지 않으면서 HEATER(H1↔H2)를 ON OFF 제어하고, HEATER가 과열될 우려 없이, 설정 범위가 넓은 온도 제어를 할 수 있게 한 것이다.

상기의 목적을 달성하고자 본 고안의 감열발열선 온도 제어 장치는, 논리회로(U1)의 입력단자(1)에서 교류전원의 상측 단자(A1)로 제로크로스 검출용 저항(R2)을 연결하고, 논리회로(U1)의 출력(2)을 미분회로(C1,R4)를 거쳐 논리회로(U2)의 상측 입력단자(3)로 연결하고, 논리회로(U2)의 출력(4)을 저항(R3)과 정류기(D2)를 통해 SCR(Q1)의 게이트로 연결하고, CSR(Q1)의 애노드를 교류전원의 상측 단자(A1)에 연결하고, SCR(Q1)의 캐소드를 발열선의 상측 단자(H1)에 연결하고, 발열선의하측 단자(H2)를 교류전원의 하측 단자(A2)에 연결하고, 논리회로(U5)의 입력(11)과 출력(10)을 저항(R7)으로 연결하고, 상기 논리회로의 입력(11)에서 COMMON으로 캐패시터(C4)를 연결하여 특정주파의 구형파를 발생시키게 하고, 상기 논리회로의 출력(10)을 CR(C3,R5)을 통해 감지선의 상측 입력 단자에 연결하고, 감지선의 하측 입력 단자에 CR필터(C8,R10,C7,R9)를 연결하고, 상기 CR필터를 거쳐 배압정류회로(C6,D5,D4,C9)를 연결하고, 상기 배압정류회로의 출력(C9의 상측 단자)에서 저항(R8)을 통해 트랜지스터의 베이스에 연결하고, 상기 트랜지스터의 에미터를 논리회로(U3)의 출력단자(6)에 연결하고, 상기 트랜지스터의 콜렉터를 가변저항(VR)을 통해 상기 논리회로의 입력단자(7)에 연결하고, 상기 논리회로의 입력단자에와 출력단자 사이를 저항(R6)과 정류기(D3)를 직렬연결하고, 상기 논리회로의 입력단자와 COMMON 사이에 캐패시터(C5)를 연결하고, 상기 논리회로의 출력단자(6)와 논리회로(U4)의 입력단자(9)를 연결하고, 상기 논리회로의 출력단자(8)를 논리회로(U2)의 하측 입력단자(5)에 연결하고, 교류전원의 상측 입력단자(A1)과 COMMON 사이에 저항(R1), 정류기(D1), 제너다이오드(ZD)를 직렬연결하고, 제너다이오드의 양단에 캐패시터(C2)를 연결하여 상기 제너다이오드 양단을 논리회로(U1-U5)의 전원 공급단자에 연결 구성됨을 그 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 고안 '감열발열선 온도 제어 장치'는, 간단하면서도 안전하고 확실하게 감열발열선의 온도를 제어할 수 있게 함으로서 제조 원가를 절감하면서도 신뢰할 수 있는 제품을 제공하는 실용적인 감열발열선 온도 제어 장치를 제공할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 고안의 일실시예를 나타낸 회로 구성도,

도 2는 본 고안의 일실시예를 나타낸 블록도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1,3,5,7,9,11 : 입력 단자 2,4,6,8,10 : 출력 단자

A1 : 교류전원의 상측 단자 A2 : 교류전원의 하측 단자

H1 : 발열선의 상측 단자 H2 : 발열선의 하측 단자

S1 : 감지선의 상측 단자 S2 : 감지선의 하측 단자

D1-D5 : 정류기 ZD : 제너다이오드

C1-C9 : 캐패시터 R1-R10 : 저항

Q1 : SCR Q2 : 트랜지스터

VR : 가변저항 U1-U5 논리회로

Vcc : 논리회로의 전원(+) Vss : 논리회로의 전원(-)

이하 본 고안 '감열발열선 온도 제어 장치'의 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 참조하면서 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서의 회로의 전원 공급은, 교류전원의 상측 단자(A1)와 하측 단자(A2) 사이를 저항(R1), 정류기(D1), 제너다이오드(ZD), 캐패시터(C2)로 연결 구성하여 캐패시터(C1) 양단을 직류전원(Vcc, Vss)으로 만들어 회로에 공급한다.

또한, 클럭발생부는, 논리회로(U1)와 저항(R2), 캐패시터(C1), 저항(R4)로 구성되어 상기 논리회로의 입력(1)을 저항(R2)을 통해 교류전원의 상측단자와 연결하여 교류전원의 제로크로스를 검출하여 제로크로스를 기점으로 출력(2)이 반전되는 것을 캐패시터(C1)와 저항(R4)로 미분회로를 구성하여 교류전원이 제로에서 정(+)로 변하는 시점에서 SCR(Q1)을 트리거 할 수 있을 정도의 짧은 펄스 신호를 출력하여 연산부로 보내어, SCR(Q1) 항상 제로크로스에서만 트리거 될 수 있도록 하여 SCR(Q1)의 트리거로 인해 발생되는 노이즈를 최소화 하도록 작동하게 한다.

또한, 제어부는 논리회로(U2)로 구성되어 클럭발생부에서 클럭이 출력될 때신호변환부의 출력이 클럭신호와 논리적으로 일치할 때만 논리회로(U)2의 출력단자로 트리거 펄스를 발생시켜 개폐부로 보내고, 신호변환부의 출력이 클럭발생부의 출력과 일치하지 않을 때는 트리거 펄스를 발생하지 않게 하여 온도 변화에 따라서 적절하게 개폐부의 개폐를 제어하도록 작동하게 한다.

또한, 개폐부는 SCR(Q1)과 저항(R3), 정류기로 구성되어 제어부에서 발생되는 트리거 펄스 신호를 받아 SCR을 ON/OFF하여 HEATER(H1↔H2)를 가열 또는 정지하여 적정온도를 유지하도록 작동하게 한다.

또한, 신호발생부는 논리회로(U5)와 캐패시터(C4),저항(R7),캐패시터(C3),저항(R5)로 구성되어 논리회로(U5)의 입력(11)과 출력(10)을 저항(R7)로 연결하고 상기 입력과 COMMON을 캐패시터(C4)로 연결 구성한 구형파 발생회로에 의해 특정주파수의 신호를 발생하여 캐패시터(C3)와 저항(R5)를 거쳐 감열발열부로 보내어 온도의 변화를 감지하도록 작동하게 한다.

또한, 신호검출부는 캐패시터(C8),저항(R10),캐패시터(C7),저항(R9)으로 연결 구성된 CR필터와, 캐패시터(C6),정류기(D5),정류기(D4),캐패시터(C9)로 연결 구성된 배압정류회로로 구성되어, 신호발생부에서 보낸 신호가 감열발열부의 온도 변화에 의해 감소된 신호를 상기 CR필터를 거쳐 교류전원의 영향을 받은 상용주파 부분을 여과한 신호를 상기 배압정류회로에서 정류하여 이를 신호변환부로 보내어 감열발열부의 온도 변화에 따른 적절한 신호로 변환하도록 작동하게 한다.

또한, 신호변환부는 논리회로(U3)와 저항(R6),정류기(D3),캐패시터(C5),가변저항(VR),트랜지스터(Q2),저항(R8)으로 연결된 구형파발생회로와 논리회로(U4)로구성되어, 상기 구형파발생회로의 출력이 HIGH인 시간은 정류기(D3)와 저항(R6)을 통해 전원전압(Vcc)이 캐패시터(C5)에 논리회로(U3)의 입력 HIGH 레벨까지 충전되는 시간으로 정해지고, 상기 구형파발생회로의 출력이 LOW인 시간은, 캐패시터(C5)에 충전된 전압이 가변저항(VR)과 트랜지스터(Q2)를 통해 방전되어 논리회로(U3)의 입력 LOW 레벨 이하로 되는 시간이 되고, 이 시간은 신호검출부의 출력과 저항(R8)으로 연결된 트랜지스터(Q2)의 콜렉터-에미터간 등가저항값이 신호검출부의 출력전압에 비례하여 변하므로, 감열발열부의 온도와 비례(온도가 상승하면 LOW 시간이 길어짐)하게 작동되고, 논리회로(U3)의 출력을 논리회로(U4)로 반전시켜 제어부로 보내어, 제어부에서는 감열발열부의 온도가 상승하면 SCR의 OFF 시간이 길어지도록 작동하게 하여 온도의 상승과 SCR(Q1)의 OFF 시간이 상호 작용하여 항상 적정 온도를 유지할 수 있게 작용하는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

감열발열선(H1↔H2,S1↔S2)이 식은 상태에서 가변저항(VR)을 최고온도(저항값을 제로로 조정) 위치에 둔 상태로 교류전원의 상측 단자(A1)와 하측 단자(A2)에 상용 교류전원을 인가하면, SCR(Q1)이 제로크로스에서 트리거되어 HEATER(H1↔H2)를 가열하게 되는데, 이 때 감열발열선의 감지선(S1↔S2)과 발열선(H1↔H2) 사이의 임피던스는 온도에 반비례하여 가열 초기 상태는 임피던스가 비교적 커서 신호발생부에서 보낸 신호가 별로 감소하지 않아 신호검출부의 출력전압이 높은 상태가 되고, 신호검출부의 출력전압이 높으면 신호변환부의 트랜지스터(Q2)의 콜렉터-에미터간 등가저항이 제로에 가까워서 SCR의 ON 시간에 비해 OFF 시간은 아주 짧아서 감열발열부의 온도가 빨리 상승하게 되고, 감열발열부의 온도가 상승함에 따라 상기 감열발열선의 감지선과 발열선 사이의 임피던스는 감소하게 되고, 상기 임피던스의 감소에 의해 상기 신호발생부에서 보낸 신호가 감소하게 되고, 감소된 신호에 의해 신호검출부의 출력전압이 내려가게 되고, 신호검출부의 출력전압이 내려감에 따라 신호변환부의 출력이 제어부로 하여금 SCR(Q1)의 OFF 시간이 길어지도록 작용하게 되고, 점점 온도가 더 상승함에 따라서 상기 임피던스가 감소하게 되면 SCR은 점점 더 OFF 시간이 길어지게 되고, 이와 같은 작용에 의해 감열발열선의 온도는 더 이상 상승할 수 없는 일정한 온도를 유지하게 되고, 만일의 경우 온도 과승에 의해 임피던스가 제로(단락)로 되면 신호검출부의 출력이 제로가 되어 SCR은 ON 될 수 없는 상태로 작용하게 되고, 만일의 경우 감지선(S1↔S2)이 단선되면 신호발생부의 신호가 신호검출부로 전달되지 않아 신호검출부의 출력을 제로로 만들어 SCR이 ON 될 수 없는 상태로 작용하게 된다.

이와 같이 본 고안은 간단한 구성으로 감열발열선의 온도를 안전하고 정확하게 제어할 수 있는 실용적인 감열발열선 온도 제어 장치를 제공할 수 있게 한 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안 '감열발열선 온도 제어 장치'는 회로 구성이 복잡하지 않고, 범용으로 사용할 수 있고, 안전하고 정확하게 감열발열선의 온도를 제어할 수 있게 함으로서, 제품의 원가절감과 품질향상을 통하여 산업 발전에 크게 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다..

Claims (1)

1. 심사(心絲)위에 발열선(發熱線)을 1차 권선(捲線)하고(H1↔H2) 그 위에 나일론으로 된 감열층(感熱層)을 입히고 그 위에 감지선(感知線)을 2차 권선하고(S1↔S2) 그 위에 절연 피막을 입혀서 일체(一體)로 만든 감열발열선을 사용하여 특정 부위의 온도를 제어하는 감열발열선 온도 제어 장치에 있어서,

   증폭수단(Q2)의 일측(a)을 논리회로(U3)의 출력(6)에 연결하고, 상기 증폭수단(Q2)의 다른 일측(b)을 상기 논리회로(U3)의 입력(7)과 직접 또는 간접 연결하고, 상기 논리회로(U3)의 입력(7)과 출력(6) 사이를 저항(R6)과 정류기(D3)로 직렬 연결하고, 상기 논리회로(U3)의 입력(7)과 부전원(Vss) 사이에 캐패시터(C5)를 연결하여 구형파발생회로를 구성하고, 감지선(S1,S2)의 신호를 정류하여 그 정류출력을 상기 증폭수단(Q2)의 다른 일측(c)과 연결하여, 상기 정류출력의 변화에 따라 제어소자(Q1)의 개폐시간비율이 변하도록 연결 구성된 것을 그 특징으로 하는 감열발열선 온도 제어 장치.