KR20030046606A - 열전대 온도 교정장치 및 방법 - Google Patents

열전대 온도 교정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

열전대의 온도를 교정하기 위한 장치 및 방법이 개시되고 있다. 상기 장치는 열전대에서 사용되는 금속과 동일한 재질로 형성된 온도 교정용 도선 및 상기 온도 교정용 도선과 인접되도록 배치되고, 상기 온도 교정용 도선의 온도를 측정하기 위한 기준 온도계를 포함하는 기준 접점 프로브를 구비한다. 기준 접점 프로브는 실리콘 용액이 수용된 용기 내부에 배치되고, 온도 교정용 도선은 교정하고자 하는 열전대의 기준 접점부와 연결된다. 전원 공급부로부터 인가되는 전원은 상기 기준 접점부의 온도를 기준 온도로 유지시키고, 전기로는 열전대의 측온 접점부를 가열한다. 측온 접점부와 기준 접점부의 온도차에 의해 발생되는 열기전력을 온도로 변환하고, 이를 전기로의 온도와 비교함으로서, 열전대의 온도를 교정할 수 있다.

Description

열전대 온도 교정 장치 및 방법{Apparatus for correcting temperature of thermocouple and method for correcting using the same}
본 발명은 온도 측정을 위한 열전대 온도계(thermocouple thermometer)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 열전대 온도계의 기준 접점 온도를 교정하는 장치에 관한 것이다.
근래에 반도체 장치의 제조 기술은 정보 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 집적도, 신뢰도 및 처리 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다. 상기 반도체 장치는 실리콘 단결정으로부터 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 상기 반도체 기판 상에 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 패턴들은 막 형성, 사진 식각, 연마, 이온 주입 등의 단위 공정들의 선택적 또는 반복적 수행에 따라 형성된다. 상기와 같은 단위 공정들의 수행에 있어서, 공정 챔버 또는 반도체 기판의 온도 등은 공정의 중요한 인자로서, 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 최근의 반도체 장치 제조 공정에서는 특히 중요한 제어 변수로 대두되고 있다.
상기와 같은 온도를 측정하고 이를 제어하는 방법에 있어서, 주로 사용되는센서로는 열전대를 이용한 온도 센서가 있다. 상기 열전대는 제벡(Seebeck) 효과를 이용한 것으로서, 원자로, 항공기, 동력 계통, 제철소 등의 여러 공정에서 온도를 감지하는 방법을 제공하며, 구조가 간단하고 가격이 싸며, 내구성이 있고 많은 응용면에서 비교적 정확히 온도를 측정할 수 있는 온도계이다. 상기 제벡 효과는 서로 다른 두 금속으로 폐회로를 구성하고, 양접점에 온도차를 주었을 때 온도차가 없으면 전위차가 없으나, 온도차가 있을 경우 양접점에는 접촉 전위차 불평형이 발생하면서 저온측 접합점으로부터 고온측으로 열전류가 이동하는 것을 말한다.
상기 열전대는 0.1 내지 1％ 정도의 정확도로 온도 측정이 가능하며, 출력을 측정하는데 측정 계기가 간단하고 회로상의 잡음이 덜 받는 낮은 임피던스를 갖는 장치이다. 열전대는 역학적 유연성이 있어서, 여러 응용에 따라 형태를 적합하게 바꿀 수 있고 빠른 응답, 내구성, 회로의 절연 등을 고려하여 보통 소선의 형태로 만들어 사용하기도 한다. 이와 같은 열전대의 일 예로서, 미합중국 특허 제5,498,296호(issued to Sawada, et al.)에는 금속 산화물로 이루어진 절연층을 갖는 열전대가 개시되어 있고, 미합중국 특허 제5,678,926호(issued to Stansfeld, et al.)에는 보호 덮개 내부에 배치되는 열전대를 포함하고, 가스 터빈 엔진에 사용되는 열전대 프로브(probe)가 개시되어 있다.
상기와 같은 열전대는 금속의 종류에 따라 여러 가지 타입으로 구분되고, 사용 한도 및 조건 등에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 도 1은 열전대를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종류가 다른 두 금속 도선(100a, 100b)이 접합되어 있다.두 금속 도선(100a, 100b)이 접합되는 부분은 온도를 측정하고자 하는 부위에 위치되는 측온 접점(102)이며, 두 금속 도선(100a, 100b)과 열전대 온도 변환기(104)가 접합되는 부분은 기준 접점(106)이 된다. 열전대의 원리에 의해 측온 접점(102)과 기준 접점(106) 사이의 온도가 다른 경우 두 금속 도선(100a, 100b) 사이에는 열기전력이 발생되고, 상기 열기전력은 열전대 온도 변환기(104)에서 온도로 변환된다. 이때, 기준 접점(106)의 온도는 일반적으로 0℃가 유지되어야 한다. 측온 접점(102)의 온도가 일정할 경우 기준 접점(106)의 온도가 변화되면, 열기전력이 변화되고, 이에 따라, 측온 접점(102)의 온도를 일정하게 측정할 수 없게 된다. 예를 들어, 측온 접점(102)의 온도가 100℃이고, 기준 접점(106)의 온도가 0℃이며, 100℃의 온도차에 해당하는 열기전력이 발생된다. 그러나 기준 접점(102)의 온도가 20℃ 또는 -20℃인 경우 80℃ 또는 120℃의 온도차에 해당하는 열기전력을 발생시킨다. 즉, 측정하고자 하는 부위의 정확한 온도 측정을 위해 기준 접점(106)의 온도는 항상 0℃를 유지하는 것이 바람직하다. 이를 보상하기 위해 온도 변화에 따라 저항이 변하는 측온 저항체(도시되지 않음)를 기준 접점(106)에 연결하여 기준 접점(106)의 온도를 항상 0℃로 인식하도록 하는 방법도 있으나, 상기 측온 저항체의 사용 조건 또는 연결 상태에 따라 온도 측정의 오차가 심각하게 발생할 수도 있다.
한편, 측정하고자 하는 부위와 열전대 온도 변환기(104)의 위치가 떨어져 있는 경우 측온 접점(102)의 두 금속 도선(100a, 100b)과 기준 접점(106) 사이에 보상 도선(108a, 108b)이 연결된다. 보상 도선(108a, 108b)은 열전대의 두 금속 도선(100a, 100b)과 동일한 재질로 구성되는 익스텐션 형과 열전대의 두 금속도선(100a, 100b)과 열기전력 특성이 유사한 합금 재질로 구성되는 컴펜세이션 형이 있다.
상기와 같은 열전대는 온도 측정의 가장 중요한 인자는 이미 언급했듯이 기준 접점의 온도를 0℃로 유지하는 것이다. 현재 사용되고 있는 방법은 가변 저항기를 사용하는 가동 코일형 또는 온도 보상 회로를 사용하는 자동 평형식 열전대 등이 있으나, 정밀한 온도 제어가 필요한 반도체 장치 제조 공정 등에서 사용되기에는 안정도가 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 기준 접점의 온도를 정확히 0℃로 유지시키기 위해 열전대의 교정 작업을 통해 정확한 온도 교정 데이터를 획득하고 이를 실제 공정에 적용함으로서, 기준 접점의 온도를 일정하게 유지시킨다.
종래의 교정 작업의 경우를 설명하면, 열전대의 측온 접점을 전기로 내부에 위치시키고, 이와 연결되는 보상 도선 및 0℃로 유지되어야 하는 기준 접점 부분을 0℃로 유지된 보온병 내부에 위치시킨다. 그리고, 전기로의 온도를 변화시키면서, 상기 측온 접점과 기준 접점 사이의 온도차에 따른 열기전력을 측정함으로서, 열전대의 온도 교정에 필요한 데이터를 획득하게 된다. 이때, 상기 보온병 내부를 정확히 0℃로 만들기 위해 보온병 내부에는 증류얼음 및 증류수를 50:50의 비율로 유지시킨다.
그러나, 상기와 같은 방법은 얼음을 유지하는 시간이 한정되고, 정확한 온도를 얻기 위해 복잡한 측정 과정을 거쳐야 하므로, 열전대 교정 전의 준비 과정에 장시간이 소요된다. 따라서, 실제 공정에 투입되어야 할 열전대가 교정 과정에서 장시간 대기하게 되며, 이는 공정 진행에 있어서, 불합리한 부분으로 작용되고, 작업자의 능률 저하 및 시간적 손실을 초래하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 인위적인 전원을 인가하여 열전대의 기준 접점의 온도를 기준 온도로 유지시키는 열전대 온도 교정 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 열전대를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전대 온도 교정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 기준 접점 프로브에 대한 상세도이다.
도 4는 도 2에 도시한 열전대 온도 교정 장치의 동작 관계를 설명하기 위한 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 금속 도선 102, 202 : 측온 접점부
104 : 열전대 변환기 106, 206 : 기준 접점부
108, 208 : 보상 도선 200 : 열전대
210 : 절연관 212 : 보호관
214 : 단자판 220 : 바디부
222 : 컨넥터 224 : 보조 컨넥터
226 : 기준 접점 프로브 232 : 기준 온도계
236 : 온도 디스플레이부 238 : 전원 공급부
240 : 연결 단자 242 : 실리콘 오일
244 : 용기 246 : 전기로
248 : 온도 교정용 도선 250 : 온도 변환기
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
열전대에서 사용되는 금속과 동일한 재질로 형성된 온도 교정용 도선과,
상기 온도 교정용 도선과 인접되도록 배치되고, 상기 온도 교정용 도선의 온도를 측정하기 위한 기준 온도계와,
상기 온도 교정용 도선 및 상기 기준 온도계 주변의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 온도 교정용 도선 및 상기 기준 온도계를 수용하는 용기와
상기 온도 교정용 도선과 상기 열전대의 기준 접점부를 연결하는 커넥터와,
상기 온도 교정용 도선과 연결되고, 상기 열전대의 온도 교정을 위해 상기 컨넥터에 연결된 상기 열전대의 기준 접점부의 온도를 기준 온도로 유지하기 위한 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 장치를 제공한다.
일 예로서, 상기 열전대의 기준 접점부는 서로 다른 재질로 형성되는 제1, 제2기준 접점부를 포함하고, 상기 온도 교정용 도선은, 상기 열전대의 측온 접점부와 제1, 제2기준 접점부를 각각 연결하는 제1, 제2보상 도선과 각각 동일한 재질로형성된 제3, 제4보상 도선, 및 상기 제3, 제4보상 도선과 각각 연결되고, 상기 제1, 제2기준 접점부와 각각 동일한 재질로 형성된 제3, 제4기준 접점부를 포함한다.
상기 용기 내부에는 상기 온도 교정용 도선 및 상기 기준 온도계 주변의 온도를 일정하게 유지하기 위한 실리콘 오일이 수용되어 있고, 상기 열전대의 측온 접점부가 삽입되고, 상기 측온 접점부의 온도를 변화시키기 위한 전기로를 더 포함한다.
그리고, 상기 컨넥터와 연결되고, 상기 전원 공급부에 의해 기준 온도가 유지된 상기 기준 접점부와 상기 전기로에 의해 온도가 변화되는 상기 측온 접점부의 온도차에 의해 발생되는 열기전력을 온도로 변환하는 온도 변환기, 및 상기 온도 변환기와 연결되고, 상기 변환된 온도를 보여주는 디스플레이부를 더 포함한다.
상기 온도 교정용 도선의 표면에는 절연 피복이 형성되어 있고, 상기 열전대의 기준 접점부와 상기 온도 교정용 도선을 연결하는 보조 컨넥터를 더 포함한다. 그리고, 상기 온도 교정용 도선 및 상기 컨넥터는 열전대의 종류에 따라 다수개가 구비된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
ⅰ)열전대의 기준 접점부에 전원을 인가하여 상기 기준 접점부의 온도를 기준 온도로 유지시키는 단계와,
ⅱ) 상기 열전대의 측온 접점부를 단계적으로 가열하는 단계와,
ⅲ) 상기 측온 접점부 및 기준 접점부 사이의 온도차에 의해 발생되는 열기전력을 온도로 변환하는 단계와,
ⅳ) 상기 측온 접점부를 가열하는 온도 및 상기 변환된 온도를 비교하여 상기 열전대에서 발생되는 열기전력 및 변환된 온도의 변환 관계를 교정하는 단계를 포함하는 열전대 온도 교정 방법을 제공한다.
따라서, 상기 열전대 온도 교정 장치를 사용하여 열전대의 온도 교정 작업을 수행하는 경우, 기준 접점의 온도를 유지하기 위한 사전 준비 작업으로 얼음물을 준비할 필요가 없으며, 각기 다른 종류의 열전대들을 용이하게 교정할 수 있다. 즉, 온도차에 의한 열기전력 데이터를 용이하게 얻을 수 있고, 실제 공정에서 기준 온도를 유지하기 위한 데이터를 용이하게 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전대 온도 교정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 열전대(200)는 서로 다른 종류의 두 금속이 접합된 측온 접점부(202)를 구비한다. 그리고, 상기 두 금속과 연결된 제1, 제2보상 도선(208a, 208b)들이 구비되고, 상기 두 금속과 제1, 제2보상 도선(208a, 208b)이 각각 접합되는 제1, 제2보상 접점 및 제1, 제2보상 도선(208a, 208b)들은 절연관(210) 내부에 내장된다. 그리고, 절연관(210)은 보호관(212) 내부에 내장된다. 측온 접점부(202)가 구비되는 일측에 대향하는 보호관(212)의 타측에는 단자판(214)이 구비되고, 단자판(214)에는 제1, 제2보상 도선(208a, 208b)과 연결되는 제1, 제2기준 접점부(206a, 206b)가 구비된다.
상기 열전대 온도 교정 장치의 바디(body)부(220)에는 상기 제1, 제2기준 접점부(206a, 206b)가 삽입되는 컨넥터(222)가 구비된다. 컨넥터(222)에는 각기 다른 종류의 열전대가 삽입될 수 있도록 각기 다른 다수개의 연결구가 구비되어 있다. 컨넥터(222)의 하부에는 규격이 다른 열전대를 연결하기 위한 보조 컨넥터(224)가 더 구비되어 있다.
바디부(220)의 하부에는 열전대(200)의 제1, 제2기준 접점부(206a, 206b) 온도를 기준 온도로 유지하기 위한 기준 접점 프로브(226)가 구비된다. 기준 접점 프로브(226)는 도 3에 도시한 바와 같이, 열전대(200)의 제1, 제2보상 도선(208a, 208b) 및 제1, 제2기준 접점부(206a, 206b)와 각각 동일한 재질로 형성되는 제3, 제4보상 도선(228a, 228b) 및 제3, 제4기준 접점부(230a, 230b)로 구성되는 온도 교정용 도선 및 상기 온도 교정용 도선과 인접되도록 배치되고, 제3, 제4기준 접점부(230a, 230b)의 온도를 측정하기 위한 기준 온도계(232)를 구비한다. 이때, 상기 온도 교정용 도선은 각기 다른 종류의 열전대에 대응할 수 있도록 각기 다른 다수개가 구비된다. 그리고, 열전대의 제1, 제2보상 도선(208a, 208b)이 제1, 제2기준 접점부(206a, 206b)와 동일한 익스텐션형인 경우, 상기 온도 교정용 도선은 제3, 제4보상 도선(230a, 230b)만으로 구비된다. 한편, 상기 온도 교정용 도선의 표면에는 전기적 절연을 위한 테프론 재질의 절연 피복(234)이 형성되어 있다.
그리고, 도시되지는 않았으나, 컨넥터(222)의 각 연결부와 연결되고, 열전대(200)에서 발생하는 열기전력을 온도로 변환시키는 온도 변환기가 구비되고,상기 온도 변환기는 온도를 보여주는 (236)디스플레이부와 연결된다. 또한, 온도 변환기는 기준 온도계(232)와도 연결된다.
도시된 B, S, R, K, E, J 및 T는 열전대의 종류를 나타내며, 종류별 구성 및 측정온도, 허용차를 표 1에 나타내었다.
기 호 구성 성분 측정 온도 허용차
+ -
B 백금-로듐30% 백금-로듐6% 600℃~1700℃ ±0.5%
S 백금-로듐10% 백금 0℃~1600℃ ±0.25%
R 백금-로듐13% 백금
K 니켈-크롬10% 니켈을 주로한 합금 0℃~1200℃ ±0.75%
J 철 콘스탄탄 0℃~800℃ ±0.75%
E 니켈-크롬10% 콘스탄탄 0℃~750℃ ±0.75%
T 구리 콘스탄탄 0℃~350℃ ±0.75%
표 1에 나타낸 종류별 열전대의 특징을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
B 열전대는 1,600℃ 이하에서 많이 사용하고 산화 분위기나 불활성 기체인 경우는 1,700℃까지도 무리없이 사용 가능하나 환원 분위기에서는 아주 약하다 강도, 안전성이 우수하여 고온용으로 좋은 열전대이다.
S 열전대는 사용가능 온도가 1,400℃ 정도이고 열기전력이 안정되어 사용조건만 좋다면 장기간 0.2℃ 정도의 정확도를 유지한다. 산화 분위기에서는 안정되지만 유기물, 철, 수소, 일산화 탄소 등의 환원 분위기에서는 약하므로 사용시 주의하여야 한다.
R 열전대는 순백금에 로듐을 가하는데, 일반적으로 백금 87％, 로듐 13％로 구성되어 있는 것으로 알려져 있으나, 실제는 백금 87.3％, 로듐 12.7％로 구성되어 있으며 주로 현장용으로 사용되고 있다. 또한 S 열전대에 비해 기전력 및 내열도가 양호하다.
K 열전대는 가장 많이 사용되나 환원성 가스에 매우 약하며 특히 수소 가스의 경우는 기전력의 변화도 작고 단기간 내에 전기 저항이 급격히 증가한다.
E 열전대는 열기전력이 매우 크고 안정되어 있으며 내식, 내산성이 우수하고 비자성 단자이므로 열전도율도 아주 낮아 발전소, 석유화학공업 등의 산화나 불활성 기체 분위기에서 많이 사용한다. 단 환원성 분위기에서는 K 열전대와 마찬가지로 전기 저항이 급속히 증가한다.
J 열전대는 순철의 제조 특성상 기전력 특성이 불안정하고 저온에서는 산화되기 쉬운 단점을 갖고 있으나, 환원성 분위기에서는 사용 가능하고 가격이 저렴하여 500℃ 이하의 환원성 분위기에서 많이 사용한다.
T 열전대는 동의 산화 때문에 공기 중에서의 상용 한도는 낮으나, 습기가 많은 상태에서는 부식에 강하여 주로 영하의 온도 측정에 적합한 저온용 열전대이다.
한편, 보조 컨넥터(224)의 일측 하단에는 전원 공급부(238)와 연결되는 연결 단자(240)가 설치되어 있고, 연결 단자(240)는 컨넥터(222)와 연결된다. 전원을 공급하는 이유는 열전대(200)의 기준 접점부(206a, 206b)의 온도를 기준 온도 즉, 0℃로 유지하기 위함이다. 이는 열전대의 원리인 제벡 효과에 반대되는 것으로서, 펠티어(Peltier) 효과 또는 톰슨(Thomson) 효과를 이용하는 것이다.
상기 펠티어 효과는 제벡 효과의 역현상으로서 두 개의 서로 다른 금속 접속점에 전류를 흘리면 그 전류의 방향에 따라서, 한쪽은 열을 발생시키고 다른 쪽은열을 흡수하는 현상을 말하는 것으로 열전대를 이용하여 측정할 때 현상은 고온의 측온 접점에서는 열의 흡수가, 저온인 기준 접점에서는 열의 발생이 일어나므로 실제 사용시 열전대 자신의 열전류에 의한 온도 변화는 지극히 작다.
참고로, 톰슨 효과는 온도 기울기가 있는 도선 상에 전류에 의한 열의 수송에 관한 효과로 동종 금속 내에서도 부분적으로 온도차가 있는 경우 그 곳을 흐르는 전류에 의해서 열을 발생 또는 흡수하는 현상을 말하며, 이 현상으로 인한 영향은 펠티어 효과 보다 작게 나타난다.
즉, 펠티어 효과를 이용하여 기준 접점부(206a, 206b)에 전원을 인가하여 기준 접점부(206a, 206b)의 온도를 인위적으로 0℃로 유지시키는 것이다. 이때, 열전대(200)의 기준 접점부(206a, 206b)에 직접적으로 전원을 공급할 수도 있으나, 이 경우 외부의 온도 영향으로 일정하게 기준 온도를 유지하기가 용이하지 않다. 이를 해결하기 위해 기준 접점 프로브(226)를 구비시키고, 여기에 각 열전대의 기준 접점부를 전기적으로 연결하고, 기준 접점 프로브(226)를 일정한 온도가 유지되는 환경에 위치시킴으로서, 외부의 온도 영향을 배제시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 기준 접점 프로브(226) 주변의 온도를 일정하게 유지시키기 위해 실리콘 오일(242)을 사용하였다. 실리콘 오일(242)은 유기유 중에서 열전도율이 가장 낮으므로 외부의 온도 변화에 대한 영향을 최소화할 수 있다. 즉, 바디부(220)의 하부에는 실리콘 오일(242)이 수용된 용기(244)가 구비되고, 기준 접점 프로브(226)는 용기(244) 내부의 실리콘 오일(242)에 잠기도록 한다. 여기서, 실제 열전대의 기준 접점부를 실리콘 오일에 담근 상태에서 열전대의 교정 작업을 수행할 수도 있으나,이는 작업 후의 열전대 세척 작업 등의 불가피한 추가 공정을 유발시킴으로서, 시간적인 손실을 야기할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 열전대(200)의 측온 접점부(202)의 온도를 변화시켜 가면서, 열기전력의 변화에 따른 온도 변화를 측정하기 위해 측온 접점부(202)는 전기로 내부에 위치시킨다. 즉, 열전대(200)의 기준 접점부(206a, 206b)를 0℃로 유지시키기 위한 전원을 인가하고, 전기로를 사용하여 열전대(200)의 측온 접점부(202)를 가열하면서, 측온 접점부(202)와 기준 접점부(206a, 206b) 사이의 온도차에 따른 열기전력 변화 및 이를 변환한 온도 변화를 측정하고, 결과를 전기로의 가열 온도와 비교 검토함으로서, 열전대(200)의 교정 데이터를 획득한다.
도 4는 도 2에 도시한 열전대 온도 교정 장치의 동작 관계를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 열전대의 보상 도선(208) 및 측온 접점부(202)는 전기로(246) 내부에 위치되고, 열전대의 기준 접점부(206)는 컨넥터(222)에 연결된다. 그리고, 전원 공급부(238)를 통해 열전대의 기준 접점부(206)의 온도를 기준 온도로 유지시키기 위한 전원이 인가된다. 여기서, 열전대의 기준 접점부(206)가 컨넥터(222)에 연결되지 않은 경우, 온도 교정용 도선(248)의 온도는 전원 공급부(238)를 통해 인가된 전원에 의해 0℃가 유지되고, 상기 기준 온도는 기준 온도계(232) 및 온도 변환기(250)를 통해 디스플레이부(236)를 통해 보여진다. 즉, 온도 교정용 도선(248)의 온도는 전원의 인가에 의해 지속적으로 기준 온도를 유지하게 되고, 여기에 열전대를 연결함으로서, 열전대의 기준 접점부(206)의 온도가 기준 온도로 유지되는 것이다.
열전대의 측온 접점부(202)가 전기로(246)의 내부에서 가열되면, 측온 접점부(202)와 기준 접점부(206)의 온도차가 발생하게 되고, 상기 온도차에 의해 발생되는 열기전력은 온도 변환기(250)에 의해 온도로 변환된다. 그리고, 상기 온도는 디스플레이부(236)를 통해 보여진다. 한편, 실제로 측온 접점부(202)에 가해지는 온도는 전기로(246)에 구비되는 온도계에 의해 확인되고, 전기로(246)의 온도와 온도 변환기(250)에 의해 변환된 온도를 비교함으로서, 열전대에서 발생되는 열기전력 및 온도의 변환 관계를 교정할 수 있고, 상기 교정 데이터는 실제 공정에서 온도계의 보정에 필요한 데이터로 활용된다. 또한, 기준 접점부(206)의 온도를 기준 온도로 유지하기 위해 공급되는 전원의 크기도 실제 공정에서 데이터로 활용된다.
상기와 같은 온도는 열전대의 종류별로 다르게 나타나며, 서로 다른 열전대들에 대응하는 컨넥터 및 온도 보상용 도선을 이용하여 각 열전대별 데이터를 획득할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 펠티어 효과를 응용하여 열전대의 기준 접점부에 인위적인 전원을 인가함으로서, 기준 접점부의 온도를 기준 온도로 유지할 수 있다. 또한, 실리콘 오일에 기준 접점 프로브를 담근 상태에서 열전대의 교정 작업을 수행함으로서, 외부의 온도 변화에 따른 기준 접점부의 온도 변화를 방지하고, 열전대의 교정시 시간적인 손실을 방지할 수 있다.
따라서, 열전대의 기준 접점부를 기준 온도로 유지시키기 위한 작업이 단순해지고, 컨넥터 및 온도 교정용 도선을 각 종류별 열전대에 대응하도록 제작함으로서, 각 종류별 열전대를 용이하게 교정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 열전대에서 사용되는 금속과 동일한 재질로 형성된 온도 교정용 도선;
    상기 온도 교정용 도선과 인접되도록 배치되고, 상기 온도 교정용 도선의 온도를 측정하기 위한 기준 온도계;
    상기 온도 교정용 도선 및 상기 기준 온도계 주변의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 온도 교정용 도선 및 상기 기준 온도계를 수용하는 용기;
    상기 온도 교정용 도선과 상기 열전대의 기준 접점부를 연결하는 커넥터; 및
    상기 온도 교정용 도선과 연결되고, 상기 열전대의 온도 교정을 위해 상기 컨넥터에 연결된 상기 열전대의 기준 접점부의 온도를 기준 온도로 유지하기 위한 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열전대의 기준 접점부는 서로 다른 재질로 형성되는 제1, 제2기준 접점부를 포함하고,
    상기 온도 교정용 도선은,
    상기 열전대의 측온 접점부와 제1, 제2기준 접점부를 각각 연결하는 제1, 제2보상 도선과 각각 동일한 재질로 형성된 제3, 제4보상 도선; 및
    상기 제3, 제4보상 도선과 각각 연결되고, 상기 제1, 제2기준 접점부와 각각 동일한 재질로 형성된 제3, 제4기준 접점부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대온도 교정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용기 내부에는 상기 온도 교정용 도선 및 상기 기준 온도계 주변의 온도를 일정하게 유지하기 위한 실리콘 오일이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열전대의 측온 접점부가 삽입되고, 상기 측온 접점부의 온도를 변화시키기 위한 전기로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 컨넥터와 연결되고, 상기 기준 접점부와 상기 측온 접점부의 온도차에 의해 발생되는 열기전력을 온도로 변환하는 온도 변환기; 및
    상기 온도 변환기와 연결되고, 상기 변환된 온도를 보여주는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 온도 교정용 도선의 표면에는 절연 피복이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열전대의 기준 접점부와 상기 온도 교정용 도선을 연결하는 보조 컨넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정용 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 온도 교정용 도선 및 상기 컨넥터는 열전대의 종류에 따라 다수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 장치.
  9. ⅰ)열전대의 기준 접점부에 전원을 인가하여 상기 기준 접점부의 온도를 기준 온도로 유지시키는 단계;
    ⅱ) 상기 열전대의 측온 접점부를 단계적으로 가열하는 단계;
    ⅲ) 상기 측온 접점부 및 기준 접점부 사이의 온도차에 의해 발생되는 열기전력을 온도로 변환하는 단계; 및
    ⅳ) 상기 측온 접점부를 가열하는 온도 및 상기 변환된 온도를 비교하여 상기 열전대에서 발생되는 열기전력 및 변환된 온도의 변환 관계를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 ⅰ)단계는 상기 기준 접점부와 연결되고, 상기 열전대의 보상 도선 및 상기 기준 접점부의 재질과 동일하게 형성되는 온도 교정용 도선을 실리콘 오일에 담근 상태에서 수행함으로서, 외부 온도 변화에 의한 상기 기준 접점부의 온도 변화를 방지하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 교정 방법.
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