KR20040011231A - 화학 실험용 온도 보호 장치 - Google Patents

Abstract

온도 감응 장치, 상기 온도 감응 장치로부터 출력 신호를 받아 전원을 제어하는 전원 차단 장치, 및 상기 전원 차단 장치에 연결되어 화학 실험 장치에 열을 공급하는 가열 장치로 구성되는 본 발명의 화학 실험용 온도 보호 장치는 온도계에 직접 상기 온도 감응 장치를 부착하여 온도를 감지하게 하고, 이러한 감지 신호를 이용하여 가열 장치의 전원을 자동 차단할 수 있어 화학 실험 장치의 보호는 물론 실험자의 신체를 안전하게 보호할 수 있다.

또한, 상기 온도 감응 장치로서 근접 스위치를 이용함으로써 검출시 측정하고자 하는 검출체에 직접 접촉하지 않고도 온도를 감지할 수 있어 실험 방해물질로 작용하지 않을 뿐 아니라, 높은 온도 감지 정밀도를 가지며, 탈부착이 편리하고, 빠른 속도로 온도를 감응할 수 있다.

또한, 본 발명의 온도 보호 장치는 기존의 실험 장치에 그대로 부착 연결하여 화학 실험 장치에 별도의 부착 수단을 구비하는 종래의 온도 센서와 달리 매우 편리하다는 장점이 있다.

Description

화학 실험용 온도 보호 장치 {Temperature protective apparatus for chemical experiments}

본 발명은 화학 실험용 온도 보호 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 근접 스위치 및 전원 차단 장치를 구비하여 증류 장치와 같이 고온이 요구되는 화학 실험 장치에서 일정 온도 이상 상승시에 가열 장치에 공급되는 전원을 자동 차단함으로써 화학 실험 장치의 보호는 물론 실험자의 신체를 보호하기 위한 화학 실험용 온도 보호 장치에 관한 것이다.

종래에는, 고온이 요구되는 화학실험시 실험자가 직접 온도계의 눈금을 통해 그 온도 상승을 장시간 관찰하는 비효율적인 방법을 사용하여 왔다.

일례로, 해양 배출 폐기물 성분 검사항목 중 하나인 불소 성분 농도 측정을 위해 수질 오염 공정 시험방법의 직접 증류법에 따라 시료를 전처리할 때, 일정 온도(180℃)까지만 가열하여야 하는데, 이때 수은 또는 알코올 온도계의 상승 온도를 실험자가 직접 눈으로 수 시간(약 7시간) 동안 수시 확인해야 하는 번거로움 등이 있었다. 또한, 실험자가 직접 눈으로 확인할 때에도, 실험 중 폭발할지 모른다는 불안감으로 실험 기피현상이 발생하고, 순간의 방심으로 180℃ 이상 온도 상승시 불소 측정 실험이 실패한 것으로 간주하여 재실험을 하여야 하므로, 이로 인한 인력, 시간 및 비용의 낭비가 심한 실정에 있다. 또한 온도가 180℃에 근접하였을 때에, 자동으로 가열장치에 의한 열공급을 신속하게 중단할 필요가 있었다. 심지어, 과다한 가열로 인한 폭발시 황산의 비산에 의해 실험자가 뜨거운 강산에 노출되어 중화상을 입을 위험이 늘 내포되어 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해, 시중에서 판매되는 금속 재질의 열감지 온도센서를 실험 물질에 직접 접촉시켜 온도를 감지하려는 시도가 있었다. 그러나, 상기 온도센서의 재질이 금속인 관계로 오히려 실험 방해물질로 작용하여 정밀한 분석실험에 적합하지 않고, 온도 감지 정밀도 또한 ±1∼2℃로 높아 정밀한 온도를 요구하는 실험에서는 그 기능을 충분히 발휘할 수 없다는 단점이 있었다. 또한, 화학 실험 장치에 온도센서를 삽입시키기 위한 별도의 부착 수단을 구비하여야 하는 불편함이 있었다. 따라서, 실험 방해물질로 작용하지 않을 뿐 아니라, ±1℃ 미만의 온도 감지 정밀도를 가지며, 탈부착이 편리하고, 빠른 속도로 온도를 감응할 수 있는 온도 감응 장치에 대한 업계 요구가 꾸준히 있어왔다.

이에, 본 발명자는 상기 문제점을 해결하고자 예의 연구한 결과, 수은 막대온도계의 수은이 금속이라는 점에 착안하여 금속을 감지할 수 있는 센서를 실험장치가 아닌 온도계에 직접 부착하여 온도를 감지하게 하고, 이러한 감지 신호를 이용하여 가열 장치의 전원을 자동 차단할 수 있는 장치와 연결·구성함으로써 본 발명에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 화학 실험 장치의 보호는 물론 실험자의 신체를 보호하기 위한 화학 실험용 온도 보호 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 화학 실험용 온도 보호 장치의 전체 회로 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 화학 실험용 온도 보호 장치에 사용되는 전원 차단 장치의 회로 구성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 온도 감응 장치, 2 : 전원 차단 장치, 3: 가열 장치,

10: 온도측정기, 11: 검출 코일, 12: 발진부,

13 : 검파부, 14: 출력부, 21: 콘트롤러,

22, 22', 22": 스위치, 23, 23', 23": 릴레이,

24: 표시 램프.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학 실험용 온도 보호 장치는 온도 측정기(10)내 검출체의 신호 변화를 발생시키는 검출 코일(11), 상기 검출코일(11)에 접속되어 자장을 형성할 수 있도록 일정한 주파수의 고주파 발진을 유지시켜 주는 발진부(12), 상기 발진부(12)로부터 신호 변화를 증폭 및 검출하는 검파부(13) 및 상기 검파부(13)의 검출 신호를 출력하는 출력부(14)를 포함하는 온도 감응 장치(1);

상기 출력부(14)로부터 출력 신호를 받아 전원을 제어하는 전원 차단 장치(2); 및

상기 전원 차단 장치(2)에 연결되어 화학 실험 장치에 열을 공급하는 가열 장치(3)로 구성된다.

이하, 첨부 도면 1 및 2를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 화학 실험용 온도 보호 장치의 전체 회로 구성을 나타내는 블록도로서, 크게 온도 감응 장치(1), 전원 차단 장치(2) 및 가열 장치(3)로 구성된다.

본 발명에서는, 상기 온도 감응 장치(1)로서 근접 스위치를 사용하는 것을 특징으로 한다.

근접 스위치는 통상 종래의 마이크로 스위치나 리미트 스위치 등 기계적인 접촉식 접점에 의한 것을 무접촉으로 감지 대상물의 유무를 판별하는 무접점 스위치로서 사용되며, 반영구적인 수명으로 공장 자동화 라인에 광범위하게 사용되고 있다. 근접 스위치의 종류로는 검출체의 전자유도 현상을 이용한 고주파 발진형 근접 스위치와 정전용량 변화를 이용한 정전용량형 근접 스위치가 있다.

이러한 근접 스위치는 기존에 사용되던 스위치를 대체 사용할 수 있으며, 종래의 스위치로는 검출이 불가능한 분야에서 빠른 속도의 응답을 요구하거나 비접촉으로 물체의 유무를 검출하고자 하는 경우에 사용될 수 있다.

통상적으로, 근접 스위치를 사용하는 측정기기에 있어서는 스위치에 전원 및 부하를 연결하고 검출면에 검출체(예: 금속)가 일정 위치에 근접하게 되면, 근접 스위치가 동작하여 쇼트 상태가 되어 부하를 작동시킨다.

이와 같이, 온도 보호를 무접점으로 제어함으로써 종래의 직접 접촉식 온도센서와 달리 화학분석 실험 등에서 측정하고자 하는 분석값에 전혀 영향을 주지 않게 된다.

이하, 온도 감응 장치(1)로서 고주파 발진형 근접 스위치를 예를 들어 본 발명을 설명한다.

검출 코일(11)로부터 나오는 고주파 자계 속에 온도측정기 내 검출체(예: 수은)가 접근하면, 근접하는 검출체 내에서 전자유도 현상에 의한 유도전류가 흐른다. 이 전류에 의해 자계가 발생하고, 발진부(12)의 발진 진폭에 영향을 준다. 이러한 상태 변화를 이용하여 검출체의 유무를 검출함으로써, 측정하고자 하는 검출체에 직접 접촉하지 않고도 온도를 감지할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 화학 실험용 온도 보호 장치에 사용되는 전원 차단 장치(2)의 회로 구성도로서, 출력부(14)로부터 출력 신호를 받아 가열 장치(3)의 전원을 자동 차단하는 기능을 한다.

먼저, 콘트롤러(21)는 DC 12V의 작동 전압을 상기 온도 감응 장치(1)에 공급하며, 상기 출력부(14)로부터 출력 신호를 받으면 전원을 자동 차단하게 된다.

실험자가 본 발명의 화학 실험용 온도 보호 장치를 구동하기 위해 스타트 스위치(22)를 ON시키면, 평상시 이미 폐회로 위치에 있는 스위치(22', 22")가 연결되어 있는 관계로 릴레이(23)가 동작하게 된다. 릴레이(23)의 동작에 의해, 릴레이(23)과 이미 연결된 릴레이(23', 23")가 폐회로 위치가 되어 회로를 연결하게 된다. 이러한 원리로 스타트 스위치(22)가 단락되어도 가열 장치(3)로 전압이 공급될 수 있다. 이때, 릴레이(23")의 동작에 의해 가열 장치(3) 사이에 연결된 표시 램프(24)가 점등되어 가열 장치(3)로 전압이 공급되고 있음을 외부에 알릴 수 있도록 되어 있다.

상기 출력부(14)로부터 출력 신호를 받은 콘트롤러(21)는 스위치(22', 22")를 단락시키고, 이로 인해 릴레이(23)와 이와 이미 연결된 릴레이(23', 23")가 동작하지 않아 가열 장치(3)로 공급되는 전압을 차단하게 된다.

이러한 화학 실험용 온도 보호 장치에 따르면, 센서의 위치를 일정 온도로 설정하여 검출체가 실험 온도에 근접하면, 전원 차단 장치(2)로 감지 신호를 보내 차단 장치에 의해 자동적으로 가열 장치(3)로 공급되는 전원을 차단할 수 있어 화학 실험 장치를 보호할 수 있고, 화학 실험 장치의 장시간에 걸친 사용으로 인한 화재를 예방할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학 실험용 온도 보호 장치의 작동 원리는 다음과 같다.

먼저, 증류 등 화학실험 장치에 필요한 온도를 선택하고, 이에 따라 근접 스위치의 온도를 보정하여 온도측정기(10)의 적절한 위치에 부착하는데, 이때, 온도설정은 온도측정기(10)의 한계선(저온에서 고온까지) 내에서 유효하기 때문에 화학 실험 외에 다른 영역에서도 광범위하게 활용이 가능하다. 이어서, 전원 차단 장치(2)의 스위치(22)를 ON 시키게 되면, 온도 감응 장치(1)에 DC 12V의 전원이 공급되며, 표시 램프(24)가 점등되면서 가열 장치(3)로 전압이 공급되어 실험 장치를 가열하게 된다. 실험 장치가 일정 온도로 가열되면, 상기 온도 감응 장치(1)로부터 감지 신호가 출력부(14)로부터 출력된다. 이러한 출력 신호를 받은 콘트롤러(21)는 스위치(22', 22")를 단락시키고, 이로 인해 릴레이(23, 23', 23")가 동작하지 않아 가열 장치(3)로 공급되는 전압(AC 220V)을 차단하게 되어 더 이상 실험 장치를 가열시키지 않는다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 화학 실험 장치와 실험자를 보호할 수 있을 뿐 아니라, 비상시 가열 장치(3)에 공급되는 전압을 차단시켜 화재를 예방할 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예:

해양 배출 폐기물 성분 중 불소 성분의 농도를 측정하기 위해, 본 발명에 따른 온도 보호 장치의 검출 온도를 180℃로 설정한 후, 수은 온도계(10)의 일정 위치에 부착하였다. 직접 증류 장치의 증류 플라스크에 황산 600㎖를 넣고, 가열 장치(3)에 의해 가열하였다. 상기 온도 보호 장치의 온도 감지 정밀도를 측정한 결과, ±0.1∼0.2℃이었고, 시료 분석값에도 전혀 영향이 없음이 관찰되었다.

비교예:

금속 재질의 직접 접촉식 온도센서를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예와 동일한 실험방법으로 실시하여 온도 감지 정밀도를 측정하고, 시료 분석값의 영향 여부를 조사하였다. 그 결과, 정밀도는 ±1∼2℃이었고, 시료 분석값에도 영향을 미쳤음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학 실험용 온도 보호 장치는 종래의 온도 센서에 비해 온도 감지 정밀도가 높았고, 시료 분석에 전혀 영향을 주지 않는 우수한 장치임을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 온도 보호 장치를 이용하여 수십회 반복 실험한 결과, 실험값의 오차가 전혀 없었다.

본 발명에 따른 화학 실험용 온도 보호 장치에 의하면, 온도계에 직접 온도 감응 장치(1)를 부착하여 온도를 감지하게 하고, 이러한 감지 신호를 이용하여 가열 장치(3)의 전원을 자동 차단할 수 있어 화학 실험 장치의 보호는 물론 실험자의 신체를 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 과도하게 온도가 상승할 우려가 전혀 없어 재실험에 따른 인력, 시간 및 비용을 상당히 줄일 수 있다.

또한, 온도 감응 장치(1)로서 근접 스위치를 이용함으로써 검출시 측정하고자 하는 검출체에 직접 접촉하지 않고도 온도를 감지할 수 있어 실험 방해물질로 작용하지 않을 뿐 아니라, 높은 온도 감지 정밀도(±0.1∼0.2℃)를 가지며, 탈부착이 편리하고, 빠른 속도로 온도를 감응할 수 있다. 이러한 근접 스위치의 온도 설정시 온도측정기(10)의 한계선(저온에서 고온까지) 내에서 유효하기 때문에 화학 실험 외에 다른 영역에서도 유용하다.

또한, 본 발명의 온도 보호 장치는 기존의 실험 장치에 그대로 부착 연결하여 화학 실험 장치에 별도의 부착 수단을 구비하는 종래의 온도 센서와 달리 매우 편리하다는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 온도 측정기(10)내 검출체의 신호 변화를 발생시키는 검출 코일(11), 상기 검출 코일(11)에 접속되어 자장을 형성할 수 있도록 일정한 주파수의 고주파 발진을 유지시켜 주는 발진부(12), 상기 발진부(12)로부터 신호 변화를 증폭 및 검출하는 검파부(13) 및 상기 검파부(13)의 검출 신호를 출력하는 출력부(14)를 포함하는 온도 감응 장치(1);

   상기 출력부(14)로부터 출력 신호를 받아 전원을 제어하는 전원 차단 장치(2); 및

   상기 전원 차단 장치(2)에 연결되어 화학 실험 장치에 열을 공급하는 가열 장치(3)로 구성되는 화학 실험용 온도 보호 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 온도 감응 장치(1)가 근접 스위치인 것을 특징으로 하는 화학 실험용 온도 보호 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 온도측정기(10)가 수은 온도계인 것을 특징으로 하는 화학 실험용 온도 보호 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 화학 실험 장치가 증류 장치인 것을 특징으로 하는 화학 실험용 온도 보호 장치.