KR20100124302A - 온도 계측용 복합 물질을 포함하는 온도 센서，및 복합 물질 및 온도 센서를 제조하는 방법 - Google Patents

온도 계측용 복합 물질을 포함하는 온도 센서，및 복합 물질 및 온도 센서를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

온도 계측용 복합 물질(1)은 규정되고, 온도 센서(10)는 복합 물질(1)로 형성된다. 추가적인 규정은 복합 물질(1)을 제조하고, 온도 센서(10)를 제조하는 방법이다.

Description

온도 계측용 복합 물질을 포함하는 온도 센서，및 복합 물질 및 온도 센서를 제조하는 방법{COMPOSITE MATERIAL FOR TEMPERATURE MEASUREMENT, TEMPERATURE SENSOR COMPRISING THE COMPOSITE MATERIAL, AND METHOD FOR PRODUCING THE COMPOSITE MATERIAL AND THE TEMPERATURE SENSOR}
본 발명은 온도 계측용 복합 물질(composite material) 및 상기 복합 물질을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 복합 물질로 형성된 온도 센서 및 상기 온도 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
구성요소의 표면 상에서 온도 계측을 위해 사용된 종래의 온도 센서들은 복잡한 구조를 가지고, 노동 집약적이고, 제조 비용도 높았다.
본 발명의 목적은, 온도 계측용 복합 물질, 및 상기 복합 물질로 형성된 온도 센서를 제공하는 것에 있다. 상기 목적은 청구항 1에 따른 복합 물질, 및 청구항 12에 따른 온도 센서에 의해 달성된다. 본 발명의 추가적인 목적은 복합 물질을 제조하고 온도 센서를 제조하기 위해 간단하고 저렴한 방법을 제공하는 것에 있다. 이러한 목적들은 청구항 7 및 청구항 20에 따라서 달성된다. 장치들 및 방법들의 추가적인 실시예들은 추가적인 청구항들의 주제 내용이다.
일 실시예에서, 온도 계측용 복합 물질은 규정되고, 상기 복합 물질은 세라믹 필러(ceramic filler) 및 상기 필러를 내장한 형성가능한 매트릭스(formable matrix)를 포함한다. 세라믹 필러는 전기 저항의 정온도 계수 또는 부온도 계수(positive or negative temperature coefficient)를 가진다. 복합 물질은 추가적으로, 세라믹 필러에 의해 결정된 저항-온도 특성을 가진다. 이로써, 부온도 계수(NTC) 또는 정온도 계수(PTC)를 가지는 저항-온도 특성을 가지고, 이와 동시에 형성가능한 물질인 복합 물질은 제공된다. 복합 물질은 임의의 방식으로 형성될 수 있고, 이에 따라 표면-실장가능한 소자들, 예를 들면 막들(films)을 제공하기 위해 처리될 수도 있다. 온도-종속 저항 특성을 가지는 복합 물질에 의해, 상기 복합 물질은 온도 센서로 형성될 수 있다. 복합 물질은 우수한 열 전도성을 가질 수도 있다.
복합 물질은 유리와 같은 물질들, 열가소성 물질들(thermoplastics), 열경화성 수지들(thermosets), 엘라스토머들(elastomers) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 매트릭스의 물질을 추가적으로 가질 수 있다. 사용된 폴리머 물질들은 예를 들면, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 또는 폴리아미드(polyamide, PA)일 수 있다. 이러한 물질들은 손쉽게 형성할 수 있고, 복합 물질이 우수한 가공성을 가진 효과를 가진다.
복합 물질의 필러는 매트릭스에서 다수의 입자로 나타낼 수 있다. 이로써, NTC 또는 PTC 속성을 가진 가루형 세라믹 필러 물질(filler material)을 매트릭스에 혼합가능하다.
추가적으로, 매트릭스의 세라믹 필러의 입자들은 충전 레벨(filling level)의 50% 내지 95%를 가질 수 있다. 입자들은 매트릭스에서 연속적인 전류 경로들을 형성할 수 있다.
매트릭스에서 입자의 충전 레벨의 50% 내지 95%는 전류 흐름을 위해 세라믹 입자들의 연속적인 전류 경로들을 확보할 수 있다. 이로써, 전류 경로들의 방해 및 매트릭스 물질을 통한 전류 흐름의 방해는 방지된다. 이로써, 복합 물질의 전기적인 거동(electrical behavior)은 세라믹 필러에 의해 실질적으로 결정된다. 복합 물질은 온도의 기능으로서 그의 전기 저항을 변화시키고, 즉, NTC 또는 PTC 특성을 가지고, 이로써 온도 센서로서 사용될 수 있다. 게다가, 매트릭스에서, 세라믹 입자들의 충전 레벨은 복합 물질의 가변형성(deformability)을 가능케 하기에 충분히 낮다.
복합 물질의 필러는 전기적인 전도성 스피넬형(spinel)의 식 AIIBIII 2O4 또는 페로브스카이트(perovskite)의 식 ABO3을 포함하는 물질을 포함할 수 있고, 이때 A는 각 경우에서 2 가 금속이고, B는 각 경우에서 3 가 금속이다. A는 예를 들면, 니켈을 포함하고, B는 예를 들면 망간을 포함할 수 있다. 이 경우에서, 금속은 부온도 계수를 가지는 세라믹 물질이다. 정온도 계수를 가지거나, 또는 서로 다른 성분 및 부온도 계수를 가진 세라믹들은 균등하게 사용될 수 있다. 세라믹 물질은 추가적으로 또한 예를 들면, 금속 산화물들로부터 선택된 도펀트들을 포함할 수 있다.
추가적인 규정은 상술된 속성을 가진 복합 물질을 제조하는 방법이다. 상기 방법은 다음과 같은 방법 단계를 가진다.
A) 세라믹 필러를 제조하는 단계,
B) 매트릭스를 제공하는 단계, 및
C) 필러 및 매트릭스를 혼합하는 단계
이로써, 간단한 방법이 제공되고, 이로 인해, 상술된 속성에 따른 복합 물질이 제조될 수 있다.
게다가, 단계 A)방법에서, 세라믹 과립들은 가루로 만들기 위해 소결되고, 압착되고, 갈려진다. 이는 간단한 방식으로 매트릭스 물질과 혼합될 수 있는 가루 형태를 한 세라믹 물질을 제공한다.
단계 B)방법에서, 매트릭스는 유리와 같은 물질들, 열가소성 물질들, 열경화성 수지들, 엘라스토머들 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
게다가, 단계 C)방법에서, 필러 및 매트릭스는 연속적으로 혼합될 수 있다. 이 목적에 있어서, 혼합은 예를 들면, 2 개의 공동 회전형 평행 컨베잉 스크류들(co-rotating parallel conveying screws)을 가진 쌍축형 압출 성형기(twin-screw extruder)에 영향을 받을 수 있다. 매트릭스 물질 및 필러는 연속적으로 조합 및 혼합된다. 단계 C)방법에서, 필러 및 매트릭스는 배치식(batchwise)으로 혼합될 수도 있다. 이 목적에 있어서, 필러 물질 또는 매트릭스 물질은 초기에 용기에 채워지고, 그 후에, 매트릭스 물질 또는 필러 물질이 첨가되고 상기 물질은 용기에서 혼합된다.
추가적인 규정은, 상술된 속성에 따른 복합 물질로 형성되고 접촉부들(contacts)을 가진 온도 센서이다. 온도 센서가 외피들(envelopes) 또는 캐리어들(carriers)에 상관없이 제조될 수 있다는 점, 그리고 그 외부 표면들이 복합 물질에 의해 형성될 수도 있다는 점이 주목된다. 온도 센서는 몸체들 및/또는 열 복사에 인접한 온도를 검출할 수 있다. 게다가, 복합 물질로 형성된 온도 센서가 형성될 수 있어, 그 결과, 이는 표면-실장가능하다. 표면-실장가능한 온도 센서는 우수한 열을 가지고, 계측 대상 상에서 그의 표면 영역의 기계적인 커플링(mechanical coupling)도 가진다.
온도 센서는 온도 센서의 표면 상에 적용되고, 그리고/또는 온도 센서에 통합되는 접촉부들을 가질 수 있다. 접촉부들이 온도 센서에 통합될 시에, 일부의 접촉부들은 복합 물질로 나타나는 반면, 나머지는 복합 물질 외부로 돌출되고, 외부로부터 접촉될 수 있다. 접촉부들과 복합 물질 사이의 접촉 영역들은 온도 센서의 저항에 영향을 미칠 수 있고, 따라서, 온도 센서의 NTC 또는 PTC 특성에도 영향을 미칠 수 있다. 복합 물질과 접촉되는 접촉부들의 영역이 커질 수록, 복합 물질의 절대 저항은 낮아질 것이다. 이로써, 온도 센서의 전기적인 거동은 요구에 따라 조정될 수 있다. 온도 센서의 전기적인 거동은 추가적으로 복합 물질의 기하학적인 형태에 의해, 그리고 접촉부들의 형태 및 위치에 의해 결정된다. 이는 벌크 효과(bulk effect)가 물질의 전체 체적을 통하여 온도 센서의 전도성을 결정한다는 사실에 의해 일어난 것이다.
온도 센서는 3 차원의 기하학적인 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 유연성이 있을 수 있는 막들로서, 형성될 수 있다. 게다가, 온도 센서는 입방형일 수 있고 그리고/또는 원형 모서리들을 가질 수 있다. 나아가, 기하학적인 형태들, 예를 들면 원통형 또는 환경에 개별적으로 조정된 불규칙한 형태들은 마찬가지로 제조가능하다. 복합 물질의 형태로 인해, 이로써, 온도 센서를 제조하기에 간단하고 저렴한 방식이 가능하고, 이때 상기 온도 센서는 요구대로 형성될 수 있고, 추가적인 소자들, 예를 들면, 외피들 또는 캐리어들 없이 사용가능하다.
전기적으로 절연된 온도 센서의 표면이 요구될 시에, 예를 들면, 선택적인 열적으로 커플링된 캡슐화를 실행시키기 위해, 추가적인 사출 성형 과정(injection molding process)에 의해 가능하다.
추가적인 규정은 온도 센서를 제조하는 방법이다. 방법은 다음의 방법 단계를 포함한다.
D) 복합 물질을 제조하기 위해 상술된 처리에 의해 복합 물질을 제조하는 단계,
E) 복합 물질을 형성하는 단계, 및
F) 접촉부들을 적용하는 단계
단계 D)방법에서, 복합 물질은 상술된 방법에 의해 제조된다. 게다가, 단계 E)방법에서, 복합 물질은 3 차원 대칭 형태로 형성될 수 있다. 복합 물질은 리본들(ribbons) 또는 막들로 형성될 수 있거나, 또는 나아가 3 차원 형태로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 이 목적에 대해 사출 성형을 포함하는 방법을 사용하는 것이 가능하다. 복합 물질의 형성은 쌍축형 압출 성형기에서 복합 물질을 제조한 후에, 직접적으로 형성될 수 있다. 이 목적에 있어서, 도구로서, 예를 들면 슬롯 다이(slot die)를 사용할 수 있다. 압출된 리본은 스무딩 캘린더(smoothing calender)를 통해 배출될 수 있고(drawn off), 예를 들면, 얇은 리본들 또는 막들로 형성될 수 있다. 게다가, 다이 플레이트(die plate)는 압출기 상에서 도구로서 사용될 수 있다. 그 후에, 압출 성형물들(extrudates)은 팔렛들(pellets)을 제공하기 위해 적합한 컷팅 장치로 처리될 수 있고, 그 다음에, 원하는 처리 기계장치들, 예를 들면 사출 성형 기계장치들 상에서 원하는 형태로 변환될 수 있다.
게다가, 단계 F)방법에서, 접촉부들은 형성된 복합 물질의 표면 상에 적용될 수 있다. 이 목적에 있어서, 스크린프린팅(screenprinting), 스퍼터링(sputtering) 및 전기 도금으로부터 선택된 방법을 선택할 수 있다. 단계 E) 및 F) 방법은 추가적으로, 동시에 실행될 수 있고, 접촉부들은 복합 물질에 통합될 수 있다. 예를 들면, 통합된 접촉부는 하나의 사출 성형에서 제조될 수 있고, 복합 물질 외부에서 돌출되는 말단들 및 복합 물질 내에 둘러싸이는 말단들을 가진다.
온도 센서는 몸체에 적용될 수 있고, 상기 온도 센서의 온도는 계측될 수 있다. 그 결과, 온도 센서는 인접한 몸체를 가진 접촉 영역 상에서 온도를 계측할 수 있다. 추가적인 또는 대안적인 기능으로서, 온도 센서는 복사 계측을 위해 사용될 수도 있다. 이 목적에 대해, 몸체, 예를 들면, 막은 형성될 수 있고, 막의 매트릭스 물질은 복사의 우수한 흡수를 가진다. 이 목적에 있어서, 매트릭스 물질은, 예를 들면, 흑색 입자를 포함할 수 있다. 이로써, 입사하는 태양 복사 또는 열 복사를 검출할 수 있다.
본 발명은 도면들을 참조하여 상세하게 도시될 것이다:
도 1은 온도 센서의 일 실시예의 개략도이고,
도 2는 온도 센서의 일 실시예의 추가적인 개략도이다.
도 1은 복합 물질(1) 상에 적용된 접촉부들(2)을 가진 온도 센서(10)를 도시한다. 이 작동 예에서, 온도 센서(10)는 막의 형태로 되어 있고, 접촉부들(2)은 복합 물질(1)의 표면 상에서 실장된다. 상기 막은 유연할 수 있고, 이로써, 임의의 표면들에 적용될 수 있고, 상기 표면의 온도는 계측될 수 있다. 복합 물질은 유리와 같은 물질들, 열가소성 중합체들, 열경화성 수지들, 엘라스토머들 또는 이들의 조합으로부터 선택된 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, PPS 또는 PA는 사용될 수 있다. 매트릭스는 전기 저항의 정온도 계수 또는 부온도 계수를 가진 세라믹 필러를 포함한다. 상기 필러는 매트릭스에서 미립자 형태로 되어 있고, 매트릭스의 충전 레벨(filling level)은 매트릭스에서 입자의 연속적인 전류 경로들이 형성될 수 있는 만큼 충분하게 높다. 예를 들면, 세라믹 필러는 금속 산화물들, 예를 들면, MnNiO를 포함하고, 50% 내지 95%의 충전 레벨로 매트릭스에 존재하는 물질을 포함할 수 있다. 접촉부들(2)은 대안적으로 막에 통합될 수 있고, 서로 다른 크기들을 가질 수도 있다.
도 2는 온도 센서(10)의 대안적인 실시예를 제시한다. 복합 물질(1)은 여기에서 입방체의 형태로 되어 있고, 접촉부들(2)은 입방체에 통합된다. 접촉부들(2)은 입방체의 외부로 돌출된 말단들 가지고, 그 결과, 상기 접촉부들은 외부로부터 접촉가능하고, 상기 접촉부들은 상기 입방체 내에 결합되는 말단들을 가진다(파선으로 나타냄). 상기와 같은 온도 센서(10)는, 예를 들면, 사출 성형에 의해 제조될 수 있고, 이 경우에, 접촉부들(2)은 사출 성형 과정 동안 복합 물질(1)에 통합된다. 접촉부들(2)은 대안적으로 복합 물질(1)의 표면 상에 적용될 수 있고(여기에서 미도시), 서로 다른 크기들을 가질 수 있다. 온도 센서의 전기적인 거동은 복합 물질(1)의 기하학적인 형태에 의해, 그리고 접촉부들(2)의 크기, 형태 및 위치에 의해 결정될 수 있다. 이로써, 온도 센서의 형태 및 온도 센서의 전기적인 거동에 대한 특별한 사용에 있어서, 온도 센서가 개별적으로 구성되는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2에 제시된 실시예들은 원하는 대로 변화될 수 있다. 추가적으로, 주목해야 하는 것은, 본 발명이 예에 한정되는 것이 아니라 본원에서 상세하게 제시되지 않은 구성 또한 가능하다는 것이다.
1 복합 물질
2 접촉부
10 온도 센서

Claims (15)

  1. 온도 계측을 위한 복합 물질(1)에 있어서,
    세라믹 필러 및
    필러를 내장한 형성가능한 매트릭스
    를 포함하고,
    상기 세라믹 필러는 전기 저항의 정온도 계수 또는 부온도 계수를 가지고, 상기 복합 물질(1)은 상기 세라믹 필러에 의해 결정된 저항-온도 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 물질(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스는 유리와 같은 물질들, 열가소성 물질들, 열경화성 수지들, 엘라스토머들 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 물질(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 필러는 매트릭스에서 다수의 입자로서 나타나는 것을 특징으로 하는 복합 물질(1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입자는 매트릭스에서 충전 레벨의 50% 내지 95%를 가지는 것을 특징으로 하는 복합 물질(1).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 입자는 매트릭스에서 연속적인 전류 경로들을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 물질(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필러는 전기적인 전도성 스피넬형의 식 AIIBIII 2O4 및 페로브스카이트의 식 ABO3을 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함하고, 이때, A 및 B 각각은 금속이고, PTC 물질인 것을 특징으로 하는 복합 물질(1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 복합 물질(1)을 제조하는 방법에 있어서,
    A) 새러믹 필러를 제조하는 단계,
    B) 매트릭스를 제공하는 단계, 및
    C) 상기 필러 및 상기 매트릭스를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 복합 물질(1)로 형성되고, 접촉부들(2)을 가지는 것을 특징으로 하는 온도 센서(10).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접촉부들(2)은 상기 온도 센서(10)의 표면 상에서 적용되고, 그리고/또는 상기 온도 센서(10)에 통합되는 것을 특징으로 하는 온도 센서(10).
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 3 차원 기하학적인 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 온도 센서(10).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 막의 형태인 것을 특징으로 하는 온도 센서(10).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 막은 유연성이 있는 것을 특징으로 하는 온도 센서(10).
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기하학적인 형태는 입방형인 것을 특징으로 하는 온도 센서(10).
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기하학적인 형태는 원형 모서리들을 가지는 것을 특징으로 하는 온도 센서(10).
  15. 제 8 항 내지 제 14 항에 따른 온도 센서(10)를 제조하는 방법에 있어서,
    D) 제 7 항 내지 제 11 항에 따른 복합 물질(1)을 제조하는 단계,
    E) 상기 복합 물질(1)을 형성하는 단계, 및
    F) 접촉부들(2)을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020107020912A 2008-02-19 2009-02-09 온도 계측용 복합 물질을 포함하는 온도 센서，및 복합 물질 및 온도 센서를 제조하는 방법 KR101572290B1 (ko)

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