KR20160035188A - 유체 열전도도 측정 장치 및 유체 열전도도 측정 방법 - Google Patents

유체 열전도도 측정 장치 및 유체 열전도도 측정 방법 Download PDF

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KR20160035188A
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정미희
김도형
이신표
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한국전력공사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 유체 열전도도 측정 장치 및 유체 열전도도 측정 방법에 관한 것으로서, 제1 유체의 내부에 삽입되는 제1 저항; 제1 저항과 직렬로 연결되고 제2 유체의 내부에 삽입되는 제2 저항; 제1 저항 및 제2 저항에 연결되어 전압을 인가하고, 제1 시점에 제1 저항 및 제2 저항의 저항을 측정하고, 제2 시점에 제1 저항 및 제2 저항의 저항을 측정하는 저항 측정부; 및 저항 측정부에서 측정된 저항값에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산부; 를 포함함으로써, 여러 가지 오차를 불러올 수 있는 물성인자의 측정 및 이용이 줄어들어 유체 열전도도 측정이 보다 간단하고 신속해질 수 있다.

Description

유체 열전도도 측정 장치 및 유체 열전도도 측정 방법 {Apparatus and method for measuring thermal conductivity of fluid}
본 발명은 유체 열전도도 측정 장치 및 유체 열전도도 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고체의 열전도도 측정에는 열류계(heat flow meter)법 또는 열평판(guarded hot plate)법과 같은 정상 방식의 열전도도 측정법들이 사용되지만, 유체의 열전도도 측정에는 비정상열선법이 주로 사용되고 있다.
여기서 비정상열선법은 측정자가 열전도도 측정대상 유체에 발열체이자 온도센서로서 작용하는 열선(저항)을 담그고 전류를 가한 후 열선의 온도(또는 저항값)를 측정함으로써, 열선에서 발생하는 주울열이 얼마나 빨리 유체를 통하여 발산되는지 알아보는 방식이다. 즉, 상기 비정상열선법은 유체의 열전도도가 우수할수록 유체에 둘러싸인 열선은 동일한 시간 내에 많은 양의 열량을 발산시킬 수 있으므로 상대적으로 열선의 온도상승폭은 줄어든다는 원리를 이용한다.
그러나 열선의 온도 측정을 위해 측정자가 사전에 알아야 하는 재료물성값은 너무 많다. 즉 동일한 유체에 대해서도 실험자마다 조금씩 다른 실험 장치 및 실험 방식이 이용될 수 있으므로, 유체 열전도도가 매우 상이한 측정값으로 얻어질 수 있다는 문제점이 있다. 예를 들어, 측정자는 반복적인 실험을 통하여 해당 유체의 여러 가지 물성치를 미리 정확하게 측정해야 했다. 이 방법은 많은 시간을 필요로 하고 불편하며 많은 오차가 내포될 수 있는 과정이기도 하였다. 또한 이 방법은 열선의 길이 및 시간구간의 선정 등 측정자마다 또는 같은 측정자라도 매 측정마다 달라질 수 있는 변수가 항상 포함되기 때문에 측정된 수치에 대한 신뢰성에 항상 의문이 제기되었다.
따라서 측정자가 어떤 장비를 가지고 어떤 방식으로 측정을 하더라도 동일한 측정 데이타를 재현성 있게 얻을 수 있는 유체 열전도도 측정 장치 및 방법이 요구된다.
하기의 특허문헌 1은 비정상열선법의 멀티 와이어 모델을 이용한 나노유체의 열전도율 측정용 센서 모듈에 관한 것을 개시하고 있다. 그러나 하기의 특허문헌 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 장치 및 유체 열전도도 측정 방법에 관한 내용을 개시하고 있지 못하고 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2003-0068294호
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는, 측정자가 어떤 장비를 가지고 어떤 방식으로 측정을 하더라도 동일한 측정 데이타를 재현성 있게 얻을 수 있는 유체 열전도도 측정 장치 및 유체 열전도도 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 장치는, 제1 유체의 내부에 삽입되는 제1 저항; 상기 제1 저항과 직렬로 연결되고 제2 유체의 내부에 삽입되는 제2 저항; 상기 제1 저항 및 제2 저항에 연결되어 전압을 인가하고, 제1 시점에 상기 제1 저항 및 제2 저항의 저항을 측정하고, 제2 시점에 상기 제1 저항 및 제2 저항의 저항을 측정하는 저항 측정부; 및 상기 저항 측정부에서 측정된 저항값에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 장치는, 복수의 유체에 각각 둘러싸이고 직렬로 연결된 복수의 저항들을 포함하는 저항부; 상기 저항부에 연결되어 전압을 인가하고, 전압을 인가한 후에 상기 복수의 저항부의 저항을 각각 측정하는 저항 측정부; 및 상기 저항 측정부에서 측정된 저항값에 기초하여 상기 복수의 유체 중 2종류의 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산부; 를 포함하고, 상기 저항부에 포함된 복수의 저항들은 서로 동일한 온도에서 저항값이 동일하고, 상기 복수의 유체는 종류가 적어도 2가지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법은, 제1 유체의 내부에 삽입되는 제1 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제1 저항의 저항값 변화를 측정하는 제1 저항 측정단계; 제2 유체의 내부에 삽입되는 제2 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제2 저항의 저항값 변화를 측정하는 제2 저항 측정단계; 및 상기 제1 저항 측정단계 및 제2 저항 측정단계에서 측정된 저항값 변화에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산단계; 를 포함하고, 상기 제1 저항 측정단계 및 제2 저항 측정단계는 제1 시점부터 제2 시점까지 흐르는 전류의 평균값이 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법은, 제1 유체에 둘러싸인 제1 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제1 저항의 저항값 변화를 측정하는 제1 저항 측정단계; 제2 유체에 둘러싸인 제2 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제2 저항의 저항값 변화를 측정하는 제2 저항 측정단계; 상기 제1 저항의 제1 시점부터 제2 시점까지의 발생 열량 및 상기 제2 저항의 제1 시점부터 제2 시점까지의 발생 열량을 측정하는 열량 측정단계; 및 상기 제1 저항 측정단계 및 제2 저항 측정단계에서 측정된 저항값 변화 및 상기 열량 측정단계에서 측정된 발생 열량에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 여러 가지 오차를 불러올 수 있는 물성인자의 측정 및 이용이 줄어들어 유체 열전도도 측정이 보다 간단하고 신속해질 수 있다.
또한, 측정자는 유체의 상대적인 열전도도 특성 상승폭을 보다 정확히 측정할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도2는 유체의 종류 및 저항이 2개 이상인 유체 열전도도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도3은 유체 열전도도 측정 장치에 포함된 저항을 나타낸 등가회로이다.
도4는 유체 열전도도 측정 장치에 포함된 저항의 측정 시점에 따른 저항의 저항값 변화를 나타낸 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 “동일하다”는 표현은 비교 대상이 서로 완벽하게 동일하다는 것이 아닌 실질적으로 동일하다는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 비교 대상간에 수% 이내의 오차가 포함되는 것도 실질적으로 동일하다고 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 유체 열전도도 측정 장치 (100)는, 제1 저항(111), 제2 저항(112), 저항 측정부(120), 계산부(130) 및 온도 유지부(140)를 포함할 수 있다.
제1 저항(111)은, 제1 유체의 내부에 삽입될 수 있다. 상기 제1 저항(111)에 전류가 흘러서 열이 발생할 경우, 열은 제1 유체를 통해 외부로 발산된다. 여기서, 제1 유체의 열전도도가 우수할수록 상기 제1 유체의 내부에 삽입된 제1저항(111)은 동일한 시간 내에 많은 양의 열량을 외부로 발산시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 저항(111)은 온도상승폭이 줄어드므로 저항값의 상승폭도 줄어들 수 있다. 마찬가지로, 제1 유체의 열전도도가 나쁠경우, 상기 제1 저항(111)은 온도상승폭이 커지므로 저항값의 상승폭도 커질 수 있다.
제2 저항(112)은, 제1 저항(111)과 직렬로 연결되고 제2 유체의 내부에 삽입될 수 있다. 여기서, 상기 제2 저항(112)는 제1 저항(111)과 직렬로 연결됨으로써, 상기 제2 저항(112)과 제1 저항(111)에는 동일한 값의 전류가 동일한 시간동안 흐를 수 있다. 즉, 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 과정에서 변수 및 실험조건이 줄어들 수 있다. 따라서, 측정자는 유체의 상대적인 열전도도 특성 상승폭을 보다 정확히 알 수 있다. 또한, 여러 가지 오차를 불러올 수 있는 물성인자의 사용을 줄일 수 있어 측정이 보다 간단하고 신속해질 수 있다. 한편, 제2 유체는 제1 유체와 열전도도가 다른 유체이다. 열전도도 측정 과정에서의 상기 제2 저항(112)과 제2 유체와의 관계는 제1 저항(111)과 제1 유체와의 관계와 동일할 수 있다.
또한, 상기 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)은 재질이 백금선(Pt wire)일 수 있다. 백금선은 전력소모에 따라 발생되는 열과 저항값 간의 관계인 열-저항 특성이 우수한 재질이다. 상기 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 재질이 백금선일 경우, 측정자는 적은 전력소모로 정확도 높은 유체 열전전도 측정을 할 수 있다.
저항 측정부(120)는, 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)에 연결되어 전압을 인가하고, 제1 시점에 상기 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 저항을 측정하고, 제2 시점에 상기 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 저항을 측정할 수 있다.
예를 들어, 제1 시점은 저항에 전류가 흐르기 시작한 후 0.5초 경과한 시점일 수 있다. 저항에 전류가 흐르기 시작한 직후에는 열용량을 가진 저항 자체의 가열에 의한 시간지연 효과가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 저항 측정부(120)는 상기 시간지연 효과가 발생한 이후를 제1 시점으로 정할 수 있다.
예를 들어, 제2 시점은 저항에 전류가 흐르기 시작한 후 3초 경과한 시점일 수 있다. 저항에 전류가 흐르기 시작한 후 3초 이상 경과한 시점에는 열의 자연대류 효과가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 저항 측정부(120)는 상기 자연대류 효과가 발생되기 이전을 제2 시점으로 정할 수 있다.
또한, 상기 저항 측정부(120)는 제1저항(111)과 상기 저항 측정부(120) 사이의 전압, 제2 저항(112)과 상기 저항 측정부(120) 사이의 전압, 상기 제1 저항(111)과 상기 제2 저항(112) 사이의 전압 및 상기 제1 저항(111) 또는 제2 저항(112)을 흐르는 전류를 측정하여 저항을 계산할 수 있다. 즉, 저항 측정부(120)는 제1저항(111)과 제2저항(112) 사이 노드의 전압을 측정함으로써, 제1저항(111)과 제2저항(112)에 걸리는 전압을 각각 측정할 수 있다. 이때, 상기 저항 측정부(120)는 저항별로 각각 측정된 전압과 측정된 전류를 이용하여 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 저항값을 각각 측정할 수 있다.
계산부(130)는, 저항 측정부(120)에서 측정된 저항값에 기초하여 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산할 수 있다.
첫째, 유체 열전도도는 아래 수학식 1에 의해 계산될 수 있다. 여기서, k는 열전도도, i는 전류, R은 저항, ㅣ은 저항의 길이 t는 측정시간, R0는 저항의 냉저항, α는 저항의 온도저항계수이다. 즉, 열전도도 측정자는 아래 수학식 1의 우변에 포함되는 변수를 측정하거나 알고 있을 경우 유체의 열전도도를 측정할 수 있다.
Figure pat00001
둘째, 상기 계산부(130)는 아래 수학식2에 의해 열전도도 비율을 계산할 수 있다. 여기서, k는 열전도도, q는 열량, α는 저항의 온도저항계수, R1은 제1 시점에서의 저항값, R2은 제2 시점에서의 저항값이고, a는 제1 유체, b는 제2 유체을 나타낸다. 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)은 서로 직렬로 연결되므로, 전류가 동일하고 측정시점이 동일하다. 또한, 냉저항은 저항의 길이에 비례한다. 즉, 전류, 측정시점, 냉저항, 길이의 측정은 생략될 수 있으며, 열전도도 비율은 아래 수학식 2와 같이 단순해질 수 있다.
Figure pat00002
한편, 측정된 열전도도 비율에서 제1 유체 또는 제2 유체의 열전도도가 알려져 있다면, 계산부(130)는 알려지지 않은 나머지 하나의 유체의 열전도도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 제1 유체의 열전도도가 알려져 있으면, 계산부(130)는 제2 유체의 열전도도를 제1 유체의 열전도도와 측정된 열전도도 비율의 곱으로 계산할 수 있다. 즉, 유체 열전도도 측정 장치(100)는 단순히 복수의 유체의 열전도도 비율을 측정할 수 있는 것이 아니라, 하나의 유체의 열전도도 비율도 측정할 수 있다.
셋째, 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 재질이 동일하다면, 상기 계산부(130)는 아래 수학식3에 의해 열전도도 비율을 계산할 수 있다. 여기서, k는 열전도도, q는 열량, R1은 제1 시점에서의 저항값, R2은 제2 시점에서의 저항값이고, a는 제1 유체, b는 제2 유체를 나타낸다. 즉, 저항의 온도저항계수의 측정이 생략될 수 있다.
Figure pat00003
넷째, 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)이 서로 동일한 온도에서 저항값이 동일하다면, 상기 계산부(130)는 아래 수학식4에 의해 열전도도 비율을 계산할 수 있다. 여기서, ka 및 kb는 열전도도, R은 전압 인가전의 저항값, Ra 및 Rb는 저항 측정시의 저항값이고, a 및 b는 종류가 서로 다른 유체를 나타낸다. 즉, 열량은 전류의 제곱과 저항의 곱이므로, 제1 저항(111)에서 발생되는 열량과 제2 저항(112)에서 발생되는 열량은 동일할 수 있다. 따라서, 저항의 열량의 측정이 생략될 수 있다.
Figure pat00004
한편, 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)이 서로 동일한 온도에서 저항값이 동일하고 상기 저항값이 알려져 있다면, 저항 측정부(120)는 하나의 시점에서만 저항을 측정할 수도 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도2를 참조하여 후술된다.
온도 유지부(140)는, 상기 제1 유체의 온도 및 제2 유체의 온도를 적어도 제1 시점부터 제2 시점까지 서로 동일하게 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 유체 또는 제2 유체는 온도에 따른 각 유체의 열전도도 거동이 다를 수 있다. 게다가, 제1 유체 또는 제2 유체는 측정온도에 따른 순수 유체에 대한 혼합유체의 열전도도 비율이 달라질 수도 있다. 상기 온도 유지부(140)는 제1 유체 및 제2 유체의 온도를 유지함으로써, 유체의 온도별 열전도도 비율을 측정할 수 있고, 유체 열전도도 비율을 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 유지부(140)는 온도가 조절되는 항온조를 포함하며, 제1 유체 및 제2 유체는 상기 항온조의 내부에 위치할 수 있다.
도2는 유체의 종류 및 저항이 2개 이상인 유체 열전도도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 유체 열전도도 측정 장치 (100)는, 저항부(110)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 장치(100)는 유체의 종류 및 저항이 2개로 한정되지 않는다. 예를 들어, 유체의 종류 및 저항이 3개인 경우, 유체 열전도도 측정 장치(100)는 3개 중 2개를 선택하는 경우의 수인 3개의 열전도도 비율을 측정할 수 있다. 이때, 3 종류의 유체 중 적어도 하나의 유체의 열전도도가 알려져 있다면, 나머지 종류의 유체들의 열전도도는 상기 유체 열전도도 측정 장치(100)에 의해 측정될 수 있다.
저항부(110)는, 복수의 유체에 각각 둘러싸이고 직렬로 연결된 복수의 저항들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 유체는 종류가 적어도 2가지일 수 있다.
또한, 상기 저항부(110)에 포함된 복수의 저항들은 서로 동일한 온도에서 저항값이 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 저항부(110)가 많은 수의 저항을 포함한 경우, 계산부(130)가 각각의 유체 열전도도 비율을 계산하는 과정은 복잡해질 수 있다. 따라서, 상기 저항부(110)가 특성이 동일한 저항들을 포함함으로써, 계산부(130)는 가장 단순한 상기 수학식 4에 의해 유체 열전도도 비율을 측정할 수 있다.
또한, 상기 저항부(110)는 유체에 둘러싸이지 않는 저항을 포함할 수 있다. 이에 따라, 저항 측정부(120)는 상기 유체에 둘러싸이지 않는 저항 사이에 걸리는 전압을 측정하여 전류를 측정할 수 있다. 상기 저항부(110)가 특성이 동일한 저항들을 포함한다면, 저항 측정부(120)는 상기 유체에 둘러싸이지 않는 저항을 기준 저항으로서 측정할 수 있다. 이때, 계산부(130)는 상기 기준 저항을 이용하여 가장 단순한 상기 수학식 4에 의해 유체 열전도도 비율을 측정할 수 있고, 하나의 시점에서만 측정된 저항값을 이용하여 유체 열전도도 비율을 측정할 수 있다.
도3은 유체 열전도도 측정 장치에 포함된 저항을 나타낸 등가회로이다.
도3을 참조하면, 직렬로 연결된 복수의 저항이 포함된 저항부(110)가 도시되고, 상기 저항부(110)에 포함된 제1저항(111), 제2 저항(112) 및 유체에 둘러싸이지 않는 저항이 도시된다.
저항 측정부(120)는 스위치를 온-오프하여 Vt를 저항부(110)에 인가할 수 있다. 또한, 저항 측정부(120)는 저항부(110)의 각 노드 전압인 Va, Vb, Vs를 측정할 수 있고, 측정된 전압을 통해 상기 저항부(110)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
도4는 유체 열전도도 측정 장치에 포함된 저항의 측정 시점에 따른 저항의 저항값 변화를 나타낸 그래프이다.
도4를 참조하면, 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)에 전류가 흐르는 시간에 따른 상기 제1 저항(111) 및 제2 저항(112) 각각의 저항값의 변화가 도시된다. 여기서, 시간축(가로축)은 로그스케일이다.
도4에 도시된 선그래프는 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 이론적인 저항값이고, 도4에 도시된 점그래프는 상기 제1 저항(111) 및 제2 저항(112)의 측정된 저항값이다. 유체 열전도도 측정 장치(100)는 정확한 열전도도가 알려진 2가지 유체의 열전도도를 비교할 수 있다.
예를 들어, 상기 2가지 유체로 글리세린(0.286W/mK)과 엔진오일(0.145W/mK)이 이용될 수 있다. 상기 2가지 유체의 열전도도의 비는 대략 2배(0.286/0.145=1.9724)이다. 측정자는 제1 저항(111)이 내부에 위치하는 시료용기에 엔진오일을 넣고, 제2 저항(112)이 내부에 위치하는 시료용기에 글리세린을 넣을 수 있다. 그리고, 측정자는 각각 300K(27℃) 온도로 유지된 엔진오일과 글리세린을 넣은 후 시간 구간을 t1=0.5초, t2=3초로 하여 열전도도 비율(kII/kI)을 측정하고 측정 결과를 이론적인 값(1.9724)과 비교할 수 있다. 제1 저항(111)과 제2 저항(112)에서 발생하는 열량은 각각 qI=1.6787. qII=1.4333Watt로 계산될 수 있고, 측정자는 저항의 저항값 계산 및 수학식 1-4를 이용한 계산을 통해 엔진오일과 글리세린의 열전도도 비가 1.9763임을 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법은 도 1 및 도2를 참조하여 상술한 유체 열전도도 측정 장치(100)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법은, 제1 저항 측정단계(S11), 제2 저항 측정단계(S12) 및 계산단계(S30)를 포함할 수 있다.
제1 저항 측정단계(S11)에서의 유체 열전도도 측정 장치는, 제1 유체에 둘러싸인 제1 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제1 저항의 저항값 변화를 측정할 수 있다.
제2 저항 측정단계(S12)에서의 유체 열전도도 측정 장치는, 제2 유체에 둘러싸인 제2 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제2 저항의 저항값 변화를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제1 저항 측정단계(S11) 및 제2 저항 측정단계(S12)에서, 제1 시점부터 제2 시점까지 제1 저항 및 제2 저항에 흐르는 전류의 평균값은 동일할 수 있다. 상기 제1 저항 및 제2 저항이 직렬로 연결되지 않아도 전류의 평균값이 동일하다면, 상기 제1 저항 및 제2 저항에서 발생되는 열량은 거의 동일할 수 있다. 따라서, 유체 열전도도 비율은 수학식 4와 같이 측정될 수 있다.
계산단계(S30)에서의 유체 열전도도 측정 장치는, 상기 제1 저항 측정단계(S11) 및 제2 저항 측정단계(S12)에서 측정된 저항값 변화에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산할 수 있다.
구체적으로, 상기 계산단계(S30)에서의 유체 열전도도 측정 장치는 아래 수학식5에 의해 유체 열전도도 비율을 계산할 수 있다. 여기서, 여기서, ka 및 kb는 열전도도, R은 전압 인가전의 저항값, Ra 및 Rb는 저항 측정시의 저항값이고, a 및 b는 종류가 서로 다른 유체를 나타낸다.
Figure pat00005
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 열전도도 측정 방법은, 열량 측정단계(S20) 및 온도 유지단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
열량 측정단계(S20)에서의 유체 열전도도 측정 장치는, 상기 제1 저항의 제1 시점부터 제2 시점까지의 발생 열량 및 상기 제2 저항의 제1 시점부터 제2 시점까지의 발생 열량을 측정할 수 있다. 측정되는 유체의 특성 및 외부 온도의 변화 등의 차이로 인하여, 제1 저항 및 제2 저항에 동일한 전류가 흐르더라도 상기 제1 저항 및 제2 저항에서 발생되는 열량은 달라질 수 있다. 제1 저항 및 제2 저항에 흐르는 전류의 측정대신 발생되는 열량의 측정을 통해, 더 정밀한 유체 열전도도 측정이 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 계산단계(S30)에서의 유체 열전도도 측정 장치는 아래 수학식6에 의해 발생 열량을 측정할 수 있다. 여기서, q는 열량, i는 전류, R은 전압 인가전의 저항값이다. 저항에서 발생되는 열량은 전류를 통해서도 계산될 수 있다. 즉, 열량 측정단계(S20)에서 측정된 열량 및 계산단계(S30)에서 계산된 열량은 서로 상호보완될 수 있다.
Figure pat00006
온도 유지단계(S40)에서의 유체 열전도도 측정 장치는, 상기 제1 유체의 온도 및 제2 유체의 온도를 적어도 제1 시점부터 제2 시점까지 서로 동일하게 유지시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 유체 열전도도 측정 장치 110: 저항부
111: 제1 저항 112: 제2 저항
120: 저항 측정부 130: 계산부
140: 온도 유지부
S11: 제1 저항 측정단계 S12: 제2 저항 측정단계
S20: 열량 측정단계 S30: 계산단계
S40: 온도 유지단계

Claims (13)

  1. 제1 유체의 내부에 삽입된 제1 저항;
    상기 제1 저항과 직렬로 연결되고 제2 유체의 내부에 삽입된 제2 저항;
    상기 제1 저항 및 제2 저항에 연결되어 전압을 인가하고, 제1 시점에 상기 제1 저항 및 제2 저항의 저항을 측정하고, 제2 시점에 상기 제1 저항 및 제2 저항의 저항을 측정하는 저항 측정부; 및
    상기 저항 측정부에서 측정된 저항값에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산부; 를 포함하는 유체 열전도도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저항 및 제2 저항은 재질이 백금선(Pt wire)이고,
    상기 계산부는
    하기의 수학식:
    Figure pat00007

    에 의해 열전도도 비율을 계산하며,
    여기서, k는 열전도도, q는 열량, R1은 제1 시점에서의 저항값, R2은 제2 시점에서의 저항값이고, a는 제1 유체, b는 제2 유체를 나타내는 유체 열전도도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저항 측정부는 상기 제1저항과 상기 저항 측정부 사이의 전압, 상기 제2 저항과 상기 저항 측정부 사이의 전압, 상기 제1 저항과 상기 제2 저항 사이의 전압 및 상기 제1 저항 또는 제2 저항을 흐르는 전류를 측정하여 저항을 계산하는 유체 열전도도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계산부는
    하기의 수학식:
    Figure pat00008

    에 의해 열전도도 비율을 계산하며,
    여기서, k는 열전도도, q는 열량, α는 저항의 온도저항계수, R1은 제1 시점에서의 저항값, R2은 제2 시점에서의 저항값이고, a는 제1 유체, b는 제2 유체을 나타내는 유체 열전도도 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체의 온도 및 제2 유체의 온도를 적어도 제1 시점부터 제2 시점까지 서로 동일하게 유지시키는 온도 유지부; 를 더 포함하는 유체 열전도도 측정 장치.
  6. 복수의 유체에 각각 둘러싸이고 직렬로 연결된 복수의 저항들을 포함하는 저항부;
    상기 저항부에 연결되어 전압을 인가하고, 전압을 인가한 후에 상기 복수의 저항부의 저항을 각각 측정하는 저항 측정부; 및
    상기 저항 측정부에서 측정된 저항값에 기초하여 상기 복수의 유체 중 2종류의 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산부; 를 포함하고,
    상기 저항부에 포함된 복수의 저항들은 서로 동일한 온도에서 저항값이 동일하고,
    상기 복수의 유체는 종류가 적어도 2가지인 유체 열전도도 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저항부는 유체에 둘러싸이지 않는 저항을 포함하고,
    상기 저항 측정부는 상기 유체에 둘러싸이지 않는 저항 사이에 걸리는 전압을 측정하여 전류를 측정하는 유체 열전도도 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 계산부는
    하기의 수학식:
    Figure pat00009

    에 의해 열전도도 비율을 계산하며,
    여기서, ka 및 kb는 열전도도, R은 전압 인가전의 저항값, Ra 및 Rb는 저항 측정시의 저항값이고, a 및 b는 종류가 서로 다른 유체를 나타내는 유체 열전도도 측정 장치.
  9. 제1 유체의 내부에 삽입된 제1 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제1 저항의 저항값 변화를 측정하는 제1 저항 측정단계;
    제2 유체의 내부에 삽입된 제2 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제2 저항의 저항값 변화를 측정하는 제2 저항 측정단계; 및
    상기 제1 저항 측정단계 및 제2 저항 측정단계에서 측정된 저항값 변화에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산단계; 를 포함하고,
    상기 제1 저항 측정단계 및 제2 저항 측정단계는 제1 시점부터 제2 시점까지 흐르는 전류의 평균값이 동일한 유체 열전도도 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 계산단계는
    하기의 수학식:
    Figure pat00010

    에 의해 열전도도 비율을 계산하며,
    여기서, k는 열전도도, q는 열량, △R은 제1 시점부터 제2 시점까지의 저항의 저항값 변화이고, a는 제1 유체, b는 제2 유체를 나타내는 유체 열전도도 측정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 유체의 온도 및 제2 유체의 온도를 적어도 제1 시점부터 제2 시점까지 서로 동일하게 유지시키는 온도 유지단계; 를 더 포함하는 유체 열전도도 측정 방법.
  12. 제1 유체에 둘러싸인 제1 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제1 저항의 저항값 변화를 측정하는 제1 저항 측정단계;
    제2 유체에 둘러싸인 제2 저항에 전류를 흐르게 하여 제1 시점부터 제2 시점까지의 상기 제2 저항의 저항값 변화를 측정하는 제2 저항 측정단계;
    상기 제1 저항의 제1 시점부터 제2 시점까지의 발생 열량 및 상기 제2 저항의 제1 시점부터 제2 시점까지의 발생 열량을 측정하는 열량 측정단계; 및
    상기 제1 저항 측정단계 및 제2 저항 측정단계에서 측정된 저항값 변화 및 상기 열량 측정단계에서 측정된 발생 열량에 기초하여 상기 제1 유체 및 제2 유체의 열전도도 비율을 계산하는 계산단계; 를 포함하는 유체 열전도도 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열량 측정단계는
    하기의 수학식:
    Figure pat00011

    에 의해 발생 열량을 측정하며,
    상기 계산단계는
    하기의 수학식:
    Figure pat00012

    에 의해 열전도도 비율을 계산하며,
    여기서, k는 열전도도, q는 열량, i는 전류, R은 전압 인가전의 저항값, △R은 제1 시점부터 제2 시점까지의 저항의 저항값 변화이고, a는 제1 유체, b는 제2 유체를 나타내는 유체 열전도도 측정 방법.
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