KR20160099139A - 교육용 자기력 측정 장치 - Google Patents

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KR20160099139A
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김선용
민지애
추대영
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한국기술교육대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 교육용 자기력 측정 장치에 관한 것으로, 자성체 및 초전도체의 자기력을 측정하기 위한 측정 조건을 설정한 후, 설정된 측정 조건에 따라 구동 제어신호를 전송하고, 측정 데이터를 수신하여 디스플레이하는 제어 유닛과, 전송되는 구동 제어신호에 따라 초전도체에 대한 자성체의 위치를 이동시켜 자기력을 측정하는 측정 유닛과, 제어 유닛 및 측정 유닛 간의 데이터 전송을 담당하는 전송 유닛을 포함함으로써, 교육용으로 사용하기 위해 장치를 간단히 구성하여 불필요한 구성을 제거하면서도 자성체와 초전도체를 이용한 자기력 측정 품질을 유지할 수 있다.

Description

교육용 자기력 측정 장치{EDUCATIONAL MAGNETIC FORCE MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은 교육용으로 사용하기 위해 장치를 간단히 구성하여 불필요한 구성을 제거하면서도 자성체와 초전도체를 이용한 자기력 측정 품질을 유지할 수 있는 교육용 자기력 측정 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 최근 산업현장에서 자기센서, 에너지 저장용 플라이휠, 초전도를 이용한 자기부상, MRI등의 자성체와 초전도체를 이용한 기기 및 장치가 다양하게 응용되고 있는 추세이다.
이러한 자성체를 이용한 응용분야는 지질, 자동차, 의료 분야 등에 다양하게 활용되고 있는데, 지질 분야에서는 자기분포를 정확히 지도화하여 자기분포의 이상적인 장소를 찾아내고, 그 결과를 철광석 등의 광물자원 탐사에 이용할 수 있으며, 자동차 분야에서는 다양한 자동차 애플리케이션을 통해 각 변위를 감지하는 데에 사용되는 자기 센서에 이용될 수 있다.
또한, 초전도체의 자기부상 성질을 이용해서 고속 자기부상 열차, 무 마찰 베어링, 풍동 실험 모델의 부양시스템 등 다양한 공학 분야에서 적용되고 있는데, 초전도체의 성질은 크게 완전반자성(마이스너 효과)와 전류 통전 특성이 있는데, 전류 통전 능력을 측정하는 장비는 독일 및 일본 등에서 이미 실용화 및 연구가 진행되어 왔고, 국내에도 많이 분포하고 있다.
이에 따라, 자성체 및 초전도체의 개발뿐만 아니라 특성을 평가하는 장비의 개발 필요성이 대두되었다.
이러한 자성체의 자력을 측정하는 기기는 많이 개발되고 있지만, 자성체와 자석간의 반발력과 자기부양 시스템에 작용하는 자기력의 특성을 측정하는 장비는 거의 없는데, 예를 들어 가우스 미터의 경우 자력을 지닌 물체의 경우에만 측정이 가능하기 때문에, 완전반자성을 띄는 초전도체의 자기부양력 및 반자성체의 경우 측정이 제한적인 실정이다.
하지만, 완전반자성 특성을 이용한 자기 반발력 측정 시스템은 실제 규모 시스템에 대한 연구는 없는 실정이고, 대중에게 홍보할 수 있는 기본 장치 및 장비가 마련되어 있지 않은 상황이다.
상술한 바와 같이 기존의 자성체간의 반발력을 측정할 수 있는 소수의 장비들은 대부분의 부품을 외국에서 수입해서 맞춤 제작을 하기 때문에 가격이 매우 비싸고 보편화가 어려운 문제점이 있고, 측정할 수 있는 시편의 범위가 상당히 제한적이고 측정 방법이 복잡하여 전문적인 교육이 필요한 문제점이 있다.
1. 공개특허 제10-2013-0034998호(2013.04.08.공개) : 자기력 측정 장치 2. 등록특허 제10-1099530호(2011.12.21.등록) : 자기력 측정용 극저온 초전도 고정 장치
본 발명은 교육용으로 사용하기 위해 장치를 간단히 구성하여 불필요한 구성을 제거하면서도 자성체와 초전도체를 이용한 자기력 측정 품질을 유지할 수 있는 교육용 자기력 측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 시편 측정 시 제어 단말기에서 측정 조건을 쉽게 변환하여 상온에서 극저온까지 다양한 초전도체를 측정할 수 있는 교육용 자기력 측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 측정 데이터를 인디케이터를 통해 쉽게 제어 단말기로 전송받아 처리 및 출력함으로써, 종래의 측정 시스템보다 저렴하면서 제작 및 보급이 용이하여 교육용으로 구현할 수 있는 교육용 자기력 측정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자성체 및 초전도체의 자기력을 측정하기 위한 측정 조건을 설정한 후, 설정된 상기 측정 조건에 따라 구동 제어신호를 전송하고, 측정 데이터를 수신하여 디스플레이하는 제어 유닛과, 전송되는 상기 구동 제어신호에 따라 상기 초전도체에 대한 상기 자성체의 위치를 이동시켜 상기 자기력을 측정하는 측정 유닛과, 상기 제어 유닛 및 측정 유닛 간의 데이터 전송을 담당하는 전송 유닛을 포함하는 교육용 자기력 측정 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에서는, 교육용으로 사용하기 위해 장치를 간단히 구성하여 불필요한 구성을 제거하면서도 자성체와 초전도체를 이용한 자기력 측정 품질을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 시편 측정 시 제어 단말기에서 측정 조건을 쉽게 변환하여 상온에서 극저온까지 다양한 초전도체를 측정할 수 있고, 측정 데이터를 인디케이터를 통해 쉽게 제어 단말기로 전송받아 처리 및 출력함으로써, 종래의 측정 시스템보다 저렴하면서 제작 및 보급이 용이하여 교육용으로 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 교육용 자기력 측정 장치는 작동이 간편하여 교육적으로쉽게 활용할 수 있기 때문에, 분체 가공 및 실습 교육에 활용함으로써, 초전도체를 제작한 후 그 특성을 평가하는 과정까지 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 유닛의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 유닛을 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 구현된 교육용 자기력 측정 장치를 예시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 자기력 측정을 위해 측정 조건을 설정하는 화면을 예시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측정 유닛에 구비된 고정부를 예시한 도면,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 측정 품질을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 유닛의 블록 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 유닛을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 구현된 교육용 자기력 측정 장치를 예시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치는 제어 유닛(100), 전송 유닛(200), 측정 유닛(300) 등을 포함할 수 있다.
제어 유닛(100)은 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 전반적인 동작 제어를 수행하는 것으로, 측정 유닛(300)에 장착된 자성체(346)과 초전도체(322)의 자기력(즉, 자기 반발력)을 측정하기 위한 측정 조건을 설정한 후, 설정된 측정 조건에 따른 구동 제어신호를 전송하여 측정 유닛(300)의 구동을 제어하고, 측정 유닛(300)으부터 전송되는 측정 데이터를 디스플레이하는데, 입력부(110), 제어 처리부(120), 디스플레이부(130), 인터페이스부(140), 저장부(150) 등을 포함할 수 있다.
입력부(110)는 키보드, 마우스 등을 포함하여 각종 입력신호를 제공하는 것으로, 측정 유닛(300)에 장착된 자성체(346)과 초전도체(322)의 자기력(즉, 자기 반발력)을 측정하기 위한 측정 조건을 설정하기 위한 신호가 입력되면, 그 설정 입력신호를 제어 처리부(120)로 제공할 수 있다.
또한, 입력부(110)는 디스플레이부(130)를 통해 디스플레이되는 측정 조건을 설정하기 위한 설정 화면을 이용하여 다양한 측정 조건을 설정할 수 있는데, 설정하는 측정 조건은, 도 5에 도시한 바와 같이 초기 위치(CUR POS), 목표 위치(TARGET POS), 단계별 거리(STEP DIST), 단계별 속도(STEP SPEED), 단계별 지연시간(STEP DELAY) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 자성체(346)의 이동은 연속적으로 한번에 이루어지는 것이 아니라, 일정 거리를 일정 속도로 하강한 후 일정 시간동안 정지하여 측정 데이터를 전송하며, 다시 상술한 과정을 반복하게 되는데, 단계별 거리는 자성체(346)가 일회 이동하는 거리를 의미하며, 단계별 속도는 자성체(346)가 하강하는 속도를 의미하고, 단계별 지연시간은 자성체(346)가 정지한 후 유지되는 시간을 의미한다. 물론, 측정 수치가 안정적일 때까지 대기하여야 하는 초전도체(322)의 경우 단계별 지연시간을 필요에 따라 길게 설정할 수 있다.
이에 따라, 입력부(110)는 입력된 측정 조건에 대응하는 설정값 입력신호를 생성하여 제어 처리부(120)로 제공할 수 있고, 설정 메뉴화면에 포함되거나 혹은 별도의 구동 화면을 통해 측정 유닛(300)의 구동을 위한 구동 입력신호를 제공할 수 있다.
제어 처리부(120)는 입력부(110)로부터 제공되는 설정 입력신호에 따라 저장부(150)로부터 측정 조건을 설정하기 위한 설정 화면을 추출하여 디스플레이부(130)를 통해 디스플레이하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어 처리부(120)는 입력부(110)로부터 제공되는 설정값 입력신호에 따라 측정 조건을 저장부(140)에 저장한 후에, 입력부(110)로부터 구동 입력신호가 제공되면, 측정 조건에 대응하는 구동 제어신호를 제 1 인터페이스부(140)를 통해 연결된 전송 유닛(200)을 통해 측정 유닛(300)으로 전송할 수 있다.
한편, 제어 처리부(120)는 전송 유닛(200)을 통해 전송되는 측정 데이터를 제 1 인터페이스부(140)를 통해 수신한 후, 해당 측정 데이터를 저장부(150)에 문서 파일(예를 들면, 엑셀 파일 등)로 저장할 수 있고, 필요에 따라 이러한 측정 데이터를 시각화 처리(예를 들면, 그래프화, 도표화 등)하여 디스플레이부(130)를 통해 측정 데이터 시각화 데이터를 디스플레이할 수 있다.
디스플레이부(130)는 제어 처리부(120)의 제어에 따라 측정 조건을 설정하기 위한 설정 화면을 디스플레이할 수 있으며, 필요에 따라 별도의 구동 화면을 디스플레이할 수 있다.
제 1 인터페이스부(140)는 예를 들면, USB 등의 인터페이스 방식으로 전송 유닛(200)과 접속됨으로써, 제어 처리부(120)의 각종 제어신호 및 데이터를 전송 유닛(200)으로 전송하고, 전송 유닛(200)으로부터 수신되는 측정 데이터를 제어 처리부(120)로 전달할 수 있다.
저장부(150)는 제어부(120)로부터 제공되는 측정 조건, 측정 데이터, 측정 데이터 시각화 데이터 등을 저장할 수 있으며, 이들은 필요에 따라 추출되어 제어 처리부(120)로 제공될 수 있다.
전송 유닛(200)은 인디케이터(indicator) 등을 포함하여 제어 유닛(100)과 측정 유닛(300) 간의 데이터 전송을 담당하는 것으로, USB 등의 인터페이스 방식으로 제어 유닛(100) 및 측정 유닛(300)에 각각 연결되어 상호 간에 데이터를 전송하는 역할을 수행한다.
측정 유닛(300)은 고정된 초전도체에 영구 자석을 근접시키면서 자기력을 측정하는 것으로, 상기 제어 유닛(100)으로부터 전송되는 구동 제어신호에 따라 초전도체(322)에 대한 자성체(346)의 위치를 이동시켜 자기력(즉, 자기 반발력, 자기 반발력에 대응하는 하중)을 측정하는데, 베이스부(310), 고정부(320), 지지부(330), 측정부(340), 측정 제어부 등을 포함할 수 있다.
베이스부(310)는 측정 유닛(300)을 지지하는 것으로, 사각형 형태의 베이스 플레이트(311)와 베이스 플레이트(311)의 가장자리에 구비되는 복수개의 바닥 지지구(312)가 구비될 수 있다.
여기에서, 바닥 지지구(312)는 외주면에 나사선이 형성된 지지구 로드가 베이스 플레이트(311)의 가장자리에 결합되고, 지지구 로드의 하부에 충격 흡수 패드가 결합되어 측정 유닛(300)을 안정적으로 지지할 수 있다.
고정부(320)는 베이스부(310)의 상부에 구비되어 초전도체(322)를 고정시키는 것으로, 베이스부(310)의 베이스 플레이트(311)에 고정된 단열 컨테이너(321)의 내부에 냉매(예를 들면, 액체질소 등)가 채워져 초전도체(322)를 냉각시키고, 내부 스크류 홀더에 네 방향에서 고정 스크류를 조이는 방식으로 초전도체(322)를 고정시킬 수 있다.
여기에서, 단열 컨테이너(321)는 자성에 영향을 받지 않도록 오스테나이트계 스테인레스 스틸 재질로 제조될 수 있고, 내부에 채워진 냉매의 손실을 최소화하기 위해 발포 고무계열의 단열재를 단열 컨테이너(321)의 내부에 충진시킬 수 있다.
지지부(330)는 베이스부(310)의 상부에 측정부(340)를 지지하기 위해 구비되는 것으로, 베이스부(310)의 베이스 플레이트(311)의 측면 가장자리를 따라 수직으로 구비되는 두 개의 측면 플레이트(331)와 두 개의 측면 플레이트(331)의 상부를 연결하는 상부 플레이트(332)를 구비할 수 있다.
측정부(340)는 자성체(346)를 초전도체(322) 방향으로 이동시켜 자기력을 측정하는 것으로, 지지부(330)의 상부 플레이트(332)의 상부에 지지되는 로드셀 지지구(342)를 통해 지지되는 로드셀(341)을 이용하여 자기력(즉, 자기 반발력, 자기 반발력에 대응하는 하중)을 측정하며, 로드셀 지지구(342)의 내부에 구비된 구동기(343)를 통해 끝단에 장착된 자성체(346)를 초전도체(322) 방향으로 이동시킬 수 있다. 여기에서, 구동기(343)는 서브모터, 감속기, 볼스크류 등을 포함할 수 있다.
또한, 측정부(340)는 구동기(343)의 볼스크류 끝단에 자성체(346)를 고정시키기 위한 자성체 고정지그(345)를 구비할 수 있는데, 이러한 자성체 고정지그(345)는 알루미늄 재질로 형성되고, 스크류 고정 방식 또는 자석 고정 방식으로 자성체(346)를 고정할 수 있다.
예를 들면, 스크류 고정 방식의 경우 자성체 고정지그(345)는 고정 홀더가 자성체(346)를 외부에서 감싸는 형태로 구비되며, 고정 홀더의 내외부를 스크류가 관통 삽입되어 내부에 삽입 장착된 자성체(346)를 고정시킬 수 있다.
또한, 자석 고정 방식의 경우 자성체 고정지그(345)는 하부면에서 원형바 형태의 고정 자석이 구비되며, 고정 자석에 원통형태의 자성체(346)가 결합 장착되어 자성체(346)를 고정시킬 수 있다.
한편, 측정부(340)는 로드셀(341)을 이용한 자기력의 측정 시 자성체(346)의 자성 영향을 감소시키기 위해 버퍼 역할을 하도록 알루미늄 재질로 구동기(343)의 끝단과 자성체 고정지그(345)의 사이에 바형태의 버퍼로드(344)가 더 구비될 수 있다.
측정 제어부는 도시 생략되었지만 지지부(330)에 인접하여 구비될 수 있으며, 측정 유닛(300)의 전반적인 동작 제어를 수행하는 것으로, 전송 유닛(200)에 대응하는 제 2 인터페이스부(도시 생략됨)를 통해 전송되는 자기력 측정을 위한 구동 제어신호에 따라 측정 조건에 대응하여 자성체(346)를 시작 위치에서 목표 위치까지 단계별 거리, 단계별 속도 및 단계별 지연시간에 근거하여 이동시키도록 측정부(340)를 제어할 수 있다.
또한, 측정 제어부는 측정부(340)를 통해 측정된 자기력에 대응하는 측정 데이터를 제 2 인터페이스부를 통해 연결된 전송 유닛(200)을 이용하여 제어 유닛(100)으로 전송할 수 있다.
따라서, 본 발명은 교육용으로 사용하기 위해 장치를 간단히 구성하여 불필요한 구성을 제거하면서도 자성체와 초전도체를 이용한 자기력 측정 품질을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 시편 측정 시 제어 단말기에서 측정 조건을 쉽게 변환하여 상온에서 극저온까지 다양한 초전도체를 측정할 수 있고, 측정 데이터를 인디케이터를 통해 쉽게 제어 단말기로 전송받아 처리 및 출력함으로써, 종래의 측정 시스템보다 저렴하면서 제작 및 보급이 용이하여 교육용으로 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 교육용 자기력 측정 장치는 작동이 간편하여 교육적으로 쉽게 활용할 수 있기 때문에, 분체 가공 및 실습 교육에 활용함으로써, 초전도체를 제작한 후 그 특성을 평가하는 과정까지 구현할 수 있다.
다음에, 고온 산화물 초전도체를 제작한 후, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 교육용 자기력 측정 장치를 통해 측정된 결과와 종래의 측정 시스템을 통해 측정된 결과에 대해 비교함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 측정 품질에 대해 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 측정 품질을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치를 제작한 후에, YBCO(Yttrium Barium Copper Oxide) 고온 산화물 초전도체로 시편을 도 7a의 왼쪽 그래프와 같은 열처리 프로세스를 이용하여 제작하였고, 제작된 시편을 종자 결정 성장법(Top Seed Melting Growth)을 이용하여 단결정으로 성장시켰다.
이러한 과정을 통해 도 7a의 오른쪽에 도시한 바와 같이 직경이 대략 30mm인 YBCO 고온 산화물 초전도체 시편(이하 '초전도체 시편'이라 함)이 제작되었고, 이를 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치에 고정시켜 자기력을 측정하였으며, 신뢰성 검증을 위해 종래의 방식으로 자기력을 측정하는 자기력 측정 연구소에 동일한 초전도체 시편을 이용하여 자기력을 측정하였고, 이들 데이터를 비교한 결과 아래와 같은 결과를 알 수 있었다.
도 7b는 종래의 자기력 측정 연구소에서 측정된 측정 데이터를 나타내고, 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치에서 측정된 측정 데이터를 나타내는데, 자기력 측정 시 사용된 자성체의 세기가 달라서 y축의 수치는 서로 달라서 절대값의 비교는 불가능하지만, 자성체와 초전도체 시편의 거리가 대략 10 mm인 지점에서 자기력(즉, 자기 반발력)이 급격하게 증가하는 동일한 경향을 나타내는 것을 알 수 있고, 그 값이 증가하는 비율도 유사하게 나타나는 것을 알 수 잇다.
이러한 점을 고려할 때, 종래의 자기력 측정 연구소에서 복잡한 구성의 측정 장비를 이용하여 자기력을 측정하는 것과 비교하여 본 발명의 교육용 자기력 측정 장치를 이용하여 자기력을 측정하는 충분한 측정 품질을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 재현성을 확인한 결과를 나타내는데, 자기력 측정 시에 자성체와 초전도체의 반발력이 강하면 강할수록 구동기(343)에 구비된 볼스크류에 과부하가 걸리고, 측정 장치의 재현성이 떨어지는 문제점이 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 재현성을 확인하기 위해 직경이 대략 15 mm인 초전도체 시편을 제작하고, Test1, Test2, Test3 과 같이 세 번에 걸쳐 동일한 조건에서 반복적으로 측정한 결과, 측정 데이터를 중첩한 그래프(파란색 데이터)에서와 같이 거의 일치하는 것을 알 수 있고, 그 재현성을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치의 측정 품질을 유지할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 교육용 자기력 측정 장치를 제공함으로써, 첫째, 재료 공학 및 실습에 활용할 수 있는데, 재료 공학 및 실습에서 온도에 따른 자석의 자력 변화를 측정하는데 이용할 수 있다.
여기에서, 자석은 온도에 따라 원자의 정렬상태가 변화하게 되어 민감하게 반응하며, 이에 따라 자석 주위에 온도 변화가 발생하면 그 특성들이 변화하게 되는데, 온도가 상승하면 자력은 감소하고, 온도가 하강하면 자력을 증가하며, 쿼리온도 이상에서는 전자스핀의 방향이 흩어지게 되어 자성을 잃게 됨으로써, 자석으로서의 기능을 발휘할 수 없게 된다.
이러한 점을 고려하여 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치를 이용하여 극저온에서부터 상온까지 온도를 변수로 하여 자석의 자력 세기 변화를 측정하는데 이용할 수 있으며, 이에 따라 교육 대상자는 온도에 따른 자력 및 자성의 변화 온도에 대해 직접 시각적으로 인지하면서 실습할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 분체 가공 및 실습에 활용할 수 있다.
예를 들면, 초전도체의 마이스너 효과는 초전도체에서 가장 기본적이고 중요한 성질로 완전 반자성을 띄는 것을 의미하는데, 이러한 마이스너 효과를 이용하여 자기부상응용분야에 사용할 수 있고, 향후에 상온에서 사용할 수 있는 초전도체가 상용화 되면 전기 및 전자 분야에서 광범위하게 응용될 것으로 예측되며, 초전도체로서의 성질을 이용하여 전선을 만든다면 20% 이상의 전력 손실이 거의 사라지게 되어 경제적으로 막대한 이익을 얻을 수 있다.
이러한 초전도체의 제작에는 크게 소결(Sintering)을 이용한 방법과 박막을 증착하는 방법이 있는데, 분체 가공 및 실습에서는 두 가지 방법 중 소결을 이용하여 직접 초전도체를 제작할 수 있고, 여러 가지 전도체 중에 RE-B-C-O계 초전도체인 YBCO 초전도체의 분말을 혼합하고, 성형체를 제작한 뒤, 열처리를 거쳐 시편을 제작할 수 있다.
또한, 초전도체는 단결정으로 성장할수록 초전도 특성이 향상되는데, 분체 가공 및 실습에서 일반적으로 성장시킨 다결정 초전도체 시편과 종자 결정 성장법을 이용해 단결정으로 성장시킨 시편을 본 발명의 실시예에 따른 교육용 자기력 측정 장치를 이용하여 쉽게 측정하고 데이터를 비교하여 특성을 평가할 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100 : 제어 유닛 110 : 입력부
120 : 제어 처리부 130 : 디스플레이부
140 : 제 1 인터페이스부 200 : 전송 유닛
300 : 측정 유닛 310 : 베이스부
320 : 고정부 330 : 지지부
340 : 측정부 350 : 측정 제어부

Claims (8)

  1. 자성체 및 초전도체의 자기력을 측정하기 위한 측정 조건을 설정한 후, 설정된 상기 측정 조건에 따라 구동 제어신호를 전송하고, 측정 데이터를 수신하여 디스플레이하는 제어 유닛과,
    전송되는 상기 구동 제어신호에 따라 상기 초전도체에 대한 상기 자성체의 위치를 이동시켜 상기 자기력을 측정하는 측정 유닛과,
    상기 제어 유닛 및 측정 유닛 간의 데이터 전송을 담당하는 전송 유닛
    을 포함하는 교육용 자기력 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    상기 측정 유닛을 지지하는 베이스부와,
    상기 베이스부의 상부에 구비되어 상기 초전도체를 고정시키는 고정부와,
    상기 베이스부의 상부에 구비되는 지지부와,
    상기 지지부에 지지되며, 상기 자성체를 상기 초전도체의 방향으로 이동시켜 상기 자기력을 측정하는 측정부와,
    상기 구동 제어신호에 따라 상기 측정 조건에 대응하여 상기 자성체를 이동시키도록 상기 측정부를 제어하고, 상기 측정부를 통해 측정된 상기 측정 데이터를 상기 전송 유닛을 이용하여 상기 제어 유닛으로 전송하는 측정 제어부
    를 포함하는 교육용 자기력 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부는,
    오스테나이트계 스테인레스 스틸 재질로 제조되며, 내부에 냉매가 채워져 상기 초전도체를 냉각시키고, 발포 고무계열의 단열재가 내부에 충진되는 단열 컨테이너와,
    상기 단열 컨테이너의 내부에 구비되며, 고정 스크류를 이용하여 네 방향에서 내부에 위치하는 상기 초전도체를 고정시키는 스크류 홀더
    를 포함하는 교육용 자기력 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 지지부의 상부에 지지되는 로드셀 지지구를 통해 지지되어 상기 자기력을 측정하여 상기 측정 제어부에 제공하는 로드셀과,
    서브모터, 감속기 및 볼스크류를 포함하여 상기 자성체를 이동시키는 구동기와,
    상기 구동기를 통해 이동시키는 상기 자성체를 고정하는 자성체 고정지그
    를 포함하는 교육용 자기력 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 자성체의 자성 영향을 감소시키기 위한 버퍼 역할을 하도록 알루미늄 재질로 상기 구동기의 끝단과 상기 자성체 고정지그의 사이에 구비되는 버퍼로드
    를 더 포함하는 교육용 자기력 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정지그는, 스크류 고정 방식 또는 자석 고정 방식으로 상기 자성체를 고정하는 교육용 자기력 측정 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 측정 조건을 설정하기 위한 설정 화면을 디스플레이하고, 상기 측정 데이터와 측정 데이터 시각화 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부와,
    입력부를 통해 제공되는 입력신호에 따라 상기 설정 화면을 디스플레이하도록 제어하고, 입력되는 상기 측정 조건에 따라 상기 구동 제어신호를 상기 전송 유닛을 통해 전송하며, 상기 전송 유닛을 통해 수신되는 상기 측정 데이터를 디스플레이하도록 제어하고, 상기 측정 데이터를 시각화 처리하여 디스플레이하도록 제어하는 제어 처리부
    를 포함하는 교육용 자기력 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정 조건은, 초기 위치, 목표 위치, 단계별 거리, 단계별 속도 및 단계별 지연시간을 포함하여 설정되는 교육용 자기력 측정 장치.
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