KR20200136553A - 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법 - Google Patents

열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열패드와 같은 샘플이 열 평형상태가 되도록 샘플의 양측을 각각 냉각시키고 가열하여 샘플이 열 평형에 도달한 상태로 일정시간 유지시킨 후 온도를 측정하여 열전도율을 산출하기 위한 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법에 관한 것이다.
본 발명은 열전도율을 측정하기 위한 샘플의 일측면을 가열시키고, 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전도율 측정기(100)와, 상기 샘플의 온도를 측정하여 상기 샘플의 열 평형이 되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 동안 열 평형을 유지시킨 후의 시점을 검출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하기 위한 측정서버(500)를 포함하고, 상기 열전도율 측정기(100)는, 상기 샘플의 일측면이 접촉되도록 안착시키기 위한 일정높이의 하측필러고정부(120)와, 상기 하측필러고정부(120)에 대응되도록 위치되어 상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플의 타측면에 밀착되기 위한 상측필러고정부(130)와, 상기 하측필러고정부(120) 및 상기 상측필러고정부(130)를 각각 수용하여 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 샘플이 외부의 공기와 접촉되는 것을 방지하기 위해 밀폐시키기 위한 하측커버부(140) 및 상측커버부(150)와, 상기 하측필러고정부(120)를 통해 상기 샘플의 일측면을 가열시키기 위한 가열부(160)와, 상기 상측필러고정부(130)를 통해 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전소자(171)와 상기 열전소자(171)의 발열을 냉각시키기 위한 냉각팬(172)이 포함된 냉각부(170)와, 상기 하측필러고정부(120)의 길이방향을 따라 상기 가열부(160)에 인접하도록 제1온도센서(181)를 위치시키고 상기 샘플에 인접하도록 제2온도센서(182)를 위치시켜 각 제1온도와 제2온도를 측정하기 위한 하측온도측정부(180)와, 상기 상측필러고정부(130)의 길이방향을 따라 상기 샘플에 인접하도록 제3온도센서(191)를 위치시키고 상기 냉각부(170)에 인접하도록 제4온도센서(192)를 위치시켜 각 제3온도와 제4온도를 측정하기 위한 상측온도측정부(190)와, 상기 가열부(160)에 접촉되어 상기 가열부(160)의 온도를 측정하기 위한 가열온도측정부(200)와, 상기 가열온도측정부(200)를 통해 측정된 가열부(160)의 온도가 미리 설정된 측정조건과 동일하도록 상기 가열부(160)의 온도를 제어하기 위한 제어부(210)를 포함한다.

Description

열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법{THERMAL CONDUCTIVITY MEASUREMENT SYSTEM AND THERMAL CONDUCTIVITY MEASUREMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열패드와 같은 샘플이 열 평형상태가 되도록 샘플의 양측을 각각 냉각시키고 가열하여 샘플이 열 평형에 도달한 상태로 일정시간 유지시킨 후 온도를 측정하여 열전도율을 산출하기 위한 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 물체의 내부에 있는 열이 분자 운동에 의하여 한 부분에서 그와 인접한 다른 부분으로 차례로 전달되는 현상을 열전도라하고, 열전도에 의하여 전달되는 열량은 열이 전달되는 방향과 수직을 이루는 전열 면적, 시간, 온도차에 비례하게 된다. 이 비례의 정수를 열전도율이라 하고, λkcal/m . h·deg로 나타낸다.
즉, 열전도율은 뜨거운 면에서 차가운 면으로 판을 통해 전달되는 단위시간당 에너지로, 열의 전달정도를 나타내는 물질에 관한 상수이며, 온도나 압력에 따라 달라지게 된다.
이러한 열전도율의 측정방식은 열선법(Hot wire method), 열유속법 (Guarded Heat flow method), 열평판법 (Guarded Hot plate method)으로 구분되며 재료의 열전달 능력을 정확히 측정하기 위해 각각의 측정법이 개발되었다.
종래의 열전도율 측정기는 써큘레이터 방식을 이용함으로 인해 구성이 복잡하고 외형이 커지게 되어 설치 및 운반에 어려움이 발생하는 문제점이 있다.
이에, 상기 문제점을 해소하기 위해 등록특허 제10-1715174호(등록일자: 2017년 03월 06일)에 기재된 바와 같이, 가열시 증기가 유발되는 건축물 단열재 시편의 열전도율을 측정하는 장치에 있어서, 상기 시편을 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 내부로 전원을 인가하도록 유도되고, 설정된 발열온도를 유지하는 발열수단과, 상기 발열수단에 인접하게 배치된 온도센서로부터 신호를 입력하는 검출수단 및 상기 신호를 입력하여 열전도율을 연산하고 출력하는 제어수단을 포함하며, 상기 발열수단은 고정부에 지지되는 직선부의 양단으로 환형부를 일체의 발열회로로 연결하고, 상기 발열수단의 환형부는 기계적 강도를 보강하면서 설정된 발열량을 발생하도록 꼬임부를 구비하며, 상기 발열수단의 고정부는 환형부의 선상이나 그 중심의 위치로 온도센서의 위치변동을 허용하도록 구성되고, 상기 제어수단은 전원공급기, 증폭기, 전압측정기, 표시기를 마이컴 회로로 연결하고, 외부의 PC와 연계하여 측정된 정보를 처리하고 표시하는 핫와이어를 이용한 열전도율 측정장치를 사용할 수 있다.
그러나, 상기 등록특허와 같은 종래의 열전도율 측정장치는 다수의 시편의 열전도율을 측정할 때마다 사용자가 온도를 설정해야 하고 열 평형이 되어 일정하게 유지된 온도의 측정 위치를 수동으로 확인하기 때문에 열전도율의 정확한 측정이 어려울 수 있다.
이에, 다수의 시편을 미리 설정된 온도로 상승시킨 후 열 평형 상태가 되도록 하여 동일한 조건 내에서 온도를 자동으로 유지시킨 후 열전도율을 측정할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 미리 설정된 온도에 따라 방열패드와 같은 샘플이 열 평형상태가 되도록 샘플의 양측을 각각 냉각시키고 가열하여 샘플이 열 평형에 도달하도록 한 후 유지시켜 온도를 측정하기 위한 위치를 자동으로 검출하고 열전도율을 산출할 수 있는 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법을 제공하는 목적이 있다.
또한, 샘플을 냉각시키기 위한 열전 소자를 사용하여 냉각온도를 용이하게 조절할 수 있고, 샘플을 가열시키기 위한 세라믹 히터를 사용하여 공간효율을 향상시킬 수 있는 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법을 제공하는 목적이 있다.
또한, 미리 샘플의 위치와 냉각 온도와 가열 온도를 지정하여 다수의 샘플이 동일한 측정조건에서 측정할 수 있는 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법을 제공하는 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법은, 열전도율을 측정하기 위한 샘플의 일측면을 가열시키고, 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전도율 측정기(100)와, 상기 샘플의 온도를 측정하여 상기 샘플의 열 평형이 되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 동안 열 평형을 유지시킨 후의 시점을 검출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하기 위한 측정서버(500)를 포함하고, 상기 열전도율 측정기(100)는, 상기 샘플의 일측면이 접촉되도록 안착시키기 위한 일정높이의 하측필러고정부(120)와, 상기 하측필러고정부(120)에 대응되도록 위치되어 상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플의 타측면에 밀착되기 위한 상측필러고정부(130)와, 상기 하측필러고정부(120) 및 상기 상측필러고정부(130)를 각각 수용하여 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 샘플이 외부의 공기와 접촉되는 것을 방지하기 위해 밀폐시키기 위한 하측커버부(140) 및 상측커버부(150)와, 상기 하측필러고정부(120)를 통해 상기 샘플의 일측면을 가열시키기 위한 가열부(160)와, 상기 상측필러고정부(130)를 통해 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전소자(171)와 상기 열전소자(171)의 발열을 냉각시키기 위한 냉각팬(172)이 포함된 냉각부(170)와, 상기 하측필러고정부(120)의 길이방향을 따라 상기 가열부(160)에 인접하도록 제1온도센서(181)를 위치시키고 상기 샘플에 인접하도록 제2온도센서(182)를 위치시켜 각 제1온도와 제2온도를 측정하기 위한 하측온도측정부(180)와, 상기 상측필러고정부(130)의 길이방향을 따라 상기 샘플에 인접하도록 제3온도센서(191)를 위치시키고 상기 냉각부(170)에 인접하도록 제4온도센서(192)를 위치시켜 각 제3온도와 제4온도를 측정하기 위한 상측온도측정부(190)와, 상기 가열부(160)에 접촉되어 상기 가열부(160)의 온도를 측정하기 위한 가열온도측정부(200)와, 상기 가열온도측정부(200)를 통해 측정된 가열부(160)의 온도가 미리 설정된 측정조건과 동일하도록 상기 가열부(160)의 온도를 제어하기 위한 제어부(210)를 포함한다.
이때, 상기 열전도율 측정기(100)는, 미리 설정된 측정조건에 따라 상기 샘플의 위치를 고정시키기 위해 상기 상측필러고정부(130)를 높이 내지 수평을 조절하기 위한 모터부(220)를 포함하고, 상기 하측커버부(140)의 내측과 상기 하측필러고정부(120) 사이에는, 상기 하측필러고정부(120)을 통해 상기 샘플의 일측면에 열을 추가로 전달하기 위한 보조가열재(141)를 포함하며, 상기 상측커버부(150)과 상기 상측필러고정부(130) 사이에는, 상기 냉각부(170)를 보호하기 위한 보온재(151)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정서버(500)는, 상기 열전도율 측정기(100)와 통신하기 위한 서버통신부(510)와, 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 제어부(210)와 상기 모터부(220)로 전송하기 위해 상기 샘플의 열전도율을 측정하기 위한 온도와 상기 샘플의 위치를 입력하여 측정조건을 생성하기 위한 측정조건생성부(520)와, 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 제2온도센서(182)의 제2온도와 상기 제3온도센서(191)의 제3온도를 합산하고 평균값을 산출하여 생성된 샘플의 온도를 누적하여 기록하기 위한 온도기록부(530)와, 상기 온도기록부(530)에 기록된 온도가 일정해져 상기 샘플이 열 평형되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 열 평형이 유지된 지점을 검출하기 위한 열평형검출부(540)와, 상기 검출된 샘플의 열 평형 시작점 및 유지되는 시점에 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)로부터 측정된 각 제1온도 내지 제4온도를 수신받아 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 산출하기 위한 온도차산출부(550)와, 상기 산출된 제1온도 및 제2온도의 온도차와 제3온도 및 제4온도의 온도차를 이용하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하기 위한 열전도율산출부(206)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 열전도율을 측정할 샘플을 고정시키기 위한 하측필러고정부(120)와 상측필러고정부(130)를 포함한 열전도율 측정기(100)에서 상기 하측필러고정부(120)에 상기 샘플의 일측면이 하측필러고정부(120)에 접촉되도록 안착시키는 샘플안착단계와, 상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플이 고정되도록 상기 하측필러고정부(120)에 상기 상측필러고정부(130)를 밀착시키는 샘플밀착단계와, 상기 열전도율 측정기(100)에서 상기 하측필러고정부(120)를 통해 샘플로 열을 전달하기 위한 가열부(160) 및 상기 상측필러고정부(130)를 통해 샘플을 냉각시키기 위한 냉각부(170)를 미리 설정된 측정온도에 따라 작동시키는 냉가열단계와, 상기 열전도율 측정기(100)에서 상기 샘플과 인접하도록 위치된 하측온도측정부(180)의 제2온도센서(182) 제2온도와 상기 샘플과 인접하도록 위치된 상측온도측정부(190)의 제3온도센서(191)의 제3온도를 측정서버(500)로 전송하고, 상기 측정서버(500)에서 상기 제2온도와 상기 제3온도를 합산한 후 평균값을 산출하여 샘플의 온도를 측정하는 샘플온도측정단계와, 상기 측정서버(500)에서 상기 샘플의 온도를 누적기록하는 샘플온도기록단계와, 상기 측정서버(500)에서 상기 열전도율 측정기(100)로부터 상기 하측온도측정부(180)에 위치된 제1온도센서(181) 및 제2온도센서(182)와 상기 상측온도측정부(190)에 위치된 제3온도센서(191) 및 제4온도센서(192)를 통해 측정된 제1온도 내지 제4온도를 수신받아 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교한 차이값이 미리 설정된 열평형차이범위에 포함되고 일정시간 유지되면 상기 샘플의 열평형상태인 것으로 판단하여 상기 샘플의 열평형이 되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 동안 열평형이 유지된 시점을 검출하는 열평형검출단계와, 상기 열전도율 측정기(100)에서 상기 측정서버(500)로부터 검출된 샘플의 열평형이 되는 시작점과 일정시간 열평형이 유지된 시점에 상기 하측필러고정부(120)에 위치된 하측온도측정부(180)의 제1온도센서(181) 및 제2온도센서(182)를 통해 제1온도 및 제2온도를 측정하고 상기 상측필러고정부(130)에 위치된 상측온도측정부(190)의 길이방향 양측에 위치된 제3온도센서(191) 및 제4온도센서(192)를 통해 제3온도 및 제4온도를 측정하는 구리고정부온도측정단계와, 상기 측정서버(500)에서 상기 측정된 제1온도 및 제2온도와 상기 측정된 제2온도 및 제3온도와 상기 측정된 제3온도 및 제4온도에 대한 각 온도차를 산출하는 온도차산출단계와, 상기 측정서버(500)에서 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 측정된 제2온도 및 제3온도의 온도차와 상기 측정된 제3온도 및 제4온도의 온도차를 역수로 한 후 온도기울기를 산출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하는 열전도율산출단계를 포함하는를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 미리 설정된 온도에 따라 방열패드와 같은 샘플이 열 평형상태가 되도록 샘플의 양측을 각각 냉각시키고 가열하여 샘플이 열 평형에 도달하면 열 평형 상태로 일정시간 유지시킨 후 자동으로 온도를 측정하여 열전도율을 산출할 수 있어 샘플 측정 시 동일한 조건에서 측정할 수 있고 열 평형에 도달한 시점을 자동으로 확인할 수 있음으로 인해 산출된 열전도율의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 샘플을 냉각시키기 위한 열전 소자를 사용하여 냉각온도를 용이하게 조절할 수 있어 냉각효율을 향상시킬 수 있고 냉각시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 샘플을 가열시키기 위한 세라믹 히터를 사용하여 발열시간을 단축시키고 공간효율을 향상시킬 수 있어 제품의 외형이 커지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열전 소자, 세라믹 히터 등을 사용하여 제품의 구성을 단순화시킬 수 있어 제품의 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 미리 샘플의 위치와 냉각 온도와 가열 온도를 지정하여 다수의 샘플이 동일한 측정조건에서 측정할 수 있도록 하여 재현성을 향상시킬 수 있으면서 산출된 열전도율의 신뢰도를 향상시키고 사용자의 편리성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 열전도율 측정기,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 구성블록도,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 하측필러고정부 내지 상측커버부,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 하측커버부 및 상측커버부의 사용상태도,
도 7은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 냉각부,
도 8은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 측정서버의 구성블록도,
도 9는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 측정서버의 열평형검출부,
도 10은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템을 이용한 열전도율 측정방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 열전도율 측정기이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 구성블록도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 하측필러고정부 내지 상측커버부이며, 도 6은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 하측커버부 및 상측커버부의 사용상태도이고, 도 7은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 냉각부이며, 도 8은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 측정서버의 구성블록도이고, 도 9는 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템의 측정서버의 열평형검출부이다.
또한, 도 10은 본 발명의 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템을 이용한 열전도율 측정방법을 나타낸 순서도이다.
상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일실시 예에 의한 열전도율 측정시스템은, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 열전도율을 측정하기 위한 샘플의 일측면을 가열시키고, 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전도율 측정기(100)와, 상기 샘플의 온도를 측정하여 상기 샘플이 열 평형되는 시작점에서 일정시간 동안 열 평형상태를 유지시킨 후 온도를 측정하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하기 위한 측정서버(500)를 포함하여 구성된다.
상기 샘플은 열전도율을 측정하기 위한 방열패드 등이며, 일정크기의 사각형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 샘플은 동일 재질이면서 서로 다른 두께를 갖도록 다수개로 준비될 수 있다.
상기 열전도율 측정기(100)는, 상기 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 일정크기의 사각형상으로 형성된 베이스부(110)와, 상기 베이스부(110)에서 연결되어 일정높이의 막대형상으로 형성된 지지부(111)와, 상기 지지부(111)에서 연결되어 일정크기의 사각형상으로 형성된 케이스부(112)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전도율 측정기(100)는 상기 샘플의 일측면이 접촉되도록 안착시키기 위한 일정높이의 하측필러고정부(120)와, 상기 하측필러고정부(120)에 대응되도록 위치되어 상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플의 타측면에 밀착되기 위한 상측필러고정부(130)와, 상기 하측필러고정부(120) 및 상기 상측필러고정부(130)를 각각 수용하여 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 샘플이 외부의 공기와 접촉되는 것을 방지하기 위해 밀폐시키기 위한 하측커버부(140) 및 상측커버부(150)와, 상기 하측필러고정부(120)를 통해 상기 샘플의 일측면을 가열시키기 위한 가열부(160)와, 상기 상측필러고정부(130)를 통해 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전소자(171)와 상기 열전소자(171)의 발열을 냉각시키기 위한 냉각팬(172)이 포함된 냉각부(170)와, 상기 하측필러고정부(120)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 제1온도센서(181)와 제2온도센서(182)를 위치시켜 각 제1온도와 제2온도를 측정하기 위한 하측온도측정부(180)와, 상기 상측필러고정부(130)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 제3온도센서(191)와 제4온도센서(192)를 위치시켜 각 제3온도와 제4온도를 측정하기 위한 상측온도측정부(190)와, 상기 가열부(160)에 접촉되어 상기 가열부(160)의 온도를 측정하기 위한 가열온도측정부(200)와, 상기 가열온도측정부(200)를 통해 측정된 가열부(160)의 온도가 미리 설정된 측정조건과 동일하도록 상기 가열부(160)의 온도를 제어하기 위한 제어부(210)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전도율 측정기(100) 미리 설정된 측정조건에 따라 상기 샘플의 위치를 고정시키기 위해 상기 상측필러고정부(130)를 높이 내지 수평을 조절하기 위한 모터부(220)를 포함할 수 있다.
상기 베이스부(110)는, 일정크기를 갖는 사각형상의 판으로 형성되고, 상기 하측필러고정부(120) 내지 상기 하측커버부(140)가 위치되어야 한다.
또한, 상기 베이스부(110)에는 외부로부터 전원을 공급받기 위한 전원부가 포함되어 있어야 한다.
상기 지지부(111)는, 상기 하측필러고정부(120) 내지 상기 하측커버부(140)가 위치된 베이스부(110)의 면에 연결되며, 일정높이를 갖는 막대형상으로 형성된다.
이때, 상기 지지부(111)가 상기 베이스부(110)에 연결됨으로써 상기 케이스부(112)를 지지할 수 있다.
상기 케이스부(112)는, 상기 지지부(111)에서 연결되면서 상기 냉각부(170)를 수용할 수 있도록 일정크기의 사각형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 케이스부(112)는 상기 냉각부(170)를 수용하기 때문에 열을 방출하기 위해 다수개의 구멍이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스부(112)에는 상기 상측필러고정부(130) 내지 상기 상측커버부(150)가 위치될 수 있다.
상기 하측필러고정부(120)는, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 재질이 열전도도가 50W/m.K이상인 구리 등과 같은 메탈 소재이고, 일정크기의 원통형상으로 형성될 수 있으며, 일측면이 상기 베이스부(110) 방향으로 위치되고 타측면에 상기 샘플의 일측면이 접촉되도록 안착시킨다.
상기 상측필러고정부(130)는, 재질이 열전도도가 50W/m.K이상인 구리 등과 같은 메탈 소재이고, 상기 하측필러고정부(120)와 동일한 크기의 원통형상으로 형성될 수 있으며, 상기 하측필러고정부(120)에 대응되도록 위치된다.
상기 상측필러고정부(130)의 일측면은 상기 케이스부(112) 방향으로 위치되고, 타측면은 상기 샘플의 타측면에 밀착된다.
이때, 상기 상측필러고정부(130)는 상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플의 타측면에 밀착되기 위해 상하로 유동될 수 있다. 상기 상측필러고정부(130)가 상하로 유동됨으로써 상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플이 상기 상측필러고정부(130)와 밀착되도록 하여 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 샘플의 유동을 방지할 수 있으며 열전도율 측정 시 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 하측필러고정부(120)의 일측면에 상측필러고정부(130)의 타측면이 전체적으로 맞닿도록 밀착시켜 상기 샘플의 열 평형 상태에 대한 오류를 방지할 수 있다.
여기서, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)가 재질이 열전도도가 50W/m.K이상인 구리 등과 같은 메탈 소재로 형성된 이유는 도체이면서 열의 전달성이 높아 측정시간을 단축시킬 수 있게 되며, 알루미늄보다 단단하여 상기 샘플 등으로 인한 손상을 방지할 수 있기 때문이다.
상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 상기 샘플의 열전도율을 측정할 때는 온도 변화에 민감하기 때문에 상기 하측커버부(140)와 상측커버부(150)가 필요하게 된다.
상기 하측커버부(140)는, 상기 하측필러고정부(120)를 수용하면서 상기 베이스부(110)에 위치된다.
상기 하측커버부(140)는 상기 베이스부(110)에 위치되면서 상기 하측필러고정부(120)를 수용할 수 있도록 개구면이 형성된 일정크기의 원통형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상측커버부(150)는, 상기 케이스부(112)에 위치되면서 상기 하측커버부(140)와 대응되도록 형성되고, 상기 상측필러고정부(130)를 수용할 수 있도록 개구면이 형성된 일정크기의 원통형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 상측커버부(150)는 상기 하측커버부(140)보다 작은 구경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 상측커버부(150)의 일부분이 상기 하측커버부(140)의 개구면을 통해 인입될 수 있다.
상기 상측커버부(150)가 상기 하측커버부(140)에 인입됨으로 인해 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 샘플이 외부의 공기와 접촉되는 것을 방지하기 위해 밀폐시켜 진공상태가 된다. 즉, 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 상기 상측커버부(150)가 상기 하측커버부(140)에 인입되어 내부가 밀폐됨으로써 내부에 위치된 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 샘플이 외부의 공기흐름에 영향을 받지 않아 온도변화로 인한 열전도율의 오차가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
상기 가열부(160)는, 상기 하측커버부(140)의 내부에 설치되어 상기 하측필러고정부(120)를 통해 상기 샘플의 일측면을 가열시키기 위해 발열하며, 신속한 발열과 최소한의 공간을 이용하기 위해 세라믹 히터를 사용할 수 있다.
상기 가열부(160)를 세라믹 히터를 사용함으로써 공간효율을 향상시키 수 있게 된다.
상기 냉각부(170)는, 상기 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 케이스부(112)의 내측에 설치되어 상기 상측필러고정부(130)를 통해 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 것이다.
상기 냉각부(170)에는 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전소자(171)와, 상기 열전소자(171)의 발열을 냉각시키기 위한 냉각팬(172)으로 구성될 수 있다. 상기 열전소자(171)는 펠티에 효과에 의한 흡열 또는 발열을 이용한 것으로, 일측에 냉각을 위한 동판이 구비되고, 타측에 발열로 인한 열을 방출시키기 위한 방열날개가 구비된다.
상기 열전소자(171)를 구비함으로써 종래의 써큘레이터 방식보다 냉각효율을 향상시킬 수 있게 되며 써큘레이터보다 저렴하기 때문에 제조단가를 낮출 수 있게 된다.
상기 냉각팬(172)은, 외부의 공기를 유입시켜 상기 열전소자(171)에서 방열되는 열을 외부로 방출하기 위한 것으로, 열에 약한 열전소자(171)의 고장 및 수명단축을 방지할 수 있게 된다.
상기 하측온도측정부(180)는, RTD센서를 사용할 수 있으며, 상기 하측필러고정부(120)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 제1온도센서(181)와 제2온도센서(182)를 위치시킨다. 즉, 상기 하측온도측정부(180)는 상기 가열부(160)와 인접한 하측필러고정부(120)의 일측에 제1온도센서(181)를 위치시켜 제1온도를 측정하고, 상기 샘플의 일측면과 인접한 하측필러고정부(120)의 타측에 제2온도센서(182)를 위치시켜 제2온도를 측정한다.
상기 상측온도측정부(190)는, 상기 하측온도측정부(180)와 동일하게 RTD센서를 사용할 수 있으며, 상기 상측필러고정부(130)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 제3온도센서(191)와 제4온도센서(192)를 위치시킨다.
상기 제3온도센서(191)는 상기 샘플과 인접한 상측필러고정부(130)의 타측에 위치되어 제3온도를 측정하게 된다.
상기 제4온도센서(192)는 상기 냉각부(170)와 인접한 상측필러고정부(130)의 일측에 위치되어 제4온도를 측정하게 된다.
이때, 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)는 타 샘플을 측정할 때도 동일한 조건으로 측정할 수 있도록 위치가 고정되어 있어야 한다.
상기와 같이 구성된 하측온도측정부(180)와 상측온도측정부(190)를 통해 상기 샘플의 온도를 측정할 수 있게 된다. 즉, 상기 하측온도측정부(180)의 제2온도센서(182)에서 측정된 제2온도와 상기 상측온도측정부(190)에서 측정된 제3온도를 합산하고 평균값을 산출하여 상기 샘플의 온도를 측정할 수 있어 추후 상기 샘플이 열 평형상태가 되었는지 판단하는데 도움을 줄 수 있게 된다.
상기 가열온도센서부(109)는, 상기 가열부(160)의 온도를 측정하기 위한 것이다. 다시 말해, 상기 가열온도센서부(109)는 상기 가열부(160)의 온도를 측정하여 상기 가열부(160)의 온도가 미리 설정된 측정조건에 따라 정상적으로 작동하는지 확인할 수 있게 된다.
상기 제어부(210)는, 미리 설정된 측정조건에 따라 상기 가열부(160)를 제어하여 상기 가열부(160)의 온도가 미리 설정된 측정조건으로 유지될 수 있도록 한다.
상기 보조가열재(141)는, 상기 하측커버부(140)의 내측에 수용되어 상기 하측커버부(140)와 상기 하측필러고정부(120) 사이에 위치되도록 일정크기의 막대형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 보조가열재(141)는, 열선이 있어 상기 하측필러고정부(120)를 통해 추가로 열을 제공한다. 다시 말해, 상기 보조가열재(141)는 상기 가열부(160)에서 상기 하측필러고정부(120)를 통해 전달되는 열이 부족하여 상기 하측필러고정부(120)의 온도가 상승하지 않을 경우에 보조로 가열할 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 샘플의 온도를 60℃ 이상으로 높일 경우에 상기 가열부(160)인 세라믹히터의 용량의 한계에 의해 가열이 되지 않을 때 상기 보조가열재(141)를 가열시켜 추가로 열을 제공할 수 있다.
상기 보온재(151)는, 상기 상측커버부(150)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치되도록 상기 상측커버부(150)의 내측에 수용되어 상기 냉각부(170)를 보호할 수 있다.
즉, 상기 보조가열재(141)와 보온재(151)는 상기 가열부(160)와 상기 냉각부(170)의 열전소자(171)를 통한 가열 및 냉각에서의 열 평형 측정조건이 80℃ 내지 100℃일 경우에 외부의 온도보다 높은 열로 인해 외부 온도와의 온도차에 의해 열손실이 발생하는 것을 방지하면서 상기 열전소자(171)가 손상되지 않도록 상기 열전소자(171)를 보호할 수 있다.
상기 모터부(220)는, 상기 상측필러고정부(130)의 높이 내지 수평을 조절하여 미리 설정된 측정조건에 따라 상기 샘플의 위치를 고정시키기 위한 것이다. 여기서, 상기 모터부(220)는 상기 상측필러고정부(130)의 유동에 따라 상기 하측필러고정부(120)의 수평을 더 조절할 수도 있다.
한편, 상기 열전도율 측정기(100)에는 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)가 상기 샘플에 가하는 압력을 측정하기 위한 로드셀(230)이 더 구성될 수 있다.
상기 로드셀(230)은 상기 샘플의 무게를 측정하여 상기 샘플에 가해지는 압력을 측정할 수 있게 된다.
상기 로드셀(230)을 통해 압력을 측정함으로써 상기 샘플이 액체나 고무일 경우에 높은 압력이 가해지는 것을 방지하여 변형이 일어나 열저항이 커져 열전도율을 측정할 때 오류가 발행하는 것을 방지할 수 있음은 물론 상기 샘플이 금속일 경우에 낮은 압력이 가해지지 않도록 하여 공기층이 생기는 것을 방지하고 상기 샘플과 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 간에 밀착력이 저하되는 것을 방지하여 열전도율 측정에 대한 오류발생을 저하시키게 된다.
다른 한편, 상기 열전도율 측정기(100)는 얇은 샘플의 열전도율을 측정할 경우에 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)가 서로 일정간격 이격되어 나란히 배치될 수도 있다. 이때, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)가 수평으로 배치될 경우에는 상기 가열부(160)와 상기 냉각부(170)도 수평으로 배치되고, 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)를 각각 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)에 최대한 인접한 샘플 내의 위치에 접촉되어 온도를 측정할 수도 있다.
상기 측정서버(500)는, 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 열전도율 측정기(100)와 통신하기 위한 서버통신부(510)와, 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 제어부(210)와 상기 모터부(220)로 전송하기 위해 상기 샘플의 열전도율을 측정하기 위한 온도와 상기 샘플의 위치를 입력하여 측정조건을 생성하기 위한 측정조건생성부(520)와, 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 제2온도센서(182)의 제2온도와 상기 제3온도센서(191)의 제3온도를 합산하고 평균값을 산출하여 생성된 샘플의 온도를 누적하여 기록하기 위한 온도기록부(530)와, 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)로부터 측정된 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교하여 차이값을 산출한 후 상기 차이값이 미리 설정된 열평형차이범위에 포함되어 일정시간 유지되는지 판단하여 상기 샘플이 열 평형되는 시작점과 열 평형이 유지된 지점을 검출하기 위한 열평형검출부(540)와, 상기 검출된 샘플의 열 평형 시작점 및 유지되는 시점에 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)로부터 측정된 각 제1온도 내지 제4온도를 수신받아 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제2온도 및 상기 제3온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 산출하기 위한 온도차산출부(550)와, 상기 산출된 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제2온도 및 상기 제3온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 역수로 취하여 온도기울기를 산출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하기 위한 열전도율산출부(206)를 포함할 수 있다.
상기 서버통신부(510)는, 상기 제어부(210)와 상기 모터부(220)와 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)를 통신하기 위해 상기 열전도율 측정기(100)와 유무선 네트워크를 사용하여 통신할 수 있다.
상기 측정조건생성부(520)는, 상기 샘플의 열전도율을 측정할 때 상기 샘플의 위치와 상기 가열부(160)와 상기 냉각부(170)의 온도에 대한 측정조건을 미리 생성한다.
상기 측정조건생성부(520)를 통해 상기 샘플의 위치와 상기 가열부(160)의 가열온도와 상기 냉각부(170)의 냉각온도를 지정함으로써 다수의 샘플을 측정하더라도 서로 동일한 측정조건이 되기 때문에 용이하게 비교판단할 수 있게 되며, 열전도율의 산출을 용이하게 할 수 있게 된다.
여기서, 상기 측정조건생성부(520)는 샘플의 재질이나 사용자의 편의에 따라 수동으로 조절하여 지정할 수 있다.
상기 측정조건생성부(520)에서 생성된 측정조건은 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 제어부(210)와 상기 모터부(220)로 전송된다.
상기 온도기록부(530)는, 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 하측온도측정부(180)로부터 제2온도센서(182)의 제2온도를 수신받고, 상기 상측온도측정부(190)로부터 제3온도센서(191)의 제3온도를 수신받는다,
상기 온도기록부(530)에서 상기 수신받은 제2온도와 제3온도를 합산하고 평균값을 산출하여 샘플의 온도를 생성한다.
상기 온도기록부(530)는 상기 생성된 샘플의 온도를 누적하여 기록한다. 즉, 상기 온도기록부(530)는 일정한 시간간격으로 상기 샘플의 온도를 누적기록함으로써 그래프화하여 디스플레이될 수 있다.
상기 온도기록부(530)에 온도를 기록함으로써 상기 샘플의 온도변화를 파악할 수 있어 상기 샘플의 열 평형상태를 검출하는데 도움을 줄 수 있다.
상기 열평형검출부(540)는, 상기 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)로부터 측정된 제1온도 내지 제4온도를 수신받아 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교한다.
상기 열평형검출부(540)는 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교한 차이값이 미리 설정된 열평형차이범위에 포함되는지 판단한 후 일정시간 유지되는지 판단하여 상기 샘플의 열 평형상태로 판단하게 된다. 즉, 상기 열평형차이범위를 ±0.1℃를 미리 설정하고, 일정시간을 5분으로 설정하였을 경우에 상기 열평형검출부(540)는 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교한 차이값이 ±0.1℃인지 판단한 후 상기 차이값이 5분간 ±0.1℃로 유지되면 상기 샘플의 열 평형상태로 판단하게 된다.
상기 열평형검출부(540)는 상기 샘플의 열 평형 상태로 판단될 경우에 상기 샘플이 열 평형되는 시작점과 열 평형이 유지된 지점을 검출한다.
상기 열평형검출부(540)는 상기 누적기록된 샘플의 온도가 일정해지는 구간을 통해 상기 샘플의 열 평형상태를 검출할 수도 있지만, 상기와 같이 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교함으로써 상기 샘플의 열 평형상태에 대한 신뢰감을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 열평형검출부(540)를 통해 상기 샘플이 열 평형되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 동안 열 평형을 유지시킨 지점을 자동으로 검출할 수 있어 사용자가 지속적으로 샘플의 온도를 측정하여 열 평형상태를 확인해야 하는 번거로움을 해소시킬 수 있게 된다.
상기 온도차산출부(550)는, 상기 열평형검출부(540)에서 검출된 상기 샘플의 열 평형이 되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 동안 열 평형을 유지시킨 지점에 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)로부터 측정된 제1온도 내지 제4온도를 수신받는다.
이때, 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)는 동시에 온도를 측정하여 제1온도 내지 제4온도를 생성하여야 한다.
상기 온도차산출부(550)는 상기 제1온도 내지 제4온도의 온도차를 산출한다. 즉, 상기 온도차산출부(550)를 통해 상기 샘플이 열 평형에 도달하였을 때의 상기 하측필러고정부(120)의 제1온도와 제2온도의 온도차를 산출하고 상기 하측필러고정부(120)의 제2온도와 상기 상측필러고정부(130)의 제2온도차의 온도차를 산출하며 상기 상측필러고정부(130)의 제3온도와 제4온도의 온도차를 산출할 수 있게 된다.
상기 온도차산출부(550)에서 산출된 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제2온도 및 제3온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 상기 열전도율산출부(206)로 전송한다.
상기 열전도율산출부(206)는, 미리 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 열전도율, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 면적, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 거리가 저장되어 있는 것이 바람직하다.
상기 열전도율산출부(206)는 미리 저장된 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 열전도율, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 면적, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 거리 및 상기 온도차산출부(550)에서 산출된 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제2온도 및 제3온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 역수로 한 후 온도기울기를 산출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출할 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 샘플의 열 평형상태에서의 총 열량을
Figure pat00001
라고 할 때, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 열전도율을
Figure pat00002
라고 하고, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 면적을
Figure pat00003
라하고, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 거리를
Figure pat00004
라하고, 상기 온도차산출부(550)에서 산출된 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제2온도 및 제3온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를
Figure pat00005
라고 할 경우에
Figure pat00006
의 공식을 이용하여 상기 샘플의 총 열량을 산출한다.
그 후, 상기 열전도율산출부(206)는 동일한 재질이면서 서로 다른 두께를 갖는 2개의 샘플을 측정할 경우에 각각 샘플과의 접촉에 따른 접촉 열저항값을 상쇄시켜 샘플만의 접촉 열저항값의 차이를 역수로 취한 값에 2개의 샘플의 두께 차를 곱하면 열전도율을 산출할 수 있다.
상기 접촉 열저항값은
Figure pat00007
을 이용하여 계산할 수 있다.
즉, 하나의 샘플에 대한 접촉 열저항값은
Figure pat00008
로 계산할 수 있으며, 다른 하나의 샘플에 대한 접촉 열저항값도
Figure pat00009
로 계산할 수 있다.
상기 두 개의 샘플에 대한 접촉 열저항값을 계산한 후
Figure pat00010
을 이용하여 열전도율을 산출할 수 있다. 이때, 상기
Figure pat00011
는
Figure pat00012
이고, 상기
Figure pat00013
과
Figure pat00014
는 상기 두 개의 샘플에 대한 각각의 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 거리이다.
한편, 상기 샘플을 하나만 가지고 측정할 경우에 샘플의 접촉 열저항 값만 이용하여 측정한다. 상기 샘플의 열전도율은
Figure pat00015
을 통해 상기 샘플의 접촉 열저항값을 계산한 후,
Figure pat00016
를 이용하여 산출한다.
다른 한편, 상기 열전도율산출부(206)는 상기 열전도율 측정기(100)의 하측필러고정부(120)와 상측필러고정부(130)가 수평으로 배치될 경우에는 Angstrom's method에 의하여
Figure pat00017
를 이용할 수 있다.
이때,
Figure pat00018
은 조화,
Figure pat00019
는 driving frequency,
Figure pat00020
는 상기 가열부(160)에 인접한 위치와 상기 냉각부(170)에 인접한 위치 사이의 거리,
Figure pat00021
는 위상차,
Figure pat00022
은 상기 가열부(160)에 인접한 위치의 온도,
Figure pat00023
는 상기 냉각부(170)에 인접한 위치의 온도이다.
여기서 상기 driving frequency는 매우 작은 값이기 때문에
Figure pat00024
를 통해 계산될 수 있으며, 상기
Figure pat00025
는
Figure pat00026
을 통해 계산될 수 있다. 이때, 상기
Figure pat00027
는 열파동의 주기이다.
또한, 조화주기
Figure pat00028
을 대입하면,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
을 이용하여 열확산율을 산출할 수 있다.
상기 산출된 열확산율에 밀도
Figure pat00031
와 비열
Figure pat00032
를 곱한
Figure pat00033
를 통해 열전도율을 산출할 수 있다.
즉, 상기 열전도율산출부(206)는 상기 열전도율 측정기(100)의 하측필러고정부(120)와 상측필러고정부(130)가 수평으로 배치될 경우에는
Figure pat00034
를 통해 열전도율을 산출할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 열전도율 측정시스템을 이용하여 상기 샘플의 열전도율을 측정하는 방법은, 상기 도 10에 도시된 바와 같이, 먼저, 상기 열전도율 측정기(100)의 하측필러고정부(120)에 상기 샘플을 안착시킨다(S10). 이때, 상기 하측필러고정부(120)에는 상기 샘플의 일측면이 접촉되어야 한다.
그 후 상기 상측필러고정부(130)는 상기 샘플이 안착된 하측필러고정부(120) 방향으로 이동하여 상기 샘플의 타측면이 접촉되도록 밀착시킨다(S20).
상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)가 완전히 맞닿아 밀착됨으로 인해 상기 샘플의 위치를 고정시킬 수 있다.
상기 측정서버(500)를 통해 설정된 측정온도를 수신받은 열전도율 측정기(100)는 상기 제어부(210)를 통해 상기 측정온도에 따라 상기 가열부(160)와 상기 냉각부(170)를 제어한다(S30).
상기 가열부(160)는 상기 측정온도에 따라 열을 발생시켜 상기 하측필러고정부(120)를 통해 상기 샘플의 일측면으로 열을 전달하며, 상기 냉각부(170)는 상기 측정온도에 따라 냉각하여 상기 상측필러고정부(130)를 통해 상기 샘플의 타측면을 냉각시킨다.
상기 열전도율 측정기(100)의 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)에서 측정된 제2온도와 제3온도를 측정하여 상기 측정서버(500)로 전송하고, 상기 측정서버(500)에서 상기 제2온도와 제3온도를 합산한 후 평균값을 산출하여 상기 샘플의 온도를 측정한다(S40).
상기 측정서버(500)의 온도기록부(530)는 상기 샘플의 온도를 수신받아 시간별로 누적기록한다(S50).
상기 측정서버(500)의 열평형검출부(540)는 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교하여 산출된 차이값이 미리 설정된 열평형차이범위에 일정시간동안 유지되는지 판단하여 상기 샘플이 열 평형상태인 것을 판단한다. 그 후 상기 열 평형상태로 판단된 샘플의 열평형이 시작되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 유지된 지점을 검출한다(S60).
상기 측정서버(500)에서 상기 샘플의 열평형이 시작되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 유지된 지점을 검출하면 상기 열전도율 측정기(100)의 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)를 작동시킨다.
상기 열전도율 측정기(100)는 상기 측정서버(500)에서 상기 샘플의 열평형이 시작되는 시작점에서 열 평형이 일정시간 유지되는 동안 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)를 작동시켜 제1온도 내지 제4온도를 측정한다(S70).
상기 열전도율 측정기(100)는 상기 측정된 제1온도 내지 제4온도를 상기 측정서버(500)로 전송한다.
상기 측정서버(500)는 상기 제1온도 내지 제4온도를 수신받아 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 제2온도 및 제3온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 산출한다(S80).
상기 측정서버(500)는 미리 저장된 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 열전도율, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 면적, 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130)의 거리 및 산출된 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 제2온도 및 제3온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 역수로 한 후 온도기울기를 산출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출한다(S90).
상기와 같이 열전도율을 산출할 수 있는 열전도율 측정시스템은, 상기 샘플이 열 평형상태가 되도록 샘플의 양측을 각각 냉각시키고 가열하여 샘플이 열 평형에 도달하는 시작점을 자동으로 검출하고 열전도율을 산출할 수 있어 샘플 측정 시 동일한 조건에서 측정할 수 있고 열 평형에 도달한 시점을 자동으로 확인할 수 있음으로 인해 산출된 열전도율의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 냉각부(170)에 열전 소자를 사용하여 냉각효율을 향상시킬 수 있어 냉각시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 제품의 단가를 낮출 수 있으며, 상기 가열부(160)에 세라믹 히터를 사용하여 발열시간을 단축시키고 공간효율을 향상시킬 수 있어 제품의 외형이 커지는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 미리 샘플의 위치와 측정온도를 지정하여 다수의 샘플이 동일한 측정조건에서 측정할 수 있도록 하여 산출된 열전도율의 신뢰도를 향상시키고 사용자의 편리성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100: 열전도율 측정기 110: 베이스부
111: 지지부 112: 케이스부
120: 하측필러고정부 130: 상측필러고정부
140: 하측커버부 141: 보조가열재
150: 상측커버부 151: 보온재
160: 가열부 170: 냉각부
171: 열전소자 172: 냉각팬
180; 하측온도측정부 181: 제1온도센서
182: 제2온도센서 190: 상측온도측정부
191: 제3온도센서 192: 제4온도센서
200: 가열온도측정부 210: 제어부
220: 모터부 230: 로드셀
500: 측정서버 510: 서버통신부
520: 측정조건생성부 530: 온도기록부
540: 열평형검출부 550: 온도차산출부
560: 열전도율산출부

Claims (4)

  1. 열전도율을 측정하기 위한 샘플의 일측면을 가열시키고, 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전도율 측정기(100)와, 상기 샘플의 온도를 측정하여 상기 샘플의 열 평형이 되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 동안 열 평형을 유지시킨 후의 시점을 검출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하기 위한 측정서버(500)를 포함하고,
    상기 열전도율 측정기(100)는, 상기 샘플의 일측면이 접촉되도록 안착시키기 위한 일정높이의 하측필러고정부(120)와, 상기 하측필러고정부(120)에 대응되도록 위치되어 상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플의 타측면에 밀착되기 위한 상측필러고정부(130)와, 상기 하측필러고정부(120) 및 상기 상측필러고정부(130)를 각각 수용하여 상기 하측필러고정부(120)와 상기 상측필러고정부(130) 사이에 위치된 샘플이 외부의 공기와 접촉되는 것을 방지하기 위해 밀폐시키기 위한 하측커버부(140) 및 상측커버부(150)와, 상기 하측필러고정부(120)를 통해 상기 샘플의 일측면을 가열시키기 위한 가열부(160)와, 상기 상측필러고정부(130)를 통해 상기 샘플의 타측면을 냉각시키기 위한 열전소자(171)와 상기 열전소자(171)의 발열을 냉각시키기 위한 냉각팬(172)이 포함된 냉각부(170)와, 상기 하측필러고정부(120)의 길이방향을 따라 상기 가열부(160)에 인접하도록 제1온도센서(181)를 위치시키고 상기 샘플에 인접하도록 제2온도센서(182)를 위치시켜 각 제1온도와 제2온도를 측정하기 위한 하측온도측정부(180)와, 상기 상측필러고정부(130)의 길이방향을 따라 상기 샘플에 인접하도록 제3온도센서(191)를 위치시키고 상기 냉각부(170)에 인접하도록 제4온도센서(192)를 위치시켜 각 제3온도와 제4온도를 측정하기 위한 상측온도측정부(190)와, 상기 가열부(160)에 접촉되어 상기 가열부(160)의 온도를 측정하기 위한 가열온도측정부(200)와, 상기 가열온도측정부(200)를 통해 측정된 가열부(160)의 온도가 미리 설정된 측정조건과 동일하도록 상기 가열부(160)의 온도를 제어하기 위한 제어부(210)를 포함하는 열전도율 측정시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도율 측정기(100)는, 미리 설정된 측정조건에 따라 상기 샘플의 위치를 고정시키기 위해 상기 상측필러고정부(130)를 높이 내지 수평을 조절하기 위한 모터부(220)를 포함하고,
    상기 하측커버부(140)의 내측과 상기 하측필러고정부(120) 사이에는, 상기 하측필러고정부(120)을 통해 상기 샘플의 일측면에 열을 추가로 전달하기 위한 보조가열재(141)를 포함하며,
    상기 상측커버부(150)과 상기 상측필러고정부(130) 사이에는, 상기 냉각부(170)를 보호하기 위한 보온재(151)를 포함하는 열전도율 측정시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 측정서버(500)는, 상기 열전도율 측정기(100)와 통신하기 위한 서버통신부(510)와, 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 제어부(210)와 상기 모터부(220)로 전송하기 위해 상기 샘플의 열전도율을 측정하기 위한 온도와 상기 샘플의 위치를 입력하여 측정조건을 생성하기 위한 측정조건생성부(520)와, 상기 서버통신부(510)를 통해 상기 제2온도센서(182)의 제2온도와 상기 제3온도센서(191)의 제3온도를 합산하고 평균값을 산출하여 생성된 샘플의 온도를 누적하여 기록하기 위한 온도기록부(530)와, 상기 온도기록부(530)에 기록된 온도가 일정해져 상기 샘플이 열 평형되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 열 평형이 유지된 지점을 검출하기 위한 열평형검출부(540)와, 상기 검출된 샘플의 열 평형 시작점 및 유지되는 시점에 상기 하측온도측정부(180)와 상기 상측온도측정부(190)로부터 측정된 각 제1온도 내지 제4온도를 수신받아 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 산출하기 위한 온도차산출부(550)와, 상기 산출된 제1온도 및 제2온도의 온도차와 제3온도 및 제4온도의 온도차를 이용하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하기 위한 열전도율산출부(206)를 포함하는 열전도율 측정시스템.
  4. 열전도율을 측정할 샘플을 고정시키기 위한 하측필러고정부(120)와 상측필러고정부(130)를 포함한 열전도율 측정기(100)에서 상기 하측필러고정부(120)에 상기 샘플의 일측면이 하측필러고정부(120)에 접촉되도록 안착시키는 샘플안착단계와,
    상기 하측필러고정부(120)에 안착된 샘플이 고정되도록 상기 하측필러고정부(120)에 상기 상측필러고정부(130)를 밀착시키는 샘플밀착단계와,
    상기 열전도율 측정기(100)에서 상기 하측필러고정부(120)를 통해 샘플로 열을 전달하기 위한 가열부(160) 및 상기 상측필러고정부(130)를 통해 샘플을 냉각시키기 위한 냉각부(170)를 미리 설정된 측정온도에 따라 작동시키는 냉가열단계와,
    상기 열전도율 측정기(100)에서 상기 샘플과 인접하도록 위치된 하측온도측정부(180)의 제2온도센서(182) 제2온도와 상기 샘플과 인접하도록 위치된 상측온도측정부(190)의 제3온도센서(191)의 제3온도를 측정서버(500)로 전송하고, 상기 측정서버(500)에서 상기 제2온도와 상기 제3온도를 합산한 후 평균값을 산출하여 샘플의 온도를 측정하는 샘플온도측정단계와,
    상기 측정서버(500)에서 상기 샘플의 온도를 누적기록하는 샘플온도기록단계와,
    상기 측정서버(500)에서 상기 열전도율 측정기(100)로부터 상기 하측온도측정부(180)에 위치된 제1온도센서(181) 및 제2온도센서(182)와 상기 상측온도측정부(190)에 위치된 제3온도센서(191) 및 제4온도센서(192)를 통해 측정된 제1온도 내지 제4온도를 수신받아 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 제3온도 및 제4온도의 온도차를 비교한 차이값이 미리 설정된 열평형차이범위에 포함되고 일정시간 유지되면 상기 샘플의 열평형상태인 것으로 판단하여 상기 샘플의 열평형이 되는 시작점과 미리 설정된 일정시간 동안 열평형이 유지된 시점을 검출하는 열평형검출단계와,
    상기 열전도율 측정기(100)에서 상기 측정서버(500)로부터 검출된 샘플의 열평형이 되는 시작점과 일정시간 열평형이 유지된 시점에 상기 하측필러고정부(120)에 위치된 하측온도측정부(180)의 제1온도센서(181) 및 제2온도센서(182)를 통해 제1온도 및 제2온도를 측정하고 상기 상측필러고정부(130)에 위치된 상측온도측정부(190)의 길이방향 양측에 위치된 제3온도센서(191) 및 제4온도센서(192)를 통해 제3온도 및 제4온도를 측정하는 구리고정부온도측정단계와,
    상기 측정서버(500)에서 상기 측정된 제1온도 및 제2온도와 상기 측정된 제2온도 및 제3온도와 상기 측정된 제3온도 및 제4온도에 대한 각 온도차를 산출하는 온도차산출단계와,
    상기 측정서버(500)에서 상기 제1온도 및 제2온도의 온도차와 상기 측정된 제2온도 및 제3온도의 온도차와 상기 측정된 제3온도 및 제4온도의 온도차를 역수로 한 후 온도기울기를 산출하여 상기 샘플의 열전도율을 산출하는 열전도율산출단계를 포함하는 열전도율 측정시스템을 이용한 열전도율 측정방법.
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