KR20230031399A - Portable type apparatus for measuring thermal porperty - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 휴대용 열특성 측정기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 접촉물의 온도와 열특성을 단시간에 신속하게 측정할 수 있고, 측정 결과의 정확성과 신뢰도를 더 높일 수 있는 휴대용 열특성 측정기에 관한 것이다.The present invention relates to a portable thermal characteristics measuring device, and more particularly, to a portable thermal characteristics measuring device capable of rapidly measuring the temperature and thermal characteristics of a contact object in a short time and further increasing the accuracy and reliability of measurement results.
일반적으로, 사람은 접촉물에 손가락 혹은 손바닥을 접촉시켜 손가락 혹은 손바닥에서 빠져나가는 열량의 정도에 따라 접촉물에 대한 따뜻함(이하에서는 '온감'이라고 표현함)을 인지하며 접촉물의 재질을 판단할 수 있다.In general, a person puts a finger or palm in contact with a contact object and recognizes the warmth of the contact object (hereinafter referred to as 'warm feeling') according to the degree of heat loss from the finger or palm, and can determine the material of the contact object. .
통상의 모든 물질은 상온에서 주변의 온도에 대해 열평형 상태를 가지기 때문에 온도는 모두 동일한 상태이다. 하지만, 인체의 온도는 상온보다 높기 때문에 인체와 물질이 접촉할 때 인체에서 물질로의 열이동이 발생한다. 이때 접촉물의 재질이 가지는 열분출율(thermal effusivity)에 따라 인체에서 접촉물로 이동하는 열량의 차이가 발생한다. Since all common materials have a thermal equilibrium state with respect to the ambient temperature at room temperature, the temperature is all in the same state. However, since the temperature of the human body is higher than room temperature, heat transfer from the human body to the material occurs when the human body and the material come into contact. At this time, a difference in the amount of heat transferred from the human body to the contact object occurs according to the thermal effusivity of the material of the contact object.
즉, 금속 물질과 같은 접촉물은 인체에서 접촉물로 이동하는 열량이 크기 때문에 접촉물을 차다고 인지하고, 겨울 옷감과 같은 접촉물은 인체에서 접촉물로 이동하는 열량이 작기 때문에 접촉물을 따뜻하다고 인지한다.In other words, a contact object such as a metal material is recognized as cold because the amount of heat transferred from the human body to the contact object is large, and a contact object such as winter clothes is regarded as warm because the amount of heat transferred from the human body to the contact object is small. Recognize.
한편, 사람이 온감을 인지하는 메커니즘을 모방한 형태의 열특성 측정기가 개발되어 있다. 상기와 같은 열특성 측정기는 접촉물의 열분출율을 측정하여 접촉물의 재질과 질감을 검사하는 방식으로써, 의류용 원단 검사기 또는 로봇의 인공 손가락 등에 사용할 수 있다. 기존의 열특성 측정 방식은 열특성 측정기와 접촉물의 접촉력에 따른 단위 시간당 온도 변화가 서로 다르기 때문에 순간적인 온도변화 정도가 아닌 열평형 상태까지 도달한 이후의 접촉면에 대한 온도를 측정하여 접촉물의 열특성을 측정하는 방식이다.On the other hand, a thermal characteristic measuring device has been developed that imitates the mechanism for recognizing the human sense of warmth. The thermal characteristics measuring device as described above is a method of inspecting the material and texture of the contact object by measuring the heat emission rate of the contact object, and can be used as a fabric inspector for clothing or an artificial finger of a robot. Existing thermal characteristics measurement method measures the temperature of the contact surface after reaching thermal equilibrium, not the degree of instantaneous temperature change, because the temperature change per unit time according to the contact force of the contact with the thermal characteristics measuring device is different from each other. way to measure it.
따라서, 기존의 열특성 측정기는, 접촉물과 완전히 접촉시킨 후 열특성 측정기와 접촉물이 완전한 열평형 상태에 도달할 때까지 기다린 후 열특성 측정기의 온도를 측정하여 접촉물의 열특성을 측정하는 방식으로 제공되고 있다. 예를 들면, 한국등록특허 제2010-0051139호(발명의 명칭: 재료 감별 장치, 등록일: 2014.05.27)에는, 접촉물의 열전도 특성에 따른 온도 변화를 감지한 후 접촉물의 재료가 갖는 열적 특성값을 추출하여 접촉물의 종류를 판단하는 재료 감별 장치가 개시되어 있다.Therefore, the existing thermal characteristics measuring method measures the thermal characteristics of the contact by measuring the temperature of the thermal characteristics measuring device after waiting until the thermal characteristics measuring device and the contacting object reach a complete thermal equilibrium state after making complete contact with the contact object. is being provided. For example, Korean Patent Registration No. 2010-0051139 (title of invention: material identification device, registration date: 2014.05.27) detects the temperature change according to the thermal conductivity of the contact object and then calculates the thermal characteristic value of the contact object material. A material discrimination device for extracting and determining the type of contact is disclosed.
기존에 사용되는 열평형 상태에서의 측정 방식은, 열특성 측정기와 접촉물 사이의 접촉력에 따라 열평형 상태에 도달되는 시간도 단축되기 때문에 해당 접촉력이 측정 시간의 지배적인 요인으로 작용되고 있다. 따라서, 기존의 열특성 측정기는 접촉물과의 열평형 상태에 도달하기 위해 장시간을 소요하여 측정시간이 긴 특성을 가지는 문제점이 있다. 다만, 열특성 측정기와 접촉물의 측정 시간이 충분하게 제공된다면, 접촉력의 크기와 상관없이 열특성 측정기의 측정 정밀도에는 큰 차이가 발생되지 않는다.In the existing measurement method in a thermal equilibrium state, the contact force is acting as a dominant factor in the measurement time because the time to reach the thermal equilibrium state is also shortened according to the contact force between the thermal characteristic measuring device and the contact object. Therefore, the existing thermal characteristics measuring device has a problem in that it takes a long time to reach a thermal equilibrium state with the contact object, and thus has a long measurement time. However, if sufficient measurement time is provided between the thermal characteristics measuring device and the contact object, there is no significant difference in the measurement accuracy of the thermal characteristics measuring device regardless of the size of the contact force.
그런데, 열특성 측정기가 사람과 같이 접촉물에 대한 온감을 빠르게 측정하는 것에 대한 필요성이 최근에 절실하게 요청되고 있다. 이를 위해서는, 열특성 측정기와 접촉물이 접촉되는 순간에 발생하는 온도변화를 통해 접촉물의 열특성을 신속하게 측정하는 방법이 필요하다. 하지만, 기존의 열특성 측정기에서는, 접촉력을 제한하는 구조가 적용되지 않거나, 접촉력을 동시에 측정하여 보정하는 기법도 적용되지 않고 있다.By the way, the need for a thermal characteristic measuring device to quickly measure the sense of warmth of a contact like a person has recently been urgently requested. To this end, a method of rapidly measuring the thermal characteristics of a contact object through a temperature change occurring at the moment the contact object is in contact with the thermal property measuring device is required. However, in the conventional thermal characteristic measuring instrument, a structure for limiting the contact force is not applied, or a technique for simultaneously measuring and correcting the contact force is not applied.
본 발명의 실시예는 접촉물의 온도와 열특성을 단시간 내에 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 휴대용 열특성 측정기를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a portable thermal characteristics measuring device capable of quickly and accurately measuring the temperature and thermal characteristics of a contact object within a short time.
또한, 본 발명의 실시예는 접촉물과의 접촉시 접촉력을 제한 접촉력 이하로 제한함으로써 제한 접촉력에 도달된 접촉력의 상승을 제한하여 접촉력을 제한 접촉력으로 일정하게 유지시킬 수 있고, 접촉물의 온도와 열특성을 안정적으로 정확하게 측정할 수 있는 휴대용 열특성 측정기를 제공한다.In addition, the embodiment of the present invention can keep the contact force constant at the limit contact force by limiting the rise of the contact force reaching the limit contact force by limiting the contact force to the limit contact force or less during contact with the contact object, and the temperature and heat of the contact object Provided is a portable thermal characteristics measuring instrument capable of stably and accurately measuring properties.
또한, 본 발명의 실시예는 서로 다른 온도를 갖는 복수개의 단위 측정기를 함께 사용함으로써 접촉물과의 열평형 상태에 도달하기 이전에 접촉물의 온도와 열특성을 신속하게 측정할 수 있는 휴대용 열특성 측정기를 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention is a portable thermal characteristics measuring device capable of quickly measuring the temperature and thermal characteristics of a contact object before reaching thermal equilibrium with the contact object by using a plurality of unit measuring devices having different temperatures together. provides
본 발명의 일실시예에 따르면, 온감을 인지하기 위한 접촉물에 접촉되는 열유지체, 상기 열유지체에 열을 제공하도록 상기 열유지체의 일측에 배치된 히터, 상기 열유지체의 온도를 측정하도록 상기 열유지체의 타측에 배치된 온도 센서, 및 상기 열유지체가 상기 접촉물에 접촉될 때 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력이 미리 설정된 제한 접촉력보다 커지면 상기 접촉력을 상기 제한 접촉력으로 제한하여 일정하게 유지하는 접촉력 제한 부재를 포함하는 휴대용 열특성 측정기를 제공한다.According to one embodiment of the present invention, a heat retainer in contact with a contact object for recognizing a sense of warmth, a heater disposed on one side of the heat retainer to provide heat to the heat retainer, and the thermal oil to measure the temperature of the heat retainer A temperature sensor disposed on the other side of the retardant, and a contact force that limits the contact force to the limited contact force and keeps it constant when the contact force between the heat retainer and the contact object becomes greater than a preset limited contact force when the heat retainer is brought into contact with the contact object. A portable thermal characteristics measuring device including a limiting member is provided.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기는, 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉시 상기 온도 센서의 감지 결과를 통해 상기 접촉물의 열특성과 온도를 측정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Here, the portable thermal characteristics measuring device according to an embodiment of the present invention may further include a control unit for measuring the thermal characteristics and temperature of the contact object through a detection result of the temperature sensor when the heat retainer contacts the contact object. .
상기 열유지체와 상기 온도 센서 및 상기 히터는 복수개로 마련될 수 있다. 상기 열유지체들은 서로 다른 온도로 유지된 상태에서 상기 접촉물에 동시에 접촉될 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 열유지체들과 상기 접촉물의 접촉시 상기 온도 센서들의 온도 변화를 이용하여 상기 열유지체들과 상기 접촉물이 열평형 상태에 도달하기 이전에 상기 접촉물의 열특성과 온도를 측정할 수 있다.The heat retainer, the temperature sensor, and the heater may be provided in plurality. The heat retainers may simultaneously come into contact with the contact object while being maintained at different temperatures. At this time, the control unit measures the thermal characteristics and temperature of the contact object before the heat retainers and the contact object reach thermal equilibrium using temperature changes of the temperature sensors when the contact object contacts the heat retainers. can do.
바람직하게, 상기 접촉력 제한 부재는, 상기 열유지체의 일단부가 상기 접촉물을 향해 돌출되도록 상기 열유지체의 타단부가 고정된 제1 케이스, 상기 열유지체의 일단부가 상기 접촉물을 향해 미리 설정된 높이로 돌출되도록 상기 제1 케이스의 외측에 이동 가능하게 결합된 제2 케이스, 및 상기 제2 케이스와 상기 제1 케이스 사이에 마련되고 상기 열유지체의 일단부가 상기 접촉물에 접촉될 때 탄성적으로 변형하면서 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력을 상기 제한 접촉력 이하로 설정하는 탄성체를 포함할 수 있다.Preferably, the contact force limiting member includes a first case in which the other end of the heat retainer is fixed so that one end of the heat retainer protrudes toward the contact object, and one end of the heat retainer has a predetermined height toward the contact object. A second case movably coupled to the outside of the first case so as to protrude, and provided between the second case and the first case and elastically deforming when one end of the heat retainer comes into contact with the contact object. An elastic body configured to set a contact force between the heat retainer and the contact object to be less than or equal to the limited contact force may be included.
여기서, 상기 접촉력 제한 부재는, 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력을 측정하도록 상기 탄성체와 제2 케이스 사이에 마련된 압력 센서를 더 포함할 수 있다.Here, the contact force limiting member may further include a pressure sensor provided between the elastic body and the second case to measure the contact force between the heat retainer and the contact object.
바람직하게, 상기 열유지체의 일단부에는 상기 접촉물과 접촉하기 위한 접촉부가 형성될 수 있다. 상기 접촉부는 상기 접촉물과의 접촉면적을 증가시키기 위하여 표면 가공을 통해 표면 거칠기를 미세하게 향상시킬 수 있다. Preferably, a contact portion for contacting the contact object may be formed at one end of the heat retainer. Surface roughness of the contact portion may be finely improved through surface processing in order to increase a contact area with the contact object.
상기 온도 센서는, 상기 히터의 열에 영향을 받지 않으면서 상기 접촉부의 온도를 측정하도록 상기 히터와 이격된 위치에 배치되되, 상기 히터보다 상기 접촉부에 근접하게 배치될 수 있다.The temperature sensor may be disposed at a location spaced apart from the heater and disposed closer to the contact portion than the heater to measure the temperature of the contact portion without being affected by heat of the heater.
바람직하게, 상기 열유지체는 상기 접촉물과의 접촉시 온도 변화가 빠르게 진행되도록 미리 설정된 얇은 두께로 마련될 수 있다. 이때, 상기 온도 센서는 상기 열유지체의 일단부에 배치될 수 있고, 상기 히터는 상기 열유지체의 타단부에 배치될 수 있다.Preferably, the heat retainer may be provided with a predetermined thin thickness so that the temperature change rapidly when in contact with the contact object. In this case, the temperature sensor may be disposed at one end of the heat retainer, and the heater may be disposed at the other end of the heat retainer.
상기 열유지체의 일단부와 타단부 사이에는, 상기 온도 센서와 상기 히터의 직선 거리 상에 상기 제1 케이스를 위치시키도록 상기 제1 케이스의 표면 형상에 대응하는 절곡부가 마련될 수 있다.A bent portion corresponding to a surface shape of the first case may be provided between one end and the other end of the heat retainer to position the first case on a straight line distance between the temperature sensor and the heater.
바람직하게, 상기 제2 케이스는, 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉시 외부 작용력에 의해 상기 접촉물에 접촉될 때까지 상기 제1 케이스를 따라 이동될 수 있다. 이때, 상기 열유지체와 상기 제1 케이스는 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력이 일정한 상태로 상기 제2 케이스의 내부에 수납될 수 있다.Preferably, the second case may be moved along the first case until it comes into contact with the contact object by an external force upon contact between the heat retainer and the contact object. In this case, the heat retainer and the first case may be accommodated inside the second case in a state in which contact force between the heat retainer and the contact object is constant.
바람직하게, 상기 탄성체는 스프링 부재 또는 실리콘 부재 중 어느 하나로 제공될 있다. 한편, 상기 실리콘 부재의 내부에는 상기 실리콘 부재의 탄성 변형이 용이하도록 공극이 형성될 수 있다.Preferably, the elastic body may be provided with any one of a spring member and a silicon member. Meanwhile, a gap may be formed inside the silicon member to facilitate elastic deformation of the silicon member.
바람직하게, 상기 열유지체들 중 어느 하나에는 상기 접촉물과 동일한 온도를 갖도록 상기 히터가 배치되지 않고 상기 온도 센서만 배치될 수 있다.Preferably, the heater is not disposed and only the temperature sensor is disposed in one of the heat retainers so as to have the same temperature as that of the contact object.
바람직하게, 상기 열유지체들은 서로 이격되도록 배치된 제1 열유지체 및 제2 열유지체를 포함할 수 있다. 상기 제1 열유지체와 상기 제2 열유지체는 서로 다른 초기온도(T1, T2)를 가지되, 서로 동일 재질로 형성되어 열분출율(e1, e2)이 동일하게 설정될 수 있다. 상기 제어부는, 아래의 수식을 이용하여 상기 접촉물의 초기온도(To) 및 상기 접촉물의 열확산율을 반영하는 열분출율상관계수(γ)를 도출할 수 있고, 상기 열분출율상관계수(γ)를 이용하여 상기 접촉물의 열분출율(e0)을 산출할 수 있다.Preferably, the heat retainers may include a first heat retainer and a second heat retainer disposed to be spaced apart from each other. The first heat retainer and the second heat retainer have different initial temperatures (T 1 , T 2 ), but are formed of the same material and have the same heat release rates (e 1 , e 2 ). . The control unit may derive a thermal emission rate correlation coefficient (γ) reflecting the initial temperature (To) of the contact object and the thermal diffusivity of the contact object using the following formula, and the thermal emission rate correlation coefficient (γ) The heat emission rate (e 0 ) of the contact material can be calculated using
여기서, t는 접촉 시간이고, τ는 시상수이며, T1은 상기 제1 열유지체의 초기온도이고, ΔT1은 t시간에 따른 상기 제1 열유지체의 온도 변화이며, T2는 상기 제2 열유지체의 초기온도이고, ΔT2은 t시간에 따른 상기 제2 열유지체의 온도 변화이며, e1은 상기 제1 열유지체의 열분출율이고, e2는 상기 제2 열유지체의 열분출율이며, e0는 상기 접촉물의 열분출율이다.Here, t is the contact time, τ is a time constant, T 1 is the initial temperature of the first thermal oil, ΔT 1 is the temperature change of the first thermal oil over time t, and T 2 is the second thermal oil is the initial temperature of the delay, ΔT 2 is the temperature change of the second heat retainer according to time t, e 1 is the heat release rate of the first heat retainer, e 2 is the heat release rate of the second heat retainer , e 0 is the thermal release rate of the contact material.
본 발명의 실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기는, 접촉물과 열유지체의 접촉시 접촉력 제한 부재에 의해 열유지체와 접촉물의 접촉력을 제한 접촉력 이내에서 제한하는 구조이므로, 열유지체와 접촉물의 접촉력이 증가하더라도 접촉력 제한 부재가 접촉력을 제한 접촉력으로 제한하여 일정하게 유지함으로써 열유지체와 접촉물의 온도가 열유지체와 접촉물의 접촉력 변화에 따라 비정상적으로 변동되는 문제를 미연에 방지할 수 있고, 그로 인하여 접촉물의 온도와 열특성을 안정적으로 정확하게 측정하여 휴대용 열특성 측정기의 정확성과 신뢰도를 향상시킬 수 있다.Since the portable thermal characteristics measuring instrument according to an embodiment of the present invention has a structure in which the contact force limiting member limits the contact force between the heat retainer and the contact object within the limited contact force during contact between the contact object and the heat retainer, the contact force between the heat retainer and the contact object increases. However, since the contact force limiting member limits the contact force to the limited contact force and keeps it constant, it is possible to prevent abnormal fluctuations in the temperature of the heat retainer and the contact object according to the change in the contact force of the heat retainer and the contact object in advance, thereby preventing the temperature of the contact object. It is possible to improve the accuracy and reliability of the portable thermal characteristics measuring instrument by stably and accurately measuring the thermal characteristics and the thermal characteristics.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기는, 열유지체와 접촉물의 접촉시 제한 접촉력에 도달된 접촉력의 상승을 제한하여 접촉력을 제한 접촉력으로 일정하게 유지할 수 있고, 접촉력의 비정상적인 증가로 인한 열유지체와 접촉물의 접촉 부위에 대한 온도의 비정상적인 상승을 미연에 방지할 수 있고, 열유지체와 접촉물의 접촉력을 일정하게 설정한 상태에서 접촉물의 온도와 열특성을 안정적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 접촉력의 변화에 따른 열유지체와 접촉물의 온도 변화를 고려할 필요성이 없기 때문에 휴대용 열특성 측정기의 사용 편의성을 높일 수 있다.In addition, the portable thermal characteristics measuring device according to an embodiment of the present invention can keep the contact force constant at the limit contact force by limiting the increase in the contact force reaching the limit contact force when the heat retainer and the contact object are in contact, and the abnormal increase in the contact force It is possible to prevent an abnormal rise in the temperature of the contact part between the heat retainer and the contact object in advance, and the temperature and thermal characteristics of the contact object can be stably measured in a state where the contact force between the heat retainer and the contact object is set to be constant. Therefore, in the present embodiment, since there is no need to consider the temperature change of the heat retainer and the contact object according to the change in contact force, the convenience of use of the portable thermal characteristics measuring instrument can be improved.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기는, 열유지체와 온도 센서 및 히터를 구비한 복수개의 단위 측정기로 마련하되 단위 측정기들의 열유지체에 대한 온도가 서로 다르게 형성하여 서로 다른 온도를 갖는 단위 측정기들을 접촉물에 함께 접촉시키므로, 단위 측정기들과 접촉물이 열평형 상태에 도달하기 이전에 단위 측정기들의 온도 변화를 통해 접촉물의 온도와 열특성을 신속하게 측정할 수 있다. 그로 인하여, 본 실시예에서는 단위 측정기들과 접촉물의 접촉 시점에서 짧은 시간에 접촉물의 온도와 열특성을 신속하게 측정하여 휴대용 열특성 측정기의 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.In addition, the portable thermal characteristics measuring device according to an embodiment of the present invention is provided with a plurality of unit measuring devices equipped with a heat retainer, a temperature sensor, and a heater, but the temperature of the heat retainer of the unit measuring devices is formed to be different from each other to have different temperatures. Since the unit measuring devices are brought into contact with the contact object, the temperature and thermal characteristics of the contact object can be quickly measured through the temperature change of the unit measuring devices before the unit measuring devices and the contact object reach thermal equilibrium. Therefore, in the present embodiment, the convenience of use of the portable thermal characteristics measuring device can be improved by quickly measuring the temperature and thermal characteristics of the contact object in a short time at the point of contact between the unit measurers and the contact object.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기는, 전체적으로 콤팩트한 구조로 형성하여 의류용 원단의 검사기, 로봇의 인공 손가락 및 휴대용 질감 측정기 등에 간단하게 적용할 수 있고, 다양한 물건의 열특성 데이터를 미리 설정한 후 이를 활용하여 접촉물의 재질을 간편하게 측정할 수 있다.In addition, the portable thermal characteristics measuring device according to an embodiment of the present invention is formed in a compact structure as a whole and can be easily applied to a fabric inspector for clothing, an artificial finger of a robot, and a portable texture measuring device, and can provide thermal property data of various objects. After setting in advance, you can easily measure the material of the contact by using it.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기는, 접촉물에 접촉된 단위 측정기들의 열유지체에 대한 온도의 측정 결과를 미리 설정된 수식에 적용하여 접촉물의 열확산율을 반영한 열분출율상관계수를 매우 간편하게 도출할 수 있고, 열분출율상관계수를 통해 접촉물의 열특성과 온도를 원활하게 산출할 수 있다.In addition, the portable thermal characteristics measuring device according to an embodiment of the present invention applies the temperature measurement result for the heat retainer of the unit measuring devices in contact with the contact object to a preset formula to calculate the thermal release rate correlation coefficient reflecting the thermal diffusivity of the contact object. It can be derived very simply, and the thermal characteristics and temperature of the contact object can be smoothly calculated through the thermal ejection rate correlation coefficient.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 휴대용 열특성 측정기의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 휴대용 열특성 측정기의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 8은 도 2와 도 3에 도시된 휴대용 열특성 측정기의 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기에 의한 접촉물의 온감 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 접촉물의 온감 측정 결과 및 사람에 의해 인지된 온감을 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view showing a portable thermal characteristics measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a cross section of the portable thermal characteristics measuring instrument shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a view showing an operating state of the portable thermal characteristics measuring instrument shown in FIG. 2 .
4 to 8 are graphs showing experimental results of the portable thermal characteristics measuring device shown in FIGS. 2 and 3 .
9 is a view showing the results of measuring the temperature of a contact by a portable thermal characteristics measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the result of measuring the sense of warmth of the contact object shown in FIG. 9 and the sense of warmth perceived by a person.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)가 도시된 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 휴대용 열특성 측정기(100)의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 휴대용 열특성 측정기(100)의 작동 상태를 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing a portable thermal
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)은 열유지체(110), 히터(120), 온도 센서(130), 접촉력 제한 부재(140) 및 제어부(150)를 포함한다. 1 to 3, the portable
본 실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)는, 사람에 의해 접촉물(10)의 온감을 인지하는 메커니즘을 구현한 것으로써, 서로 다른 온도를 갖는 복수개의 단위 측정기(100a, 100b)를 포함할 수 있다. 상기와 같은 접촉물(10)은 온감을 인지하기 위한 재료로서, 서로 다른 열분출율(thermal effusivity)을 갖는 다양한 재질의 접촉물(10)이 사용될 수 있다. 일례로, 접촉물(10)로는 직물, 금속, 세라믹, 나무 또는 가죽 등과 같이 서로 다른 열분출율을 갖는 다양한 재질의 물질이 활용될 수 있다. The portable thermal
즉, 본 실시예에서는 단위 측정기(100a, 100b)들과 접촉물(10)의 접촉시 단위 측정기(100a, 100b)들에 단위 시간의 온도 감쇠를 측정하여 접촉물(10)의 열특성과 온도를 신속하게 측정할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 후술하는 접촉물(10)의 열분출율에 상관하는 열분출율상관계수의 수학식을 이용하여 열분출율상관계수를 도출한 후 이를 이용하여 접촉물(10)의 열특성과 온도를 검출할 수 있다.That is, in the present embodiment, when the unit measurers 100a and 100b contact the
상기와 같은 단위 측정기(100a, 100b)들은 히터(120)와 열유지체(110) 및 온도 센서(130)로 각각 구성될 수 있다. 이때, 열유지체(110)들은 서로 다른 전압이 인가되는 히터(120)들에 의해 서로 다른 온도를 가질 수 있다. 따라서, 본 실시예의 단위 측정기(100a, 100b)는 접촉물(10)과의 접촉시 서로 다른 온도를 갖는 열유지체(110)들의 온도변화특성을 감지 분석하여 접촉물(10)의 열특성과 온도를 측정할 수 있다. The unit measuring devices 100a and 100b as described above may be composed of a
참고로, 단위 측정기(100a, 100b)들 중 어느 하나의 단위 측정기(100a, 100b)는 히터(120)가 생략되어 열유지체(110)와 온도 센서(130)로만 구성될 수도 있다. 즉, 히터(120)가 생략된 단위 측정기(100a, 100b)에서는, 열유지체(110)의 온도가 다른 단위 측정기(100a, 100b)의 열유지체(110)와 다르게 상온과 동일한 온도를 가질 수 있다. 하지만, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 휴대용 열특성 측정기(100)에는 2개의 단위 측정기(100a, 100b)가 서로 대칭되는 형상으로 제공되되, 히터(120)가 단위 측정기(100a, 100b)들에 각각 마련되는 것으로 설명한다.For reference, any one of the unit measuring devices 100a and 100b of the unit measuring devices 100a and 100b may include only the
또한, 본 실시예의 단위 측정기(100a, 100b)들은, 서로 다른 온도로 유지된 상태에서 접촉물(10)에 접촉되되, 접촉력 제한 부재(140)에 의해 접촉물(10)과의 접촉력이 미리 설정된 제한 접촉력 이하로 제한될 수 있다. 즉, 단위 측정기(100a, 100b)들을 접촉물(10)에 접촉시킬 경우, 단위 측정기(100a, 100b)들의 접촉력이 제한 접촉력 이상으로 증가되더라도 접촉력 제한 부재(140)에 의해 접촉력이 제한 접촉력으로 일정하게 유지되기 때문에 단위 측정기(100a, 100b)들이 일정한 접촉력으로 접촉물(10)과 접촉되어 휴대용 열특성 측정기(100)의 측정 성능이 안정적으로 확보될 수 있다.In addition, the unit measurers 100a and 100b of the present embodiment are in contact with the
한편, 본 실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)는, 히터(120)에 의해서 가열된 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉시 발생하는 열유지체(110)의 온도변화특성을 온도 센서(130)로 측정하여 접촉물(10)의 열특성과 온도를 신속하게 검출하는 콤팩트한 구조로 마련될 수 있다. 따라서, 휴대용 열특성 측정기(100)는 사람과 유사한 온감을 인지해야 하는 로봇용 센서, 스마트 기기 또는 스마트 기기의 입력도구에 적용가능한 구조로 제작하여 접촉물(10)의 재질을 판단하는 휴대용 질감 측정기, 의수, 의류용 원단 검사기 또는 의류용 원단 평가기기 등에 사용될 수 있다.On the other hand, the portable thermal
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)의 상세구성에 대해 더 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the detailed configuration of the portable thermal
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 열유지체(110)는, 휴대용 열특성 측정기(100)와 접촉물(10)의 접촉시 접촉물(10)과 접촉될 수 있고, 접촉물(10)과의 접촉을 통해 온도가 변화될 수 있다. 본 실시예에서는 열유지체(110)가 접촉물(10)과의 접촉시 온도 변화가 빠르게 진행되도록 미리 설정된 얇은 두께의 금속 재질로 마련될 수 있다. 1 to 3, the
예컨대, 본 실시예의 열유지체(110)는 2mm 이하의 두께를 갖는 얇은 금속판으로 형성되는 것이 바람직하다. 그로 인하여, 열유지체(110)는 히터(120)에 의해 가해진 열을 통해 빠르게 온도 상승이 가능할 뿐만 아니라 접촉물(10)과 접촉시 손실된 열을 빠르게 회복할 수 있다.For example, the
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 열유지체(110)의 하단부에는 접촉물(10)과 접촉하기 위한 접촉부(112)가 형성될 수 있고, 열유지체(110)의 상단부에는 후술하는 접촉력 제한 부재(140)의 제1 케이스(142)에 고정되기 위한 고정부(114)가 형성될 수 있다. As shown in FIGS. 2 and 3, a
접촉부(112)는 접촉물(10)과의 접촉면적을 증가시키기 위하여 표면 가공을 통해 표면 거칠기를 미세하게 향상시킬 수 있다. 실제로, 열유지체(110)의 표면은 매끈할수록 미세 영역에서 접촉물(10)과의 접촉 면적이 증가되므로, 접촉물(10)과 접촉시에 나타나는 온도 변화도 커질 수 있다. 이를 위하여, 접촉부(112)의 표면은 연마 가공을 실시하여 표면 거칠기를 향상시킬 수 있다. 상기와 같은 열유지체(110)의 온도 변화는 접촉물(10)의 열특성을 측정하는데 매우 중요한 요소이다. 즉, 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉 면적은 열유지체(110)와 접촉물(10)의 열교환에 큰 영향을 미칠 수 있고, 이는 열유지체(110)의 온도 변화에도 영향을 크게 미칠 수 있다. Surface roughness of the
참고로, 미세 표면 구조의 관점에서 모든 물질은 미세 표면 거칠기를 가질 수 있다. 상기와 같은 미세 표면 거칠기는 물질의 표면경도에 상관하여 접촉력에 따라 미세한 변형이 일어날 수 있다. 즉, 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉 면적은 접촉력의 크기에 따라 변화되므로, 접촉물(10)의 열특성을 정밀하게 측정하기 위해서는 접촉력이 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. For reference, in view of the fine surface structure, all materials may have fine surface roughness. The fine surface roughness as described above may cause fine deformation according to the contact force in relation to the surface hardness of the material. That is, since the contact area between the
특히, 열유지체(110)의 상단부와 하단부 사이에는 제1 케이스(142)의 표면 형상에 대응하는 절곡부(116)가 마련될 수 있다. 즉, 절곡부(116)는 열유지체(110)의 상단부와 하단부 사이의 중간부에 제1 케이스(142)과 이격된 위치에서 제1 케이스의 표면 형상을 따라 절곡될 수 있다. 도 2와 도 3에서는, 고정부(114)는 제1 케이스(142)의 측면부를 따라 수직하게 세워진 모습으로 마련될 수 있고, 접촉부(112)는 접촉물(10)과 마주보는 제1 케이스(142)의 하면부를 따라 나란하게 눕혀진 모습으로 마련될 수 있다. 상기와 같은 고정부(114)와 접촉부(112)는 절곡부(116)를 매개로 연결되되, 제1 케이스(142)의 측면부와 하면부 사이에 형성된 각도에 따라 절곡될 수 있다. In particular, a
상기와 같이 열유지체(110)의 접촉부(112)와 고정부(114)가 절곡부(116)를 중심으로 절곡된 구조이되, 제1 케이스(142)의 측면부와 하면부를 따라 근접하게 배치될 수 있다. 따라서, 접촉부(112)에 설치된 온도 센서(130) 및 고정부(114)에 설치된 히터(120)는 제1 케이스(142)에 의해 서로 가려진 구조이므로, 히터(120)와 온도 센서(130) 사이의 직선 거리를 형성하는 공간이 제1 케이스(142)에 의해 막혀 있기 때문에 제1 케이스(142)가 히터(120)에서 발생된 열이 온도 센서(130)에 전달되는 것을 차단할 수 있다.As described above, the
한편, 열유지체(110)는 휴대용 열특성 측정기(100)에 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)로 제공될 수 있다. 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)는, 서로 다른 온도로 유지될 수 있고, 휴대용 열특성 측정기(100)의 사용시 접촉물(10)에 동시에 접촉되어 서로 다른 속도로 온도가 변경될 수 있다. 여기서, 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)는 접촉력 제한 부재(140)의 제1 케이스(142) 내에 서로 마주보는 구조로 대칭되게 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)의 배치 구조는 다양하게 변경될 수 있다.Meanwhile, the
도 2와 도 3를 참조하면, 본 실시예의 히터(120)는, 열유지체(110)에 열을 제공하여 열유지체(110)를 적정 온도로 상승시키는 기능을 수행할 수 있다. 히터(120)는 열유지체(110)의 고정부(114)에 배치될 수 있다. 예컨대, 히터(120)는 열유지체(110)의 표면에 부착되는 마이크로 히터 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , the
히터(120)는 서로 다른 크기의 열을 공급하는 제1 히터(120a)와 제2 히터(120b)로 제공될 수 있다. 제1 히터(120a)는 제1 열유지체(110a)의 고정부(114)에 설치될 수 있고, 제2 히터(120b)는 제2 열유지체(110b)의 고정부(114)에 설치될 수 있다. 이때, 제1 히터(120a)와 제2 히터(120b)는, 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)에 서로 다른 크기의 열을 제공함으로써 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)의 온도를 서로 다르게 만들어 유지할 수 있다.The
도 2와 도 3를 참조하면, 본 실시예의 온도 센서(130)는, 열유지체(110)의 온도를 실시간으로 측정하여 열유지체(110)의 온도 변화를 상시 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 온도 센서(130)는 열유지체(110)의 접촉부(112)에 배치될 수 있다. 예컨대, 온도 센서(130)는 열유지체(110)의 접촉부(112) 중 접촉물(10)과 접촉되지 않는 부위에 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , the
온도 센서(130)는 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(130a)와 제2 온도 센서(130b)로 제공될 수 있다. 제1 온도 센서(130a)는 제1 열유지체(110a)의 접촉부(112)에 설치될 수 있고, 제2 온도 센서(130b)는 제2 열유지체(110b)의 접촉부(112)에 설치될 수 있다. 이때, 제1 온도 센서(130a)와 제2 온도 센서(130b)는, 제1 히터(120a)와 제2 히터(120b)의 열에 영향을 받지 않으면서 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)의 접촉부(112)에 대한 온도를 측정하도록 제1 히터(120a)와 제2 히터(120b)에서 이격된 위치에 배치될 수 있다. The
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 단위 측정기(100a, 100b)들은, 제1 케이스(142)의 양측에 서로 대칭되게 배치된 제1 단위 측정기(100a) 및 제2 단위 측정기(100b)로 제공될 수 있다. 이때, 제1 단위 측정기(100a) 및 제2 단위 측정기(100b)는 접촉물(10)의 표면에 동시에 접촉될 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the unit measuring devices 100a and 100b of the present embodiment include a first unit measuring device 100a and a second unit measuring device 100a and second unit measuring devices symmetrically disposed on both sides of the first case 142 ( 100 b). At this time, the first unit measuring device 100a and the second unit measuring device 100b may be in contact with the surface of the
제1 단위 측정기(100a, 100b)는 제1 열유지체(110a)와 제1 히터(120a) 및 제1 온도 센서(130a)로 구성될 수 있다. 상기와 같은 제1 단위 측정기(100a, 100b)는, 제1 히터(120a)에 의해 발생되는 열에 의해 제1 열유지체(110a)의 온도를 제1 온도로 상승시킬 수 있고, 제1 온도 센서(130a)에 의해 제1 열유지체(110a)의 온도 변화를 실시간으로 측정할 수 있다.The first unit measuring devices 100a and 100b may include a
제2 단위 측정기(100a, 100b)는 제2 열유지체(110b)와 제2 히터(120b) 및 제2 온도 센서(130b)로 구성될 수 있다. 상기와 같은 제2 단위 측정기(100a, 100b)는, 제2 히터(120b)에 의해 발생되는 열에 의해 제2 열유지체(110b)의 온도를 제2 온도로 상승시킬 수 있고, 제2 온도 센서(130b)에 의해 제2 열유지체(110b)의 온도 변화를 실시간으로 측정할 수 있다.The second unit measurers 100a and 100b may include a
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 실시예의 접촉력 제한 부재(140)는, 열유지체(110)가 접촉물(10)에 접촉될 때 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉력이 미리 설정된 제한 접촉력보다 커지면 접촉력을 제한 접촉력으로 제한하여 일정하게 유지할 수 있다.1 to 3 , in the contact
즉, 본 실시예에서는 접촉력 제한 부재(140)를 설치하여 제한 접촉력 이상의 접촉력을 제한 접촉력으로 제한하여 일정하게 가져가기 때문에 접촉물(10)의 열특성 측정시 접촉력의 변화로 인한 측정 결과의 편차를 줄여 휴대용 열특성 측정기(100)의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 만약, 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉력을 일정하게 유지하기 위한 별도의 기구(예컨대, motorized stage)가 휴대용 열특성 측정기(100)에 추가적으로 설치되면, 접촉력을 원하는 크기로 일정하게 조절할 수 있으나, 휴대용 열특성 측정기(100)의 크기와 무게가 커져 전체적으로 휴대성을 저하시킬 수 있다.That is, in this embodiment, since the contact
예를 들면, 접촉력 제한 부재(140)는 제1 케이스(142), 제2 케이스(144), 탄성체(146) 및 압력 센서(148)를 포함할 수 있다.For example, the contact
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 케이스(142)에는 열유지체(110)의 고정부(114)가 고정될 수 있다. 이때, 열유지체(110)의 접촉부(112)가 접촉물(10)을 향해 제1 케이스(142)보다 더 돌출되도록 배치될 수 있다. 그러므로, 휴대용 열특성 측정기(100)가 접촉물(10)의 표면에 접촉되는 경우, 열유지체(110)의 접촉부(112)만이 접촉물(10)과 접촉될 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the fixing
여기서, 열유지체(110)와 히터(120) 및 온도 센서(130)는 제1 케이스(142)의 내부에 형성된 설치홈부(142a, 142b)에 삽입되는 구조로 설치될 수 있다. 일례로, 설치홈부(142a, 142b)는, 제1 열유지체(110a)와 제1 히터(120a) 및 제1 온도 센서(130a)로 구성된 제1 단위 측정기(100a, 100b)가 설치되는 제1 설치홈부(142a), 및 제2 열유지체(110b)와 제2 히터(120b) 및 제2 온도 센서(130b)로 구성된 제2 단위 측정기(100a, 100b)가 설치되는 제2 설치홈부(142b)로 제공될 수 있다.Here, the
그리고, 제1 케이스(142)는 설치홈부(142a, 142b)가 내부에 형성된 박스 형상으로 마련될 수 있다. 제1 케이스(142)는 온도 센서(130)의 감지 결과가 히트(120)에서 발생되는 열에 의해 비정상적으로 영향을 받지 않도록 열분출율과 열전도율이 낮은 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 제1 케이스(142)는 열유지체(110) 중 고정부(114) 이외의 부위, 온도 센서(130) 또는 히터(120)에 접촉되지 않도록 형성하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 제1 케이스(142)가 열유지체(110), 온도 센서(130) 또는 히터(120)에 접촉될 경우 열유지체(110)의 온도 변화가 왜곡될 수 있다. 즉, 접촉물(10)과 열유지체(110)의 접촉시에 나타나는 열유지체(110)의 온도변화특성은, 히터(120)의 열이 제1 케이스(142)를 매개로 온도 센서(130)에 전달되거나 열유지체(110)의 열이 제1 케이스(142)로 방출됨에 따라 영향을 받을 수 있고, 이를 최소화시킴으로써 온도변화특성을 안정적으로 측정할 수 있다.And, the
또한, 제1 케이스(142)는 열유지체(110)에 설치된 온도 센서(130)와 히터(120) 사이의 직선 거리에 해당하는 공간을 차폐하는 구조로 마련될 수 있다. 히터(120)와 온도 센서(130)가 히터(120)와 온도 센서(130)의 이격 거리를 형성하는 공간을 통해 바로 마주보는 구조로 마련되면 해당 이격 거리의 공간을 통해 히터(120)에서 발생된 열이 온도 센서(130)에 직접적으로 전달될 수 있지만, 해당 이격 거리의 공간에 제1 케이스(142)의 일부분이 마련되면 해당 이격 거리의 공간을 통해 전달되는 히터(120)의 열이 차단될 수 있다.In addition, the
상기와 같은 히터(120)와 온도 센서(130)의 이격 거리는 열유지체(110)의 표면을 따라 동일 평면상에서 수 mm 이상의 거리로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 휴대용 열특성 측정기(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 다만, 열유지체(110)의 동일 평면 상에서 히터(120)와 온도 센서(130)의 이격거리가 수 cm 이상으로 크게 이격될 경우, 열유지체(110)의 온도 상승에 소요되는 시간이 길어질 수 있기 때문에 히터(120)와 온도 센서(130)의 이격 거리는 적정 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하다.The separation distance between the
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 케이스(144)는 제1 케이스(142)의 외측에 이동 가능하게 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 케이스(142)가 제2 케이스(144)의 내부에 이동 가능한 형태로 결합되는 것으로 설명한다. 한편, 제1 케이스(142)와 제2 케이스(144)는 열유지체(110)의 접촉부(112)를 미리 설정된 높이(H)로 접촉물(10)을 향해 돌출되도록 마련될 수 있다. 일례로, 제2 케이스(144)에는 접촉물(10)을 향해 개방된 개구부가 형성되되, 해당 개구부에는 제1 케이스(142)가 슬라이딩 직선 이동되게 삽입될 수 있다. As shown in FIGS. 2 and 3 , the
여기서, 제2 케이스(144)는, 열유지체(110)의 접촉부(112)와 접촉물(10)의 접촉시 외부 작용력(P)에 의해 접촉물(10)에 접촉될 때까지 제1 케이스(142)를 따라 접촉물(10)을 향해 이동될 수 있다. 이때, 열유지체(110)와 제1 케이스(142)는 제2 케이스(144)의 내부에 수납되되, 열유지체(110)의 접촉부(112)와 접촉물(10)의 접촉력은 제한 접촉력까지 증가한 후 탄성체(146)에 의해서 제한 접촉력으로 일정하게 유지할 수 있다. Here, the
그리고, 제2 케이스(144)의 내부 측면에는 제1 케이스(142)의 이동 방향을 따라 복수개의 가이드 홈부(145)가 형성될 수 있고, 제1 케이스(142)의 외부 측면에는 가이드 홈부(145)들에 이동 가능하게 삽입되기 위한 복수개의 가이드 돌기(143)가 돌출될 수 있다. 따라서, 제1 케이스(142)가 제2 케이스(144)의 내부에 수납된 상태에서 이동되면, 가이드 돌기(143)들이 가이드 홈부(145)를 따라 슬라이딩 이동하여 제1 케이스(142)와 열유지체(110)의 이동을 안정적으로 안내할 수 있다. 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 홈부(145)들의 내부에는 가이드 돌기(143)들의 이탈을 방지하기 위한 방지턱이 마련될 수 있다. In addition, a plurality of
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성체(146)는 제2 케이스(144)와 제1 케이스(142) 사이에 끼워진 형태로 마련될 수 있다. 즉, 열유지체(110)의 접촉부(112)가 접촉물(10)에 접촉될 경우, 제1 케이스(142)는 열유지체(110)와 함께 제2 케이스(144)의 내부에 수납된 상태로 이동될 수 있고, 탄성체(146)는 제1 케이스(142)와 제2 케이스(144) 사이에서 제1 케이스(142)에 의해 탄성적으로 압축될 수 있다. 이때, 탄성체(146)는 탄성적으로 압축 변형하면서 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉력을 제한 접촉력 이하로 설정할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the
여기서, 탄성체(146)는 스프링 부재 또는 실리콘 부재 중 어느 하나로 제공될 있다. 이하, 본 실시예에서는 탄성체(146)가 실리콘 부재로 제공되는 것으로 설명하되, 실리콘 부재의 탄성 변형이 원활하게 이루어지도록 실리콘 부재의 내부에 다수의 공극이 형성될 수 있다. 즉, 실리콘 부재로 제공된 탄성체(146)의 내부에는, 실리콘 부재의 탄성 변형을 위해 복수개의 공극이 형성될 수 있고, 실리콘 부재의 재질 특성 한계로 인한 탄성 변형의 어려움이 방지될 수 있다.Here, the
또한, 탄성체(146)의 탄성계수와 두께(T)는 사전에 설계될 수 있고, 제2 케이스(144)의 내부에 삽입되는 제1 케이스(142)의 변위(H)도 제1 케이스(142)와 제2 케이스(144)의 설계된 높이차(H)와 탄성체(146)의 두께(T)에 따라 미리 설정될 수 있다. 이때, 제1 케이스(142)와 제2 케이스(144)의 높이차(H)는 탄성체(146)의 두께(T)보다 크기 때문에, 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉력이 제1 케이스(142)에 전달될 때 탄성체(146)의 두께(T')가 제1 케이스(142)에 의해 탄성적으로 감소하면서 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉력을 제한할 수 있다.In addition, the modulus of elasticity and thickness (T) of the
한편, 탄성체(146)와 제1 케이스(142) 및 제2 케이스(144)를 통해 제한되는 최대 제한 접촉력(F)은 아래의 [수학식 1]로 산출될 수 있다.Meanwhile, the maximum limiting contact force F limited by the
여기서, d는 도 2에 도시된 도면부호 'H'로서 제2 케이스(144)의 최하단부와 열유지체(110)의 접촉부(112) 사이의 높이 차이에 해당되고, t는 도 2에 도시된 도면부호 'T'로서 탄성체(146)의 두께를 나타내고 있다. 이때, d는 도 2와 도 3에 도시된 탄성체(146)의 두께 변화(T-T')와 동일한 크기를 가지고 있다. 그리고, E는 탄성체(146)의 영률이고, k는 탄성체(146)의 탄성계수이며, A는 탄성체(146)의 표면적이다.Here, d is the reference numeral 'H' shown in FIG. 2 and corresponds to the height difference between the lowermost end of the
본 실시예에서는 최대 제한 접촉력(F) 이상의 접촉력이 휴대용 열특성 측정기(100)에 인가될 경우에도 접촉력은 최대 제한 접촉힘(F)로 한정될 수 있다.In this embodiment, even when a contact force equal to or greater than the maximum limit contact force F is applied to the portable thermal
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 센서(148)는 열유지체(110)들과 접촉물(10)의 접촉력을 측정할 수 있다. 상기와 같은 압력 센서(148)는 탄성체(146)와 제2 케이스(144) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 압력 센서(148)는 열유지체(110)들의 접촉부(112)와 접촉물(10)의 접촉시 제한 접촉력보다 작은 접촉력을 실시간으로 측정하되, 열유지체(110)들의 접촉부(112)에 대한 접촉력이 제한 접촉력보다 커지면 탄성체(146)에 의해 일정하게 제한된 제한 접촉력(F)을 측정할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(150)는 열유지체(110)들과 접촉물(10)의 접촉시 온도 센서(130)들의 감지 결과를 통해 접촉물(10)의 열특성과 온도를 측정할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 열유지체(110)들과 접촉물(10)의 접촉시 온도 센서(130)들의 온도 변화를 이용하여 열유지체(110)들과 접촉물(10)이 열평형 상태에 도달하기 이전에 접촉물(10)의 열특성과 온도를 측정할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the
상기와 같은 열유지체(110)들은 서로 다른 온도로 유지된 상태에서 접촉물(10)에 동시에 접촉될 수 있다. 이때, 제어부(150)는, 열유지체(110)들과 접촉물(10)의 접촉시 미리 설정된 짧은 시간 이내에 온도 센서(130)들의 온도를 실시간으로 측정할 수 있고, 온도 센서(130)들의 온도 차이를 이용하여 접촉물(10)의 열특성과 온도를 신속하게 측정할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는, 제어부(150)가 아래의 수학식들을 이용하여 접촉물(10)의 초기온도(To) 및 접촉물(10)의 열확산율을 반영하는 열분출율상관계수(γ)를 도출할 수 있고, 열분출율상관계수(γ)를 이용하여 접촉물(10)의 열분출율(e0)을 산출할 수 있다. The
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)에서 제어부(150)가 다양한 종류의 수학식들을 이용하여 열분출율상관계수(γ)를 도출하는 과정을 보다 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a process in which the
일반적으로, 휴대용 열특성 측정기(100)의 열유지체(110)들이 서로 다른 온도를 가진 상태에서 서로 다른 온도와 열분출율을 가지는 접촉물(10)에 접촉될 경우, 서로 다른 온도(T)와 서로 다른 열분출율(e)을 가지는 두 물체(예컨대, 열유지체(110)들과 접촉물(10))의 접촉면은 시간이 지남에 따라 온도 Tm에서 평형 상태를 이루게 된다. 이때, 온도 Tm은 아래의 [수학식 2]과 같이 두 물체의 온도(T)와 열분출율(e)에 의하여 결정된다.In general, when the
여기서, 기존의 열측정 방법은 열분출율을 사전에 알고 있는 물체와 측정대상물체를 물체1과 물체2로 배치하여 측정하는 방법으로서, 열분출율(e)를 [수학식 2]를 통해 도출할 수 있지만, 이는 열평형 상태에 도달해야지만 측정할 수 있는 기법으로 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.Here, the existing heat measurement method is a method of measuring by arranging an object whose heat release rate is known in advance and an object to be measured as
그로 인하여, 본 실시예에서는 열유지체(110)들과 접촉물(10)이 접촉된 초기 시점에서 측정된 온도 변화를 통해 접촉물(10)의 열분출율상관계수를 도출할 수 있다. 즉, 서로 다른 온도를 갖는 두 물체(예컨대, 열유지체(110)들과 접촉물(10))가 접촉할 때 물체1(예컨대, 열유지체(110)들)의 온도 변화는 쿨링 커브 모드(cooling curve model)에 따라 아래의 [수학식 3]으로 변화하는 특성을 가진다.Therefore, in this embodiment, the heat release rate correlation coefficient of the
여기서, t = 0일 때 T1(0) = T1이며, t = ∞ 일 때 Tm으로 수렴될 수 있다. Here, T 1 (0) = T 1 when t = 0, and can converge to Tm when t = ∞.
따라서 T1(t)는 아래의 [수학식 4]로 나타낼 수 있다.Therefore, T1(t) can be expressed as [Equation 4] below.
여기서, 접촉 이후의 시간 t에 대한 물체1(예컨대, 열유지체(110))의 온도변화를 ΔT1이라 할 때, ΔT1은 아래의 [수학식 5]로 나타낼 수 있다.Here, when the temperature change of object 1 (eg, the heat retainer 110) with respect to the time t after contact is ΔT 1 , ΔT 1 can be expressed by [Equation 5] below.
여기서, τ는 시상수로서 평형온도 Tm에 얼마나 빠르게 도달하는지를 결정하는 요소로 물체1(예컨대, 열유지체(110)들)과 물체2(예컨대, 접촉물(10)) 사이의 접촉특성에 의존하고 있다.Here, τ is a time constant, which determines how quickly the equilibrium temperature Tm is reached, and is dependent on the contact characteristics between object 1 (eg, heat retainers 110) and object 2 (eg, contact 10). .
따라서 접촉특성이 일정하게 유지될 수 있다고 가정될 때, 시간 t 동안의 물체1(예컨대, 열유지체(110)들)에서의 온도 변화와 물체1(예컨대, 열유지체(110)들)과 물체2(예컨대, 접촉물(10))의 온도 차이를 알고 있다면 아래의 [수학식 6]와 같이 물체1과 물체2의 열확산율에 상관하는 수치를 도출할 수 있다. 본 실시예에서는 γ을 열분출율상관계수라 정의하기로 한다.Therefore, when it is assumed that the contact characteristics can be maintained constant, the temperature change of object 1 (eg, heat retainers 110) and object 1 (eg, heat retainers 110) and
본 발명에서는, 열유지체(110)들이 물체1을 구성하고, 접촉물(10)이 물체2를 구성하고 있다. 상기와 같은 물체1과 물체2가 공극없이 완전히 접촉하는 이상적인 접촉 구조를 가짐과 아울러 주변과의 열손실이 발생하지 않는 이상적인 환경에서는 시상수 τ가 도출 가능하여 물체2(예컨대, 접촉물(10))의 열분출율을 도출할 수 있다. In the present invention, the
그러나 일반적인 재질들의 표면에는 미세한 표면 거칠기를 가질 수 있기 때문에 열유지체(110)들과 접촉물(10)의 이상적인 접촉은 실현 불가능하다. 따라서 본 실시예에서는 물체1에 해당되는 열유지체(110)들이 물체2에 해당되는 접촉물(10)에 접촉한 이후에 열유지체(110)들의 온도 변화 및 열유지체(110)들과 접촉물(10)의 온도차를 통해 물체2의 유효 열확산율을 반영하는 열분출율상관계수(γ)를 도출할 수 있다. 이때, 열유지체(110)들이 얇은 두께로 형성되므로 접촉물(10)과의 접촉시 효율적으로 신속하게 온도 변화를 측정할 수 있다.However, ideal contact between the
참고로, 일반적인 환경에서 접촉물(10)은 상온과 평형상태를 유지하기 때문에 상온을 상시적으로 측정할 수 있는 환경이 마련된다. 이 경우에는, 휴대용 열특성 측정기(100)가 제1 단위 측정기(100a, 100b)와 제2 단위 측정기(100a, 100b)로 제공되지 않고 단수개의 단위 측정기(100a, 100b)만 제공될 수 있다. 하지만, 접촉물(10)이 상온과 평형상태를 이루지 않거나 상온과 비교하여 저온 상태나 고온 상태로 유지할 수 있으므로, 해당 상태에서도 접촉물(10)의 열특성을 측정할 필요가 대두되고 있다.For reference, since the
그러나, 휴대용 열특성 측정기(100)는 복수개의 단위 측정기(100a, 100b)로 마련될 수 있지만, 전술한 바와 본 실시예에서는 2개의 단위 측정기(100a, 100b)로 마련되되 단위 측정기(100a, 100b)들이 접촉물(10)에 접촉될 때 열분출율상관계수(γ)가 아래의 [수학식 7]와 [수학식 8]을 통해 각각 도출될 수 있다.However, although the portable thermal
여기서, T1은 제1 단위 측정기(100a, 100b)의 초기 온도이고, ΔT1은 시간 t 동안의 제1 단위 측정기의 변화 온도이며, e1는 제1 단위 측정기의 열분출율이고, T2는 제2 단위 측정기(100a, 100b)의 초기 온도, ΔT2은 시간 t 동안의 제2 단위 측정기(100a, 100b)의 변화 온도, e2는 제2 단위 측정기(100a, 100b)의 열분출율이다. 이때, To는 접촉물(10)의 초기온도이고, eo는 접촉물의 열분출율이다.Here, T 1 is the initial temperature of the first unit measuring device 100a, 100b, ΔT 1 is the change temperature of the first unit measuring device during time t, e 1 is the heat release rate of the first unit measuring device, and T 2 Is the initial temperature of the second unit measuring device 100a, 100b, ΔT2 is the change temperature of the second unit measuring device 100a, 100b during time t, e 2 is the heat release rate of the second unit measuring device 100a, 100b . At this time, To is the initial temperature of the
한편, 제1 열유지체(110a)와 제2 열유지체(110b)가 동일한 재질로 형성될 경우, 서로 동일하기 때문에 열분출율상관계수(γ) 및 To가 아래의 [수학식 9]과 [수학식 10]을 통해 각각 도출될 수 있다.On the other hand, when the
결론적으로, 본 실시예의 휴대용 열특성 측정기(100)가 복수개의 단위 측정기(100a, 100b)로 구성될 경우, 매우 짧은 시간 t에 대해서도 접촉물(10)의 온도와 열적특성을 동시에 측정할 수 있다. In conclusion, when the portable thermal
도 4 내지 도 8은 도 2와 도 3에 도시된 휴대용 열특성 측정기(100)의 실험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)에 의한 접촉물(10)의 온감 측정 결과를 나타낸 도면이며, 도 10은 도 9에 도시된 접촉물(10)의 온감 측정 결과 및 사람에 의해 인지된 온감을 나타낸 그래프이다. 4 to 8 are graphs showing experimental results of the portable thermal
즉, 도 4 내지 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)의 성능 시험 결과가 그래프로 도시되어 있다. 또한, 도 9와 도 10에는 20 종의 서로 다른 재질로 마련된 접촉물(10)들에 대한 휴대용 열특성 측정기(100)와 사람의 온감 측정 결과를 서로 비교한 그래프가 도시되어 있다.That is, in FIGS. 4 to 8, performance test results of the portable thermal
도 4를 참조하면, 본 실시예의 휴대용 열특성 측정기(100)에 대한 실제 제작물로서, 제1,2 열유지체(110a, 110b)가 두 개의 알루미늄판(Al plate)으로 구성될 수 있다. 상기와 같은 열유지체(110)의 상단부 표면에는 온도 센서(130)로 사용되는 서머 커플(thermocouple)이 알루미늄 테이프로 부착될 수 있다. 서머 커플은 에폭시(epoxy)와 같은 물질로 고정될 수 있으나, 서머 커플의 응답특성을 저해하는 요소로 작용될 수 있기 때문에 얇고 열전도 특성이 우수한 알루미늄 테이프(Al tape)를 사용하는 것이 바람직하다. 참고로, 서머 커플(thermocouple)은 빠른 응답특성을 위하여 피복되어 있지 않은 것을 사용할 수도 있다. Referring to FIG. 4 , as an actual product for the portable thermal
도 4는 휴대용 열특성 측정기(100)의 초기 온도 및 접촉물(10)인 알루미늄 플레이트(Al plate)의 온도를 높인 상태에서 휴대용 열특성 측정기(100)를 알루미늄 플레이트에 접촉시켰을 때 나타난 온도 변화(실선)의 그래프를 나타내고 있다.4 shows the temperature change ( Solid line) is shown.
접촉 방식은 motorized stage를 이용하여 일정한 접촉력과 접촉속도로 접촉이 진행되었다. 점선은 접촉 지점에서 거리가 떨어져 있는 지점에서 온도 센서(130)로 측정된 알루미늄 플레이트의 온도를 나타내고 있다.As for the contact method, contact was performed at a constant contact force and contact speed using a motorized stage. The dotted line represents the temperature of the aluminum plate measured by the
도 4에서는 10번 측정의 예시를 나타내고 있되, 파란색 지점은 접촉지점에서 이격된 상태이기 때문에 접촉이 이루어지더라도 단시간 내에 유의미한 온도 변화가 발생하지 않았다.4 shows an example of
도 5를 참조하면, 도 5는 도 4와 같은 방법을 통해 50회 측정된 휴대용 열특성 측정기(100)의 온도 변화 및 휴대용 열특성 측정기(100)와 접촉물(10)의 초기 온도 차이의 상관성을 나타낸 그래프이다.Referring to FIG. 5, FIG. 5 shows the correlation between the temperature change of the portable thermal
온도변화 ΔT는 접촉시점을 기준으로 하여 0.3, 0.5, 1.0초 이후를 각각 나타내는 결과값으로서, 휴대용 열특성 측정기(100)의 온도변화(ΔT) 및 휴대용 열특성 측정기(100)와 접촉물(10)의 초기 온도차(Tsensor-Tobject) 사이에서 선형관계를 확인할 수 있다. 특히, 선형관계의 신뢰성이 매우 높게 나타나고 있기 때문에 앞서 도출한 [수학식 7]의 관계를 실험적으로 정확하게 증명하고 있음을 알 수 있다.The temperature change ΔT is a result value representing 0.3, 0.5, and 1.0 seconds after the contact point, respectively, and the temperature change (ΔT) of the portable thermal
도 6를 참조하면, 도 6는 위의 실험을 천연소가죽과 울원단에 실시하였을 때의 결과를 함께 나타낸 그래프이다. 즉, 접촉물(10)은 알루미늄 플레이트, 천연소가죽, 울원단이다, 이때, 도 6에서는 접촉물(10)과 휴대용 열특성 측정기(100)의 온도를 다양하게 변화시키면서 접촉에 따른 휴대용 열특성 측정기(100)의 온도변화를 50회 측정할 수 있다. Referring to Figure 6, Figure 6 is a graph showing the results when the above experiment was conducted on natural cowhide and wool fabric. That is, the
상기와 같은 도 6의 그래프는, 휴대용 열특성 측정기(100)가 접촉물(10)에 접촉된 이후에 1초 동안의 온도변화 및 휴대용 열특성 측정기(100)와 접촉물(10)의 초기 온도차이의 관계를 나타내고 있다. 결과적으로, 3가지 재질의 접촉물(10)에서 모두 매우 높은 선형관계가 나타나는 것을 알 수 있으며, 다만 접촉물(10)의 재질에 따라 서로 다른 기울기를 가짐을 알 수 있다.The graph of FIG. 6 as described above shows the temperature change for 1 second after the portable thermal
즉, 도 6의 그래프를 통해서 [수학식 7]의 열분출율상관계수(γ)가 재질의 고유한 열적 특성을 나타내고 있음을 실험적으로 확인할 수 있다. That is, through the graph of FIG. 6, it can be experimentally confirmed that the thermal ejection rate correlation coefficient (γ) of [Equation 7] represents the unique thermal characteristics of the material.
도 7를 참조하면, 도 7은 열유지체(110)의 연마 여부에 대하여 접촉력의 크기를 변경하면서 측정된 열분출율상관계수(γ)의 변화를 나타낸 그래프이다. 이때, 접촉물(10)은 알루미늄 플레이트이고, 도 7에 기재된 'warmth feature'는 열유지체(110)와 접촉물(10)의 접촉 이후 1초가 지난 시점에서 추출된 열분출율상관계수(γ)이다. Referring to FIG. 7 , FIG. 7 is a graph showing the change in the thermal ejection rate correlation coefficient (γ) measured while changing the magnitude of the contact force with respect to whether or not the
여기서, 비연마된 열유지체(110)는, 접촉력이 낮을 경우 열분출율상관계수(γ)의 크기가 낮게 측정되고 있고, 접촉력이 커짐에 따라 열분출율상관계수(γ)의 크기가 급격하게 증가됨을 알 수 있다.Here, in the
반면에, 연마된 열유지체(110)는, 낮은 접촉력에서 측정된 열분출율상관계수(γ)가 높은 접촉력에서 측정된 열분출율상관계수(γ)보다 차이가 크지 않음을 알 수 있으며, 접촉력이 커짐에 따라 열분출율상관계수(γ)가 쉽게 포화됨을 실험적으로 확인할 수 있다.On the other hand, in the
[수학식 7]에서 접촉면의 특성 및 접촉력은 시상수 τ와 관계가 있다. 비연마된 열유지체의 경우에는, 낮은 접촉력 구간에서는 미세한 표면 거칠기를 가지고 있기 때문에 접촉물(10)과의 완전한 접촉이 이루어지지 않고, 접촉힘이 증가함에 따라 미세한 표면 변형에 의해 접촉 면적이 증가하면서 시상수 τ의 값이 크게 변동하고 있다.In [Equation 7], the characteristics and contact force of the contact surface are related to the time constant τ. In the case of the unpolished heat retainer, since it has fine surface roughness in the low contact force range, complete contact with the
한편, 휴대용 열특성 측정기(100)를 이용하는 환경에서 접촉력의 통제는 쉽지 않기 때문에 접촉력의 변동에 따라 시상수 τ 값의 변동이 커질 수 있다. 따라서 휴대용 열특성 측정기(100)의 정밀도 향상을 위해서 열유지체(110)의 접촉부(112)를 연마하여 접촉력의 변화에 따른 시상수 τ값의 변동을 최소화할 필요가 있음을 실험적으로 확인할 수 있다.On the other hand, since it is not easy to control the contact force in an environment using the portable thermal
도 8를 참조하면, 도 8에는 휴대용 열특성 측정기(100)의 접촉력 제한 부재(140)에 의한 실험 결과가 그래프로 도시되어 있다. 즉, 접촉력 제한 부재(140)는 제1 케이스(142)와 제2 케이스(144) 및 탄성체(146)로 구성되는데, 제1 케이스(142)가 제2 케이스(144)의 내부로 삽입됨에 따라 탄성체(146)는 제1 케이스(142)가 안으로 삽입될 때의 저항 역할을 수행함과 아울러 제1 케이스(142)를 최초의 위치로 복원시키는 역할을 수행하고 있다. Referring to FIG. 8, FIG. 8 shows experimental results by the contact
휴대용 열특성 측정기(100)의 제2 케이스(144)가 접촉물(10)과 접촉되는 경우, 제1 케이스(142)와 열유지체(110)가 제2 케이스(144)에 삽입되는 최대 깊이가 정해져 있기 때문에 열유지체(110)에 제공되는 접촉력은 제한 접촉력으로 일정하게 유지되는 것을 실험적으로 확인할 수 있다. 도 8의 그래프는 본 실시예의 휴대용 열특성 측정기(100)에서 접촉력의 크기에 따라 측정된 열분출율상관계수(γ)의 변화를 나타내고 있다. When the
이때, 접촉물(10)은 알루미늄 플레이트이고, 도 8의 warmth feature는 접촉 이후 1초가 지난 시점에서 추출된 열분출율상관계수(γ)의 값을 나타낸 것이다. 도 8에서는 도 7과 다르게 약 100g 범위에서 열분출율상관계수(γ)의 값이 포화된 것을 확인할 수 있다. 이는 탄성체(146)와 제1 케이스(142) 및 제2 케이스(144)에 의하여 접촉력이 제한 접촉력 이상으로 증가되지 않고 일정하게 제한 유지되고 있기 때문이다. 이를 통해서, 접촉력에 무관하게 재질의 열적 특성을 반영하는 열분출율상관계수(γ)을 일정하게 측정 가능함을 실험적으로 확인할 수 있다. At this time, the
도 9를 참조하면, 도 9의 (a)에는 서로 다른 종류의 재질로 이루어진 20가지의 접촉물(10)이 도시되어 있고, 도 9의 (b)에는 본 실시예의 휴대용 열특성 측정기(100)를 이용하여 도 9의 (a)에 도시된 접촉물(10)들의 온감 측정 결과가 그래프로 도시되어 있다. Referring to FIG. 9, in (a) of FIG. 9, 20 types of
여기서, 도 9의 (a)에는 서로 다른 20가지 재질의 접촉물(10)이 연속적으로 개시되어 있다. 20개의 접촉물(10) 중 차가움을 대표하는 기준시료로서 실크평직구조(#9)가 제시되어 있다. 아울러, 20개의 접촉물(10) 중 따뜻함을 대표하는 기준시료로서 폴리에스테르덤블구조(#11)가 제시되어 있다.Here, in (a) of FIG. 9, contact objects 10 made of 20 different materials are continuously disclosed. Among the 20
그리고, 도 9의 (b)에 기재된 "Warmth feature"는 열분출율상관계수(γ)로서, 휴대용 열특성 측정기(100)를 20가지의 접촉물(20)에 각각 접촉시킨 후 1초의 시간 동안에 도출된 값으로 설정한다. 이때, 열분출율상관계수(γ)는 휴대용 열특성 측정기(100)를 이용하여 사용자가 다양한 재질의 접촉물(20)에 대해 자유롭게 측정하여 획득할 수 있다. 상기와 같은 열분출율상관계수(γ)의 값은 휴대용 열특성 측정기(100)와 접촉물(10)이 접촉한 후 1초 동안의 열유지체(110)에 대한 온도 변화를 통해 도출할 수 있다.In addition, the "Warmth feature" described in (b) of FIG. 9 is a thermal ejection rate correlation coefficient (γ), and for a time of 1 second after contacting the portable thermal
도 10을 참조하면, 도 10에는 휴대용 열특성 측정기(100)의 온감 측정 결과 및 사람의 온감 인지 결과를 함께 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 도 10에 기재된 "Perceived human warmth"는 사람이 인지한 온감 결과로서, 심리학적 온감 설문조서를 이용하여 접촉물(10)의 온감 인지 결과를 점수화시킨 값으로 설정한다. 참고로, 도 10의 그래프에는 95%의 신뢰구간을 나타내는 에러 바(error bar)가 표시되어 있다.Referring to FIG. 10, FIG. 10 shows a graph showing a result of measuring a sense of warmth of the portable thermal
예를 들면, 심리학적 온감 설문조사는 다수의 사람을 대상으로 실시하되, 차가움을 대표하는 1점의 기준시료(예컨대, 실크평직구조)와 따뜻함을 대표하는 7점의 기준시료(예컨대, 폴리에스테르덤블구조)가 제시된 상태에서 20가지 재질의 시료에 대하여 사람들이 인지하는 온감의 정도를 점수화하는 설문조사를 진행한 것이다.For example, the psychological warmth survey is conducted on a large number of people, and 1 point of the reference sample representing coolness (eg, silk plain weave structure) and 7 points of reference sample representing warmth (eg, polyester) Dumble structure) was presented, and a survey was conducted to score the degree of warmth perceived by people for samples of 20 materials.
상기와 같은 도 10의 그래프는 휴대용 열특성 측정기(100)가 측정한 온감 및 사람이 인지한 온감을 서로 매칭시킬 수 있고, 미지의 접촉물(10)에 대한 재질을 파악하는데 활용할 수 있다. 결과적으로, 다양한 재질의 접촉물(10)에 대하여 휴대용 열특성 측정기(100)에 의해 측정된 열분출율상관계수(γ) 및 사람에 의해 인지된 온감의 점수를 매칭시킬 경우, 사람이 인지한 따뜻함의 정도와 열분출율상관계수(γ)가 서로 높은 상관성을 가짐을 알 수 있다. 따라서 휴대용 열특성 측정기(100)를 이용하여 접촉물(10)의 재질에 대한 고유한 열적 특성을 측정할 수 있으며, 이를 통하여 사람이 인지하는 온감을 추론할 수도 있다.The graph of FIG. 10 as described above can match the sense of warmth measured by the portable thermal
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, the embodiments of the present invention have been described with specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above embodiments. It is not, and those skilled in the art can make various modifications and variations from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be determined, and all things equivalent or equivalent to the claims as well as the following claims belong to the scope of the present invention.
100: 휴대용 열특성 측정기
110: 열유지체
120: 히터
130: 온도 센서
140: 접촉력 제한 부재
142: 제1 케이스
144: 제2 케이스
146: 탄성체
148: 압력 센서
150: 제어부
10: 접촉물100: portable thermal characteristics meter
110: heat retainer
120: heater
130: temperature sensor
140: contact force limiting member
142: first case
144: second case
146: elastic body
148: pressure sensor
150: control unit
10: contact
Claims (10)
상기 열유지체에 열을 제공하도록 상기 열유지체의 일측에 배치된 히터;
상기 열유지체의 온도를 측정하도록 상기 열유지체의 타측에 배치된 온도 센서; 및
상기 열유지체가 상기 접촉물에 접촉될 때 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력이 미리 설정된 제한 접촉력보다 커지면 상기 접촉력을 상기 제한 접촉력으로 제한하여 일정하게 유지하는 접촉력 제한 부재;
를 포함하는 휴대용 열특성 측정기.
A heat retainer in contact with a contact object for recognizing a sense of warmth;
a heater disposed on one side of the heat retainer to provide heat to the heat retainer;
a temperature sensor disposed on the other side of the heat retainer to measure the temperature of the heat retainer; and
a contact force limiting member for limiting the contact force to the limited contact force and keeping it constant when the contact force between the heat retainer and the contact becomes greater than a preset limit contact force when the heat retainer is brought into contact with the contact object;
Portable thermal characteristics measuring instrument comprising a.
상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉시 상기 온도 센서의 감지 결과를 통해 상기 접촉물의 열특성과 온도를 측정하는 제어부;를 더 포함하며,
상기 열유지체와 상기 온도 센서 및 상기 히터는 복수개로 마련되고, 상기 열유지체들은 서로 다른 온도로 유지된 상태에서 상기 접촉물에 동시에 접촉되며,
상기 제어부는 상기 열유지체들과 상기 접촉물의 접촉시 상기 온도 센서들의 온도 변화를 이용하여 상기 열유지체들과 상기 접촉물이 열평형 상태에 도달하기 이전에 상기 접촉물의 열특성과 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 1,
Further comprising a control unit for measuring thermal characteristics and temperature of the contact through a detection result of the temperature sensor when the heat retainer and the contact are in contact with each other,
The heat retainer, the temperature sensor, and the heater are provided in plurality, and the heat retainers are simultaneously contacted with the contact object while being maintained at different temperatures,
The control unit measures the thermal characteristics and temperature of the contact object before the heat retainers and the contact object reach thermal equilibrium using temperature changes of the temperature sensors when the contact object contacts the heat retainers. Characterized by a portable thermal characteristics measuring instrument.
상기 접촉력 제한 부재는,
상기 열유지체의 일단부가 상기 접촉물을 향해 돌출되도록 상기 열유지체의 타단부가 고정된 제1 케이스;
상기 열유지체의 일단부가 상기 접촉물을 향해 미리 설정된 높이로 돌출되도록 상기 제1 케이스의 외측에 이동 가능하게 결합된 제2 케이스; 및
상기 제2 케이스와 상기 제1 케이스 사이에 마련되고, 상기 열유지체의 일단부가 상기 접촉물에 접촉될 때 탄성적으로 변형하면서 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력을 상기 제한 접촉력 이하로 설정하는 탄성체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 1 or 2,
The contact force limiting member,
a first case in which the other end of the heat retainer is fixed such that one end of the heat retainer protrudes toward the contact object;
a second case movably coupled to the outside of the first case so that one end of the heat retainer protrudes toward the contact object at a preset height; and
an elastic body provided between the second case and the first case, elastically deforming when one end of the heat retainer comes into contact with the contact object and setting the contact force between the heat retainer and the contact object to be less than or equal to the limiting contact force;
A portable thermal characteristics measuring instrument comprising a.
상기 접촉력 제한 부재는,
상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력을 측정하도록 상기 탄성체와 제2 케이스 사이에 마련된 압력 센서;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 3,
The contact force limiting member,
a pressure sensor provided between the elastic body and the second case to measure a contact force between the heat retainer and the contact object;
A portable thermal characteristics measuring instrument further comprising a.
상기 열유지체의 일단부에는 상기 접촉물과 접촉하기 위한 접촉부가 형성되고,
상기 접촉부는 상기 접촉물과의 접촉면적을 증가시키기 위하여 표면 가공을 통해 표면 거칠기를 미세하게 향상시키며,
상기 온도 센서는, 상기 히터의 열에 영향을 받지 않으면서 상기 접촉부의 온도를 측정하도록 상기 히터와 이격된 위치에 배치되되, 상기 히터보다 상기 접촉부에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 3,
A contact portion for contacting the contact object is formed at one end of the heat retainer,
The contact part finely improves surface roughness through surface processing to increase the contact area with the contact object,
The temperature sensor is disposed at a location spaced apart from the heater so as to measure the temperature of the contact portion without being affected by the heat of the heater, and is disposed closer to the contact portion than the heater. Portable thermal characteristics measuring device.
상기 열유지체는 상기 접촉물과의 접촉시 온도 변화가 빠르게 진행되도록 미리 설정된 얇은 두께로 마련되며,
상기 온도 센서는 상기 열유지체의 일단부에 배치되고, 상기 히터는 상기 열유지체의 타단부에 배치되며,
상기 열유지체의 일단부와 타단부 사이에는, 상기 온도 센서와 상기 히터의 직선 거리 상에 상기 제1 케이스를 위치시키도록 상기 제1 케이스의 표면 형상에 대응하는 절곡부가 마련된 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 3,
The heat retainer is provided with a preset thin thickness so that the temperature change proceeds rapidly when in contact with the contact object,
The temperature sensor is disposed at one end of the heat retainer, and the heater is disposed at the other end of the heat retainer,
A portable heat characterized in that a bent portion corresponding to the surface shape of the first case is provided between one end and the other end of the heat retainer to position the first case on a straight line distance between the temperature sensor and the heater. characteristic meter.
상기 제2 케이스는, 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉시 외부 작용력에 의해 상기 접촉물에 접촉될 때까지 상기 제1 케이스를 따라 이동되고,
상기 열유지체와 상기 제1 케이스는 상기 열유지체와 상기 접촉물의 접촉력이 일정한 상태로 상기 제2 케이스의 내부에 수납되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 3,
The second case is moved along the first case until it comes into contact with the contact object by an external force upon contact between the heat retainer and the contact object;
The heat retainer and the first case are portable thermal characteristics measuring instruments, characterized in that accommodated inside the second case in a state in which the contact force of the heat retainer and the contact object is constant.
상기 탄성체는 스프링 부재 또는 실리콘 부재 중 어느 하나로 제공되고,
상기 실리콘 부재의 내부에는 상기 실리콘 부재의 탄성 변형이 용이하도록 공극이 형성된 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 3,
The elastic body is provided with any one of a spring member or a silicon member,
A portable thermal characteristics measuring instrument, characterized in that a gap is formed inside the silicon member to facilitate elastic deformation of the silicon member.
상기 열유지체들 중 어느 하나에는 상기 접촉물과 동일한 온도를 갖도록 상기 히터가 배치되지 않고 상기 온도 센서만 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
According to claim 2,
A portable thermal characteristics measuring device, characterized in that in one of the heat retainers, only the temperature sensor is disposed without the heater being disposed to have the same temperature as the contact object.
상기 열유지체들은 서로 이격되도록 배치된 제1 열유지체 및 제2 열유지체를 포함하고,
상기 제1 열유지체와 상기 제2 열유지체는 서로 다른 초기온도(T1, T2)를 가지되, 서로 동일 재질로 형성되어 열분출율(e1, e2)이 동일하게 설정되며,
상기 제어부는, 아래의 수식을 이용하여 상기 접촉물의 초기온도(To) 및 상기 접촉물의 열확산율을 반영하는 열분출율상관계수(γ)를 도출하고, 상기 열분출율상관계수(γ)를 이용하여 상기 접촉물의 열분출율(e0)을 산출하는 것을 특징으로 하는 휴대용 열특성 측정기.
여기서, t는 접촉 시간이고, τ는 시상수이며, T1은 상기 제1 열유지체의 초기온도이고, ΔT1은 t시간에 따른 상기 제1 열유지체의 온도 변화이며, T2는 상기 제2 열유지체의 초기온도이고, ΔT2은 t시간에 따른 상기 제2 열유지체의 온도 변화이며, e1은 상기 제1 열유지체의 열분출율이고, e2는 상기 제2 열유지체의 열분출율이며, e0는 상기 접촉물의 열분출율이다.According to claim 2,
The heat retainers include a first heat retainer and a second heat retainer disposed to be spaced apart from each other,
The first heat retainer and the second heat retainer have different initial temperatures (T 1 , T 2 ), but are formed of the same material and have the same heat release rates (e 1 , e 2 ),
The control unit derives a thermal emission rate correlation coefficient (γ) reflecting the initial temperature (To) of the contact object and the thermal diffusivity of the contact object using the following formula, and uses the thermal emission rate correlation coefficient (γ). A portable thermal characteristics measuring device, characterized in that for calculating the heat release rate (e 0 ) of the contact material.
Here, t is the contact time, τ is a time constant, T 1 is the initial temperature of the first thermal oil, ΔT 1 is the temperature change of the first thermal oil over time t, and T 2 is the second thermal oil is the initial temperature of the delay, ΔT 2 is the temperature change of the second heat retainer according to time t, e 1 is the heat release rate of the first heat retainer, e 2 is the heat release rate of the second heat retainer , e 0 is the thermal release rate of the contact material.
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