KR910009304B1 - 열변형 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열변형 측정방법 및 그 장치

제1도는 본 발명 열변형 측정장치의 평단면도.

제2도는 동 측단면도.

제3도는 본 발명 장치의 시스템도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 히이팅 박스(heating box) 2 : 브리지 박스(bridge box)

3 : 변형 전달축(strain 傳達軸) 4 : 브리지 슬리이브(bridge sleeve)

11 : 히이터(heater) 12a,12b : 고정부

G : 스트레인 게이지(strain guage) T : 시료(試料)

S : 온도센서

본 발명은 열변형 측정방법 및 이를 실시하는데 적합한 장치에 관한 것이다.

금속재료가 가열 또는 냉각되면 이에 의해 열팽창 또는 열수축하게 되는데, 이를 정량화 한 것이 열변형(thermal strain)이다. 또 금속재료의 자유팽창 또는 수축이 억제된 상태에서 이를 가열 또는 냉각하면 금속재료의 내부에는 소위 열응력(thermal stress)이 발생하게 되는데, 이 열응력은 직접 계측될 수 없으므로 열변형을 계측하여 탄성관계식으로 열응력을 구하게 된다. 이와같이 열변형의 측정의 재료의 열에 대한 거동을 파악하는데 매우 중요한 의미를 가지나 이 열변형이 재료의 내적 반응이므로 그 측정에는 많은 어려움이 있었다.

종래 주로 사용되는 방법은 외력에 의해 전기저항이 변화하는 콘스탄탄(constantan)-니켈계 합금등으로 스트레인 게이지를 제작하여 이를 시료(試料)에 접착시켜 열변형을 계측하는 방법이었다. 이러한 스트레인 게이지에 의한 계측방법은 많은 어려움을 가지고 있는바, 스트레인 게이지가 시료와 함께 거동하기 위하여는 시료에 밀착되어야 하므로 시료의 표면을 거의 경면(鏡面)에 가깝도록 염나하여야 하고, 또 그 접착에 사용되는 접착제도 매우 얇은 두께로 매우 큰 접착력을 발휘하는 고가의 것을 사용하여야 하였으며, 그럼에도 불구하고 일단 접착되었던 것은 이를 다시 떼어 반복사용할 수가 없어서 소모품화 되었던 문제가 있었다. 뿐만 아니라 특정의 스트레인 게이지가 측정할 수 있는 온도대역(帶域)이 있어서 동일한 시료에 대하여도 가열 온도가 바뀌면 다른 온도대역에 대한 스트레인 게이지를 부착하여 사용하여야 하였다. 특히 고온대역의 스트레인 게이지는 고가임에도 불구하고 이를 1회 밖에 사용할 수 없어서 경제적 손실이 크며, 따라서 시료의 열거동을 파악하는 것은 매우 고급의 시험에 속하는 것으로 간주되어 기피되는 경향이 있었으므로 각종 정밀기기나 전자기기의 구성부품의 열에 의한 거동은 주로 이론이나 경험에 의존해왔던 것이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 스트레인 게이지를 반영구적으로 반복사용할 수 있을 뿐 아니라, 시료의 가열 온도 대역에 무관하게 사용할 수 있는 열변형 측정방법 및 이를 실시하는데 적합한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 열변형 측정방법은 온도제어가 가능한 하이팅 박스에 시료를 수납하고, 상기 하이팅 박스와 열적으로 차단되며 상대위치가 고정되는 브리지 박스에 변형 검지부를 설치하며, 상기 히이팅 박스의 시료의 열거동을 상기 브리지 박스의 변형 검지부로 전달하는 변형 전달수단을 구비하여, 구성되는 것을 특징으로 하는 열변형 측정방법을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명 방법을 실시하는데 특히 적합한 본 발명 열변형 측정장치는 시료를 고정하는 고정부와 상기 시료를 가열하는 가열부가 설치된 히이팅박스와, 상기 히이팅박스와 열적으로 차단되고 그 상대위치가 고정되는 브리지 박스를 구성하고, 상기 한 고정부에는 브리지 박스의 내부로 연장되는 변형전달수단을 설치하고, 이 변형전달수단에 변형 검지부를 설치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1도 및 제2도에 보인 본 발명 열변형 측정장치는 시료(T)가 수납되어 가열되는 히이팅 박스(heating box;1)와, 이와 열적으로 차단되고 상대 위치가 고정되며 시료(T)의 열거동이 전달되어 열변형이 측정되는 브리지 박스(brige box;2)로 구성된다.

히이팅 박스(1)의 내부에는 시료(T)를 가열하기 위한 히이터(heater)등의 가열부(11)와 시료(t)를 고정하기위한 척(chuck)등의 고정부(12a,12b)가 설치되며, 히이팅 박스(1)내의 온도를 알기 위해 시료(t)에는 온도센서(s)등의 온도 검지부가 부착되는 것이 바람직하다. 고정부(12b)의 일측은 브리지 박스(2)측으로 연장되어 팽창 또는 수축등의 열거동을 전달하는 변형 전달수단으로서 변형 전달축(3)과 연속되며, 타측은 시료(T)에 가해지는 압력을 조절하기 위한 미동노브(微動 Knob;13)가 접속된다.

히이팅 박스(1)와 브리지 박스(2)는 각각 적절한 단열재료로 형성되는 것이 바람직하고, 브리지 슬리이브(bridge sleeve;4)에 의해 그 상대위치가 변하지 않도록 고정되며, 브리지 슬리이브(4)의 내측에는 전술한 변형 전달축(3)이 축방향으로 자유롭게 수납되고, 브리지 박스(2)내로 연장되어 그 일측에 고착되는 변형 전달축(3)에는 적절한 변형 검지부, 바람직하기로는 스트레인 게이지(strain guage; G)가 부착되는데, 이 변형 전달축(3)이 열거동에 의해 벤딩(bending)되는 경우 그 상하의 변형이 다르므로 이 스트레인 게이지(G)는 그 상하에 2개 이상의 복수로 설치하는 것이 바람직하다.

또 스트레인 게이지(G)를 설치하는 대신 변형 전달측(3)의 단부에 반도체 등으로된 감압소자(減壓素子)를 설치하여 변형(strain) 대신 응력(stress)을 측정하는 방법도 있는데, 응력과 변형은 상호 탄성관계에 의해 비례하므로 시료의 영율(Young's Modulus)은 이미 알고 있으므로 응력이나 변형중의 어느 하나를 알면 나머지를 알 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명 측정장치는 예를들어 제3도에 보인 바와같이 시스템을 구성할 수 있는데, 이는 히이팅 박스(1)내에 설치된 가열부 및 온도검지부와, 브리지 박스(2)내에 설치된 변형 검지부와, 이 가열부를 제어하고 온도 검지부와 온도 검지부에서 발생된 신호를 처리하는 제어회로부와, 제어외로부에서 발생된 신호를 디스플레이(display)하고 하드카피(hard copy)를 산출하는 표시부 및 출력부로 구성된다.

온도검지부에서 검지되는 신호를 증폭시키는 증폭부와, 아날로그(analog)상태로 증폭된 신호를 이산화하여 디지털(digital)화 하는 A/D 변환기등으로 된 변환부와 변환된 신호를 받아 처리하는 중앙처리부로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명 측정장치의 작동은 다음과 같은바, 먼저 히이팅 박스(1)의 고정부(12a)(12b)에 시료(T)를 물리면, 이때의 변형은 변형 전달축을 통해 스트레인 게이지(G)등의 변형 검지부가 이를 검지하여 제어회로부로 인가하고 제어회로부는 이 변형량을 7세그먼트 표시기(7-segment display)등의 표시부에 나타나게 한다.

이때 이 표시부에 표시된 값이 0이 되도록 미동노브(13)를 돌려 시료(T)의 초기 변형량이 0이 되도록 영점조정을 행함으로써 측정준비가 완료된다.

다음 제어회로부는 적절한 설정온도로 시료(T)를 가열시키도록 가열부를 기동시키고 이에 따라 히이터(11)등의 가열부는 발열을 개시하여 시료(T)를 가열시키게 되며, 이때의 온도 및 변형량은 온도센서(S)등 온도검지부와 스트레인 게이지(G)등의 변형 검지부에 의해 검지되어 제어 회로부를 통해 표시부 또는 출력부에서 디스플레이 또는 출력된다.

여기서 히이팅 박스(1)내의 시료(T)의 열거동이 브리지 박스(2)내의 스트레인 게이지(G)에 의해 검지되는 과정을 좀더 상세히 설명하면, 시료(T)의 열에 의한 팽창 수축등의 열거동이 브리지 슬리이브(4)내에 자유롭게 수납된 변형 전달축(3)을 통해 브리지 박스(2)내로 전달되면 이때 스트레인 게이지(G)에서 검지되는 변형량은 시료(T)와 변형 전달축(3)의 변형량의 합이 되는데, 변형 전달축(3)의 변형거동은 장치의 제작시 이미 알고 있으므로 이를 중앙처리부에서 연산하여 시료의 변형량을 산출하게 된다. 또 히이팅 박스(1)와 브리지 박스(2)간의 열의 출입은 거의 변형 전달축(3)을 통한 전도만에 의한 것이므로, 변형 전달축(3)의 재질선택 여하와 브리지 슬리이브(4)를 통한 방열에 의해 스트레인 게이지(G) 부착위치까지 전열되는 열량은 상당히 작게 되어, 여기서의 온도변화폭은 그다지 크지 않게 된다.

이와같이 하여 시료(T)의 열거동을 온도에 따라 표시 또는 출력하게 되는데, 이에 따라 온도에 따른 시료의 열팽창 또는 수축량 또는 열응력 등을 알 수 있게 된다.

본 발명 열변형 측정방법 및 그 장치는 상술한 바와 같이 일일이 시료마다 연마하여 스트레인 게이지를 부착시키는 불편이 없어서 측정공수가 현저히 절감되고 스트레인 게이지의 소모가 없어 반영구적으로 사용할 수 있으며, 히이팅 박스와 브리지 박스가 열적 차단이 되므로 온도 대역에 따라 다른 스트레인 게이지를 사용할 필요가 없어져 상술한 효과는 더욱 두드러지게 된다.

이에 따라 본 발명 열변형 측정방법 및 그 장치는 사용 온도가 높은 정밀기기나 전자기기의 부품, 예를들어 텔레비젼의 브라운관용 보강밴드등의 열거 등을 파악하여 이의 품질향상과 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 온도제어가 가능한 히이팅 박스에 시료를 수납하고, 상기 히이팅 박스와 열적으로 차단되며 상대위치가 고정되는 브리지 박스에 변형 검지부를 설치하며, 상기 히이팅 박스의 시료의 열거동을 상기 브리지 박스의 변형 검지부로 전달하는 변형 전달수단을 구비하여, 구성되는 것을 특징으로 하는 열변형 측정방법.
2. 시료(T)를 고정하는 고정부(12a,12b)와 상기 시료(T)를 가열하는 가열부(11)가 설치된 히이팅 박스(1)와, 상기 히이팅 박스(1)와 열적으로 차단되고 그 상대위치가 고정되는 브리지 박스(2)를 구성하며, 상기 한 고정부(12b)에는 브리지 박스(2)의 내부로 연장되는 변형전달수단을 설치하고, 이 변형전달수단에 변형 검지부를 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열변형 측정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 히이팅 박스(1)와 브리지 박스(2)의 상대위치 고정수단이 브리지 슬리이브(4)로 설치되고, 상기 변형전달 수단이상기 브리지 슬리이브(4)내에 자유롭게 수납된 변형 전달축(3)인 것을 특징으로 하는 열변형 측정장치.
4. 제2항 또는 제3항중의 어느한항에 있어서, 상기 변형 검지부가 상기 변형 전달축(3)의 측면에 부착된 하나 또는 복수의 스트레인 게이지(G)인 것을 특징으로 하는 열변형 측정장치.
5. 제2항 또는 제3항중의 어느 한항에 있어서, 상기 변형 검지부가 상기 변형 전달축(3)의 단부에 설치된 감압소자인 것을 특징으로 하는 열변형 측정장치.

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