WO2018030598A1 - 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치 및 방법 Download PDF

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thermal
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김명수
최연석
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한국기초과학지원연구원
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring physical properties of specimens using cryogenic freezers.
  • cryogenic freezers capable of measuring thermal properties such as thermal conductivity, specific heat and thermal contact resistance of specimens using cryogenic freezers as endothermic sources.
  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring thermal properties of specimens used.
  • the measurement of the thermal conductivity at cryogenic temperatures uses a direct measurement method using conduction cooling and an indirect measurement method calculated using density, specific heat, and thermal diffusivity.
  • Indirect measurement method is not used well because it is very difficult to measure all density, specific heat and thermal diffusivity at cryogenic temperature, but direct measurement method is adopted more than indirect measurement method because of its relatively high precision and is used in freezer or cryogenic container. After attaching the specimen to the provided specimen holder is measured the thermal conductivity while varying the temperature using a heater.
  • a base for supporting the first specimen to be measured the thermal expansion coefficient, and one side of the second specimen to be measured thermal conductivity A holder mounted to constrain and spaced apart from the base, a heater mount spaced apart from the holder and receiving an outer surface of one side of the second specimen therein to transfer heat provided from the outside to the second specimen, the base, the first specimen, A sensor for measuring a temperature change or deformation amount at one side of the second specimen, a first chamber accommodating the base and the holder therein to form a predetermined space, and a first accommodating the first chamber therein to form a predetermined space A second chamber, a third chamber accommodating the second chamber therein to form a space disconnected from the outside, and a refrigerant supplied from the refrigerant supply device
  • the cooling unit for cooling is characterized by including heat transfer unit
  • the conventional cryogenic thermal conductivity and thermal expansion coefficient measuring device uses a cryogenic fluid (liquid helium, liquid nitrogen) as an endothermic source, so the measurement temperature range is limited, and the time constraints of the experiment and the economical efficiency of the apparatus due to the evaporation of the fluid It is impossible to measure the thermal conductivity according to the contact pressure, which is one of the important factors affecting the thermal conductivity, it is impossible to install the specimen having a multi-layer structure, and the contact resistance of the specimen is impossible. there was.
  • a cryogenic fluid liquid helium, liquid nitrogen
  • the present invention has been made in view of the above, the object of the present invention is less than the limitation of the measurement temperature range compared to the conventional method, there is no measurement time constraints due to evaporation of the refrigerant, it is possible to adjust the contact pressure of the specimen
  • the present invention provides an apparatus and method for measuring thermal properties of a specimen using a cryogenic freezer, which can measure thermal conductivity, specific heat, and thermal contact resistance of a specimen having a multilayer structure.
  • the thermophysical measuring device of the specimen using a cryogenic freezer has a plurality of multi-layered specimen and a plurality of specimen-side temperature sensor around the heating heater has a symmetrical structure Specimen assemblies arranged horizontally; Left and right specimen holders configured to act as contact pressure horizontally in a state where both ends of the specimen assembly are fixed and to adjust the contact pressure and to have a specimen holder side temperature sensor parallel to the specimen temperature sensor; A thermal adapter coupled to a lower portion of the left and right specimen holders and configured to conduct heat; An endothermic source installed at a lower portion of the thermal adapter and configured to include a cryogenic freezer to absorb heat; And a controller configured to receive a temperature sensing signal from the plurality of specimen-side temperature sensors and the specimen holder-side temperature sensor to measure one or more of thermal conductivity, specific heat, and thermal contact resistance.
  • the thermal adapter and the heat absorbing source is coupled by a lower connection configured to absorb heat and transfer heat;
  • the lower connection portion is one end portion is coupled to the lower portion of the central portion of the thermal adapter and the other end portion is coupled to the upper end of the heat absorbing source to reduce the vibration transmitted, one end portion is coupled to the lower portion of the thermal adapter and the upper portion of the heat absorption source
  • the specimen assembly is the heating heater is disposed in the center, the multi-layered specimen between the heating heater and the left, right specimen holder Is disposed, the left and right sides of the multi-layered specimen is disposed a temperature sensor jig having an installation groove in the center, the specimen side temperature sensor is inserted into the installation groove of the temperature sensor jig;
  • the specimen holder side temperature sensors may be inserted into the left and right specimen holders, respectively, and slots may be formed in each of the inner surfaces of the left and right specimen holders to insert and fix both ends of the specimen assembly.
  • the specimen assembly may be installed by placing a flat specimen jig at a lower end of the multilayer structure specimen, a temperature sensor jig, and a heating heater when the specimen is installed. After the specimen jig can be removed.
  • the upper and lower horizontal thread grooves are formed in the left and right specimen holders at intervals wider than the height of the specimen assembly, respectively.
  • Upper and lower screw bolts may be screwed into the lower horizontal screw grooves, respectively.
  • the left and right specimen holders are formed in a " ⁇ " shape when viewed from the front, and the thermal adapter is provided with a plurality of bolts and nuts. Can be combined.
  • thermophysical measurement device for a specimen using a cryogenic freezer a plurality of through holes through which the bolt can pass are formed in the base portions of the left and right specimen holders, and the base portion is provided in the thermal adapter.
  • a plurality of long holes are formed in communication with the through holes when disposed above, and may be screwed with the nut after the bolt passes through the through holes and the long holes when the left and right specimen holders and the thermal adapter are coupled to each other. .
  • the method for measuring the thermal properties of the specimen using a cryogenic freezer is a step of controlling the endothermic temperature of the endothermic source by the temperature control heater to control the temperature of the specimen assembly; And heating the heating heater, and measuring the thermal conductivity using the cross-sectional area and the length of the multilayer structure specimen by measuring a temperature change according to the heat supply of the multilayer structure specimen.
  • the method for measuring the thermal properties of the specimen using a cryogenic freezer is a step of adjusting the endothermic temperature of the endothermic source by the temperature control heater to control the temperature of the specimen assembly ; And measuring a specific heat by generating a time for the heating heater to generate heat, and the control unit obtaining a time until the temperature distribution becomes linear in the longitudinal direction while measuring the temperature change of the multi-layered specimen with time.
  • the method for measuring the thermal properties of the specimen using a cryogenic freezer is a step of adjusting the endothermic temperature of the endothermic source by the temperature control heater to control the temperature of the specimen assembly ; And measuring a thermal contact resistance by obtaining a temperature difference between the contact surface of the specimen assembly and the left and right specimen holders.
  • the thermal conductivity measurement, specific heat measurement, and thermal contact resistance measurement step are all made for a plurality of multi-structured specimens and can be calculated by taking the average value thereof. .
  • thermophysical measuring device for a specimen using a cryogenic freezer including a heat absorbing source is installed in the lower portion of the thermal adapter and configured as a cryogenic freezer to absorb heat, and has a built-in temperature control heater
  • a heat absorbing source As a result, compared with the conventional cryogenic fluid (liquid helium, liquid nitrogen) as a heat absorbing source, there is an excellent effect that the limit of the measurement temperature range is small and there is no limitation of the measurement time due to evaporation of the refrigerant.
  • thermophysical measurement apparatus for a specimen using a cryogenic freezer left and right configured to act as a horizontal contact pressure and to adjust the contact pressure in a fixed state of both ends of the specimen assembly
  • the specimen holder By including the specimen holder, there is another outstanding effect of being able to adjust the contact pressure, which is one of the important factors of the thermal conductivity and heat transfer of the specimen.
  • thermophysical measurement apparatus for a specimen using a cryogenic freezer a plurality of multi-layered specimens and a plurality of specimen-side temperature sensors in a symmetrical structure arranged horizontally around the heating heater Left and right, the specimen assembly and the specimen holder side temperature sensor which is configured to act as the contact pressure horizontally in the state fixed to both ends of the specimen assembly and to adjust the contact pressure and to be parallel to the temperature sensor on the specimen side, And a control unit configured to receive a temperature sensing signal from the plurality of specimen side temperature sensors and the specimen holder side temperature sensors and measure at least one of thermal conductivity, specific heat, and thermal contact resistance. It is possible to measure the thermal conductivity, specific heat and thermal contact resistance of the specimens it possesses. Because it is arranged in a further excellent effect of eliminating the effect of gravity that may occur when it is installed in a conventional vertical direction.
  • thermophysical measurement apparatus for a specimen using a cryogenic freezer
  • the thermal adapter and the heat absorbing source are coupled to one end of the lower portion of the center of the thermal adapter
  • a corrugated pipe for reducing vibration transmitted by the end is coupled, a plurality of vibration absorbing pads having one end coupled to a lower portion of the thermal adapter and the other end coupled to an upper portion of the heat absorbing source to absorb vibration, and a left side of the thermal adapter.
  • One end is respectively coupled to the lower right side, and the other end is coupled to the upper left and right sides of the heat absorbing source, respectively, and is coupled by a thermal link that transfers heat, thereby minimizing vibration transmission to the specimen, thereby measuring by vibration.
  • a method for measuring the thermal properties of a specimen using a cryogenic freezer the heating heater generates heat, the control unit measures the temperature change according to the amount of heat supplied to the multilayer structure specimens Including the step of measuring the thermal conductivity using the cross-sectional area and the length of the, there is another excellent effect that can accurately measure the thermal conductivity of the multi-layer structure specimen.
  • the heating heater generates heat, and the temperature distribution is long while the control unit measures the temperature change of the multilayer structure specimen over time. Including the step of measuring the specific heat by obtaining the time until it becomes linear in the direction, there is another excellent effect that can accurately measure the specific heat of the multi-layered specimen.
  • a heating heater generates heat
  • the control unit obtains a thermal difference between the contact surfaces of the specimen assembly and the left and right specimen holders.
  • thermal conductivity measurement, specific heat measurement, and thermal contact resistance are all measured for a plurality of multi-structure specimens, and the average value thereof is determined. Since the method is adopted, it is possible to know exactly whether the measurement is being performed normally, and another outstanding effect is that the measurement accuracy can be improved by taking the average value and obtaining the measured value.
  • FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing the overall configuration of a thermal property measurement apparatus for a specimen using a cryogenic freezer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed view illustrating a configuration in which the specimen assembly of FIG. 1 is mounted between left and right specimen holders.
  • FIG. 3 shows an example in which the specimen assembly of FIG. 1 is used to measure specific heat.
  • Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view showing the overall configuration of the apparatus for measuring the thermal properties of a specimen using a cryogenic freezer according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a configuration in which the specimen assembly of Figure 1 is mounted between the left and right specimen holder It is a figure shown in detail.
  • the thermal property measurement apparatus of the specimen using the cryogenic freezer as shown in Figs. 1 and 2, the specimen assembly 70, the left and right specimen holders (50, 50 '), the thermal adapter 40, a heat absorbing source 10, a lower connection portion 30, and a controller (not shown).
  • the specimen assembly 70 has a plurality of multi-layered specimens S and a plurality of specimen-side temperature sensors 73 symmetrically arranged horizontally with respect to the heating heater 77 as a heating source, so that the heating heater ( 77) heat can be transmitted uniformly in the symmetrical direction.
  • the heating heater 77 is disposed at the center, and the multilayer structure specimen S is disposed between the heating heater 77 and the left and right specimen holders 50 and 50 ′.
  • the left and right sides of the multi-layered specimen (S) is disposed a temperature sensor jig 75 is formed with a temperature sensor installation groove (75a) at the center, the installation groove (75a) of the temperature sensor jig 75 Specimen side temperature sensor 73 is inserted.
  • the specimen assembly 70 is arranged at the bottom of the multi-layer specimen (S), the temperature sensor jig 75 and the heating heater 77 at the time of installation to assist in the alignment of the components.
  • FIG. 3 is a view illustrating an example in which the specimen assembly of FIG. 1 is used to measure specific heat, and is characterized in that the temperature sensors 60 and 75 are more densely configured with respect to multiple specimens S.
  • the left and right specimen holders 50 and 50 ′ are configured to act on contact pressure horizontally in a state where both ends of the specimen assembly 70 are fixed, and to adjust the contact pressure and to be parallel to the specimen temperature sensor 73.
  • Specimen holder side temperature sensor 60 is installed on each of them, it is possible to adjust the contact pressure which is one of the important factors of thermal conductivity and heat transfer. That is, slots 50c are formed at each of the inner surfaces of the left and right specimen holders 50 and 50 ', and both ends of the specimen assembly 70 are inserted and fixed.
  • the left and right specimen holders 50 and 50' are respectively formed.
  • Upper and lower horizontal thread grooves 50a and 50b are formed at a wider interval than the height of the specimen assembly 70, respectively, and upper and lower screw bolts SB1 and SB2 are respectively formed in the upper and lower horizontal thread grooves 50a and 50b. ) Is screwed together. As such, since the contact pressure of the specimen assembly 70 is controlled by the upper and lower screw bolts SB1 and SB2, the uniformity and accuracy of the thickness variation of the multilayer structure specimen is improved when the contact pressure of the multilayer specimen S is adjusted. You can.
  • the specimen holder side temperature sensors 60 are inserted into the left and right specimen holders 50 and 50 ', respectively.
  • the left and right specimen holders 50 and 50 ' are formed at both ends of the specimen assembly 70 to fix the symmetry and the contact area uniformity of the multilayer specimen S. Can be improved.
  • the left and right specimen holders 50 and 50 ' are formed in a " ⁇ " shape when viewed from the front to prevent heat from being generated between the left and right specimen holders 50 and 50' and the thermal adapter 40. Improve performance
  • the left and right specimen holders 50 and 50' are bolted to the base of the left and right specimen holders 50 and 50 '.
  • a plurality of passing holes P through which 81 can pass are formed.
  • the thermal adapter 40 is configured to be coupled to the lower portions of the left and right specimen holders 50 and 50 'to conduct heat.
  • the thermal adapter 40 has a plurality of long holes L communicating with the through holes P when the base parts of the left and right specimen holders 50 and 50 'are disposed on the upper part, and the left and right specimen holders 50 are formed. 50 ') and the thermal adapter 40, the bolt 81 passes through the through hole (P) and the long hole (L), and then screwed with the nut 83, the contact of the multi-layered specimen (S) When the pressure is adjusted, the movement range of the left and right specimen holders 50 and 50 'can be expanded.
  • the heat absorbing source 10 is installed at the lower portion of the thermal adapter 40 and configured as a cryogenic freezer to absorb heat, and since the temperature control heater 20 is built in horizontally, there is no limitation of measurement time and limitation of measurement temperature range. It is less and it is easy to control temperature for multi-layered specimen (S).
  • the lower connection portion 30 combines the thermal adapter 40 and the heat absorbing source 10, absorbs vibrations, and transmits heat, and corrugated pipe 32, a plurality of vibration absorbing pads 34, and a plurality of A thermal link 36.
  • One end of the corrugated pipe 32 is coupled to the lower portion of the central portion of the thermal adapter 40, and the other end is coupled to the upper portion of the central portion of the heat absorber 10 to reduce vibrations transmitted between the heat absorber 10 and the thermal adapter 40. It can serve as a bellows, for example.
  • the vibration absorbing pad 34 has one end coupled to the lower portion of the thermal adapter 40 and the other end coupled to the upper portion of the heat absorbing source 10 to absorb vibrations transmitted between the heat absorbing source 10 and the thermal adapter 40. It serves to do so, and it is installed in plural.
  • thermal link 36 One end of the thermal link 36 is coupled to the lower portion of the thermal adapter 40, and the other end is coupled to the upper portion of the heat absorbing source 10 to transfer heat, and a plurality of thermal links 36 are installed.
  • the controller receives a temperature sensing signal from the plurality of specimen-side temperature sensors 73 and the specimen holder-side temperature sensor 60 to measure one or more of thermal conductivity, specific heat, and thermal contact resistance.
  • the specimen assembly 70 or 70 ' is configured between the left and right specimen holders 50 and 50' using the specimen jig Z, and then the specimen jig Z is separated.
  • the thermal conductivity, specific heat, and thermal contact resistance are measured by the controller.
  • the heat generator 77 generates heat and the thermal conductivity is measured using the cross-sectional area and the length of the multilayer structure specimen S by measuring a temperature change according to the amount of heat supplied to the multilayer structure specimen S.
  • the specific heat measurement method is described, by using the test piece assembly 70 'of FIG. 3 to heat the heating heater 77 and to measure the temperature change of the multi-layered specimen (S) over time, the temperature distribution is The specific heat is measured by finding the time until it becomes linear in the longitudinal direction.
  • the method of measuring the thermal contact resistance using the specimen assembly 70 as shown in Figure 1 to heat the heating heater 77, the specimen assembly 70 and the left and right specimen holders 50, 50 '
  • the thermal contact resistance is measured by obtaining the temperature difference of the contact surface of
  • the thermal conductivity measurement, the specific heat measurement, and the thermal contact resistance are all made for a plurality of multi-structured specimens S, and adopting a method of obtaining the average value, it is possible to accurately determine whether the measurement is normally performed.
  • the measurement accuracy can be improved by taking the average value and obtaining the measured value.
  • the cryogenic freezer is configured to absorb heat from the lower part of the thermal adapter and includes a heat absorbing source having a built-in heater for temperature control.
  • a heat absorbing source having a built-in heater for temperature control.
  • the left and right specimens configured to control the contact pressure while acting the contact pressure horizontally while fixing both ends of the specimen assembly
  • the contact pressure By including a holder, it is possible to adjust the contact pressure, which is one of the important factors of the thermal conductivity and heat transfer of the specimen.
  • thermophysical measuring device of the specimen using a cryogenic freezer a plurality of multi-layered specimens and a plurality of specimen-side temperature sensors are arranged horizontally with a symmetrical structure around the heating heater Left and right side of the specimen assembly and the specimen holder side temperature sensor which is configured to act as the contact pressure horizontally in the state fixed to both ends of the specimen assembly and to adjust the contact pressure and to be parallel to the temperature sensor on the specimen side
  • It comprises a specimen holder and a control unit configured to receive a temperature sensing signal from the plurality of specimen-side temperature sensor and the specimen holder-side temperature sensor to measure at least one of thermal conductivity, specific heat and thermal contact resistance, thereby having a multi-layer structure
  • the thermal conductivity, specific heat and thermal contact resistance of the specimen can be measured, and the specimen assembly is level Since the arrangement can eliminate the effect of gravity that may occur when it is installed in a conventional vertical direction.
  • the thermal adapter and the heat absorbing source one end is coupled to the lower portion of the central portion of the thermal adapter, the other end of the heat sink And a plurality of vibration absorbing pads, each of which is coupled to a lower portion of the thermal adapter, coupled to a lower portion of the thermal adapter, and the other end of which is coupled to an upper portion of the heat absorbing source to absorb vibration, and left and right sides of the thermal adapter.
  • One end is respectively coupled to the lower end, and the other end is coupled to the upper left and right sides of the heat absorbing source, respectively, and is coupled by a thermal link that transfers heat, thereby minimizing vibration transmission to the specimen, thereby measuring measurement errors due to vibration. Can be minimized.
  • the heating heater generates heat
  • the controller measures the temperature change according to the amount of heat supplied to the multilayer structure specimen
  • the heating heater generates heat
  • the control unit measures the temperature change of the multi-layered specimen with time, and the temperature distribution is in the longitudinal direction.
  • the heating heater generates heat
  • the control unit obtains a temperature difference between the contact surfaces of the specimen assembly and the left and right specimen holders, thereby providing thermal contact resistance.
  • the thermal conductivity measurement, the specific heat measurement and the measurement of thermal contact resistance are all made for a plurality of multi-structured specimens to obtain an average value thereof. Since it is adopted, it is possible to accurately determine whether the measurement is being performed normally, and the measurement accuracy can be improved by taking the average value and obtaining the measured value.

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Abstract

본 발명은 극저온 냉동기를 흡열원으로 사용하여 시편의 열전도도, 비열 및 열접촉저항과 같은 열물성을 측정할 수 있는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치는 발열용 히터를 중심으로 복수의 다층구조 시편 및 복수의 시편측 온도센서가 대칭구조를 이루며 수평으로 배치되어 있는 시편 조립체; 상기 시편 조립체의 양단부를 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성되며 상기 시편측 온도센서와 수평을 이루는 시편홀더측 온도센서가 각각 설치된 좌, 우측 시편 홀더; 상기 좌, 우측 시편 홀더의 하부에 결합되어 열을 전도할 수 있도록 구성된 써멀 어댑터; 상기 써멀 어댑터의 하부에 설치되어 열을 흡수하도록 극저온 냉동기로 구성되며 온도조절용 히터가 내장되어 있는 흡열원; 및 상기 복수의 시편측 온도센서 및 시편홀더측 온도센서로부터 온도 감지 신호를 입력받아 열전도도, 비열 및 열접촉저항 중의 하나 이상을 측정하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치 및 방법
본 발명은 극저온 냉동기를 이용한 시편의 물성 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 극저온 냉동기를 흡열원으로 사용하여 시편의 열전도도, 비열 및 열접촉저항과 같은 열물성을 측정할 수 있는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 극저온에서의 열전도도 측정은 전도 냉각을 이용한 직접 측정방식과 밀도, 비열, 열확산도를 이용하여 계산하는 간접 측정방식이 사용된다. 간접 측정방식은 극저온에서 밀도, 비열 및 열확산도를 모두 측정하기 매우 어렵기 때문에 잘 사용되고 있지않지만, 직접 측정방식은 정밀도가 상대적으로 우수하여 간접 측정방식보다 많이 채택되어 사용되고 있으며, 냉동기 또는 극저온 용기 내에 구비된 시편홀더에 시편을 부착시킨 후 히터를 이용하여 온도를 가변시키면서 열전도도를 측정하게 된다.
종래의 극저온 열전도도 및 열팽창계수 측정장치는 예컨대, 국내 특허 공개 2012-0059799호 공보에 개시된 바와 같이, 열팽창계수가 측정될 제 1 시편을 지지하는 베이스와, 열전도도가 측정될 제 2 시편의 일측을 구속하여 상기 베이스로부터 이격시키는 홀더와, 상기 홀더로부터 이격되고 상기 제 2 시편의 일측 외면을 내부에 수용하여 외부로부터 제공된 열을 제 2 시편에 전달하는 히터마운트와, 상기 베이스, 제 1 시편, 제 2 시편의 일측에서 온도변화 또는 변형량을 측정하는 센서와, 상기 베이스 및 홀더를 내부에 수용하여 일정 공간을 형성하는 제 1 챔버와, 상기 제 1 챔버를 내부에 수용하여 일정 공간을 형성하는 제 2 챔버와, 상기 제 2 챔버를 내부에 수용하여 외부와 단절된 공간을 형성하는 제 3 챔버와, 냉매공급장치로부터 공급된 냉매를 압축하여 냉각하는 냉각부와, 상기 냉각부로부터 제공된 냉매의 냉기를 전도시켜 상기 제 3 챔버 내부 공간을 극저온으로 냉각하는 열전도부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
그러나 이와 같은 종래의 극저온 열전도도 및 열팽창계수 측정장치는 극저온 유체(액체헬륨, 액체 질소)를 흡열원으로 사용하므로 측정 온도범위가 제한되며 또한 유체의 증발로 인해 실험의 시간적인 제약과 장치의 경제성에 한계를 가지고 있으며, 열전도에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나인 접촉압력에 따른 열전도도의 측정이 불가능하며, 다층구조를 갖는 시편의 설치가 불가능하며, 시편의 접촉저항의 측정이 불가능하다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 방식에 비해 측정 온도 범위의 제한이 적고 냉매의 증발로 인한 측정 시간 제약이 없으며, 시편의 접촉압력을 조절할 수 있으며, 다층 구조를 갖는 시편의 열전도도, 비열 및 열접촉저항을 측정할 수 있는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치는 발열용 히터를 중심으로 복수의 다층구조 시편 및 복수의 시편측 온도센서가 대칭구조를 이루며 수평으로 배치되어 있는 시편 조립체; 상기 시편 조립체의 양단부를 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성되며 상기 시편측 온도센서와 수평을 이루는 시편홀더측 온도센서가 각각 설치된 좌, 우측 시편 홀더; 상기 좌, 우측 시편 홀더의 하부에 결합되어 열을 전도할 수 있도록 구성된 써멀 어댑터; 상기 써멀 어댑터의 하부에 설치되어 열을 흡수하도록 극저온 냉동기로 구성되며 온도조절용 히터가 내장되어 있는 흡열원; 및 상기 복수의 시편측 온도센서 및 시편홀더측 온도센서로부터 온도 감지 신호를 입력받아 열전도도, 비열 및 열접촉저항 중의 하나 이상을 측정하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 있어서, 상기 써멀 어댑터와 상기 흡열원은 진동을 흡수함과 아울러 열을 전달하도록 구성된 하부 연결부에 의해 결합되며; 상기 하부 연결부는 상기 써멀 어댑터의 중심부 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 중심부 상부에 타단부가 결합되어 전달되는 진동을 줄이는 주름관, 상기 써멀 어댑터의 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 상부에 타단부가 결합되어 진동을 흡수하는 복수의 진동 흡수 패드, 및 상기 써멀 어댑터의 좌, 우측 하부에 각각 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 좌, 우측 상부에 각각 타단부가 결합되어 열을 전달하는 써멀 링크를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 있어서, 상기 시편 조립체는 상기 발열용 히터가 중심에 배치되며, 상기 발열용 히터와 상기 좌, 우측 시편 홀더 사이에 상기 다층구조 시편이 배치되며, 상기 다층구조 시편의 좌, 우 양측에는 중심에 설치홈이 형성된 온도센서 지그가 배치되며, 상기 온도센서 지그의 설치홈에는 상기 시편측 온도센서가 삽입설치되며; 상기 좌, 우측 시편 홀더에는 각각 상기 시편홀더측 온도센서가 삽입설치되며, 상기 좌, 우측 시편 홀더의 내측면 각각에는 상기 시편 조립체의 양단부가 삽입되어 고정되는 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 있어서, 상기 시편 조립체는 시편 설치시에 상기 다층구조 시편, 온도센서 지그 및 발열용 히터의 하단부에 편평한 시편지그를 배치하고 시편 설치후에는 상기 시편지그를 제거할 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 있어서, 상기 좌, 우측 시편 홀더에는 각각 상기 시편 조립체의 높이보다 넓은 간격으로 상, 하측 수평 나사홈이 형성되어 있으며, 상기 상, 하측 수평 나사홈에는 각각 상, 하측 스크류 볼트가 나사 결합될 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 있어서, 상기 좌, 우측 시편 홀더는 정면에서 볼 때 "ㅗ"형상으로 형성되어 있으며, 상기 써멀 어댑터에 복수의 볼트 및 너트에 의해 결합될 수 있다.
상기 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 있어서, 상기 좌, 우측 시편 홀더의 베이스부에는 상기 볼트가 통과될 수 있는 통과공이 복수개 형성되어 있으며, 상기 써멀 어댑터에는 상기 베이스부가 상부에 배치되었을 때 상기 통과공과 연통하는 장공이 복수개 형성되어 있으며, 상기 좌, 우측 시편 홀더와 상기 써멀 어댑터의 결합시 상기 통과공 및 장공을 상기 볼트가 통과한 후 상기 너트와 나사결합될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법은 온도조절용 히터에 의해 흡열원의 흡열 온도가 조절되어 시편조립체의 온도가 조절되는 단계; 및 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 다층 구조 시편의 공급 열량에 따른 온도 변화를 측정하여서 상기 다층 구조 시편의 단면적 및 길이를 이용하여 열전도도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법은 온도조절용 히터에 의해 흡열원의 흡열 온도가 조절되어 시편조립체의 온도가 조절되는 단계; 및 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시간에 따른 다층구조 시편의 온도 변화를 측정하면서 온도 분포가 길이방향으로 선형이 될 때 까지의 시간을 구하여 비열을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법은 온도조절용 히터에 의해 흡열원의 흡열 온도가 조절되어 시편조립체의 온도가 조절되는 단계; 및 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시편 조립체와 좌, 우측 시편 홀더의 접촉면의 온도 차이를 구하여 열접촉저항을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 있어서, 상기 열전도도 측정, 비열 측정 및 열접촉저항 측정 단계는 복수의 다중 구조 시편에 대해 모두 이루어져 그 평균값을 취하여 산출할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 써멀 어댑터의 하부에 설치되어 열을 흡수하도록 극저온 냉동기로 구성되며 온도조절용 히터가 내장되어 있는 흡열원을 포함하여 구성됨으로써, 종래의 극저온 유체(액체헬륨, 액체질소)를 흡열원으로 사용하는 방식에 비해 측정 온도 범위의 제한이 적고 냉매의 증발로 인한 측정 시간의 제약이 없다는 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 시편 조립체의 양단을 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성된 좌, 우측 시편 홀더를 포함하여 구성됨으로써, 시편의 열전도도 및 열 전달의 중요한 요소중 하나인 접촉압력을 조절할 수 있다는 다른 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 발열용 히터를 중심으로 복수의 다층구조 시편 및 복수의 시편측 온도센서가 대칭구조를 이루며 수평으로 배치되어 있는 시편 조립체와, 상기 시편 조립체의 양단을 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성되며 상기 시편측 온도센서와 수평을 이루는 시편홀더측 온도센서가 각각 설치된 좌, 우측 시편 홀더와, 상기 복수의 시편측 온도센서 및 시편홀더측 온도센서로부터 온도 감지 신호를 입력받아 열전도도, 비열 및 열접촉저항 중의 하나 이상을 측정하도록 구성된 제어부를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조를 갖는 시편의 열전도도, 비열 및 열접촉저항을 측정할 수 있으며, 더욱이 시편 조립체가 수평으로 배치되어 있으므로 종래의 수직 방향으로 설치될 때 발생할 수 있는 중력 영향을 없앨 수 있다는 또다른 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 써멀 어댑터와 흡열원이, 상기 써멀 어댑터의 중심부 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 중심부 상부에 타단부가 결합되어 전달되는 진동을 줄이는 주름관과, 상기 써멀 어댑터의 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 상부에 타단부가 결합되어 진동을 흡수하는 복수의 진동 흡수 패드와, 상기 써멀 어댑터의 좌, 우측 하부에 각각 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 좌, 우측 상부에 각각 타단부가 결합되어 열을 전달하는 써멀 링크에 의해 결합되는 구성을 가짐으로써, 시편으로의 진동 전달을 최소화시키므로 진동에 의한 측정오차를 최소화할 수 있다는 또다른 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 다층 구조 시편의 공급 열량에 따른 온도 변화를 측정하여서 상기 다층 구조 시편의 단면적 및 길이를 이용하여 열전도도를 측정하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조 시편의 열전도도를 정확히 측정할 수 있다는 또다른 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시간에 따른 다층구조 시편의 온도 변화를 측정하면서 온도 분포가 길이방향으로 선형이 될 때 까지의 시간을 구하여 비열을 측정하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조 시편의 비열을 정확히 측정할 수 있다는 또다른 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시편 조립체와 좌, 우측 시편 홀더의 접촉면의 온도 차이를 구하여 열접촉저항을 측정하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조 시편의 열접촉저항을 정확히 측정할 수 있다는 또다른 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 열전도도 측정, 비열 측정 및 열접촉저항의 측정이 복수의 다중구조 시편에 대해 모두 이루어져 그 평균값을 구하는 방식을 채택하고 있으므로, 해당 측정이 정상적으로 이루어지고 있는지 정확히 파악할 수 있으며, 평균값을 취하여 측정값을 구함으로써 측정 정밀도를 높일 수 있다는 또다른 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치의 전체 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 시편 조립체가 좌, 우측 시편 홀더 사이에 장착된 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 시편 조립체가 비열을 측정하기 위해 사용된 예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치의 전체 구성을 나타내는 종단면도이며, 도 2는 도 1의 시편 조립체가 좌, 우측 시편 홀더 사이에 장착된 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치는, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 시편 조립체(70), 좌, 우측 시편 홀더(50, 50'), 써멀 어댑터(40), 흡열원(10), 하부 연결부(30) 및 제어부(도시되지 않음)를 포함한다.
시편 조립체(70)는 발열원인 발열용 히터(77)를 중심으로 복수의 다층구조 시편(S) 및 복수의 시편측 온도센서(73)가 대칭구조를 이루며 수평으로 배치되어 있으므로, 발열용 히터(77)를 중심으로 대칭방향으로 열을 균일하게 전달할 수 있다. 좀더 상세하게 설명하면, 시편 조립체(70)는 발열용 히터(77)가 중심에 배치되며, 발열용 히터(77)와 좌, 우측 시편 홀더(50, 50') 사이에 다층구조 시편(S)이 배치되며, 다층구조 시편(S)의 좌, 우 양측에는 중심에 온도센서 설치홈(75a)이 형성된 온도센서 지그(75)가 배치되며, 온도센서 지그(75)의 설치홈(75a)에는 시편측 온도센서(73)가 삽입설치된다. 이와 같이, 온도센서 지그(75)의 온도센서 설치홈(75a)에 시편측 온도센서(73)가 삽입설치되는 구조를 가짐으로써 시편에 대한 온도 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한 시편 조립체(70)는 설치시에 다층구조 시편(S), 온도센서 지그(75) 및 발열용 히터(77)의 하단부에 편평한 얇은 시편지그(Z)를 배치하여 구성 요소들의 정렬에 도움을 주고, 시편 설치후에는 시편지그(Z)를 제거한다. 한편, 도 3은 도 1의 시편 조립체가 비열을 측정하기 위해 사용된 예를 나타낸 도면으로서, 다중시편(S)에 대해 온도센서(60, 75)가 좀더 조밀하게 구성된 것이 특징적이며, 시간에 따른 다중시편(S) 내부의 온도변화를 측정하여 온도 분포가 길이방향으로 선형이 될 때 까지의 시간을 측정하여 다중시편(S)의 비열을 측정할 수 있는 구조이다.
좌, 우측 시편 홀더(50, 50')는 시편 조립체(70)의 양단을 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성되며 시편측 온도센서(73)와 수평을 이루는 시편홀더측 온도센서(60)가 각각에 설치되어 있어 열전도도 및 열전달의 중요한 요소중 하나인 접촉압력 조절이 가능하다. 즉, 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')의 내측면 각각에는 시편 조립체(70)의 양단부가 삽입되어 고정되는 슬롯(50c)이 형성되고, 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')에는 각각 시편 조립체(70)의 높이보다 넓은 간격으로 상, 하측 수평 나사홈(50a, 50b)이 형성되어 있으며, 상, 하측 수평 나사홈(50a, 50b)에는 각각 상, 하측 스크류 볼트(SB1, SB2)가 나사 결합된다. 이와 같이 상, 하측 스크류 볼트(SB1, SB2)에 의해 시편 조립체(70)의 접촉 압력을 조절하기 때문에 다층구조 시편(S)의 접촉 압력 조절시 다층구조 시편의 두께 변화의 균일성 및 정확성을 향상시킬 수 있다. 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')에는 각각 시편홀더측 온도센서(60)가 삽입설치된다. 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')의 측면 각각에는 시편 조립체(70)의 양단부가 삽입되어 고정되는 슬롯(50c)이 형성되어 있으므로 다층구조 시편(S)의 대칭성 및 접촉면적의 균일성을 향상시킬 수 있다. 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')는 정면에서 볼 때 "ㅗ"형상으로 형성되어 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')와 써멀 어댑터(40) 사이에 공간이 발생되는 것을 방지하여 열전달성능을 향상시킨다. 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')는 써멀 어댑터(40)에 복수의 볼트(81) 및 너트(83)에 의해 결합되며, 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')의 베이스부에는 볼트(81)가 통과될 수 있는 통과공(P)이 복수개 형성된다.
써멀 어댑터(40)는 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')의 하부에 결합되어 열을 전도할 수 있도록 구성된다. 써멀 어댑터(40)에는 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')의 베이스부가 상부에 배치되었을 때 통과공(P)과 연통하는 장공(L)이 복수개 형성되어 있으며, 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')와 써멀 어댑터(40)의 결합시 통과공(P) 및 장공(L)을 볼트(81)가 통과한 후 너트(83)와 나사결합되어 있으므로, 다층구조 시편(S)의 접촉압력 조절시에 좌, 우측 시편홀더(50, 50')의 이동범위를 확대할 수 있다.
흡열원(10)은 써멀 어댑터(40)의 하부에 설치되어 열을 흡수하도록 극저온 냉동기로 구성되며 온도조절용 히터(20)가 수평으로 내장되어 있으므로, 측정시간의 제약이 없으며 측정온도 범위의 제한이 적으며 다층구조 시편(S)에 대한 온도조절이 용이하다.
하부 연결부(30)는 써멀 어댑터(40)와 흡열원(10)을 결합시키며 진동을 흡수함과 아울러 열을 전달하는 역할을 하며, 주름관(32), 복수의 진동 흡수 패드(34) 및 복수의 써멀 링크(36)를 포함한다.
주름관(32)은 써멀 어댑터(40)의 중심부 하부에 일단부가 결합되며 흡열원(10)의 중심부 상부에 타단부가 결합되어 흡열원(10)과 써멀 어댑터(40) 사이에서 전달되는 진동을 줄이는 역할을 하며, 예컨대 벨로우즈(bellows)로 구성될 수 있다.
진동 흡수 패드(34)는 써멀 어댑터(40)의 하부에 일단부가 결합되며 흡열원(10)의 상부에 타단부가 결합되어 흡열원(10)과 써멀 어댑터(40) 사이에서 전달되는 진동을 흡수하는 역할을 하며, 복수개 설치되어 있다.
써멀 링크(36)는 써멀 어댑터(40)의 하부에 일단부가 결합되며 흡열원(10)의 상부에 타단부가 결합되어 열을 전달하는 역할을 하며 복수개 설치되어 있다.
제어부(도시되지 않음)는 복수의 시편측 온도센서(73) 및 시편홀더측 온도센서(60)로부터 온도 감지 신호를 입력받아 열전도도, 비열 및 열접촉저항 중의 하나 이상을 측정하는 역할을 한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 시편 지그(Z)를 이용하여 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')사이에 시편 조립체(70 또는 70')를 구성한 후 시편 지그(Z)를 분리한다.
이어서, 온도조절용 히터(20)를 이용하여 흡열원(10)의 흡열 온도를 조절하여 시편조립체의 온도를 조절하면서, 제어부에 의해 열전도도, 비열 및 열접촉저항을 측정한다.
열전도도 측정 방법에 대해 설명하면, 발열용 히터(77)를 발열시키고 다층 구조 시편(S)의 공급 열량에 따른 온도 변화를 측정하여서 다층 구조 시편(S)의 단면적 및 길이를 이용하여 열전도도를 구한다.
한편, 비열의 측정방법에 대해 설명하면, 도 3의 시편 조립체(70')를 이용하여서 발열용 히터(77)를 발열시키고 시간에 따른 다층구조 시편(S)의 온도 변화를 측정하면서 온도 분포가 길이방향으로 선형이 될 때 까지의 시간을 구하여 비열을 측정하게 된다.
한편, 열접촉저항의 측정방법에 대해 설명하면, 도 1과 같은 시편 조립체(70)를 이용하여서 발열용 히터(77)를 발열시키고 시편 조립체(70)와 좌, 우측 시편 홀더(50, 50')의 접촉면의 온도 차이를 구하여 열접촉저항을 측정하게 된다.
한편, 상기 열전도도 측정, 비열 측정 및 열접촉저항의 측정은 복수의 다중구조 시편(S)에 대해 모두 이루어져 그 평균값을 구하는 방식을 채택하고 있으므로, 해당 측정이 정상적으로 이루어지고 있는지 정확히 파악할 수 있으며, 평균값을 취하여 측정값을 구함으로써 측정 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 써멀 어댑터의 하부에 설치되어 열을 흡수하도록 극저온 냉동기로 구성되며 온도조절용 히터가 내장되어 있는 흡열원을 포함하여 구성됨으로써, 종래의 극저온 유체(액체헬륨, 액체질소)를 흡열원으로 사용하는 방식에 비해 측정 온도 범위의 제한이 적고 냉매의 증발로 인한 측정 시간의 제약이 없다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 시편 조립체의 양단을 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성된 좌, 우측 시편 홀더를 포함하여 구성됨으로써, 시편의 열전도도 및 열 전달의 중요한 요소중 하나인 접촉압력을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 발열용 히터를 중심으로 복수의 다층구조 시편 및 복수의 시편측 온도센서가 대칭구조를 이루며 수평으로 배치되어 있는 시편 조립체와, 상기 시편 조립체의 양단을 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성되며 상기 시편측 온도센서와 수평을 이루는 시편홀더측 온도센서가 각각 설치된 좌, 우측 시편 홀더와, 상기 복수의 시편측 온도센서 및 시편홀더측 온도센서로부터 온도 감지 신호를 입력받아 열전도도, 비열 및 열접촉저항 중의 하나 이상을 측정하도록 구성된 제어부를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조를 갖는 시편의 열전도도, 비열 및 열접촉저항을 측정할 수 있으며, 더욱이 시편 조립체가 수평으로 배치되어 있으므로 종래의 수직 방향으로 설치될 때 발생할 수 있는 중력 영향을 없앨 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의하면, 써멀 어댑터와 흡열원이, 상기 써멀 어댑터의 중심부 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 중심부 상부에 타단부가 결합되어 전달되는 진동을 줄이는 주름관과, 상기 써멀 어댑터의 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 상부에 타단부가 결합되어 진동을 흡수하는 복수의 진동 흡수 패드와, 상기 써멀 어댑터의 좌, 우측 하부에 각각 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 좌, 우측 상부에 각각 타단부가 결합되어 열을 전달하는 써멀 링크에 의해 결합되는 구성을 가짐으로써, 시편으로의 진동 전달을 최소화시키므로 진동에 의한 측정오차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 다층 구조 시편의 공급 열량에 따른 온도 변화를 측정하여서 상기 다층 구조 시편의 단면적 및 길이를 이용하여 열전도도를 측정하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조 시편의 열전도도를 정확히 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시간에 따른 다층구조 시편의 온도 변화를 측정하면서 온도 분포가 길이방향으로 선형이 될 때 까지의 시간을 구하여 비열을 측정하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조 시편의 비열을 정확히 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시편 조립체와 좌, 우측 시편 홀더의 접촉면의 온도 차이를 구하여 열접촉저항을 측정하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 다층 구조 시편의 열접촉저항을 정확히 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법에 의하면, 열전도도 측정, 비열 측정 및 열접촉저항의 측정이 복수의 다중구조 시편에 대해 모두 이루어져 그 평균값을 구하는 방식을 채택하고 있으므로, 해당 측정이 정상적으로 이루어지고 있는지 정확히 파악할 수 있으며, 평균값을 취하여 측정값을 구함으로써 측정 정밀도를 높일 수 있다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 발열용 히터를 중심으로 복수의 다층구조 시편 및 복수의 시편측 온도센서가 대칭구조를 이루며 수평으로 배치되어 있는 시편 조립체;
    상기 시편 조립체의 양단부를 고정한 상태에서 수평으로 접촉 압력을 작용하며 이 접촉 압력을 조절할 수 있도록 구성되며 상기 시편측 온도센서와 수평을 이루는 시편홀더측 온도센서가 각각 설치된 좌, 우측 시편 홀더;
    상기 좌, 우측 시편 홀더의 하부에 결합되어 열을 전도할 수 있도록 구성된 써멀 어댑터;
    상기 써멀 어댑터의 하부에 설치되어 열을 흡수하도록 극저온 냉동기로 구성되며 온도조절용 히터가 내장되어 있는 흡열원; 및
    상기 복수의 시편측 온도센서 및 시편홀더측 온도센서로부터 온도 감지 신호를 입력받아 열전도도, 비열 및 열접촉저항 중의 하나 이상을 측정하도록 구성된 제어부를 포함하는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 써멀 어댑터와 상기 흡열원은 진동을 흡수함과 아울러 열을 전달하도록 구성된 하부 연결부에 의해 결합되며;
    상기 하부 연결부는
    상기 써멀 어댑터의 중심부 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 중심부 상부에 타단부가 결합되어 전달되는 진동을 줄이는 주름관,
    상기 써멀 어댑터의 하부에 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 상부에 타단부가 결합되어 진동을 흡수하는 복수의 진동 흡수 패드, 및
    상기 써멀 어댑터의 좌, 우측 하부에 각각 일단부가 결합되며 상기 흡열원의 좌, 우측 상부에 각각 타단부가 결합되어 열을 전달하는 써멀 링크를 포함하는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편 조립체는
    상기 발열용 히터가 중심에 배치되며,
    상기 발열용 히터와 상기 좌, 우측 시편 홀더 사이에 상기 다층구조 시편이 배치되며,
    상기 다층구조 시편의 좌, 우 양측에는 중심에 설치홈이 형성된 온도센서 지그가 배치되며,
    상기 온도센서 지그의 설치홈에는 상기 시편측 온도센서가 삽입설치되며;
    상기 좌, 우측 시편 홀더에는 각각 상기 시편홀더측 온도센서가 삽입설치되며,
    상기 좌, 우측 시편 홀더의 내측면 각각에는 상기 시편 조립체의 양단부가 삽입되어 고정되는 슬롯이 형성되는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시편 조립체는 시편 설치시에 상기 다층구조 시편, 온도센서 지그 및 발열용 히터의 하단부에 편평한 시편지그를 배치하고 시편 설치후에는 상기 시편지그를 제거하는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌, 우측 시편 홀더에는 각각 상기 시편 조립체의 높이보다 넓은 간격으로 상, 하측 수평 나사홈이 형성되어 있으며,
    상기 상, 하측 수평 나사홈에는 각각 상, 하측 스크류 볼트가 나사 결합되는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌, 우측 시편 홀더는 정면에서 볼 때 "ㅗ"형상으로 형성되어 있으며, 상기 써멀 어댑터에 복수의 볼트 및 너트에 의해 결합되는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 좌, 우측 시편 홀더의 베이스부에는 상기 볼트가 통과될 수 있는 통과공이 복수개 형성되어 있으며,
    상기 써멀 어댑터에는 상기 베이스부가 상부에 배치되었을 때 상기 통과공과 연통하는 장공이 복수개 형성되어 있으며,
    상기 좌, 우측 시편 홀더와 상기 써멀 어댑터의 결합시 상기 통과공 및 장공을 상기 볼트가 통과한 후 상기 너트와 나사결합되는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치.
  8. 제 1 항에 기재된 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의해 구현되는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법으로서:
    온도조절용 히터에 의해 흡열원의 흡열 온도가 조절되어 시편조립체의 온도가 조절되는 단계; 및
    발열용 히터가 발열되고, 제어부가 다층 구조 시편의 공급 열량에 따른 온도 변화를 측정하여서 상기 다층 구조 시편의 단면적 및 길이를 이용하여 열전도도를 측정하는 단계를 포함하는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법.
  9. 제 1 항에 기재된 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의해 구현되는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법으로서:
    온도조절용 히터에 의해 흡열원의 흡열 온도가 조절되어 시편조립체의 온도가 조절되는 단계; 및
    발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시간에 따른 다층구조 시편의 온도 변화를 측정하면서 온도 분포가 길이방향으로 선형이 될 때 까지의 시간을 구하여 비열을 측정하는 단계를 포함하는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법.
  10. 제 1 항에 기재된 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 장치에 의해 구현되는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법으로서:
    온도조절용 히터에 의해 흡열원의 흡열 온도가 조절되어 시편조립체의 온도가 조절되는 단계; 및
    발열용 히터가 발열되고, 제어부가 시편 조립체와 좌, 우측 시편 홀더의 접촉면의 온도 차이를 구하여 열접촉저항을 측정하는 단계를 포함하는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도도 측정, 비열 측정 및 열접촉저항 측정 단계는 복수의 다중 구조 시편에 대해 모두 이루어져 그 평균값을 취하여 산출하는, 극저온 냉동기를 이용한 시편의 열물성 측정 방법.
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