제4장 Heat seal 조작의 기본 - 3(용착면 온도 측정법)

[YDfamily]

4.2.3 용착면 온도 측정 시스템의 구성 항목과 사양

(1) 센서 선택

열전대는 2종의 선재료의 접촉점이 검지점이 되기 때문에 구조가 간단하여 취급도 용이하다. 미세한 용착면 온도 검출에 13, 25, 45㎛ Ø의 chromel / alumel (CA; “K”)의 열전대의 적용성을 검토하였다.

(2) 온도 감도

“K” 열전대의 온도/전압의 변환성능은 작고(≒0.94mV/1℃), HS의 온도 해석에서 요구되는 0.1℃의 분해능을 얻기 위해서는 적어도 0.05℃의 감도가 필요하다.

이것은 전압으로 하는 2㎶(2*10-6V)로 된다. 이를 위해서는 안정한 120㏈ 이상의 고감도의 직류 증폭기가 필요하게 된다.

(3) 검출 속도

HS의 용착면 온도의 변화 속도는 운전 조작 속도에 관계없이 재료의 전열 속도에 의해 결정된다. 실제의 운전 온도와 재료의 두께로부터 추정하면 수백℃/s~100℃/s의 고속인 온도 경사로 된다. 온도 경사로부터 역산하면 0.01~0.005s/℃로 된다.

(4) 디지털 변환 요구

용착면 온도를 직접 측정하는 것에는 고감도가 더해진 고속의 신호 처리계가 요구된다.

데이터를 컴퓨터로 처리하기 위해서는 아날로그의 온도 신호를 A/D 변환할 필요가 있다. 취급 온도 범위를 상온~250℃로 하고, 0.1℃의 분해 능력을 얻는 데에는 적어도 4 자리의 변환이 요구된다. 이를 위해서는 BCD계의 데이터 처리에서는 16bit가 필요하게 된다.

(5) 데이터 축적/통신기능

용착면 온도 측정에는 용착면 온도 외 재료의 열 응답특성, 가열체의 표면의 온도분포 등의 관련 주변 정보의 수집, 그 위에 미세 부분의 온도 측정에도 사용 가능한 기능이 기대된다. 채취 데이터는 적어도 200개 이상(전 데이터 량의 0.5%의 분해능)의 채취가 요구된다. 측정 데이터의 컴퓨터로의 송신, 격납 기능의 자동화가 필요하다.

(6) 데이터 처리 S/W

하나의 측정에는 적어도 200개 이상의 데이터를 수집하고, 처리하는 것이 필요하다.

채취 데이터를 정보화 하기 위해서는 가감승제의 연산이나 데이터 이동, 그래프 등의 작도 조작이 필요하다. PC에 의한 데이터 처리가 가능하도록 한다.

(7) 가열 unit

가열부는 가열온도의 조절성, 안정성에 우수한 가열체(heat bar)를 한 벌로 한 heat zone 방식으로 한다. 가열 표면의 온도 분포를 적게 하기 위해서는 heat pipe를 장착한다.

2개의 가열체의 표면 온도의 정확한 파악과 조절의 어긋남의 확인을 위해서 표면 온도 센서를 장착하고 고분해 능의 표시계를 설치한다.

이들의 기능을 탑재한 시험 시스템 MTMS kit는 다음과 같은 성능이 얻어진다.

∙ 가열온도 범위: 실온~220℃

∙ 온도 정밀도: ± 1.5℃

∙ 온도 분해능: 0.1℃ (16bit A/D 변환)

∙ 온도 조절방법: on-off PID, 0.1℃ 단위

∙ 응답 분해능: 2/1000s

∙ Zone의 작동: 수동식, 반자동식

∙ 통신기능(LAN): RS-232C (TCP/IP)

도4.3 개발한 용착면 온도 측정 시스템 MTMS kit의 구성

이 구성을 도4.3에, 조립 예를 사진4.1에 나타내었다. (a)는 kit의 전체, (b)는 수동식 가열 조작부와 조작의 모습, (c)는 용착면 온도의 계측 후의 샘플을 나타내었다.

MTMS kit에서는 1회당 시험 샘플은 사진과 같이 소량으로 완료된다.

(a) MTMS kit의 전체

사진4.1 용착면 온도이 측정장치: MTMS kit