KR100219779B1 - 고주파 유도가열기의 가열정도 감지방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 유도가열기에 있어서 보이지 않는 피 가열체의 가열정도를 감지하는 고주파 유도가열기의 가열정도 감지장치에 관한 것으로, 상세하게는 가열물이 자성을 잃는 퀴리온도(Curie temperature)에서 유도전압(또는 유도전류, 또는 유도전력)이 변화하는 것을 이용하여 피 가열체의 가열상태를 직접보지 않고서도 그 가열정도를 확인할 수 있는 고주파 유도가열기의 가열정도 감지장치에 관한 것이다.

Description

고주파 유도가열기의 가열정도 감지장치.

본 발명은 고주파 유도가열기에 있어서 보이지 않는 부분에 위치하는 피 가열체의 가열정도를 감지하는 장치에 관한 것으로, 상세하게는 가열물이 자성을 잃는 퀴리온도(Curie temperature)에서 유도전압(또는 유도전류, 또는 유도전력)이 변화하는 것을 이용하여 피 가열체의 가열상태를 직접보지 않고서도 그 가열정도를 확인할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 고주파 유도가열기는 철금속 또는 비철금속으로 된 도전성 피 가열체를 고주파 유도전류로 가열시키므로 피 가열체를 유도코일로부터 다소 이격시켜 가열할 수 있다.

따라서, 피 가열체가 은폐된 장소에 위치하거나 사물에 가리는 등의 이유로 눈에 보이지 않는 경우, 예컨데 브라운관의 진공도 유지를 위하여 게터플레싱(Getter flashing)작업을 하는 경우 게터(Getter)의 가열여부나 가열정도를 시각적으로 확인할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 브라운관을 진공배기(배기 CART)시킨 다음 전자총 및 그리드 전극을 가열시켜 작업과정에서 흡착된 이물, 손때 등을 제거시키는 경우에도 전자총 및 그리드 전극의 과열에 의해 품질불량이 발생되는 요인이 있다.

종래에는 피 가열체의 부근에 적외선 감지기를 설치하여 피 가열체의 가열여부나 가열정도를 적외선으로 검출하였기 때문에 여러 가지의 문제점이 있었다.

즉, 적외선 감지기의 가격이 비쌀 뿐 아니라 먼지나 이물질이 적외선 감지기에 흡착되는 경우 오동작의 우려가 있고, 주변 적외선의 영향을 받아 신뢰성이 낮을 뿐 아니라 물품의 크기나 재질특성 등에 따라 적외선 감지기의 위치조정이 수반되고 그에 따른 위치확인 회로가 필요한 등의 문제점이 있었다.

한편, 고주파 유도가열에서 도전성 철금속으로 된 피 가열체가 유도전류에 의해 자성(磁性)을 잃는 퀴리온도(Curie temperature) 이상으로 가열되면 유도전압(또는 유도전류 또는 유도전압)이 제 4 도와 같이 미세하게 변화하므로 본 발명은 이러한 점을 이용하여 피 가열체의 가열여부나 가열상태를 눈으로 직접보지 않고서도 고주파 유도전압의 변화분으로 감지하여 피 가열체의 가열여부나 가열정도를 쉽게 확인할 수 있는 장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 자성을 띄지 않는 철금속의 경우 비투자율(㎲)과 부하저항(R)과의 관계는 제 5 도와 같으며, 또한 상기 철금속과 같은 유도전류의 전위차는 발생되지 아니하나 피 가열체의 온도가 상승되면 제 2 도와 같이 유도전류가 다소 감소됨을 이용하여 본 발명에서는 입력되는 유도전위가 일정시간 경과될 때까지 기준전위 미만으로 하강되면 비철금속이 가열된 것으로 판단하도록 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 고주파 출력부의 전압변화 추이를 감지하되 가열전위가 퀴리온도에 따른 특성변화(제 4 도, 제 6 도)를 보이면 피 가열체가 충분히 가열된 것으로 판단하도록 하며, 매회 가열할 때 마다 입력되는 전위와 비교되는 기준전위는 최초 1회 가열부터 10회 가열 때까지의 전압변화 추이를 감지하여 기준전위 특성 변화도를 획득하게 되는 것으로, 고주파 유도 가열시간이 평균 20초 정도 소요된다고 가정할 때 10회간 가열 시 1초부터 20초까지의 매초 단위별 전위점(electric potential point)을 각각 획득한 다음 10회 간의 초 단위별 전위점을 평균하여 제 6 도와 같은 기준전위 특성을 획득하도록 하며 , 입력되는 가열전위가 상기 기준전위의 범위를 벗어나면 피 가열체가 충분히 가열된 것으로 판단하도록 한다.

상기 기준전위는 ±00%~±50%의 비교 폭(비교범위)을 설정할 수 있게 함으로써 피 가열체의 크기나 재질, 가열깊이 , 가열패턴, 가열특성 , 가열시간, 가열정밀도에 따라 기준전위의 비교 폭을 적절히 선택할 수 있게 한다.

제 1 도 : 본 발명의 회로 블록도.

제 2 도 : 본 발명에서 철금속에 의한 전위변화도.

제 3 도 : 본 발명에서 고주파부의 전기접촉이 불량한 경우의 전위변화도.

제 4 도 : 퀴리온도에 의한 유도전위(또는 유도전류)의 전위변화도.

제 5 도 : 비 투자율(15)과 등가부하(R)에 의한 유도전압의 전위변화도.

제 6 도 : 본 발명에서 퀴리온도에 의한 전위변화도.

제 7 도 : 본 발명에서 피 가열체가 워크코일에 투입되지 않은 상태(부하가없는 상태)의 유도전위 그래프도.

제 8 도 : 본 발명에서 피 가열체가 워크코일에 근접 투입된 상태의 유도전위 그래프도 .

제 9 도 : 본 발명에서 피 가열체가 워크코일로부터 비교적 이격 된 상태의 전위 그래프도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

가 : 고주파 유도가열기 10 : DC 전력 제어부

20 : A/D 콘버터 30 : CPU

40 : 표시부 50 : 출력부

60 : 전원부 70 : 설정부

B : 부저 Ry : 릴 레 이

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다. 제 1 도는 본 발명 고주파 유도가열기(가)의 회로 블럭도로, 고주파유도 출력부의 출력을 제어하는 고주파 유도 가열기의 DC 전력제어부(10)에 A/D 콘버터(20)와 CPU(30)를 차례로 접속하여 DC 전력제어부(10)의 일부전압이 디지털 신호로 변환되어 CPU(30)로 입력되게 한다.

CPU(30)의 출력에 발광다이오드나 세븐 쎄그먼트 또는 백정표시기(LCD) 등으로 구성된 표시부(40)와, 부저(B)와 같은 경보수단 및 고주파 출력부를 단속(ON/OFF 또는 출력증감)하는 릴레이(Ry) 등을 갖는 출력부(50)를 각각 접속한다.

상기에서 CPU(30)는 기억수단으로 램(RAM)과 롬(ROM) 및 이이피 롬(E²PROM: 33)을 가지며, 또한 인터페이스를 갖는 원칩 마이크로프로세서로서 DC전력 제어부(10)로부터 입력되는 유도전압의 변화추이를 감시하다가 제 4 도 및 제 6 도와 같이 퀴리온도에 따른 전압특성변화를 보이면 피 가열체가 충분히 가열된 것으로 판단하여 출력부(50)로 제어신호 또는 경보신호를 출력하도록 한다.

전원부(60)를 갖는 상기 CPU(30)는 기준전위 변화분 데이터를 얻기 위하여 최초 1회 가열부터 10회 가열할 때까지 A/D콘버터(20)를 통하여 입력되는 각각의 전위 변화 값을 획득한 다음 평균하여 기준전위로 취하고, 상기 기준전위는 CPU(30)의 기억수단에 래치(latch)시킨 다음 피 가열체를 가열할 때마다 입력되는 전위와 비교되게 하며, 입력전위 변화 분이 기준전위 변화 분을 초과하거나 미만이면 CPU(30)의 출력으로 경보 또는 제어신호가 출력되어 출력부의 부저(B)가 경보되거나, 또는 부저(B)가 경보되면서 릴레이(Ry)와 같은 제어수단이 동작하여 고주파 출력을 감소시키거나, 또는 고주파 출력부(인버터부)의 동작을 정지시키거나 고주파 유도전류를 차단하는 등의 방법으로 고주파 가열을 중지시킬 수 있게 한다.

또한, CPU의 일단에 딥 스위치(DIP Switch)와 같은 종류의 설정부(70)를 접속하여 비교 전위폭을 적절히 설정할 수 있게 한다.

즉, 설정부(70)를 이용하여 ±00%~±50%의 오차범위를 설정하여 비교 전위폭을 선택할 수 있게 함으로써, 예컨대 비교편차를 ±10%로 설정한 경우 퀴리온도 변화에 따른 입력전위가 샘플링 된 기준전위의 ±10%를 벗어나는 경우 경보 및 제어신호가 출력되게 함으로써 가열정밀도를 사용자가 임의로 설정할 수 있게 한다.

상기에서 표시부(40)는 설정되는 편차(±n%)나 기준전위 , 비교전위 등이 표시되며, 참고로 본 발명의 이해를 돕기 위하여 일 실시예로 제시한 고주파 유도출력부는 제 1 도와 같은 바, 전원부(110)를 갖는 DC전력제어부(10)는 오차증폭기(90)로부터 입력되는 오차전압을 감안한 전력을 인버터부(100)로 공급하며, 상기 인버터부(100)는 DC전압(DC전력)을 고주파로 변환 증폭하여 워크코일(L)로 공급하며, 상기 워크코일(L)은 피 가열체를 고주파로 유도가열 시키게 되며, 피 가열체의 크기나 재질, 가열깊이 , 가열패턴, 가열특성 , 가열시간 등에 따라 변동되는 부하(등가부하:R)에 따라 출력이 변동되므로 고품질의 가열정도를 얻기 위해서는 정전류 제어방식 또는 정전압 제어방식으로 고주파 출력을 일정하게 유지시켜줄 필요성이 있는 바(정출력), 정전류 제어방식의 경우 전류검출기(HF)로 고주파의 출력전류를 검출한 다음 기준신호 설정부(VR)를 갖는 비교부(80)로 비교하고, 또한 오차증폭기(90)로 증폭하여 DC전력을 제어함으로써 정출력이 유지되는 구성이다.

미 설명 부호 (VR)은 고주파출력 제어용 기준신호 설정부, (80)은 고주파 출력제어용 비교부, (90)은 고주파 출력제어용 오차증폭기, (100)은 DC전압을 고주파로 변환하여 전력증폭하는 인버터부, (110)은 고주파 전원부, (L)은 워크코일(고주파 유도코일), (R)은 등가부하, (C)는 고주파 캐패시터이다.

이와 같이 구성하여서 된 본 발명은 설정부(70)로 비교 전위폭(±00%~±50%)을 설정하고, 워크코일(L)에 피 가열체를 안치시켜 고주파로 유도 가열하게 되는 것으로 유도전류에 의해 가열되는 피 가열체의 가열여부나 가열정도를 눈으로 직접 보지 않고서도 전압변화(또는 유도전류) 추이로 확인할 수 있게 된다.

즉, 유도전류에 의해 피 가열체가 자성을 잃는 온도 이상으로 가열되면(철의 경우 약 800℃) 고주파 출력부의 유도전압이 제 6 도와 같은 패턴으로 상승 및 하강되어 전위변화를 보이게 되며 , 상기 변화전위는 A/D 콘버터(20)에서 CPU(30)가인식될 수 있는 신호로 변환된 다음 CPU(30)로 입력되어 미리 획득된(sampling) 기준전위와 비교되며, 상기 입력전위가 제 4 도 및 제 6 도와 같이 퀴리온도에 따른전압특성 변화를 보이면서 기준전위 변화 폭을 초과하거나 미만이면 피 가열체가 충분히 가열된 것으로 판단한다.

따라서, CPU(30)는 출력부(50)로 경보신호를 출력하여 부저(B)를 ON시키므로 부저(B)가 경보되어 사용자가 이를 인지하여 대처할 수 있으며, 또한 CPU(30)의 출력으로 제어신호가 출력되면 부하에 접속된 릴레이(Ry) 등이 작동하여 고주파 출력부를 정지시킬 수 있으므로 특히 눈에 보이지 않는 부분에 위치하는 피 가열체를적절한 온도로 가열할 수 있어서 피 가열체의 과도한 가열이나 용응을 방지할 수 있는 등의 효과가 있다.

한편, CPU(30)는 입력되는 전위가 제 3 도와 같이 극도로 변화되면 고주파(출력)부의 접촉불량으로 판단하며, 워크코일(2)에 피 가열체(부하)가 근접하여 투입된 경우 제 6 도보다는 다소 완만한 제 8 도와 같은 전위의 변화를 보이며, 피가열체가 워크코일(L)로부터 비교적 이격된 경우에는 제 9 도와 같은 직선적인 변화를 보이며, 워크코일(L)에 피 가열체가 없는 경우(부하가 없는 경우) 제 7 도와 같이 전위의 변화가 없으므로, CPU(30)는 가열개시부터 가열종료 시점까지 입력전위의 변화상태나, 불변상태로 피 가열체의 유무나 근접정도 띤 가열정도를 판단할 수 있으며 이러한 판단상태는 표시부(40) 및 출력부(50)로 출력되어 표시 및 경보되므로 작업자가 신속히 인식 및 대처할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 가열몰이 자성을 잃는 퀴리온도(Curie temperature)에서 유도전압(또는 유도전류, 또는 유도전력)이 변화하는 것을 이용하여 피 가열체의 가열상태를 직접보지 않고서도 그 가열정도를 확인할 수 있으므로 가열정도를 균일화 할 수 있어서 제품의 품질이 향상된다.

또한, 가열온도가 퀴리온도 이상으로 상승되는 경우 출력부(50)로 경보신호가 출력되므로 사용자가 이를 인지하여 충분히 대처할 수 있으며, 또한 CPU(30)의 출력으로 제어신호가 출력되면 부하에 접속된 릴레이(Ry) 등이 작동하여 고주파 출력을 감소시키거나 정지시킬 수 있으므로 특히 눈에 보이지 않는 부분에 위치하는 피 가열체를 적절한 온도로 가열할 수 있어서 피 가열체의 과도한 가열이나 응응을 방지할 수 있는 등의 효과가 있다.

또한, CPU(30)는 입력되는 전위가 극도로 변화하면 고주파(출력)부의 접촉불량으로 판단하여 처리할 수 있으며 , 워크코일(2)에 피 가열체(부하)가 근접하여 투입된 경우 제 6 도보다는 다소 완만한 제 8 도와 같은 전위의 변화를 보이고, 피 가열체가 워크코일(L)로부터 비교적 이격된 경우에는 제 9 도와 같은 직선적인 변화를 보이고, 워크코일(L)에 피 가열체가 없는 경우(부하가 없는 경우) 제 7 도와 같이 전위의 변화가 없으므로 CPU(30)는 가열개시부터 가열종료 시점까지 입력전위의 변화상태나, 불변상태로 피 가열체의 유무나 근접정도 및 가열정도를 판단할 수 있으며 이러한 판단상태는 표시부(40) 및 출력부(50)로 출력되어 표시 및 경보되므로 작업자가 신속히 인식 및 대처할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (1)

1. 피 가열체가 자성을 잃는 온도 이상으로 가열되면 유도전압 또는 유도전류가 변위되는 것을 이용하여 고주파 유도가열기의 가열정도를 감지하는 고주파 유도가열기의 가열정도 감지장치에 있어서, 고주파 유도 출력을 제어하는 DC전력 제어부(10)에 A/D콘버터(20)와 기억수단을 갖는 CPU(30)를 접속하여 피 가열체가 퀴리온도 이상으로 가열될 때 발생되는 전위 변동분이 신호변환되어 CPU(30)로 입력되게 하고, CPU(30)의 출력에 표시부(40)와 경보수단이나 고주파 출력부의 단속수단을 갖는 출력부(50)를 접속하고, CPU(30)의 입력에 비교전위의 편차를 설정할 수 있는 설정부(70)를 접속하여서 된 고주파 유도가열기의 가열정도 감지장치.