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KR100965308B1 - 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법 - Google Patents

수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법 Download PDF

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KR100965308B1
KR100965308B1 KR1020080021404A KR20080021404A KR100965308B1 KR 100965308 B1 KR100965308 B1 KR 100965308B1 KR 1020080021404 A KR1020080021404 A KR 1020080021404A KR 20080021404 A KR20080021404 A KR 20080021404A KR 100965308 B1 KR100965308 B1 KR 100965308B1
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KR
South Korea
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temperature
dew point
crystal oscillator
measuring
resonance frequency
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권수용
김용규
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명은 액체질소를 이용한 냉각을 통하여 극저노점을 측정하는 수정미소저울 노점센서 및 이를 이용한 극저노점 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체질소를 이용하여 수정진동자의 온도를 매우 낮게 하강하면서, 온도 변화에 따른 수정진동자의 공명주파수 변화 및 온도를 측정하여 노점을 결정하는 수정미소저울 노점센서 및 이를 이용한 극저노점 측정방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 수정진동자; 상기 수정진동자의 가장자리에 접촉되며, 일면에 백금저항온도소자가 부착된 수정진동자홀더; 액체질소를 이용하여 상기 수정진동자 홀더 및 수정진동자의 온도를 조절하는 열흡수장치; 및 상기 열흡수장치에 액체질소를 자동으로 공급하는 액체질소공급장치;를 포함하되, 상기 수정진동자의 온도변화에 따른 공명주파수 변화와 상기 백금저항온도소자의 온도를 측정하여 노점을 결정하는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 제공한다.
수정미소저울, 노점, 액체질소공급장치, 공명진동수

Description

수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법{Measurement method for very low frost point using quartz crystal microbalance dew-point sensor}
본 발명은 액체질소를 이용한 온도조절을 통해 극저노점을 측정하는 수정미소저울 노점센서 및 이를 이용한 극저노점 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체질소를 이용하여 수정진동자의 온도를 매우 낮게 하강하면서, 온도 변화에 따른 수정진동자의 공명주파수 변화 및 온도를 측정하여 노점을 결정하는 수정미소저울 노점센서 및 이를 이용한 극저노점 측정방법에 관한 것이다.
습도측정은 환경, 산업, 음식, 농업, 의료, 자동차, 직물, 그리고 바이오기술 등 많은 분야에서 매우 중요하며, 이를 위해 임피던스, 정전용량, 광학적방법, FET, 표면음파 (surface acoustic wave, SAW) 등을 이용한 다양한 측정방법들이 개발되어 왔다. 더욱이 첨단기술의 빠른 발전에 따라 저노점 영역에서 습도측정의 중요성은 날로 증가되고 있는 실정이다.
반도체공정, OLED 패키징, 그리고 고순도 가스충진 등과 같은 정밀기술을 필요로 하는 많은 공정이 매우 낮은 압력 또는 진공 환경에서 이루어지며, 공정상의 잔존가스의 한 예인 미량의 수분은 금속과 반도체박막 등의 물성에 커다란 영향을 미치게 된다. 또한 디스플레이 산업에 있어서 극소 공간 내 미량의 수분 (ppm or 수십 ppb)을 측정하는 기술이 요구되어지고 있다. 이러한 이유로 극저노점 측정기술에 대한 요구가 증가되고 있다.
현재 상용화되어 있는 노점측정계로도 상점(frost-point) -90 ℃까지 측정이 가능하지만 낮은 정확도와 커다란 크기 때문에 정확한(accuracy of ± 0.1 ℃) 저노점(상점) 측정 및 매우 적은 영역에서의 저노점 측정이 힘들기 때문에 높은 정확도를 가지면서 극저노점(상점)을 측정할 수 있는 기술개발이 요구된다.
종래의 냉각경형 노점계(chilled mirror type dew-point sensor)를 이용하여 노점을 측정하는 경우, 광학적 방법을 이용해 노점(및 상점)형성을 측정하기 때문에 3μg/cm2의 이슬이 생겨야 측정이 가능하여 질량변화에 대한 민감도가 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 민감도의 문제는 극저노점을 측정하는데 있어 한계로 작용하게 된다. 또한, 종래의 노점측정계들은 극소형화 (sub-μm)가 불가능하여 극소영역에서의 노점 측정에도 활용될 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 노점 및 상점 형성에 민감도가 매우 좋으며, 매우 낮은 온도에서도 노점을 측정할 수 있도록 액체질소를 이용한 온도조절법을 활용하는 수정미소저울(Quartz Crystal Microbalance, QCM) 노점센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 상기 액체질소를 이용하는 수정미소저울 노점센서로 온도변화에 따른 수정진동자의 공명주파수를 측정하고, 상기 온도 및 공명주파수를 적절히 보정하여 정확한 노점을 결정하는 극저노점 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 수정진동자; 상기 수정진동자의 가장자리에 접촉되며, 일면에 백금저항온도소자가 부착된 수정진동자홀더; 액체질소를 이용하여 상기 수정진동자 홀더 및 수정진동자의 온도를 조절하는 열흡수장치; 및 상기 열흡수장치에 액체질소를 자동으로 공급하는 액체질소공급장치;를 포함하되, 상기 수정진동자의 온도변화에 따른 공명주파수 변화와 상기 백금저항온도소자의 온도를 측정하여 노점을 결정하는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 제공한다.
상기 수정미소저울 노점센서는 상기 백금저항온도소자에서 측정된 온도를 이용하여 상기 액체질소공급장치의 출력을 제어하는 온도조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수정미소저울 노점센서는 상기 수정진동자와 외부의 주파수 카운터 장치를 연결하는 진동수 측정회로선을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수정진동자는 금전극 표면을 가지며, 상기 수정진동자 홀더는 상기 금전극 표면과 접촉되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 액체질소를 이용하여 금전극 표면을 가지는 수정진동자 및 수정진동자 홀더의 온도를 하강시키면서 상기 수정진동자의 공명주파수 및 상기 수정진동자 홀더의 온도를 측정하는 단계; 상기 수정진동자 홀더의 온도를 상기 수정진동자의 금전극 표면 온도로 보정하는 단계; 상기 수정진동자의 온도 하강에 따른 상기 수정진동자의 공명주파수에서 온도효과를 보정하는 단계; 및 상기 온도보정 및 공명주파수 보정을 통해 얻어진 온도 변화에 따른 공명주파수 변화를 나타내는 제1 특성곡선을 이용하여 노점을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법을 제공한다.
상기 온도 측정 단계는 상기 수정진동자 홀더의 온도를 측정하여 상기 수정진동자의 금전극 표면 온도를 간접적으로 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 온도보정은 상기 수정진동자 홀더의 온도에 따른 상기 수정진동자의 금전극 표면온도와 상기 수정진동자 홀더온도의 차이를 나타내는 제2 특성곡선을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 공명주파수 보정은 건조공기의 온도에 따른 상기 수정진동자의 공명주파수 값을 이용하거나, 또는 측정하고자 하는 노점보다 낮은 노점을 가지는 습공기의 온도에 따른 상기 수정진동자의 공명주파수 값을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 노점은 상기 제1 특성곡선의 일차 미분에서 얻어지는 기울기가 갑자기 변하는 부분에 대한 온도인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액체질소를 이용하는 수정미소저울 노점센서는 노점 및 상점 형성에 대한 민감도가 매우 좋고, MEMS 기술의 접목을 통해 극소형화가 가능하여 극소영역에서도 노점을 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 액체질소를 이용하는 수정미소저울 노점센서 및 이를 이용한 극저노점 측정방법은 ±0.1℃의 정확도를 가지며 -90℃까지 정확하게 노점을 측정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우는 해당되는 발명의 상세한 설명 부분에서 그 의미를 기재하였으므로 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로 본 발명을 파악하여야 한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명이 상기 실시 예들에 의해 제한되 거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 액체질소를 이용하는 수정미소저울 노점센서의 단면도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 수정미소저울 노점센서 수정진동자(quartz resonator; 10), 열흡수장치(heat sink, 20), 수정진동자 홀더(30), 액체질소공급장치(50) 및 온도지시계(60)를 포함한다. 상기 수정진동자 홀더(30)의 일면에 백금저항온도소자(platinum resistance temperature sensor; 40)가 부착되며, 상기 수정미소저울 노점센서는 수정진동자(10)와 외부의 주파수 카운팅 장치(도시되지 않음)를 연결하는 진동수 측정회로선(70)을 포함할 수 있다.
상기 수정미소저울 노점센서는 수정진동자(10)의 온도를 서서히 하강시키면서 상기 수정진동자(10)의 공명주파수를 측정한다. 구체적으로, 상기 수정진동자(10)는 금전극 표면을 가지며, 상기 수정미소저울 노점센서는 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도를 하강시키면서 금전극 표면에 물분자의 응결현상을 유도하여, 응결현상이 생기는 순간의 온도를 측정함으로써 습공기의 노점을 얻게 된다. 따라서 가장 중요한 것은 수정진동자(10)의 윗면에 형성된 금전극 표면의 온도를 효과적으로 낮추면서 물분자의 응결 현상이 나타나는 순간의 온도를 정확하게 읽는 것이다.
상기 수정진동자(10)의 온도를 서서히 하강시키는 것은, 액체질소공급장치(50)로부터 액체 질소를 공급받은 열흡수장치(20)를 이용하여 상기 수정진동자(10)의 온도를 하강한다.
구체적으로, 상기 열흡수장치(20)가 상기 수정진동자 홀더(30)의 아래 면에 접촉하여 위치하고, 상기 수정진동자 홀더(30)는 상기 수정진동자(10)의 가장자리에 접촉하여 위치한다. 따라서 액체질소를 공급받는 상기 열흡수장치(20)로 인해 하강하는 온도가 상기 수정진동자 홀더(30)를 통해 상기 수정진동자(10)로 전해짐으로써 상기 수정진동자(10)의 온도를 조절할 수 있다.
상기 열흡수장치(20)로부터 효율적인 온도 전달을 위해 상기 수정진동자 홀더(30)는 열전도율이 높은 물질로 형성된 것이 바람직하며, 예를 들어, 구리로 제작할 수 있다.
상기 백금저항온도소자(40)는 상기 수정진동자 홀더(30)의 온도를 측정하여 온도지시계(40)에 그 값은 실시간으로 표시하며, 액체질소공급장치(50)는 열흡수장치(20)의 온도를 자체적으로 측정하여 이를 입력값으로 하여, 프로그래밍되어 있는 온도를 실현하기 위해 자동으로 액체질소 유입량을 조절하여 열흡수장치(20)에 공급한다. 이 경우에, 수정진동자 홀더(30)의 온도를 -130℃ 이하까지도 효과적으로 내릴 수 있다.
상기 열흡수장치(20) 및 액체질소공급장치(50)는 소자 및 장치 자체의 온도변화가 이슬점 측정에 영향을 주지 않도록, 이슬점 측정 공간과는 단열시키는 것이 바람직하다.
극저노점을 측정하기 위해 상기 수정진동자(10)의 공명주파수를 측정한다. 즉, 열흡수장치(20)에 의해 수정진동자 홀더(30)의 온도가 서서히 하강되면, 상기 수정진동자(10)의 금전극 표면의 온도 또한 하강된다. 교류가 연결된 상기 수정진동자(10)의 금전극 표면에는 물 분자의 응결현상이 유도되며, 그에 따라 상기 수정 진동자(10)의 공명주파수의 변화가 측정된다. 즉, 상기 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도의 하강에 따라 이슬이 맺히기 시작하고, 이슬이 맺히기 시작하면서부터 상기 진동파장의 공명주파수 또한 감소하는 형태를 보일 수 있다.
이슬이 맺히는 온도를 정확히 측정하기 위해, 상기 공명주파수의 측정은 짧은 시간 간격으로 하는 것이 바람직하며, 예를 들어 0.6초의 시간 간격으로 수정진동자 홀더(30)의 온도 및 상기 수정진동자(10)의 공명주파수를 측정할 수 있다. 상기 공명주파수의 측정은 상기 수정진동자(10)와 연결된 진동수 측정 회로선(70)이 외부의 주파수 카운터 장치(도시되지 않음)와 연결됨으로써 수행될 수 있다. 이하에서, 상기 수정미소저울 노점센서를 이용하여 매우 낮은 온도에서 노점을 측정하는 방법을 기술한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 액체질소를 이용하는 수정미소저울 노점센서로 극저노점을 측정하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
상기 극저노점을 측정하는 방법은 수정진동자 홀더(30)의 온도와 수정진동자(10)의 공명주파수를 동시에 측정하고 파일로 저장할 수 있는 인터페이스 프로그램을 통해 수행될 수 있다. 매우 낮은 온도에서 노점을 측정함에 있어 정확도를 감소시키는 요인은 여러 가지가 존재하는데, 그 중의 한 원인은 물분자의 응결이 일어나는 금전극 표면의 청결도이다. 불순물에 의한 표면오염에 따른 측정오차를 줄이기 위해 수정진동자(10)의 금전극 표면을 아세톤과 초음파기기를 이용한 초음파세척과 초순수물로 세척한 후 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 먼저 극저노점을 측정하기 위해 액체질소공급장치(50) 및 열흡수장치(20)를 이용하여 수정진동자 홀더(30)의 온도를 하강시키다(S210). 전술한 것처럼, 상기 수정진동자 홀더(30)의 온도가 하강함에 따라, 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도도 하강된다. 그 다음에 온도를 하강하면서 수정진동자 홀더(30)의 온도 및 수정진동자(10)의 공명주파수를 측정한다(S220).
그 다음에 측정된 수정진동자 홀더(30)의 온도는 수정진동자(10)의 금전극 표면의 온도로 보정하고, 측정된 수정진동자(10)의 공명주파수는 온도 효과에 의한 변화를 보정하여, 제1 특성곡선을 얻는다(S230).
온도 보정을 하는 방법은 다음과 같다.
극저노점을 측정하기 위해서는 수정진동자(10)의 금전극 표면(물분자가 응결을 일으키는 표면)의 온도를 정확히 측정해야 한다. 그러기 위해서는 금전극 표면에 온도센서를 부착해야하고 이로 인해 수정진동자(10)에 스트레스가 발생하여 공명주파수 특성에 왜곡현상이 발생할 수 있다. 따라서 금전극 표면 온도를 직접 측정하지 않고 간접적인 방법에 의해 측정하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 수정진동자 노점센서는 금전극 표면과 열접촉을 최대한 확보할 수 있으면서도 수정진동자(10)의 반응특성을 최상으로 유지하는 방향으로 수정진동자 홀더(30)를 제작하였고, 수정진동자 홀더(30) 온도를 측정함으로써 간접적으로 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도를 측정할 수 있다.
상기와 같이 간접적으로 측정된 온도를 보정하기 위해, 수정진동자 홀더(30)와 수정진동자(10)의 금전극 표면에 백금저항온도센서를 열전도가 우수한 에폭시를 이용해 부착한 후, 실제로 노점측정이 진행되는 실험환경과 동일한 조건 하에서 수 정진동자 홀더(30)의 온도를 하강시키면서 수정진동자 홀더(30)의 온도와 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도를 각각 측정하였다. 이렇게 측정된 데이터는 데이터수집 프로그램에 의해 , 도 3에 도시된 것처럼, 수정진동자 홀더(30) 온도 대 보정 온도값(수정진동자(10)의 금전극 표면온도와 수정진동자 홀더(3) 온도의 차)을 나타내는 제2 특성곡선으로 나타나게 된다. 온도를 하강시키면서 노점측정 실험을 할 경우, 상기 제2 특성곡선을 이용하여 측정된 수정진동자 홀더(30)의 온도로부터 수정진동자(10) 금전극 표면온도를 구할 수 있게 된다.
도 3의 (a)는 4회 반복측정을 통해 얻어진 측정 데이터가 하나의 곡선(제2 특성곡선)으로 모두 겹쳐지는 것을 도시하는데, 상기 제2 특성곡선은 매우 반복성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 도 3의 (b)는 상기 제2 특성곡선들의 대표곡선(각 곡선의 평균값을 통해 얻어낸 곡선)을 데이터분석 프로그램을 이용하여 직선 fitting한 것을 도시한다. 이때 직선 fitting에 사용된 직선은 correlation value(R 2 )가 0.999가 나올 만큼 직선성이 좋았으며 이러한 직선성은 수정진동자 홀더온도의 경우 -56 ∼ -128 ℃범위에서 잘 나타나고 있다. 이렇게 얻어진 직선식(Y=2.616-0.0594*X)은 수정진동자 홀더(30) 온도로부터 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도를 구할 때 적용하는 홀더온도 보정식으로 사용할 수 있다. 여기에서 X와 Y는 각각 수정진동자 홀더온도(Tholder) 그리고 수정진동자 온도와 수정진동자 홀더온도의 차(Tcrystal-Tholder)를 나타낸다. 따라서 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도로 환산해 보면 -50.1 ∼ -117.8 ℃의 노점을 측정하는 경우 도 3의 (b)에서 구한 수학식 1로 표현되는 온도보정식을 사용할 수 있게 된다.
Figure 112008016835229-pat00001
이와 같이 수정진동자 홀더(30) 온도의 실시간 측정으로부터 수정진동자(10)의 금전극 표면 온도를 측정하는 방법은 수정진동자(10)의 표면 온도가 감소되는 시간을 예측해서 표면온도를 측정하는 기존에 제안된 방법에 비해 훨씬 정확하고 재현성이 우수한 것이다.
온도 효과에 의한 공명주파수 변화를 보정하는 방법은 다음과 같다.
수정미소저울 노점센서의 경우 수정진동자(10)의 공명주파수가 온도변화에 매우 민감하게 반응한다. 따라서 온도를 변화시키면서 실험을 할 경우 공명주파수의 변화가 온도변화에 의한 효과와 노점이 형성됐을 경우 나타나는 공명주파수의 감소가 함께 반영되어 나타나게 된다. 노점이 상대적으로 높은 경우에는, 대략 노점 -30 ℃ 이상, 노점 형성에 따른 주파수의 변화가 뚜렷이 나타나므로 노점을 결정하는데 있어 정확도에 큰 영향을 주지는 않지만 저노점으로 갈수록 노점형성에 따른 주파수 변화가 매우 약해져 온도변화에 따른 공명주파수 변화의 효과를 적절히 보정해주지 않으면 노점을 정확히 결정하기 힘들어진다.
온도효과를 보정해주기 위해 본 발명은 건조공기(대략 상점 -95℃ 이하)를 흘려주며 온도에 따른 수정진동자(10)의 공명주파수를 이용하거나, 또는 측정하고자하는 노점보다 낮은 노점을 가지는 습공기에 대한 측정데이터를 이용하여 온도효 과 보정을 한다. 이러한 온도효과 보정은 극저노점의 경우에 노점측정에 있어서 정확도에 지대한 영향을 미치게 되므로, 온도효과 보정을 통해 노점온도 측정에 정확성을 증가시킬 수 있다.
상기와 같은 방법을 통해 온도보정 및 온도효과 보정을 통해 제1 특성곡선을 얻은 후에, 상기 제1 특성곡선의 기울기 변화를 이용하여 노점온도를 결정한다(S240).
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 온도보정 및 온도효과에 의한 공명주파수 보정을 통해 얻어진 제1 특성곡선을 도시한다.
상기 제1 특성곡선은 매우 잘 정의되어지고 모든 노점영역에서 같은 반응특성을 보이나, 노점이 낮아질수록 신호 대 잡음비가 매우 작아져 뚜렷한 주파수 특성곡선을 얻기는 힘들다. 본 발명은 상기와 같이 구해진 제1 특성곡선에서 노점을 찾아내기 위해 각각의 제1 특성곡선의 일차미분을 통해서 기울기가 갑자기 증가하는 부분을 찾은 후에, 상기 부분에 대응되는 온도를 노점온도로 결정한다.
도 4에서 나타나는 공명주파수의 요동현상은 온도조절과정에서 액체질소를 자동으로 공급해주는 피드백시스템에서 순간적인 액체질소의 유입량의 변화 때문에 나타나는 현상으로 노점측정과는 무관한 현상이다.
본 발명에서는 저노점 측정을 위해 LFPG(Low Frost Point Generator)를 이용하여 극저노점 습공기를 발생하고, 상기 습공기를 0.6ℓ/min의 유속으로 수정진동자 홀더(30)가 놓여있는 flow cell로 흘러주면서 노점을 측정하였다.
도 4의 (a)는 LFPG의 표준백금 측온저항온도계(Standard Platinum Resistance Thermometer, SPRT) 시도 값이 -59.89 ℃인 경우인데, 공기가 충분히 포화되었다고 가정했을 경우 상점으로 -59.89 ℃가 측정되어야 한다(0 ℃ 이하에서 형성되는 노점을 상점이라고 표현하며, 경우에 따라서는 그냥 노점이라고 표현하기도 함). 결과적으로는 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이 -59.2 ℃에서 수정진동자(10)의 공명주파수가 급격히 감소하는 현상이 나타남으로써 상점이 -59.2 ℃임을 알 수 있다.
도 4의 (b) 및 (c)는 각각 SPRT 시도(示度) 값이 -69.80 ℃ 그리고 -90.01 ℃인 경우이고, 수정진동자미소저울 노점센서를 통해 측정된 상점은 -69.7 ℃와 -90.6℃가 된다. 여기에서 SPRT 시도는 LFPG의 포화조의 온도를 SPRT로 측정한 값이다(열역학적 측면에서 습공기의 포화시 SPRT의 시도값이 상점 또는 노점을 나타냄). 포화조 내에 있는 얼음경로를 통해 건조공기가 진행하면서 얼음에 대한 포화수증기압에 맞춰 포화되어 습공기가 발생하게 되는데, 이때 포화조의 온도와 포화조 내에 형성되어있는 얼음의 온도가 같다고 가정하였을 경우 얼음의 온도를 나타낸다. 이와 같이 생성된 습공기의 노점을 이번 연구에서 개발한 수정미소저울 노점센서를 이용하여 측정한 결과가 바로 상점(Frost Point)이다. 상기 예에서는 대략 -90 ℃까지의 습공기 노점(또는 상점)을 측정하는 예를 보여주었으나, 본 실험장치는 액체질소를 이용하여 수정진동자의 온도조절을 효과적으로 -117.8 ℃까지 가능하도록 제작되었으므로 극저노점(-117 ℃)까지 측정 가능하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해 를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액체질소를 이용하는 수정미소저울 노점센서의 단면도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 액체질소를 이용하는 수정미소저울 노점센서로 극저노점을 측정하는 방법을 도시하는 흐름도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수정진동자 홀더 온도 대 보정 온도값을 나타내는 제2 특성곡선
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 보정 및 온도효과에 의한 공명주파수 보정을 통해 얻어진 제1 특성곡선
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 수정진동자 20 : 열흡수장치
30 : 수정진동자 홀더 40 : 백금저항온도소자
50 : 액체질소공급장치 60 : 온도지시계
70 : 진동수 측정회로선

Claims (10)

  1. 금전극 표면을 갖는 수정진동자;
    상기 수정진동자의 금전극 표면 가장자리에 접촉되며, 일면에 상기 금전극 표면의 온도를 함께 측정하기 위한 백금저항온도소자가 부착되는 수정진동자홀더;
    액체질소를 이용하여 상기 수정진동자 홀더의 온도를 조절함으로써 상기 금전극 표면의 온도를 조절하는 열흡수장치; 및
    상기 열흡수장치에 액체질소를 자동으로 공급하는 액체질소공급장치;를 포함하되,
    상기 금전극 표면의 온도에 따른 상기 수정진동자의 공명주파수 변화와 상기 백금저항온도소자의 온도를 측정하여 노점을 결정하며, 상기 노점은 -90℃까지 가능한 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정미소저울 노점센서는 열흡수장치에 심어져 있는 온도센서를 이용해 온도를 이용하여 상기 액체질소공급장치의 출력을 제어하는 온도조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수정미소저울 노점센서는 상기 수정진동자와 외부의 주파수 카운터 장치를 연결하는 진동수 측정회로선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서.
  4. 삭제
  5. 액체질소공급장치로부터 공급되는 액체질소를 이용하여 금전극 표면을 가지는 수정진동자 및 수정진동자 홀더의 온도를 하강시킴에 따라 발생한 상기 수정진동자의 공명주파수 및 상기 수정진동자 홀더의 온도를 측정하는 단계;
    상기 수정진동자 홀더의 온도를 상기 수정진동자의 금전극 표면 온도로 보정하는 단계;
    상기 수정진동자의 온도 하강에 따른 상기 수정진동자의 공명주파수에서 온도효과를 보정하는 단계; 및
    상기 온도 보정 및 공명주파수 보정을 통해 얻어진 온도 변화에 따른 공명주파수 변화를 나타내는 제1 특성곡선을 이용하여 노점을 결정하는 단계;를 포함하되,
    상기 노점은 -90℃까지 가능한 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 측정 단계는 상기 수정진동자 홀더의 온도를 측정하여 상기 수정진동자의 금전극 표면 온도를 간접적으로 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 보정은 상기 수정진동자 홀더의 온도에 따른 상기 수정진동자의 금전극 표면 온도와 상기 수정진동자 홀더 온도의 차이를 나타내는 제2 특성곡선을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 특성곡선은 아래의 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법.
    [수학식]
    Figure 112008016835229-pat00002
    (여기서,
    Figure 112008016835229-pat00003
    은 수정진동자의 금전극 표면 온도이고,
    Figure 112008016835229-pat00004
    는 수정진동자 홀더의 온도이다)
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 공명주파수 보정은 건조공기의 온도에 따른 상기 수정진동자의 공명주파수 값을 이용하거나, 또는 측정하고자 하는 노점보다 낮은 노점을 가지는 습공기의 온도에 따른 상기 수정진동자의 공명주파수 값을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 노점은 상기 제1 특성곡선의 일차 미분에서 얻어지는 기울기가 갑자기 변하는 부분에 대한 온도인 것을 특징으로 하는 수정미소저울 노점센서를 이용한 극저노점 측정방법.
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