본 논문에서는 첨단 정밀 전자장치의 신뢰성 시험을 위해 사용하는 온도시험 장비의 오동작이 발생이 되면, 시험담당자에게 문자메시지를 통해 현재 시험장비가 오동작 중임을 알릴 수 있는 시스템을 제안한다. 제안시스템은 기존에 오픈 소스를 이용한 시험장비의 오동작 여부를 모니터를 하는 시스템에 시험담당자에게 이 사실을 SMS로 전달하는 시스템을 추가한 것이다. 정밀 전자장치는 출고전에 온도시험 장비를 사용하여 설정한 저온, 고온 온도 상황에서 각각 정상적으로 장치가 동작하는지의 여부를 확인하게 된다. 만약 이 상황하에서 온도 시험장비가 설정한 저온의 온도 이하 혹은 설정한 고온의 온도 이상 등의 오동작이 발생되면, 수억원에 이르는 고가의 시험대상 제품이 손상을 입어 폐기하는 경우가 생긴다. 제안한 시스템은 시험 운용자가 자리를 비우는 야간에 특히 유용한 시스템으로서 온도시험장비와 별도의 전원을 사용하여 그 신뢰성을 높이는 장점을 가진다.
철도용 전자기기의 온도 환경시험을 함에 있어 일반적으로 내한성과 내열성에 관한 시험을 수행한다. KRS 규격의 온도환경시험에서 성능확인은 양부판단의 규정이 "이상이 없어야 한다"로 대부분 되어있다. 이 문구에 대하여 시험자들은 규격 내에서 제시하는 기능시험이나 성능시험을 온도쳄버 장치를 사용하여 시험절차 중에서 수행하기 용이한 몇 가지 시험으로 성능 확인시험을 한다. 이러한 방법으로는 저온 및 고온에서 정상 동작하는지 확인이 안 되는 부품이나 회로가 생길 수 밖에 없다. 이 문제는 성능시험이나 기능시험의 종류를 늘린다고 해서 문제가 해결될 수 있는 것이 아니라고 여겨진다. 본 논문에서는 철도용품에 대한 내한성 및 내열성에 대한 KS 및 KRS 규격 검토와 온도시험의 한계를 검토하여 그에 대한 대안으로 데이터쉬트(DataSheet)의 활용으로 장착된 부품의 사용온도가 기준에 적합한지 확인하는 방법을 제시하고 실제 현장적용 사례를 들어 국내의 주요 지방의 최저온도와 최고온도 데이터를 활용한 방법으로서 일반적인 IC 부품의 온도 규격과 비교하여 온도시험 범위를 산정하는 방안에 대한 의견을 제시하고자 한다.
원자로 압력용기 재료로 사용되고 있는 ASTM SA508 및 SA533 계열의 재료는 결정구조가 체심입방격자(bcc)로서 시험온도별 최대흡수에너지(USE)에 대한 선도를 그리면 고온에서는 연성이 크고, 저온에서는 취성이 큰 전형적인 “S”자 형태의 Cv-천이온도곡선으로 나타난다. 그리고 조사전과 조사후의 연성-취성천이온도곡선을 흡수에너지값이 30ft-lb 또는 50ft-lb인 지점에석 비교해보면 재료의 조사취화(radiation embrittlement)현상으로 온도가 높은 쪽으로 이동됨을 알 수 있으며, 이러한 온도의 이동값은 원자로의 운전수명과 밀접한 관련이 있다. 따라서 조사전후의 흡수에 너지값에 따른 온도변화량를 정확하게 산출하기 위해서는 시편의 온도를 조절하는 장치 및 시편을 아주 짧은 시간내에 충격시험기의 앤빌까지 장전하는 장치 둥의 충격시험시스템 구축은 매우 중요하다. 이에 조사계시험시설(IMEF)에서는 원자로 압력용기 감시시험에 대한 충격시험시스템을 구축하였고, 이의 내용은 감시시험 수행에 기준이 되는 ASTM El85-82 및 과학기술처 고시 제 92-20호의 세부내용을 충분하게 만족시키는 것으로 확인되었으며, 이렇게 확인된 내용들은 현재 국내에서 수행되고 있는 감시시험에 적극적으로 활용되고 있다.
전기기기는 통상 사용 후 고온부로 인해 회로적 과부하, 부품 고장 및 절연 파괴 등 어떠한 위험요서에 노출되어서는 안 된다. 또한 통상온도 상승 시험 후 감전 및 상해 대한 추가 시험이 반드시 뒤 따르게 되어 있다. 따라서 전기기기의 안전성을 판단하기 위해서 통상온도 상승 시험은 기본 사항이며, 필수적이라 할 수 있다. 본고에서는 전기용품안전기준 K60335-1의 제1부 규격과 개별 규격을 근거로하여, 통상 상태 즉 정상 상태 일 때 일반적인 온도 상승 시험장법 및 적합성에 대해서 설명한다. 또한 각 전기기기별로 온도 시험을 위해서 설치 조건, 동작 시간 및 적합성에 대해서 제시하고자 한다.
내환경 시험시 시험물체가 요구시험온도가 되게 온도시험조를 가열 또는 냉각하는 계단형 온도시험 프로파일에서 적정 촉진온도 유지시간을 예측하는 집중용량법에 의한 새로운 해석적 방법을 제안하였다. 해석은 주어진 온도시험조건에 대해 시험시간을 줄이고 에너지를 절약하는 촉진시간이 존재함을 보여주고 있다. 이론결과는 작업소재로 강을 사용한 몇 가지 실험결과와 비교적 잘 부합하고 있다. 제안된 적정촉진시간은 동일재료에 대해 시편의 질량/표면적비와 근사적으로 비례한다.
최근 전기용품 안전기준(이하 K 기준)의 국제규격(이하 IEC 규격) 부합화에 따라 온도퓨즈(thermal-links)에 대한 노화시험(ageing test)이 중요한 성능평가항목으로 부각되고 있다. 특히, 50일 이상 소요되는 온도퓨즈의 노화시험을 하기 위해서는 규격에 적합한 온도상승률을 가지고, 용단시간 및 용단온도를 정확하게 측정할 수 있는 시스템이 구축되어야 하므로, 그 성능평가설비 또한 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 논문에서는 온도퓨즈의 K 기준 및 IEC 규격을 분석하여 노화시험항목을 고찰하였으며, 온도퓨즈 노화시험설비 자동화시스템을 개발하여 국제적 수준의 성능평가기술 기반을 구축하였다. 이러한, 시험설비의 자동화시스템 개발은 성능평가기술을 향상시킬 뿐만 아니라 향후 시험기관의 국제적 위상 제고(提高)에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
본 논문에서는 아두이노를 이용하여 온도시험 장비의 오동작이 발생이 되면, 이를 검출하여 주변에 이 정보를 알려 고가의 정밀 전자제품의 훼손을 방지할 수 있는 시스템을 제안한다. 정밀 전자제품은 출고전에 온도시험 장비를 이용하여 극저온, 극고온 온도 상황하에서 정상동작 여부를 확인하게 된다. 만약 이 상황하에서 장비의 오동작이 발생되면 고가의 제품이 손상을 입어 폐기하는 경우가 생긴다. 이 시스템은 특히 야간에 담당자가 없이 자동으로 시험이 진행될 때에 온도시험 장비 내에 온도 센서를 부착하여 시험 대상인 제품이 실제로 받고 있는 온도 정보를 아두이노를 이용하여 실시간으로 감시한다. 만약 시험자가 설정한 온도구간을 벗어날 경우 아두이노의 출력단에서 High 신호를 출력하여 경보 구동회로가 온도시험 장비의 전원을 차단하고 야간 근무부서의 근무자에게 이 정보를 알려, 온도 시험 중 발생할 수 있는 극고온 혹은 극저온 상황에서 고가의 시험대상 제품의 훼손을 방지할 수 있도록 설계 및 구현을 하였다. 본 논문에서 제안한 시스템은 장비의 제조사에 관계없이 모든 온도시험 장비에 적용가능하고, 저비용으로 제작 가능하다.
고열부하 환경에 노출되는 핵융합로의 플라즈마 대향부품은 주로 낮은 원자번호 물질-열전도가 좋은 물질-구조체의 순으로 다층 구조를 이루고 있으며, 이들 간의 우수한 접합성은 부품의 성능을 좌우하는 핵심 요소이다. 이러한 플라즈마 대향부품의 건전성을 평가하기 위해서는 고열속의 열부하를 반복적으로 인가하는 시험이 요구되며, 이를 위해 본 연구원에서는 KoHLT-1, 2의 시험시설을 운용하고 있다. 본 시설에서는 열부하원으로서 그라파이터 히터를 사용하며, 히터는 두 개의 시험 대상부품 사이에 설치되고, 히터에 고전류를 인가하여 복사열에 의해 시험 부품에 열부하를 가하게 된다. 고열부하 환경에서 열피로 시험을 위해 히터에 인가되는 전류를 시간에 따라 일정한 패턴으로 반복적으로 ON-OFF 하게 된다. 본 논문에서는 이러한 고열부하시험을 수행함에 있어 고려해야 할 여러 가지 요소에 대해 논의하였다. 우선 인가하는 열유속(heat flux) 값은 일차적으로 시험시설의 최대 출력에 의해 좌우되며, 시험대상물의 운전조건 및 열부하 반복횟수에 의해 결정된다. 열부하 반복횟수는 주어진 열유속 값에 대해 total strain이 파단에 이르는 수준에 의해 결정된다. 열부하를 인가하는 시간은 히터에 전류를 인가했을 때 요구되는 온도로 상승하는 데 걸리는 시간과 시험대상물의 온도가 더 이상 증가하지 않는데 걸리는 시간에 의해 좌우된다. 냉각시간은 길수록 시험대상물의 온도가 냉각수의 온도에 접근하게 되나 너무 길어지면 시험시간이 급격히 증가하게 되므로, 온도 감소 곡선을 검토하여 적절한 시간을 정하게 된다. 열유속 측정은 냉각수의 온도 상승값과 유량으로부터 계산하게 되며, 정확한 측정을 위해서는 열부하를 인가하는 시간이 충분히 길어야 한다. 또한 시험대상 부품에서 열부하가 인가되는 면적을 정확히 정의해야 하며, 냉각관로에 열부하가 인가되어서는 않된다. 또한 시험대상부품을 지지하는 지지구조체를 통한 열손실을 최소화해야 정확한 열유속을 측정할 수 있다. 시험대상부품을 설치할 때 히터와의 간격 또한 결정해야 할 중요한 요소이며, 간격이 좁을수록 최대 열유속 값을 증가시킬 수 있으나, 너무 가까운 경우 히터의 열변형에 의한 접촉 및 아크 방전의 가능성이 있으며, 이 경우 히터와 시험대상부품의 손상을 가져오게 된다. 시험대상물이 국제열핵융합로(ITER)의 일차벽과 같이 베릴륨이 포함되어 있는 경우 방전에 의한 손상은 인체에 유해한 오염의 원인이 될 수 있다. 또한 순간적인 방전은 고가의 고전류전원의 고장을 유발할 수도 있다. 열부하 시험 중 시험대상물의 온도를 정확히 측정하는 것은 필수적이며, 온도 변화 곡선으로부터 시험대상물의 건전성 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해 변화를 가장 잘 탐지 할 수 있는 위치에 온도 센서를 설치하는 것이 관건이며, 이는 사전 분석을 통해 알 수 있다.
태양전지 모듈의 25년 이상 보증을 위해 태양전지 모듈을 구성하는 부품 소재의 장기 열화메카니즘 연구가 중요시되고 있다. 그 중 봉지제(Encapsulation) 부품으로 적용되고 있는 태양전지 모듈용 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)는 셀을 보호하는 폴리머 부품으로 장기 열화특성 연구가 중요하다. 따라서 EVA를 가속열화하여 25년 보증 내구성을 보유하고 있는지 연구가 필요하다. 본 연구에서는 태양전지 모듈을 구성하는 재료 중 외부환경에 민감한 폴리머 소재인 EVA의 Ultraviolet (UV), 온도 두 환경스트레스 조건을 적용한 가속수명시험을 수행하고 장기 열화메카니즘을 분석하였다. 시험에 앞서 UV/온도 가속수명시험을 설계하였다. UV/온도 가속조건을 설정하기 위해 실환경에서 변화하는 UV와 온도를 일정한 값으로 나타낼 수 있는 유효 UV (Effective UV)와 유효 온도(Effective temperature)를 도출하였다. 이를 통해 UV/온도 가속조건을 설정하였고 1년 및 25년 동안 EVA에 인가되는 stress와 동일한 양을 인가할 수 있는 시험시간을 결정하였다.
DUPIC 핵연료 소결체의 하나로 조사시험과 관련하여 이중 피복관으로 구성된 소결체 설계를 수행하였으며 각각의 설계변수가 핵연료의 온도에 미치는 영향하였다. 하나로에서 조사할 DUPIC 핵연료의 설계해석 결과, DUPIC 핵연료의 조사시험시 열전도도, 출력, 반경 틈새 등은 핵연료의 온도에 크게 영향을 미쳤으며, 피복재 두께, gamma열, 열전달 계수 등은 핵연료의 온도에 크게 영향을 미치지 않았다. Transient 온도분석의 경우 약 160초 이상의 시간에서 평형 온도에 도달할 것으로 분석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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