KR100767792B1 - Non-ground type sheath thermocouple and method of manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 시스열전대의 단면도.1 is a cross-sectional view of the sheath thermocouple according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 시스열전대 제조방법의 개략적 순서도.Figure 2 is a schematic flowchart of a method for manufacturing a sheath thermocouple according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 비접지식 시스열전대 11,12: 열전대 소선10: ungrounded
13: 절연재 14: 시스13: insulation material 14: sheath
15: 마개 16: 측온접점15: Plug 16: RTD
17: 홀 18: 에폭시몰딩17: hole 18: epoxy molding
20: 계측기20: Instrument
본 발명은 시스열전대 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생산성 및 신뢰성이 높고 응답성이 뛰어난 비접지식 시스열전대 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sheath thermocouple and a method of manufacturing the same, and more particularly to a non-grounded sheath thermocouple having high productivity and reliability and excellent response.
열전대(thermocouple)는 서로 다른 2개의 금속선 양끝을 맞붙여서 온도를 측정하는 장치이다. 더욱 상세하게는, 열전대는 두 종류의 금속 도체 양단을 전기적으로 접속시키고 이 양단에 온도차를 주면 회로 중에 전류가 흐르는 제베크 효과가 발생하고 이때 한쪽 말단(기준접점)의 온도를 일정온도로 유지하고 열기전력의 수치를 측정함으로써 다른 말단(측온접점)의 온도를 측정할 수 있는 장치이다.A thermocouple is a device that measures the temperature by joining two different metal wires together. More specifically, a thermocouple electrically connects two ends of two types of metal conductors and gives a temperature difference between the two types of conductors to generate a Seebeck effect through which a current flows in the circuit, and maintains the temperature at one end (reference contact point) at a constant temperature. It is a device that can measure the temperature of the other end (temperature contact point) by measuring the value of the thermoelectric power.
이러한 원리의 열전대는 그 구조가 비교적 간단하고 극저온 -200℃에서 초고온 3000℃ 정도까지 넓은 범위의 온도를 측정할 수 있어 각종 공업용 온도측정 나아가 의료용 온도 측정에도 많이 사용되고 있다. The thermocouple of this principle is relatively simple in structure and can measure a wide range of temperature from cryogenic -200 ° C to very high temperature of 3000 ° C, which is widely used for various industrial temperature measurement and medical temperature measurement.
상기 열전대는 측온접점이 형성되는 열전대 소선의 보호형태에 따라 일반열전대(general thermocouple)와 시스열전대(sheath thermocouple)로 구분된다. 일반열전대는 분리제작된 보호관, 열전대 소선, 절연관, 단자함을 결합하여 구성되는 데에 비해 보호관, 열전대소선, 산화마그네슘(MgO) 등의 절연재가 일체로 구성되는 시스열전대는 기계적 내구성이 좋고 임의로 구부릴 수 있는 등의 특징이 있어 일반열전대보다 많이 사용되고 있다.The thermocouple is classified into a general thermocouple and a sheath thermocouple according to the type of protection of the thermocouple element in which the temperature-contacting point is formed. General thermocouples are composed of a combination of separately manufactured protective tubes, thermocouple wires, insulated tubes, and terminal boxes. It is used more than general thermocouple because it has characteristics such as.
상기 시스열전대는 금속 보호관(이하, '시스(Sheath)'라고 함)에 대한 열전대 소선의 접지여부에 따라 접지식 또는 비접지식으로 나눌 수 있다. 접지식은 열전대 소선을 시스(Sheath)의 선단부에 직접 용접하여 측온접점을 만든 형태로서, 응답이 빠르고 고온 고압하의 온도 측정에 적당하다. 비접지식은 열전대 소선을 시스와 완전히 절연시키고 측온접점을 만든 형태로서, 열기전력의 경시변화가 적고 장시간의 사용에 견딜 수 있다. 또한, 잡음전압에도 영향을 받지 않고 위험장소에 도 안전하게 사용할 수 있다. 나아가, 한 쌍의 열전대 소선에 절연저항계를 설치하면 간편하게 절연재의 절연저항을 측정할 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 비접지식 시스열전대에 관한 것이다.The sheath thermocouple may be divided into a grounded type or a non-grounded type depending on whether the thermocouple element is grounded to a metal protective tube (hereinafter, referred to as 'sheath'). The grounding type is a form in which a thermocouple element is directly welded to the tip of a sheath to form a temperature-contacting contact. It is fast in response and suitable for measuring temperature under high temperature and high pressure. The non-grounding type is a type that completely insulates the thermocouple wires from the sheath and forms a temperature-contacting contact. It has little change in thermoelectric power over time and can withstand long-term use. It can also be used safely in hazardous locations without being affected by noise voltage. Furthermore, if the insulation resistance meter is installed on the pair of thermocouple wires, the insulation resistance of the insulation material can be easily measured. The present invention relates to an ungrounded sheath thermocouple.
그런데 상기와 같은 여러 가지 장점이 있는 비접지식 시스열전대는 시스 내부에서 미세한 열전대 소선을 용접하여 측온접점을 만드는 과정이 매우 어렵고 복잡하여 대부분 외국에서 고가의 완제품을 수입하고 있는 실정이다. 특히 시스 외경이 0.5 파이(Φ) 내지 0.25 파이(Φ)로 극소화하는 경향이 있어 점점 더 고도한 기술이 요구되는 바이다. 또한, 상기 열전대 소선의 측온접점의 접촉불량 등이 제품완성 후 발견되어 시스열전대의 생산성 및 제품에 대한 신뢰도가 낮아지는 문제점이 발생하고 있다. By the way, the non-grounded sheath thermocouple having various advantages as described above is very difficult and complicated to weld the fine thermocouple element inside the sheath to make the temperature-contacting point, and thus, most of the expensive imported products are imported from foreign countries. In particular, the outer diameter of the sheath tends to be minimized to 0.5 pi (?) To 0.25 pi (?), So that more and more advanced technology is required. In addition, the poor contact of the temperature contact point of the thermocouple element is found after the completion of the product has caused a problem that the productivity of the sheath thermocouple and the reliability of the product is lowered.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 생산성 및 제품에 대한 신뢰도가 높은 비접지식 시스열전대를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, an object of the present invention to provide a non-grounded sheath thermocouple with high productivity and high reliability for the product.
본 발명에 의한 다른 목적은 생산성 및 제품에 대한 신뢰도가 높은 비접지식 시스열전대의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a non-grounding sheath thermocouple having high productivity and reliability of a product.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 비접지식 시스열전대는 한 쌍의 온도 측정 열전대 소선이 절연재가 충전된 시스 내부에 배치되고 상기 열전대 소선의 일 말단부가 시스와 완전히 절연된 상태에서 용접되어 형성된 측온접점을 포함하여 이루어지며 상기 측온접점은 시스열전대 선단부로부터 시스열전대 내부로 소정 깊이로 형성된 홀에서 용접에 의해 형성된 구조인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the non-grounded sheath thermocouple according to the present invention is formed by welding a pair of temperature measuring thermocouple wires are arranged inside the sheath filled with an insulating material and one end of the thermocouple wires is completely insulated from the sheath. Including a temperature measuring contact, wherein the temperature measuring contact is characterized in that the structure formed by welding in a hole formed to a predetermined depth from the sheath thermocouple tip to the inside of the sheath thermocouple.
본 발명에 의한 비접지식 시스열전대의 제조방법은, 한 쌍의 온도 측정 열전대 소선이 절연재가 충전된 시스 내부에 배설된 시스열전대를 소정의 길이로 절단하고 한쪽 단부를 평면으로 가공하는 제1단계와, 상기 평면가공된 단부로부터 시스열전대 내부로 소정의 깊이로 홀을 형성하는 홀가공을 하는 제2단계와, 상기 홀가공으로 노출된 시스열전대 내부의 열전대 소선의 양 말단을 시스열전대 가운데로 모은 후 용접하는 제3단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing an ungrounded sheath thermocouple according to the present invention includes a first step of cutting a sheath thermocouple disposed in a sheath filled with an insulating material by a pair of temperature measuring thermocouple wires to a predetermined length and processing one end in a plane; And a second step of forming a hole from the planar end to the inside of the sheath thermocouple at a predetermined depth, and welding both ends of the thermocouple element wires inside the sheath thermocouple exposed by the hole processing to the center of the sheath thermocouple. Characterized in that it comprises a third step.
바람직하게는 상기 시스의 외경은 0.5mm ~ 0.25mm이며, 상기 홀은 시스열전대 선단부로부터 0.5mm ~ 1mm 깊이로 형성된다. Preferably the outer diameter of the sheath is 0.5mm ~ 0.25mm, the hole is formed 0.5mm ~ 1mm depth from the tip of the sheath thermocouple.
바람직하게는 본 발명에 의한 비접지식 시스열전대의 제조방법은 용접 후 비접점 테스트를 하여 용접이상 유무를 확인하는 제4단계와, 상기 시스열전대 선단부에 마개를 용접하여 밀봉하는 제5단계를 더 포함하여 구성된다. Preferably, the manufacturing method of the non-grounding sheath thermocouple according to the present invention further includes a fourth step of checking whether there is a welding abnormality by performing a non-contact test after welding, and a fifth step of sealing the cap by welding a stopper to the tip of the sheath thermocouple. It is configured by.
이하, 본 발명의 구체적인 구성을 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.Hereinafter, the specific configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 시스열전대의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 시스열전대 제조방법의 개략적 순서도이다.1 is a cross-sectional view of a sheath thermocouple according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic flowchart of a method for manufacturing a sheath thermocouple according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예에 의한 비접지식 시스열전대(10)는 한 쌍의 온도 측정 열전대 소선(11,12)이 절연재(13)가 충전된 시 스(14) 내부에 배치되고 상기 열전대 소선(11,12)의 일 단부(제1단부)가 시스(14)와 완전히 절연된 상태에서 용접되어 형성된 측온접점(16)으로 이루어지며 상기 측온접점(16)은 시스열전대 선단부로부터 시스열전대 내부로 소정의 깊이로 형성된 홀(17)에서 용접에 의해 형성된 구조이다.Referring to FIG. 1, a non-grounded
도 2를 참조하면 본 발명에 의한 비접지식 시스열전대의 제조방법은, 크게 한 쌍의 온도 측정 열전대 소선이 절연재가 충전된 시스 내부에 배설된 시스열전대를 소정의 길이로 절단하고 한쪽 단부(제1단부)를 평면으로 가공하는 제1단계(S10)와, 상기 평면가공된 단부(제1단부)로부터 시스열전대 내부로 홀(17)을 형성하는 홀가공을 하는 제2단계(S20)와, 상기 홀가공으로 노출된 시스열전대 내부의 열전대 소선의 양 말단을 시스열전대 가운데로 모은 후 용접하는 제3단계(S30)와, 상기 용접 후 비접점 테스트를 하여 용접이상 유무를 확인하는 제4단계(S40)와, 상기 시스열전대 선단부에 마개를 용접하여 밀봉하는 제5단계(S50)로 구성된다. Referring to FIG. 2, in the method of manufacturing a non-grounding sheath thermocouple according to the present invention, a pair of temperature measuring thermocouple wires are cut into a sheath thermocouple disposed inside a sheath filled with an insulating material to a predetermined length, and one end (first A first step S10 of processing the end) into a plane, a second step S20 of forming a
이하, 도 1 및 2를 참조하면서 각 단계에 대해 보다 상세하게 설명한다. 상기 시스열전대의 재질은 스테인리스강, 인코넬, 해프로니켈, SUS 304, SUS 316 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 시스열전대의 외경에 대해서는 특별한 제한은 없으나, 본 발명에서는 0.5mm 내지 0.25mm의 미세한 시스열전대도 적용이 가능하다. 이하, 실시예에서는 0.5mm 또는 0.25mm의 외경의 시스열전대를 기준으로 설명한다. 상기 열전대 소선(11,12)는 재질 및 직경에도 특별한 제한이 없으나, 시스(14)의 외경이 0.25mm인 경우 열전대 소선(11,12)의 직경은 0.045mm일 수 있다. 한 쌍의 온도 측정 열전대 소선(11,12)이 절연재(13)가 충전된 시스(14) 내부에 배치된 반제품 상태의 시스열전대(10)를 이용할 수 있다. Hereinafter, each step will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2. The sheath thermocouple may be made of stainless steel, inconel, hapronickel, SUS 304, SUS 316, or the like. In addition, there is no particular limitation on the outer diameter of the sheath thermocouple, but in the present invention, a fine sheath thermocouple of 0.5 mm to 0.25 mm is also applicable. In the following, the embodiment will be described based on the sheath thermocouple having an outer diameter of 0.5 mm or 0.25 mm. The
제1단계(S10)에서는 공지의 와이어커팅(wire cutting) 기술 등을 이용하여 적용분야에 적합하도록 소정의 길이로 시스열전대(10)를 절단한다. 다음, 절단된 단부(제1단부)를 벨트연마기 등을 이용하여 평면으로 가공한다. 절단된 반대쪽 시스열전대 단부(제2단부)는 와이어 스트리퍼(wire stripper)를 이용하여 열전대 소선 (11,12) 말단부가 노출되도록 절연재(13) 및 시스(14)를 제거한다.In the first step S10, the
다음, 상기 절단되고 평면가공된 시스열전대 단부(제1단부)로부터 시스열전대 내부(내경 약 0.3mm 또는 0.18mm)를 미세드릴을 이용하여 소정의 깊이로 홀(17)을 형성하는 홀가공을 한다(제2단계 S20). 이와 같이 홀(17)을 가공하여 시스열전대 내부 공간을 확보한 후 용접을 함으로써 용접효율을 높일 수 있고 따라서 제품의 신뢰성을 개선할 수 있다.Next, a hole is formed in the sheath thermocouple end (first end) from the cut and planarly processed sheath thermocouple end (inner diameter of about 0.3 mm or 0.18 mm) to form the
바람직하게는 상기 홀(17)의 깊이는 시스열전대 단부(제1단부)로부터 거리(D)를 0.5mm ~ 1mm로 한다. 상기 거리(D)가 0.5mm 이하인 경우 열전대 소선(11,12)이 추후 용접되는 마개(15)와 접지될 가능성이 크고, 상기 거리(D)가 1mm 이상인 경우 열전대 소선(11,12)을 육안으로 확인하기 어려워 용접작업이 곤란하다. Preferably, the depth of the
상기 가공된 홀(17) 내부에서 한 쌍의 열전대 소선(11,12)의 말단을 시스열전대 중심에서 모아준다. 이때 확대경을 사용하면 더욱 정밀한 작업이 가능하다. 그런 다음, 상기에서 모은 열전대 소선(11,12)의 말단을 용접하여 측온접점(16)을 형성한다(제3단계 S30). 이때 용접은 레이저 용접기 또는 아르곤 용접기 등을 사 용할 수 있고 시스와 접촉되지 않도록 유의한다. The ends of the pair of
다음 상기 용접이 정확하게 되어 단락되지 않았는지 확인하기 위해 시스열전대 제2단부에 테스터기를 연결하여 비접점 테스트를 한다(제4단계 S40). 이때 테스터기는 멀티미터, 부 저음 테스터기 등을 이용할 수 있다. 이와 같이 제품 제조공정에서 비접점테스트를 함으로써 제품의 신뢰성 및 생산성을 높일 수 있다. Next, a non-contact test is performed by connecting a tester to the second end of the sheath thermocouple to confirm that the welding is not performed and short-circuited (fourth step S40). In this case, the tester may use a multimeter, a buzzer tester, or the like. Thus, by performing a non-contact test in the product manufacturing process it is possible to increase the reliability and productivity of the product.
비접점 테스트 후 이상이 없으면, 시스열전대 단부(제1단부)에 마개(15)를 용접하여 선단부를 밀봉한다(제5단계 S50). 이때 마개(15)는 시스(14)의 재질과 동일하며, 용접은 아르곤 용접으로 할 수 있다. 마개(15) 용접 후 멀티미터, 부 저음 테스터기를 제2단부에 연결하여 다시 비접점 테스트를 하고, 이상이 없으면 마개(15) 용접부위를 벨트연마기로 매끈하게 가공한다. 상기와 같이 추가 비접점 테스트를 한 번 더 해줌으로써, 제품의 신뢰도를 높일 수 있다.If there is no abnormality after the non-contact test, the
다음, 절연저항 테스터기를 시스열전대 제2단부에 연결하여 절연저항 테스터를 한다. 만약 절연저항이 기준치(기준 500V 200MΩ 이상)를 만족시키지 못하면 시스열전대를 건조로에 넣어 소정의 절연저항값이 나오도록 건조한다. Next, the insulation resistance tester is connected to the second end of the sheath thermocouple to perform an insulation resistance tester. If the insulation resistance does not meet the standard value (500V 200MΩ or more), put the sheath thermocouple in the drying furnace and dry it to get the predetermined insulation resistance value.
그런 다음, 제2단부에서 돌출된 열전대 소선(11,12) 말단에 각각 +, - 단자(와이어)를 연결한다. 이때 연결은 은납봉(은긴노) 용접, 스폿트 용접 기술 등이 이용될 수 있다. Then, the + and-terminals (wires) are respectively connected to the ends of the
시스열전대의 제2단부와 단자(와이어)가 연결되는 부분을 슬리브(미도시) 속에 넣고 시스열전대 제2단부는 유압식 압착기로 압착을 하고 단자(와이어) 쪽은 에폭시로 몰딩(18)을 한다.The second end of the sheath thermocouple and the terminal (wire) are connected to the sleeve (not shown) and the second end of the sheath thermocouple is pressed by a hydraulic press, and the terminal (wire) side is molded with
마지막으로 온도테스트를 하여 보정(thermocouple calibration)을 하면 온도센서로서 제품이 완성된다. 본 발명에 의한 시스열전대의 열기전력의 측정은 공지의 가동 코일형 또는 전자관식 자동평형형 계기, 전위차계 등을 이용할 수 있다.Finally, thermocouple calibration is used to complete the product as a temperature sensor. In the measurement of the thermoelectric power of the sheath thermocouple according to the present invention, a well-known movable coil type or an electromagnetic tube type automatic balancing instrument, a potentiometer, or the like can be used.
본 발명은 치료용 의료기기에도 적용될 수 있다. 예를 들어 시스 표면에 고주파를 흘려 암, 염증 등 여러 가지 증상을 치료하고 시스열전대 내부의 열전대 소선을 통해 온도를 측정할 수 있다. 이때 본 발명에 의한 시스열전대는 제품의 신뢰도가 높고 온도 응답성이 빨라서 치료부위의 온도상승을 방지할 수 있다.The present invention can be applied to therapeutic medical devices. For example, high frequency can be applied to the surface of the sheath to treat various symptoms such as cancer and inflammation, and the temperature can be measured by thermocouple wire inside the sheath thermocouple. At this time, the sheath thermocouple according to the present invention can prevent the temperature rise of the treatment site due to the high reliability of the product and the quick temperature response.
또한 본 발명에 의한 반도체(IC 칩, 회로 내부) 장비의 과열을 방지하고 반도체 제품의 성능테스트용(고온, 저온)으로 사용될 수 있다.In addition, the present invention can prevent overheating of semiconductor (IC chip, circuit inside) equipment and can be used for performance test (high temperature, low temperature) of semiconductor products.
종래 제품들은 외경이 크고 온도 대응 속도가 느려서 미세한 온도의 변동을 감지하지 못하며 제품의 신뢰도 및 생산성이 낮았는데, 이런 문제점들을 본 발명에 의해 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 종래 온도센서 장치를 설치하기 힘들거나 작고 가는 부위에도 제품 신뢰성이 높은 시스열전대를 이용한 온도센서 장치를 설치할 수 있는 이점이 있다. Conventional products have a large outer diameter and a slow temperature response rate, which do not detect minute fluctuations in temperature and have low reliability and productivity of the product. These problems can be solved by the present invention. In addition, according to the present invention there is an advantage that it is possible to install a temperature sensor device using a sheath thermocouple with high product reliability even in a difficult or small and thin site of the conventional temperature sensor device.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 비접지식 시스열전대 및 이의 제조방법에 따르면 비접지식 시스열전대의 생산성 및 제품에 대한 신뢰도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명은 고주파 의료기기, 반도체 제조공정시 등 다양한 분야에서 온도측정시 신뢰도가 높은 시스열전대를 제공할 수 있어 매우 유용한 발명이다. As described above, according to the non-grounded sheath thermocouple according to the present invention and a manufacturing method thereof, it is possible to increase the productivity and reliability of the non-grounded sheath thermocouple. Therefore, the present invention is a very useful invention because it can provide a highly reliable sheath thermocouple at the time of temperature measurement in various fields such as high-frequency medical devices, semiconductor manufacturing process.
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