KR101153872B1 - A device for measuring gas temperature with radiation interference compensation - Google Patents

A device for measuring gas temperature with radiation interference compensation Download PDF

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Abstract

본 발명은 복사간섭 보정 기능이 가능한 기체 온도 측정기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기체 이송관의 온도 측정용 포트에 직경이 서로 다른 한 쌍의 열전대를 삽입하여, 각각의 열전대에서 검출되는 온도를 이용하여 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정함으로써, 이송관 내부를 유동하는 기체의 온도를 보다 정확하게 검출할 수 있는 기체 온도 측정기에 관한 것이다.The present invention relates to a gas temperature measuring device capable of correcting radiation interference, and more particularly, by inserting a pair of thermocouples having different diameters into a temperature measuring port of a gas transfer pipe, using a temperature detected by each thermocouple. By correcting the radiant heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface, the present invention relates to a gas temperature measuring device that can more accurately detect the temperature of the gas flowing inside the transfer pipe.

본 발명에 따른 복사간섭 보정이 가능한 기체 온도 측정기는, 상하가 개구되어 있는 중공 원통형의 하우징과; 상기 하우징 내부에 끼워 맞춰지는 밀폐체와; 서로 다른 직경을 가지고, 상기 밀폐체의 상하를 관통하여 온도 측정단이 상기 하우징의 하부로 노출되도록 상기 하우징 내에 구비되는 한 쌍의 열전대와; 상기 하우징 외부로 노출된 한 쌍의 열전대 사이에 구비되어, 상기 한 쌍의 열전대 간의 거리를 일정하게 유지시켜주기 위한 스페이서; 및 상기 하우징의 상단 외벽과 나사 체결되어 상기 하우징의 상부에 구비되는 덮개;를 포함하여 구성되어, 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정할 수 있는 것을 특징으로 한다.A gas temperature measuring instrument capable of correcting radiation interference according to the present invention comprises: a hollow cylindrical housing having an upper and lower opening; A sealing body fitted into the housing; A pair of thermocouples having different diameters and provided in the housing such that the temperature measuring end is exposed to the lower part of the housing by penetrating the upper and lower parts of the enclosure; A spacer provided between the pair of thermocouples exposed to the outside of the housing to maintain a constant distance between the pair of thermocouples; And a cover that is screwed to the upper outer wall of the housing and is provided on the upper portion of the housing, wherein the heat radiation from the thermocouple surface to the surrounding surface can be corrected.

기체 온도 측정기, 열복사, 복사간섭, 온도 보정, 열전대 Gas Temperature Meter, Heat Radiation, Radiation Interference, Temperature Compensation, Thermocouple

Description

복사간섭 보정이 가능한 기체 온도 측정기{A device for measuring gas temperature with radiation interference compensation}A device for measuring gas temperature with radiation interference compensation

본 발명은 복사간섭 보정 기능이 가능한 기체 온도 측정기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기체 이송관의 온도 측정용 포트에 직경이 서로 다른 한 쌍의 열전대를 삽입하여, 각각의 열전대에서 검출되는 온도를 이용하여 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정함으로써, 이송관 내부를 유동하는 기체의 온도를 보다 정확하게 검출할 수 있는 기체 온도 측정기에 관한 것이다.The present invention relates to a gas temperature measuring device capable of correcting radiation interference, and more particularly, by inserting a pair of thermocouples having different diameters into a temperature measuring port of a gas transfer pipe, using a temperature detected by each thermocouple. By correcting the radiant heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface, the present invention relates to a gas temperature measuring device that can more accurately detect the temperature of the gas flowing inside the transfer pipe.

열전대(thermocouple)는 제베크(seeback) 효과를 이용하여 넓은 범위의 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속을 접합하여 만든 센서로서, 내구성이 좋아 발전소나 제철소 등의 극한 환경에서 널리 이용되고 있다. 여기서, 제베크 효과란 서로 다른 두 종류의 금속을 조합하였을 때 접합된 양단의 온도가 서로 다르면 이 두 금속 사이에 열기전력이 발생하게 되는 현상으로, 이를 이용하면 두 금속 사이의 기전력 측정을 통해 두 접점간의 온도차를 알 수 있게 된다.Thermocouples are sensors made by joining two metals together to measure a wide range of temperatures using the seeback effect. They are widely used in extreme environments such as power plants and steel mills due to their high durability. Here, the Seebeck effect is a phenomenon in which thermoelectric power is generated between two metals when two different types of metals are combined to each other. The temperature difference between the contacts can be known.

도 1은 이와 같은 열전대를 이용한 종래의 유체 온도 측정 방법을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional fluid temperature measuring method using such a thermocouple.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 유체 온도 측정 방법은 열전대(5)를 유체 이송관(1)에 구비된 온도 측정용 포트(2)에 삽입하여 관내를 유동하는 유체의 온도(Tg)를 측정하게 된다. 이 때 열전대(5)의 온도 측정단(5a)은 유체로부터의 대류 열전달(convection)로 인해 온도가 상승하게 되며, 상승된 온도(Tt)에 비례하는 열전대(5)의 출력 신호로부터 유체의 온도를 측정할 수 있다.As shown in FIG. 1, the conventional fluid temperature measuring method inserts a thermocouple 5 into a temperature measuring port 2 provided in the fluid conveying tube 1 so that the temperature T g of the fluid flowing through the tube. Will be measured. At this time, the temperature measuring stage 5a of the thermocouple 5 has a temperature rise due to convection heat transfer from the fluid, and the temperature of the fluid from the output signal of the thermocouple 5 is proportional to the elevated temperature T t . The temperature can be measured.

그러나, 열전대(5) 표면으로부터 주위 표면 즉, 이송관(1)의 내벽면으로 열전대(5) 표면과 이송관 내벽 표면 간의 온도차(Tt-Ts)에 의한 열복사(radiation)가 발생하게 되는데, 특히 관내를 유동하는 유체가 고온의 기체인 경우, 기체의 열전달 계수(h)가 상대적으로 적어 기체로부터 열전대(5)로의 대류 열전달이 적게 일어나며, 기체 온도와 주위 표면 온도 간의 차이가 상대적으로 커서 복사 열손실로 인한 측정 오차 역시 증가하게 되므로, 정확한 유체 온도를 측정하기 어렵다는 문제점이 있다.However, heat radiation occurs due to the temperature difference (T t -T s ) between the thermocouple 5 surface and the inner wall surface of the transport tube from the surface of the thermocouple 5 to the surrounding surface, that is, the inner wall surface of the transport tube 1. In particular, when the fluid flowing in the tube is a hot gas, the heat transfer coefficient (h) of the gas is relatively small, so that convective heat transfer from the gas to the thermocouple 5 occurs, and the difference between the gas temperature and the surrounding surface temperature is relatively large. Since the measurement error due to the radiation heat loss also increases, there is a problem that it is difficult to measure the exact fluid temperature.

이와 같이 기체 온도 측정 시 기존의 열전대가 가지는 단점을 보완하기 위한 기술로서 흡인온도계(suction pyrometer)가 있다. 흡인온도계는 측정하고자하는 기체를 순간적으로 매우 빠른 속도로 빨아들여 기체의 열전달 계수를 급격히 증가시킴으로써 기체의 온도를 보다 근접하게 측정하고자 하는 기술이다.As such, there is a suction pyrometer as a technology to compensate for the disadvantages of the conventional thermocouple when measuring the gas temperature. Aspiration thermometer is a technique for measuring the temperature of a gas more closely by sucking the gas to be measured at a very high speed instantaneously and rapidly increasing the heat transfer coefficient of the gas.

그러나, 흡인온도계는 화재 진압 시 내부 온도를 측정하는 경우와 같이 압력 유지가 필요 없고 오직 온도 측정만을 목적으로 할 때는 매우 유용하나, 일정한 압력을 유지해야 하는 계통 내 온도를 측정하는 경우에는 적용하기 어렵다는 한계가 있다.However, suction thermometers are very useful for the purpose of measuring temperature only and do not require pressure maintenance, such as for measuring internal temperatures during fire suppression, but are difficult to apply when measuring temperature in a system that must maintain a constant pressure. There is a limit.

이러한 문제를 해결하기 위한 또다른 종래의 기체 온도 측정 방법이 아래의 문헌 1에 기재되어 있다.Another conventional gas temperature measuring method for solving this problem is described in Document 1 below.

[문헌 1][Document 1]

S.Brohez, C.Devosalle, G.Marlair. A two-thermocouples probe for radiation corrections of measured temperatures in compartment fires. Fire Safety Journal; 2004, p399-411S.Brohez, C.Devosalle, G.Marlair. A two-thermocouples probe for radiation corrections of measured temperatures in compartment fires. Fire Safety Journal; 2004, p399-411

도 2는 상기 문헌 1에 기재된 기체 온도 측정 방법을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the gas temperature measuring method of the said document 1.

상기 문헌 1에 따르면, 도 2에서와 같이, 객실(6)의 일측면과 전면에 각각 직경이 다른 열전대(5-1, 5-2)를 설치하여 서로 다른 위치의 열전대로부터 측정되는 온도값의 차이를 이용하여 열전대의 복사 열손실을 보정함으로써, 객실(6) 내의 화재시에 객실(6) 내부의 기체 온도를 측정할 수 있다.According to the document 1, as shown in FIG. 2, the thermocouples 5-1 and 5-2 having different diameters are provided on one side and the front surface of the cabin 6, respectively. By correcting the radiant heat loss of the thermocouple using the difference, it is possible to measure the gas temperature inside the cabin 6 in the event of a fire in the cabin 6.

그러나 상기 방법과 같이 다른 위치에 두 개의 열전대를 설치하여 기체 온도를 측정하는 방법은 공간 내부의 온도 구배가 매우 작을 경우에는 공간 내부의 기체 온도를 비교적 정확하게 측정할 수 있으나, 내부 유동으로 인해 공간 내 온도 구배가 클 경우 특정 지점의 온도를 정확히 측정하는 데에는 한계가 있으며, 두번째 열전대를 설치하기 위한 열전대 설치 포트가 추가로 요구되어 장치 및 온도 측정 과정이 복잡해지며 그에 따른 비용이 증가한다는 문제점이 있다.However, the method of measuring the gas temperature by installing two thermocouples in different positions as in the above method can measure the gas temperature in the space relatively accurately when the temperature gradient in the space is very small, but due to the internal flow If the temperature gradient is large, there is a limit in accurately measuring the temperature at a specific point, and additionally, a thermocouple installation port for installing a second thermocouple is required, which complicates the device and temperature measurement process and increases the cost.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 기체 이송관의 온도 측정용 포트에 직경이 서로 다른 한 쌍의 열전대를 삽입하여, 각각의 열전대에서 검출되는 온도를 이용하여 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실이 보정된 기체 온도를 산출함으로써, 측정된 기체 온도에 대한 정확도를 향상시키는 데에 있다.The present invention solves the problems of the prior art described above. That is, an object of the present invention is to insert a pair of thermocouples of different diameters into the temperature measuring port of the gas delivery pipe, and radiant heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface by using the temperature detected in each thermocouple is By calculating the corrected gas temperature, it is to improve the accuracy with respect to the measured gas temperature.

또한, 직경이 다른 한 쌍의 열전대를 소정 거리 이격시켜 일체형으로 구성하여 기체 이송관 상에 구비된 기존의 온도 측정용 포트에 삽입하여 별도의 포트를 추가하지 않고도 복사 열손실을 보정할 수 있도록 함으로써, 장치를 보다 단순화시키는 동시에 이송관 내를 유동하는 기체의 온도를 보다 용이하고 정확하게 측정하는 데에 또다른 목적이 있다.In addition, a pair of thermocouples of different diameters are separated by a predetermined distance to be integrally formed so that the radiation heat loss can be compensated without adding a separate port by inserting them into an existing temperature measuring port provided on the gas delivery pipe. In addition, another aim is to simplify the apparatus and at the same time to more easily and accurately measure the temperature of the gas flowing in the delivery tube.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 상하가 개구되어 있는 중공 원통형의 하우징과; 상기 하우징 내부에 끼워 맞춰지는 밀폐체와; 서로 다른 직경을 가지고, 상기 밀폐체의 상하를 관통하여 온도 측정단이 상기 하우징의 하부로 노출되도록 상기 하우징 내에 구비되는 한 쌍의 열전대와; 상기 하우징 외부로 노출된 한 쌍의 열전대 사이에 구비되어, 상기 한 쌍의 열전대 간의 거리를 일정하게 유지시켜주기 위한 스페이서; 및 상기 하우징의 상단 외벽과 나사 체결되어 상기 하우징의 상부에 구비되는 덮개;를 포함하여 구성되어, 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정할 수 있는 것을 특징으로 하는 기체 온도 측정기를 제공한다.The present invention as a technical concept for achieving the above object, the hollow cylindrical housing which is opened up and down; A sealing body fitted into the housing; A pair of thermocouples having different diameters and provided in the housing such that the temperature measuring end is exposed to the lower part of the housing by penetrating the upper and lower parts of the enclosure; A spacer provided between the pair of thermocouples exposed to the outside of the housing to maintain a constant distance between the pair of thermocouples; And a cover which is screwed to the upper outer wall of the housing and is provided on the upper portion of the housing, wherein the cover includes a cover configured to correct a radiant heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface. .

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본 발명에 따른 기체 온도 측정기 및 이를 이용한 기체 온도 측정 방법은, 직경이 서로 다른 한 쌍의 열전대를 기체의 유동 방향에 수직으로 배열되도록 기체 이송관의 온도 측정용 포트에 삽입시킨 상태에서 각 열전대에서 검출되는 온도를 이용하여 복사 열손실이 보정된 기체 온도를 산출함으로써, 유동 방향에 따른 온도 구배가 큰 고온의 기체 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a gas temperature measuring device and a gas temperature measuring method using the same include a pair of thermocouples having different diameters in each thermocouple in a state in which a pair of thermocouples having different diameters is inserted into a temperature measuring port of a gas transfer pipe so as to be arranged perpendicularly to the flow direction of the gas. By calculating the gas temperature at which the radiant heat loss is corrected using the detected temperature, there is an effect that the high temperature gas temperature having a large temperature gradient along the flow direction can be measured more accurately.

또한, 여러 포트에 열전대를 설치할 필요없이 하나의 포트 내에 한 쌍의 열전대를 삽입할 수 있으므로, 장치의 구성이 단순해지고 온도 측정이 용이하여 기체 온도 측정 작업에 소요되는 시간을 대폭 단축시킬 수 있는 효과도 있다.In addition, a pair of thermocouples can be inserted in one port without installing thermocouples in multiple ports, which simplifies the configuration of the device and facilitates temperature measurement, greatly reducing the time required for gas temperature measurement. There is also.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 온도 측정기의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 기체 온도 측정기를 기체 이송관에 장착한 상태를 나타내는 도면이다.3 is a view showing the structure of a gas temperature measuring instrument according to a first embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing a state in which the gas temperature measuring instrument shown in Figure 3 is mounted on the gas transfer pipe.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 온도 측정기는 중공 원통형의 하우징튜브(30)와, 서로 다른 직경을 가지고, 온도 측정단이 하우징튜브(30)의 외부로 노출되도록 하우징튜브(30) 내에 구비되는 한 쌍의 열전대(10, 20)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the gas temperature measuring device according to the first embodiment of the present invention has a hollow cylindrical housing tube 30 and different diameters, and the temperature measuring stage is exposed to the outside of the housing tube 30. It consists of a pair of thermocouples (10, 20) provided in the housing tube (30).

한 쌍의 열전대(10, 20)는 각각 열전대 센서용 세라믹봉(12)과 세라믹봉(12)의 외벽을 둘러싸는 열전대 가이드 튜브(11)로 구성되어 열전대(10, 20)의 온도 측정단이 하우징튜브(30)의 일단을 지나 외부로 노출되도록 구성되는데, 이들 열전대(10, 20)를 구성하는 세라믹봉(12, 22) 내에는 제베크 효과에 따라 열기전력을 발생시키도록 서로 다른 종류의 두 금속이 접합되어 있다.The pair of thermocouples 10 and 20 is composed of a thermocouple sensor tube 12 and a thermocouple guide tube 11 surrounding the outer wall of the ceramic rod 12, respectively. It is configured to be exposed to the outside through one end of the housing tube 30, in the ceramic rods 12, 22 constituting these thermocouples (10, 20) of different types to generate thermoelectric power according to the Seebeck effect The two metals are joined.

각 열전대(10, 20)에는 한 쌍의 전선(17, 27)이 연결되어 하우징튜브(30)의 상면에 형성되어 있는 관통구(35)를 통해 외부로 인출되는데, 각 열전대(10, 20)에 연결된 한 쌍의 전선(17, 27) 사이에는 해당 열전대의 온도 측정단 온도에 비례하는 기전력이 인가되어, 이들과 연결된 외부 기기가 인가된 기전력을 측정함으로써 해당 열전대의 온도 측정단 온도를 구할 수 있다. 이와 같이 한 쌍의 열전대(10, 20)로부터 검출되는 온도를 이용하면 열전대(10, 20) 표면으로부터 기체 이송관 내벽면과 같은 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 열전대(10, 20) 설치 지점에서의 기체 온도를 용이하게 산출할 수 있는데, 온도 산출 방법에 대한 상세한 내용은 후술하여 설명하기로 한다.A pair of wires 17 and 27 are connected to each of the thermocouples 10 and 20 and drawn out to the outside through the through hole 35 formed on the upper surface of the housing tube 30. An electromotive force proportional to the temperature measurement stage temperature of the thermocouple is applied between the pair of wires 17 and 27 connected to the thermocouple, and the temperature measurement terminal temperature of the thermocouple can be obtained by measuring the electromotive force applied by the external device connected thereto. have. By using the temperature detected from the pair of thermocouples 10 and 20 in this way, the thermocouples 10 and 20 are installed by correcting the radiant heat loss from the surface of the thermocouples 10 and 20 to the surrounding surface such as the inner wall of the gas transfer pipe. The gas temperature at the point can be easily calculated. Details of the temperature calculation method will be described later.

이와 같이 구성된 온도 측정기는, 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 열전대(10, 20)가 기체의 유동 방향과 수직으로 배열되도록 기체 이송관(1)의 온도 측정용 포트에 삽입된다. 여기서, 한 쌍의 열전대(10, 20)는 동일한 지점의 기체 온도를 측정하기 위하여 서로 가까운 위치에 위치하도록 구비되어 있는데, 그 간격이 너무 가까운 경우에는 하나의 열전대가 다른 열전대의 표면 부근을 유동하는 기체 의 속도 분포에 영향을 주게 되어 온도 측정에 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 열전대(10, 20) 간의 간격을 다른 열전대 표면의 경계층을 침범하지 않는 범위 내에서 최소화하는 것이 바람직하다. 모의실험 결과, 열전대(10, 20) 간의 간격을 최소한 1 mm 이상으로 유지하였을 때 각 열전대(10, 20)가 서로의 경계층을 침범하지 않고 검출 온도에 오차가 발생하지 않는 것으로 나타났다.The temperature measuring device configured as described above is inserted into the temperature measuring port of the gas delivery pipe 1 such that the pair of thermocouples 10 and 20 are arranged perpendicularly to the flow direction of the gas. Here, the pair of thermocouples (10, 20) is provided to be located close to each other in order to measure the gas temperature of the same point, if the distance is too close, one thermocouple flows near the surface of the other thermocouple This affects the velocity distribution of the gas, which can cause errors in temperature measurements. Therefore, it is desirable to minimize the gap between the thermocouples 10 and 20 within a range that does not invade the boundary layers of other thermocouple surfaces. Simulation results show that when the gap between the thermocouples 10 and 20 is maintained at least 1 mm or more, the thermocouples 10 and 20 do not invade each other's boundary layer and no error occurs in the detection temperature.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 온도 측정기의 구조를 나타내는 도면이다.5 is a view showing the structure of a gas temperature measuring instrument according to a second embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 온도 측정기는 상하가 개구되어 있는 중공 원통형의 하우징(130)과, 하우징(130) 내부에 끼워 맞춰지는 밀폐체(150)와, 서로 다른 직경을 가지고, 밀폐체(150)의 상하를 관통하여 온도 측정단이 하우징(130)의 하부 개구를 지나 하우징(130)의 하부로 노출되도록 구비되는 한 쌍의 열전대(110, 120)를 포함하여 구성된다. 또한, 하우징(130)의 상부에는 하우징(130)의 상단 외벽과 나사 체결되는 덮개(140)가 구비되며, 하우징(130) 외부로 노출된 한 쌍의 열전대(110, 120) 사이에는 열전대(110, 120) 간의 거리를 일정하게 유지시키기 위한 스페이서(170)가 구비된다.As shown in FIG. 5, the gas temperature measuring device according to the second embodiment of the present invention includes a hollow cylindrical housing 130 having an upper and lower openings, and a sealing body 150 fitted into the housing 130. , A pair of thermocouples 110 and 120 having different diameters and penetrating the upper and lower sides of the sealing body 150 so that the temperature measuring end is exposed to the lower portion of the housing 130 through the lower opening of the housing 130. It is configured to include. In addition, the upper portion of the housing 130 is provided with a cover 140 for screwing the upper outer wall of the housing 130, the thermocouple 110 between a pair of thermocouples (110, 120) exposed to the outside of the housing 130. , Spacers 170 are provided to maintain a constant distance between them.

하우징(130)의 하부 외벽 둘레에는 나사부(139)가 형성되어 있어 기체 이송관의 온도 측정용 포트에 형성되어 있는 나사부에 용이하게 체결할 수 있으며, 덮개(140)의 상면에는 각 열전대(110, 120)의 전선(117, 127)을 외부로 인출시키기 위한 관통구(135)가 형성되어 있다.A screw portion 139 is formed around the lower outer wall of the housing 130, so that the screw portion 139 can be easily fastened to the screw portion formed in the temperature measuring port of the gas transfer pipe, and each thermocouple 110, The through hole 135 for drawing the wires 117 and 127 of the 120 to the outside is formed.

밀폐체(150)는 기체 온도 측정기가 기체 이송관의 온도 측정용 포트에 체결되었을 때, 하우징(130)의 하부 개구를 통해 기체가 누출되는 것을 차단시키는 기능을 한다. 여기서, 밀폐체(150)의 상부 둘레와 하우징(130) 내벽 사이에는 고정링(160)을 구비하여 밀폐체(150)를 하우징(130) 내부에 긴밀하게 고정시키도록 하는 것이 바람직하다.The seal 150 serves to block the leakage of gas through the lower opening of the housing 130 when the gas temperature measuring instrument is fastened to the temperature measuring port of the gas delivery pipe. Here, the fixing ring 160 may be provided between the upper circumference of the sealing body 150 and the inner wall of the housing 130 to fix the sealing body 150 in the housing 130.

스페이서(170)는 두 열전대(110, 120)의 하우징(130) 외부로 노출된 부위의 서로 대향하는 일측면에 각각 접합되어 두 열전대(110, 120) 간의 거리를 일정하게 유지시켜준다. 기체 이송관 내부를 유동하는 기체의 속도가 매우 빠른 경우에는 고속의 기체로부터 가해지는 힘에 의하여 각 열전대(110, 120)의 온도 측정단 부위에 휨변형(bending)이 발생하게 되는데, 휨변형량의 크기는 열전대의 직경에 따라 달라지게 되며 그로 인해 각 열전대(110, 120) 간의 간격이나 배열 방향에 변동이 발생할 수 있다. 따라서, 스페이서(170)를 하우징(130) 외부로 노출된 한 쌍의 열전대(110, 120) 사이에 구비하여 각 열전대(110, 120)가 일정 거리를 유지한채 긴밀하게 결합되도록 해줌으로써, 휨변형에 의해 열전대(110, 120)의 간격 또는 배열 방향이 변동되는 것을 방지해 줄 수 있다.The spacers 170 are bonded to opposite side surfaces of the portions exposed to the outside of the housing 130 of the two thermocouples 110 and 120, respectively, to maintain a constant distance between the two thermocouples 110 and 120. When the velocity of the gas flowing in the gas delivery pipe is very fast, bending occurs at the temperature measuring end portions of the thermocouples 110 and 120 by the force applied from the high-speed gas. The size will vary depending on the diameter of the thermocouple, which may cause variations in the spacing or arrangement direction between the thermocouples 110 and 120. Therefore, the spacer 170 is provided between the pair of thermocouples 110 and 120 exposed to the outside of the housing 130 to allow the thermocouples 110 and 120 to be closely coupled to each other while maintaining a predetermined distance, thereby causing bending deformation. It is possible to prevent the gap or arrangement direction of the thermocouples 110 and 120 from fluctuating.

본 실시예의 열전대(110, 120)는 전술한 제1 실시예의 열전대(10, 20)와 그 구조 및 기능이 동일하며, 각 열전대(110, 120)를 이용하여 기체 온도를 측정하는 방법 역시 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the thermocouples 110 and 120 of the present embodiment have the same structure and function as the thermocouples 10 and 20 of the first embodiment, the method of measuring the gas temperature using the thermocouples 110 and 120 is also the same. Detailed description thereof will be omitted.

이하에서는 전술한 각 실시예에 따른 기체 온도 측정기를 사용하여 기체 이 송관의 온도 측정용 포트 하나에 서로 다른 직경을 가지는 한 쌍의 열전대를 삽입함으로써 관내를 유동하는 기체 온도를 산출하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of calculating a gas temperature flowing in a tube by inserting a pair of thermocouples having different diameters into one port for measuring the temperature of the gas transfer pipe using a gas temperature measuring device according to each embodiment described above will be described. Let's do it.

먼저 앞에서 참조한 도 1을 다시 한번 참조하여, 유체가 유동하는 관 내에 열전대가 삽입된 상태에서 에너지 평형을 고려하면 다음과 같다.First, referring to FIG. 1, the energy balance in the state in which the thermocouple is inserted into the fluid flow tube is as follows.

기체로부터의 대류 열전달과 열전대 표면에서 주위 표면 즉, 관의 내벽면으로의 복사 열전달은 아래의 수학식 1과 같이 서로 에너지 평형을 이루게 된다.Convective heat transfer from the gas and radiant heat transfer from the thermocouple surface to the surrounding surface, that is, the inner wall of the tube, make energy balance with each other as shown in Equation 1 below.

Figure 112007086609538-pat00001
Figure 112007086609538-pat00001

(여기서, h : 대류 열전달 계수, A : 열전달 면적, ε : 복사율, σ : 슈테판볼츠만 상수, Tg : 기체 온도, Tt : 열전대 온도, Ts : 주위 표면 온도)(Where h: convective heat transfer coefficient, A: heat transfer area, ε: emissivity, σ: Stefan-Boltzmann constant, T g : gas temperature, T t : thermocouple temperature, T s : ambient surface temperature)

본 발명에서는 직경이 다른 한 쌍의 열전대가 기체의 유동방향에 수직으로 배열되므로, 각 열전대에 대하여 상기 수학식을 본 발명에 적용하면 다음의 수학식 2 및 수학식 3을 얻을 수 있다(각각의 열전대는 아랫첨자 1과 2로 구분).In the present invention, a pair of thermocouples having different diameters are arranged perpendicularly to the flow direction of the gas. Therefore, the following equations (2) and (3) can be obtained by applying the above equations to the present invention for each thermocouple. Thermocouples are divided into subscripts 1 and 2).

Figure 112007086609538-pat00002
Figure 112007086609538-pat00002

Figure 112007086609538-pat00003
Figure 112007086609538-pat00003

상기 수학식 2와 수학식 3을 연립하여 풀면 아래의 수학식 4를 얻을 수 있 다.When the equations 2 and 3 are combined and solved, Equation 4 below can be obtained.

Figure 112007086609538-pat00004
Figure 112007086609538-pat00004

여기서, 각 열전대에 대한 대류 열전달 계수(h1, h2)는 기체의 유동 속도와 해당 열전대의 직경에 의해 결정되며, 복사율(ε)은 열전대의 재질에 따라 구해지므로, 상기 수학식 4에 각 열전대의 검출 온도(T1, T2)와 각 열전대에 대한 기체의 대류 열전달 계수(h1, h2)및 열전대의 복사율(ε)을 대입하면, 기체 온도 측정기가 삽입된 위치에서의 기체 온도를 최종적으로 산출할 수 있다.Here, the convective heat transfer coefficient (h 1 , h 2 ) for each thermocouple is determined by the flow rate of the gas and the diameter of the thermocouple, the emissivity (ε) is obtained according to the material of the thermocouple, Substituting the detection temperature (T 1 , T 2 ) of the thermocouple, the convective heat transfer coefficient (h 1 , h 2 ) of the gas for each thermocouple and the emissivity of the thermocouple (ε), the gas temperature at the position where the gas temperature meter is inserted Can be finally calculated.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

도 1은 열전대를 이용한 종래의 유체 온도 측정 방법을 나타내는 도면.1 is a view showing a conventional fluid temperature measuring method using a thermocouple.

도 2는 서로 다른 위치에 설치된 직경이 다른 두 열전대를 이용한 종래의 기체 온도 방법을 나타내는 도면.2 is a view showing a conventional gas temperature method using two thermocouples of different diameters installed at different positions.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 온도 측정기의 구조를 나타내는 도면.3 is a view showing the structure of a gas temperature measuring instrument according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 기체 온도 측정기를 기체 이송관에 장착한 상태를 나타내는 도면.4 is a view showing a state in which the gas temperature measuring instrument shown in FIG.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 온도 측정기의 구조를 나타내는 도면.5 is a view showing the structure of a gas temperature measuring instrument according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 유체 이송관 2 : 온도 측정용 포트1 fluid transfer pipe 2 temperature measuring port

5, 10, 20, 110, 120 : 열전대 11 : 열전대 가이드 튜브5, 10, 20, 110, 120: thermocouple 11: thermocouple guide tube

12 : 세라믹봉 17, 27, 117, 127 : 전선12: ceramic rod 17, 27, 117, 127: electric wire

30 : 하우징튜브 130 : 하우징30: housing tube 130: housing

140 : 덮개 150 : 밀폐체140: cover 150: airtight

160 : 고정링 170 : 스페이서160: retaining ring 170: spacer

Claims (8)

기체 이송관 내부를 따라 유동하는 기체의 온도를 측정하기 위한 온도 측정기에 있어서,In the temperature measuring device for measuring the temperature of the gas flowing along the gas delivery pipe, 상하가 개구되어 있는 중공 원통형의 하우징과;A hollow cylindrical housing having an upper and lower opening; 상기 하우징 내부에 끼워 맞춰지는 밀폐체와;A sealing body fitted into the housing; 서로 다른 직경을 가지고, 상기 밀폐체의 상하를 관통하여 온도 측정단이 상기 하우징의 하부로 노출되도록 상기 하우징 내에 구비되는 한 쌍의 열전대와;A pair of thermocouples having different diameters and provided in the housing such that the temperature measuring end is exposed to the lower part of the housing by penetrating the upper and lower parts of the enclosure; 상기 하우징 외부로 노출된 한 쌍의 열전대 사이에 구비되어, 상기 한 쌍의 열전대 간의 거리를 일정하게 유지시켜주기 위한 스페이서; 및A spacer provided between the pair of thermocouples exposed to the outside of the housing to maintain a constant distance between the pair of thermocouples; And 상기 하우징의 상단 외벽과 나사 체결되어 상기 하우징의 상부에 구비되는 덮개;A cover screwed to an upper outer wall of the housing and provided at an upper portion of the housing; 를 포함하여 구성되어,Consists of including, 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정할 수 있는 것을 특징으로 하는 복사간섭 보정이 가능한 기체 온도 측정기.A radiation temperature compensation gas temperature measuring instrument, characterized in that it is possible to correct radiation heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 열전대는,Each thermocouple is 내부에 서로 다른 종류의 두 금속이 접합되어 있는 열전대 센서용 세라믹봉과;A ceramic rod for a thermocouple sensor, in which two metals of different types are bonded to each other; 상기 세라믹봉의 외벽을 둘러싸는 열전대 가이드 튜브;A thermocouple guide tube surrounding the outer wall of the ceramic rod; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복사간섭 보정이 가능한 기체 온도 측정기.Radiation interference correction gas temperature measuring device, characterized in that configured to include. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 밀폐체의 상부 둘레와 상기 하우징의 내벽 사이에는,Between the upper periphery of the closure and the inner wall of the housing, 상기 밀폐체를 상기 하우징 내부에 긴밀하게 고정시켜주는 고정링이 구비되는 것을 특징으로 하는 복사간섭 보정이 가능한 기체 온도 측정기.A gas temperature measuring instrument capable of compensating radiation interference, characterized in that a fixing ring is provided to tightly fix the enclosure inside the housing. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징의 하부 외벽 둘레에는,Around the lower outer wall of the housing, 기체 이송관의 온도 측정용 포트에 체결될 수 있는 나사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복사간섭 보정이 가능한 기체 온도 측정기.A gas temperature measuring instrument capable of compensating radiation interference, characterized in that a threaded portion is formed to be fastened to a temperature measuring port of the gas delivery pipe. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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