KR101517147B1 - 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈 - Google Patents

다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈 Download PDF

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정학재
오경원
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(주)한나루이엔지
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    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/10—Arrangements for compensating for auxiliary variables, e.g. length of lead
    • G01K7/12—Arrangements with respect to the cold junction, e.g. preventing influence of temperature of surrounding air
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices

Abstract

본 발명은 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 열전대 기준 접점을 가지면서 각각의 기준 접점 사이의 온도 차이가 자체적으로 조절되도록 하는 것에 의하여 기준 접점 사이의 온도 편차가 방지되도록 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈에 관한 것이다. 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈은 내부에 가열 부재가 배치된 몸체(11); 몸체(11)의 둘레 면에 배치된 제1 균형 유닛(12); 제1 균형 유닛(12)과 분리되어 몸체(11)의 둘레 면에 배치된 제2 균형 유닛(13a, 13b); 몸체(11)의 한쪽 면에 형성된 가열 제어 유닛(112); 및 몸체(11)의 다른 쪽에 형성된 측점 연결 유닛(113)을 포함하고, 상기 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 상기 가열 부재의 작동을 제어하는 스위치 기능을 가진다.

Description

다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈{A Metal Block Module with a Structure of Multiple Thermocouple Reference Junctions}
본 발명은 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 열전대 기준 접점을 가지면서 각각의 기준 접점 사이의 온도 차이가 자체적으로 조절되도록 하는 것에 의하여 기준 접점 사이의 온도 편차가 방지되도록 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈에 관한 것이다.
열전대(Thermocouple)는 두 종류의 금속 사이에 온도 차에 비례하는 열기전력이 발생하는 제베크 효과를 이용하여 서로 다른 두 지점의 사이의 온도 차를 측정하기 위한 온도 측정 센서(Sensor)를 말한다. 온도 차가 발생하는 두 지점 중 온도가 일정한 지점을 기준 접점이 되고 그리고 측정 대상이 되는 접촉점은 측온 접점이 된다. 열전대는 온도 차이가 기전력의 차이로 나타나므로 전기 신호의 증폭에 의하여 측정이 간단하면서 정밀하고 정확하다는 장점을 가진다. 또한 온도 측정 위치와 측온 접점과 기준 접점이 열원에 의하여 영향을 받지 않는다는 장점을 가진다.
열전대에 의한 온도 측정의 경우 장치에 따라 서로 다른 위치에 따른 온도 구배가 없고, 일정한 온도로 유지되는 하나의 금속 블록으로 기준 접점 온도를 일정한 온도로 유지하여 측정되는 것이 유리할 수 있다. 이와 같은 같은 서로 다른 측정 유닛에 의하여 서로 다른 위치에 대한 온도가 측정되어야 하므로 기준 접점은 동일한 블록의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. 그리고 다수 개의 기준 접점이 위치하는 블록은 동일한 온도로 유지되거나 일정 범위의 온도 차로 유지되어야 할 필요가 있다. 이와 같은 열전대 블록의 온도를 일정하게 유지하기 위한 다양한 기술이 이 분야에서 공지되어 있다.
미국 특허등록번호 4,264,802는 축을 따라 연장되는 실린더 형상의 공동(cavity)을 가진 히터 싱크를 형성하는 실린더 형상의 몸체, 내부에 형성되어 공동에 위치되는 축 홀을 가지는 금속 스풀 주위로 감긴 저항성 가열 코일을 구성하는 실린더 형상의 균일한 가열 부재를 단일 가열 부재, 실린더 형상의 몸체 내부에 형성되어 가열 부재와 관련하여 균일한 간격으로 분리되어 홀에 배치되는 다수 개의 기준 열전대 접점을 형성하는 반지름 방향으로 연장된 환형 배열 홀, 스풀 내에서 발생되는 온도 변화를 탐지하도록 축 홀에 배치되는 온도 탐지 유닛 및 스풀에서 탐지된 온도 변화에 반응하여 코일 사이에 전압을 인가하는 회로를 포함하는 열전대에 대하여 개시한다.
특허공개번호 10-1996-0014871은 원통 형상의 주 전기 전열 관과 주 전기 전열 관의 외면에 주 전기 전열 관에 비하여 상대적으로 작은 직경을 가지며 입구가 원주 방향 및 길이 방향으로 서로 일정 거리로 이격되도록 위치되는 다수 개의 보조 전기 절연 관으로 이루어진 전기 전열 부분 및 상기 주 전기 절연 관의 중앙으로 연장된 크로멜 선과, 알루멜 선에 한쪽이 연결 접합되고 각각의 보조 전기 절연 관 입구 부근에 주 전기 전열 관 벽을 관통하여 형성된 보조 구멍을 통하여 연장된 주 전기 절연 관의 외부에서 측온 접점을 형성하며 알루멜 선과 접합되는 크로멜 보조 소선 및 보조 전기 절연 관에 수용되고 측온 접점을 이루며 크로멜 보조 서선에 접합 연결되는 알루멜 선으로 이루어지는 측온 소선부를 가지는 병렬 다중 접점 열전대에 대하여 개시한다.
특허공개번호 10-2006-0070584는 일정 간격의 어레이 형태로 배열된 열전대 접합; 상기 열전대 접합의 위치를 고정하기 위해 상기 열전대 접합 사이에 구비되는 열전대 고정물; 및 상기 각 열전대 접합과 전기적으로 연결되어 감지 신호를 검출하는 다중 채널 전압계로 이루어지는 어레이 열전대를 이용한 온도감지방식의 초음파 빔 특성 분석 장치에 대하여 개시한다.
특허등록번호 10-1401941은 중공의 외부 튜브; 상기 외부 튜브의 중심 부위에 길이 방향으로 내장되는 1개의 공통 소선; 2개의 이종 금속의 접합되어 측온 접점을 형성하며 상기 공통 소선을 에워싸도록 간격을 두고 상기 외부 튜브에 길이 방향으로 내장되는 복수의 접합 소선 및 상기 공통 소선과 상기 접합 소선을 전기적으로 일대일 연결하는 접합부를 포함하는 다중 열전대 조립체에 대하여 개시한다.
상기 선행기술은 기준 접점의 온도를 일정 범위로 유지하는 한편 정해진 오차 범위를 벗어나면 자체적으로 기준 접점 사이의 온도 편차를 보정할 수 있는 수단에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술1: 미국 특허등록번호 4,264,802(1981년4월28일 공개, The United States of America as represented by the Administrator of the National Aeronautics and Space Administration) Thermocouple, Multiple Junction Reference Oven 선행기술2: 특허공개번호 10-1996-0014871(재단법인 한국표준과학연구원, 1997년07월10일 공개) 병렬 다중 접점 열전대 선행기술3: 특허공개번호 10-2006-0070584(한국표준과학연구원, 2006년06월26일 공개) 어레이 열전대를 이용한 온도 감지 방식의 초음파 빔 특성 분석 장치 선행기술4: 특허등록번호 10-1401941(주식회사 우진, 2014년06월11일 공개) 다중 열전대 조립체
본 발명의 목적은 기준 접점이 형성되는 블록 또는 영역을 일정한 온도로 유지하면서 기준 접점 형성 영역의 서로 다른 위치 사이에 온도 차가 발생되면 자동으로 온도 편차가 보정되도록 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈은 내부에 가열 부재가 배치된 몸체; 몸체의 둘레 면에 배치된 제1 균형 유닛; 제1 균형 유닛과 분리되어 몸체의 둘레 면에 배치된 제2 균형 유닛; 몸체의 한쪽 면에 형성된 가열 제어 유닛; 및 몸체의 다른 쪽에 형성된 측점 연결 유닛을 포함하고, 상기 제1 균형 유닛과 제2 균형 유닛은 상기 가열 부재의 작동을 제어하는 스위치 기능을 가진다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 제1 균형 유닛과 제2 균형 유닛은 온도에 대한 저항 특성이 서로 다른 전도성 소재가 된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 스위치 기능은 제1 균형 유닛과 제2 균형 유닛이 전류 흐름에 대한 브리지 회로를 형성하는 것에 의하여 작동된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1 균형 유닛 및 제2 균형 유닛은 각각 구리 와이어 및 망간 와이어가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 측점 연결 유닛에 기준 접점 이 배치되고, 상기 기준 접점은 몸체의 길이 방향에 대한 중심선을 기준으로 동심원 형태로 배치된 다수 개의 기준 접점을 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 기준 접점에 배치된 적어도 하나의 온도 탐지 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1 균형 유닛은 서로 다른 방향으로 감겨진 도선 와이어가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 몸체가 수용되는 단열 하우징을 더 포함하고, 상기 단열 하우징은 세라믹 소재로 단열된다.
본 발명에 따른 금속 블록 모듈은 기준 접점 형성 영역의 온도가 일정하게 유지되도록 하면서 기준 접점 형성 영역의 서로 다른 위치 사이에 온도 차가 발생되면 온도 편차가 자체적으로 보상되도록 한다. 이로 인하여 기준 접점의 온도 편차가 방지되어 측정 위치에 대한 정확한 온도 측정이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 금속 블록 모듈은 미리 정해진 온도 범위로 기준 접점이 항상 유지되도록 하는 것에 의하여 측정 위치에 대한 온도 제어가 용이하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 금속 블록은 외부 온도에 대한 영향을 차단하여 온도 측정의 정밀도가 증가되도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈의 실시 예를 서로 다른 방향에서 본 구조를 각각 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속 블록 모듈에서 온도 편차가 보상되는 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 금속 블록 모듈에 의한 온도 측정 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다 .
도 4는 본 발명에 따른 금속 블록 모듈이 수용되는 단열 하우징의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈(10)의 실시 예를 서로 다른 방향에서 본 구조를 각각 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 금속 블록 모듈(10)은 내부에 가열 부재가 배치된 몸체(11); 몸체(11)의 둘레 면에 배치된 제1 균형 유닛(12); 제1 균형 유닛(12)과 분리되어 몸체(11)의 둘레 면에 배치된 제2 균형 유닛(13a, 13b); 몸체(11)의 한쪽 면에 형성된 가열 제어 유닛(112); 및 몸체(11)의 다른 쪽에 형성된 측점 연결 유닛(113)을 포함하고, 상기 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 상기 가열 부재의 작동을 제어하는 스위치 기능을 가진다.
본 발명에 따른 금속 블록 모듈(10)은 자동차, 반도체 관련 설비 또는 항공 관련 장치와 같이 다수 개의 서로 다른 위치에서 동시에 온도가 측정되기 위하여 적용될 수 있지만 이에 제한되지 않고 정밀한 온도 측정이 요구되는 임의의 분야에 적용될 수 있다. 금속 블록 모듈(10)은 기본적으로 한 쌍의 금속 소선에 의한 온도 측정을 위하여 사용될 수 있다. 한 쌍의 금속 소선은 예를 들어 K, E, J, T, N 형태의 열전대와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않고 이 분야에서 공지된 임의의 금속 소선이 될 수 있다. 또한 금속 블록 모듈(10)의 내부에 서로 다른 기준 접점의 온도를 유지하기 위한 코일과 같은 가열 소자가 배치될 수 있고 스풀(spool)과 같은 블록이 설치될 수 있다. 본 발명은 가열 소자의 종류 또는 스풀의 소재와 같은 것에 의하여 제한되지 않는다. 다양한 형태의 가열 소자 또는 스풀이 몸체(11) 내부에 배치될 수 있다.
몸체(11)는 임의의 형상이 될 수 있지만 바람직하게 원통 형상이 될 수 있고 내부에 스풀 또는 가열 소자가 설치될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 몸체(11) 내부에 배치되는 소자 또는 부품은 이 분야에 공지된 임의의 형태가 될 수 있다. 몸체(11)의 둘레 면에 서로 대칭이 되는 위치에 한 쌍의 분리 테두리(114a, 114b)가 형성될 수 있다. 분리 테두리(114a, 114b)은 몸체(11)의 둘레 면을 분리하는 적절한 구조로 형성될 수 있고 한 쌍의 분리 테두리(114a, 114b)에 의하여 몸체(11)의 둘레 면은 중앙 부분 및 양쪽 가장자리 부분으로 나누어질 수 있고, 중앙 부분에 제1 균형 유닛(12)이 배치되고 양쪽 가장자리 부분에 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 배치될 수 있다. 한 쌍의 분리 테두리(114a, 114b)가 형성되는 위치는 특별히 제한되지 않으며 제1 균형 유닛(12) 및 제 2 균형 유닛(13a, 13b)의 구조에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 각각 온도에 대한 저항 특성이 서로 다른 금속 와이어로 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 균형 유닛(12)은 온도에 따른 저항의 변화가 큰 구리와 같은 금속 와이어로 이루어지고 그리고 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 망간과 같이 온도에 따른 저항의 변화가 작은 금속 와이어로 이루어질 수 있다. 그리고 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 각각 몸체(11)의 둘레 면에 코일 형태로 감겨질 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시 예에서 제1 균형 유닛(12)은 몸체(11)의 둘레 면의 중앙에 그리고 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 제1 균형 유닛(12)의 양쪽으로 배치된 구조가 제시되어 있지만 제1 균형 유닛(12) 또는 제2 균형 유닛(13a, 13b)의 배치 위치는 특별히 제한되지 않는다. 위에서 설명된 분리 테두리(114a, 114b)는 단지 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)을 분리시키는 기능을 가지므로 적절하게 형성될 수 있다.
제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 서로 다른 온도에 따른 저항 특성을 가지는 금속으로 선택하는 것에 의하여 몸체(11) 내부에 배치된 기준 접점의 온도 변화에 따라 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 스위치 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 내부의 온도가 변하면 제1 균형 유닛(12)의 저항이 변하게 되고 이에 따라 예를 들어 휘트스톤 브리지 구조로 서로 연결된 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 전류가 흐르고 이에 따라 몸체(11) 내부가 가열되거나 또는 냉각될 수 있다. 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 서로 다른 온도-저항 특성을 가지는 다양한 금속 소재가 될 수 있다. 바람직하게 제1 균형 유닛(12)은 온도에 따른 저항 변화가 큰 금속이 되고 그리고 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 온도에 따른 저항 변화가 없거나 또는 작은 금속이 될 수 있다.
제1 균형 유닛(12)은 몸체(11) 둘레 면의 중앙 부분에 감겨질 수 있고 예를 들어 구리 와이어와 같은 2개의 도선이 서로 반대 방향으로 감겨질 수 있다. 각각의 구리 와이어에 서로 다른 방향의 전류가 흐를 수 있고 서로 다른 전류 방향으로 인하여 유도 기전력이 서로 상쇄될 수 있다. 이에 비하여 제2 균형 유닛(12)은 분리 테두리(114a, 114b)에 의하여 제1 균형 유닛(12)과 분리되어 몸체(11) 테두리의 가장자리 부분에 감겨질 수 있다. 그리고 서로 다른 방향으로 감겨진 2개의 구리 와이어 및 동일하거나 서로 다른 방향으로 감겨진 한 쌍의 망간 와이어는 서로 연결되어 브리지 회로를 형성할 수 있다. 다양한 배치 또는 구조로 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 서로 전기적으로 연결되어 스위치 회로 또는 브리지 회로를 형성할 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
실린더 형상의 몸체(11)의 양쪽 끝 부분에 가열 제어 유닛(112) 및 측점 연결 유닛(113)이 각각 배치될 수 있다. 가열 제어 부분(112)과 측점 연결 유닛(113)은 각각 원통형 몸체(11)의 덮개 구조로 형성될 수 있다. 가열 제어 유닛(112)에 각각 가열 카트리지 히터(141) 및 조절 소자(142)가 연결될 수 있다. 구체적으로 가열 카트리지 히터(141)는 몸체(11) 내부에 배치된 가열 코일에 연결되어 예를 들어 스풀과 같은 금속 블록을 일정 수준의 온도가 되도록 하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 조절 소자(142)는 몸체(11) 내부의 온도를 탐지하여 미리 결정된 온도 범위를 벗어나면 연결을 차단시키는 기능을 가질 수 있다. 가열 카트리지 히터(141)는 외부 전원과 연결되는 다양한 형태의 케이블 또는 배선이 될 수 있고 조절 소자(142)는 예를 들어 서미스터(thermistor)와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 가열 카트리지 히터(141) 및 조절 소자(142)는 가열 제어 유닛(112)의 중앙 부분 및 가장자리 부분에 형성된 연결 홀을 통하여 몸체(11) 내부와 연결될 수 있다. 다만 가열 카트리지 히터(141)와 조절 소자(142)는 다양한 방법으로 몸체(11) 내부의 부품 또는 소자와 연결될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 1b를 참조하면, 측점 연결 유닛(113)은 실린더 형상의 몸체(11)의 다른 쪽 면을 형성하고 전체적으로 원판 형상이 될 수 있다. 그리고 원판 형상에 일정한 반지름을 가지는 원주 방향을 따라 배치된 다수 개의 기준 접점 연결 홀(171)로 이루어진 기준 접점(17)이 배치될 수 있다. 기준 접점(17)의 구조는 특별히 제한되지 않지만 바람직하게 몸체(11)의 한쪽 측면을 형성하는 원판 형상의 중심으로부터 각각의 기준 접점 연결 홀(171)이 동일한 반지름을 가지는 형상이 될 수 있다. 또한 각각의 기준 접점 연결 홀(171)은 원주 방향을 따라 동일한 간격으로 배치되는 것이 유리하지만 반드시 요구되는 것은 아니다. 기준 접점 연결 홀(171)의 수는 특별히 제한되지 않으며 온도 측정의 대상이 되는 수에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
기준 접점 연결 홀(171)이 배치된 위치에 적어도 하나의 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)이 배치될 수 있다. 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)은 예를 들어 온도 센서와 같은 것이 될 수 있고 서로 다른 기준 접점 사이의 온도 차를 탐지하기 위하여 설치될 수 있다. 그러므로 기준 접점 연결 홀(171)이 원형으로 배치되는 경우 다수 개의 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)은 균일한 간격으로 배치될 수 있다. 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)의 수는 특별히 제한되지 않으며 배치 위치도 또한 동일하다.
본 발명에 따른 금속 블록 모듈(10)은 기준 접점의 온도가 미리 결정된 온도 범위를 벗어나는 경우 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 작동되어 온도 보정이 자동으로 이루어지도록 한다. 또한 기준 접점 연결 홀(171)이 몸체(11)의 측면에 원형으로 배치되는 것에 의하여 기준 접점 사이의 온도 차이가 발생되지 않도록 한다. 제1 균형 유닛(12)와 제2 균형 유닛(13a, 13b)는 스위치 기능을 가질 수 있고 예를 들어 휘트스톤 브리지 회로를 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 열전대 블록 모듈에서 온도 편차가 보상되는 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 제1 균형 유닛(12)은 구리 와이어가 될 수 있고 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 망간 와이어가 될 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 제1 균형 유닛(12)은 2개의 구리 와이어가 서로 다른 방향으로 감긴 형태가 될 수 있다. 저항 온도 계수(Temperature Coefficient of Resistivity) R(T) = R0(1+kT)(R은 저항 계수, R0는 표준 온도의 저항, 그리고 T는 온도 변화율)가 되고, 구리 와이어의 경우 k=3.9가 되고, 망간의 경우 k는 0에 가까운 값을 가진다. 이로 인하여 구리 와이어가 상온에서 105 이 되고 71 에서 125 으로 변하지만 망간의 경우 온도 변화에 관계없이 125 으로 유지되도록 할 수 있다. 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 스위치 기능을 하도록 제1 균형 유닛(12)의 2개의 단자 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)의 단자를 휘트스톤 브리지 회로의 4개의 노드(N1, N2, N3, N4)에 각각 연결하여 각각의 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)의 휘트스톤 브리지의 가지(branch)가 되도록 할 수 있다. 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a 13b)이 모두 71 에서 125 이 되도록 형성하고 제1 균형 유닛(12)의 2개의 구리 와이어가 서로 마주보는 가지(branch)가 되고 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 서로 마주보는 가지가 될 수 있다. 만약 온도가 71가 된다면 휘트스톤 브리지의 서로 다른 노드(N1 내지 N4) 사이의 전압 차가 0으로 되어 전류가 흐르지 않게 된다. 이와 같은 상태에서 몸체 내부의 온도가 변화되고 이로 인하여 서로 다른 위치의 기준 접점의 온도가 변하면 구리 와이어의 저항이 변하게 되고 이로 인하여 서로 다른 노드(N1 내지 N4) 사이에 전류가 흐르게 된다. 노드(N1 내지 N4)는 전원 및 가열 부재와 연결될 수 있고 이로 인하여 가열 코일이 작동되어 다시 내부 온도가 상승할 수 있다. 그리고 구리 와이어의 저항이 125 이 되는 71 가 되면 노드(N1 내지 N4) 사이에 전압 차가 0으로 되어 전류가 흐르지 않게 된다. 이와 같은 방법으로 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 스위치 기능을 가질 수 있고 몸체 내부에 배치된 스풀 또는 기준 접점이 미리 결정된 온도를 벗어나게 되면 그에 따라 가열 코일을 작동시켜 다시 미리 결정된 온도가 되도록 할 수 있다. 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 서로 다른 온도 저항 특성을 가진 다양한 금속으로 만들어질 수 있고 다양한 브리지 회로가 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)에 적용될 수 있다.
기준 접점의 온도는 저항 온도계(RTD)와 같은 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)에 의하여 탐지될 수 있다.
위에서 설명을 한 것처럼, 본 발명에 따른 열전대 모듈은 기준 접점의 온도를 일정하게 유지하면서 스스로 온도 편차를 보상하는 기능을 가질 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 열전대 블록 모듈에 의한 온도 측정 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다 .
도 3a를 참조하면, 기준 접점 온도를 예를 들어 71 와 같은 미리 결정된 온도로 만들기 위하여 가열 제어 유닛(112)에 형성된 연결 홀(341)에 가열 카트리지 히터(141)가 배치되어 전력 공급 케이블이 몸체 내부로 유입되어 코일 형상의 가열 부재에 연결될 수 있다. 필요에 따라 가열 제어 유닛(112)에 조절 홀(342)이 형성되어 조절 소자(142)가 배치될 수 있다. 외부 전력 공급에 의하여 몸체 내부에 형성된 기준 접점의 온도가 미리 결정된 온도로 상승될 수 있고 만약 과도하게 온도가 상승된다면 조절 소자(142)에 의하여 전력 공급이 차단될 수 있다. 조절 소자(142)는 이와 같이 과도한 온도 상승을 방지하는 기능을 가질 수 있고 회로의 과부하를 방지하기 위한 임의의 차단 회로 또는 차단 소자가 될 수 있다.
위에서 설명된 것처럼, 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 내부의 온도가 미리 결정된 온도 범위를 벗어나는 경우 가열 부재를 작동시키는 스위치 기능을 가질 수 있다. 그리고 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)에 의하여 서로 다른 위치에 배치되는 기준 접점의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 기준 접점 사이의 온도 편차를 방지하기 위하여 몸체가 원통 형상이 된다고 할지라도 기준 접점의 위치에 따라 다양한 원인으로 인하여 온도 편차가 발생될 수 있다. 그러므로 구조적으로 이와 같은 온도 편차를 방지할 필요가 있다.
도 3b를 참조하면, 몸체의 한쪽 측면을 형성하는 측점 연결 유닛(113)에 기준 접점(17)이 배치될 수 있다. 기준 접점(17)은 다수 개의 기준 접점 연결 홀(171)을 포함할 수 있고, 다수 개의 기준 접점 홀(171)은 원형으로 배치될 수 있다. 이와 같이 모체의 한쪽 측면에 원형으로 기준 접점 연결 홀(171)을 형성하는 것에 의하여 기준 접점 사이의 온도 편차가 추가로 방지될 수 있다. 기준 접점 연결 홀(171)을 통하여 알루멜-크로멜과 같은 금속 소선이 몸체의 내부에 형성된 기준 접점으로 유입될 수 있다. 또한 기준 접점 연결 홀(171)에 통하여 열전대 보상 도선(CW1, CW2) 및 제1 균형 유닛의 단자선(+ 및 로 표시된 배선)이 외부로 배출될 수 있다. 한 쌍의 금속 소선의 연결 부위는 기준 접점에 배치되고 외부에 형성되는 다른 연결 부위는 온도 측정 대상 부위에 배치될 수 있다. 다양한 금속 소선이 본 발명에 따른 열전대 블록 모듈에 적용될 수 있다. 서로 다른 기준 접점 사이의 온도 편차를 탐지하기 위한 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)이 금속 소선과 함께 기준 접점 연결 홀(171)을 통하여 기준 접점에 배치될 수 있다. 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)은 3개가 될 수 있고 동일 간격으로 기준 접점 연결 홀(171)에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 열전대 블록 모듈에 전류 또는 전압 측정 유닛, 증폭기 또는 제어 유닛과 같은 온도 측정과 관련된 다양한 유닛이 연결되거나 포함될 수 있고 본 발명은 이와 같은 장치 또는 유닛에 의하여 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 열전도 블록 모듈은 서로 다른 기준 접점의 온도가 균일하게 유지되도록 하면서 온도 편차가 발생되면 자동 보상이 이루어지도록 한다. 온도 편차는 외부 환경에 의하여 발생될 수 있으므로 외부 환경에 따른 온도 편차의 발생이 미리 차단되는 것이 유리하다.
도 4는 본 발명에 따른 열전대 블록 모듈이 수용되는 단열 하우징(40)의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4의 (가) 및 (나)는 서로 다른 방향에서 본 단열 하우징(40)의 사시도를 도시한 것이고, 도 4의 (다)는 단면도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 단열 하우징(40)은 외부 케이싱(41), 분리 케이싱(43) 및 외부 케이싱(41)과 분리 케이싱(43)을 서로 연결하는 결합 플랜지(42)로 이루어질 수 있다. 배치 공간에 금속 블록 모듈(10)이 배치될 수 있고 블록 모듈(10)의 작동을 위한 다양한 장치가 내부 랙에 배치될 수 있다. 그리고 외부 케이싱(41) 및 분리 케이싱(43)의 유입 홀 또는 배선 홀이 형성될 수 있다. 단열 하우징(40)은 전체적으로 세라믹 섬유(ceramic wool)와 같은 세라믹 단열 소재로 만들어질 수 있다. 단열 하우징(40)을 외부 케이싱(41)과 분리 케이싱(43)으로부터 분리하는 것에 의하여 열전대 블록 모듈에 대한 외부 환경 영향이 최소로 될 수 있다.
다양한 단열 하우징(40) 구조에 본 발명에 따른 열전대 블록 모듈이 수용될 수 있다.
본 발명에 따른 열전대 블록 모듈은 기준 접점 형성 영역의 온도가 일정하게 유지되도록 하면서 기준 접점 형성 영역의 서로 다른 위치 사이에 온도 차가 발생되면 온도 편차가 자체적으로 보상되도록 한다. 이로 인하여 기준 접점의 온도 편차가 방지되어 정확한 측정 위치에 대한 정확한 온도 측정이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 열전대 블록 모듈은 미리 정해진 온도 범위로 기준 접점이 항상 유지되도록 하는 것에 의하여 측정 위치에 대한 온도 제어가 용이하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 열전대 블록은 외부 온도에 대한 영향을 차단하는 것에 의하여 온도 측정의 정밀도가 증가되도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 금속 블록 모듈 11 : 몸체
12: 제1 균형 유닛 13a, 13b : 제2 균형 유닛
17: 기준 접점 40 : 단열 하우징
112: 가열 제어 유닛 113: 측점 연결 유닛
114a, 114b: 분리 테두리 141: 가열 카트리지 히터
142: 조절 소자 151, 152, 153: 온도 탐지 유닛
171: 기준 접점 연결 홀 341 : 연결 홀

Claims (8)

  1. 내부에 가열 부재가 배치된 몸체(11);
    몸체(11)의 둘레 면에 배치된 제1 균형 유닛(12);
    제1 균형 유닛(12)과 분리되어 몸체(11)의 둘레 면에 배치된 제2 균형 유닛(13a, 13b);
    몸체(11)의 한쪽 면에 형성된 가열 제어 유닛(112); 및
    몸체(11)의 다른 쪽에 형성된 측점 연결 유닛(113)을 포함하고,
    상기 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 상기 가열 부재의 작동을 제어하는 스위치 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 온도에 대한 저항 특성이 서로 다른 전도성 소재가 되는 것을 특징으로 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 스위치 기능은 제1 균형 유닛(12)과 제2 균형 유닛(13a, 13b)이 전류 흐름에 대한 브리지 회로를 형성하는 것에 의하여 작동되는 것을 특징으로 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서, 제1 균형 유닛(12) 및 제2 균형 유닛(13a, 13b)은 각각 구리 와이어 및 망간 와이어가 되는 것을 특징으로 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서, 측점 연결 유닛(113)에 열전대 기준 접점(17)이 배치되고, 상기 열전대 기준 접점(17)은 몸체(11)의 길이 방향의 대한 중심선을 기준으로 동심원 형태로 배치된 다수 개의 열전대 기준 접점을 포함하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서, 기준 접점(17)에 배치된 적어도 하나의 온도 탐지 유닛(151, 152, 153)을 더 포함하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서, 제1 균형 유닛(12)은 서로 다른 방향으로 감겨진 도선 와이어가 되는 것을 특징으로 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서, 몸체(11)가 수용되는 단열 하우징(40)을 더 포함하고, 상기 단열 하우징(40)은 세라믹 소재로 단열되는 것을 특징으로 하는 다중 열전대 기준 접점 구조의 금속 블록 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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