KR101617353B1 - 시스열전대 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스열전대 및 그 제조방법에 관한 것이다.
시스열전대 및 그 제조방법에 있어서,
일정 길이별로 열전대를 자르고 난후 직선으로 포밍하는 제1단계(S100);
시스를 핀바이스에 고정하고 흠집을 낸후 줄로써 돌리면서 눌려서 내부의 마그네사이트를 부수고 흠집부위를 꺾어서 시스의 외피를 부러뜨린 후 묽은 산(a)에 담그는 제2단계(S200);
외피가 탈피된 시스의 리더선이 외피에 닿지 않도록 에폭시로 고정하고 경화시킨 후 로(F)에서 수분을 제거하는 제3단계(S300);
시스의 리더 반대쪽을 샌딩기로 내부의 마그네사이트를 1mm이상 깊이로 제거하고 묽은 산(a)에서 완전히 없앤 후 시스의 끝부위를 용접하는 제4단계(S400);
작업이 끝난 열전대에 보상선을 연결하고 슬리브를 접착제로 고정하고 슬리브내에 에폭시를 채우고 경화시키는 제5단계(S500);
노이즈 및 접점의 용접성을 검사하는 제6단계(S600);를 포함하여 구성되며,
상기 묽은 산(a)은 묽은 염산 10 중량 % 이내이고 로(F)에서 수분을 제거하는 단계는 절연저항이 100 이상이 될 때까지 수분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 시스의 외경은 0.5mm 이하이며 상기 시스열전대 제조방법에 의해 제조되는 시스열전대를 제공한다.

Description

시스열전대 및 그 제조방법{Sheathed thermocouple}

본 발명은 시스열전대 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제철, 제강공장 등의 특정한 곳에서 용강 등의 고온을 측정하거나 좁은 장소에서의 온도측정이 가능한 시스열전대로서 응답속도가 빠르고 노이즈가 없는 열전대와 상기 열전대를 제작하는 방법으로서 특히 종래 제조방법에서 마그네사이트 등의 절연체를 없애기 위해 사용하던 드릴공정의 기계적 가공공정을 습식공정(묽은 산으로 에칭을 통해 가공)으로 해결함으로써 제품 불량을 감소하고 작업시간을 단축함과 아울러 비숙련공인 사람도 쉽게 작업할 수 있고, 기계적 가공에 따른 작업내 분진 등의 환경개선에도 효과를 볼 수 있는 시스열전대 및 그 제조방법에 관한 것이다.

열전대의 원리는 1822년 에스토니안 물리학자 토마스 시벡이 발견한 원리로 두가기 다른 금속의 접합이 전압을 발생하는 데서 시작되었을 정도로 역사가 깊으며, 비록 거의 모든 다른 두 개의 타입의 금속물질이 써머커플로 쓰인다 해도 표준으로 된 금속에 대해서는 출력되는 기전력을 큰 온도의 기술기의 예상점을 가질 수가 있다.

아래의 그림은 가장 널리 사용되고 있는 K 타입의 서머커플의 구성도이다.

열전대는 서로 다른 금속선의 한끝을 용접하여 개회로를 만들고 그 접합부의 접속단을 측온접점(열접점), 도선 또는 계기와의 접속단을 기준접점(냉접점)이라 하여 용접부분에 다른 온도를 가하면 온도와 일정한 관계가 있는 열기전력이 발생한다. 따라서 기준 접점온도를 일정하게 유지하면 이 기전력에 의해 측온접점의 온도를 알수가 있으며 이때의 금속선을 열전대라고 한다.

일반적으로 열전대는 측온접점이 형성되는 열전대 소선의 보호형태에 따라서 일반열전대와 시스열전대로 구분한다. 일반 열전대는 분리제작된 보호관, 열전대소선, 절연관, 단자함을 결합하여 구성되는 데에 비해 시스열전대는 보호관, 열전대소선, 산화마스네슘 등의 절연체가 일체로 구성되는 차이가 있다. 시스열전대는 기계적 내구성이 좋고 임의로 구부릴수 있는 등의 특징이 있어 일반열전대보다 산업현장에서 훨씬 더 많이 사용되고 있는 실정이다.

상기 시스열전대는 금속보호관(시스)에 대한 열전대 소선의 접지여부에 따라 접지식 또는 비접지식으로 나눌 수 있다. 접지식을 열전대소선을 시스의 선단부에 직접 용접하여 측온접점을 만든 형태로서 응답이 빠르고 고온 고압하의 온도측정에 적당하다. 비접지식은 열전대 소선을 시스와 완전히 절연시키고 측온접점을 만든 형태로서 열기전력의 경시변화가 적고 장시간의 사용에 견딜 수 있다. 또한 노이즈 전압에도 영향을 받지 않고 위험장소에서도 안전하게 사용할 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 이러한 비접지식 시스열전대의 제조방법 및 상기 제조방법에 따른 시스열전대라고 할 수 있다.

그런데 상기와 같은 여러 가지 장점이 있지만, 비접지식 열전대는 시스 내부에서 미세한 열전대 소선을 용접하여 측온접점을 만드는 과정이 매우 어렵고 복잡하여 대부분 외국에서 고가의 완제품을 수입하고 있는 실정이다, 특히 시스 외경이 0.5mm 내지 0.25mm로 극소화되는 경향이 있어 이들 소선을 용접함에 따른 정확도, 숙련도 등으로 인해 제품생산성 및 측온 접점에서의 접촉 불량으로 품질관리에도 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허공보 제10-0767792호(2007.10.18.)에서는 절연재가 충전된 시스 내부에 배설된 시스열전대를 소정의 길이로 절단한 후 한쪽 단부를 평면으로 가공한 후 2단계로 시스열전대 내부로 소정의 깊이로 홀을 형성하는 홀가공을 한 후 내부공간을 확보한 후 열전대 소선의 말단을 레이저 들을 통해 용접하는 공정을 구성하였다.

그러나 상기 홀가공은 숙련도가 높은 매우 정밀한 작업일 뿐만 아니라 홀가공에 따른 분진 등 작업공간내 분진이나, 환경에 좋지 않은 결과를 초래할 수 있는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 상기 홀가공 대신에 절연체인 핀바이스에 시스를 고정하고 줄로 흠집을 낸후 90로 돌리면서 내부의 마그네사이트를 부순 후 묽은 산에 담근후에 에폭시로 고정하는 공정을 추가하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-0767792호 (2007.10.18.)

이에 본 발명은 상기 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

종래 제조방법에서 마그네사이트 등의 절연체를 없애기 위해 사용하던 드릴공정의 기계적 가공공정을 습식공정(묽은 산으로 에칭을 통해 가공)으로 해결함으로써 제품 불량을 감소하고 작업시간을 단축함과 아울러 비숙련공인 사람도 쉽게 작업할 수 있도록 하는데에 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계적 가공에 따른 작업내 분진 등의 환경개선에도 효과를 볼 수 있으며 본 발명의 제조방법을 적용하여 제작한 비접지식 시스열전대는 온도측정의 정확도 및 반응속도를 획기적으로 높일 수 있을 뿐만 아니라 생산성 향상에 따른 원가절감 등의 경제적 효과도 부수적으로 거둘 수 있는데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 안출된 것으로서,

시스열전대 및 그 제조방법에 있어서,

일정 길이별로 열전대를 자르고 난후 직선으로 포밍하는 제1단계;

시스를 핀바이스에 고정하고 흠집을 낸후 줄로써 돌리면서 눌려서 내부의 마그네사이트를 부수고 흠집부위를 꺾어서 시스의 외피를 부러뜨린 후 묽은 산에 담그는 제2단계;

외피가 탈피된 시스의 리더선이 외피에 닿지 않도록 에폭시로 고정하고 경화시킨 후 로(F)에서 수분을 제거하는 제3단계;

시스의 리더 반대쪽을 샌딩기로 내부의 마그네사이트를 1mm이상 깊이로 제거하고 묽은 산(a)에서 완전히 없앤 후 시스의 끝부위를 용접하는 제4단계;

작업이 끝난 열전대에 보상선을 연결하고 슬리브를 접착제로 고정하고 슬리브내에 에폭시를 채우고 경화시키는 제5단계;

노이즈 및 접점의 용접성을 검사하는 제6단계;를 포함하여 구성되며,

상기 묽은 산(a)은 묽은 염산 10 중량 % 이내이고 로(F)에서 수분을 제거하는 단계는 절연저항이 100 이상이 될 때까지 수분을 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 시스의 외경은 0.5mm 이하이며 상기 시스열전대 제조방법에 의해 제조되는 시스열전대를 제공한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서는 특허등록청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면,

본 발명은 종래 제조방법에서 마그네사이트 등의 절연체를 없애기 위해 사용하던 드릴공정의 기계적 가공공정을 습식공정(묽은 산으로 에칭을 통해 가공)으로 해결함으로써 제품 불량을 감소하고 작업시간을 단축함과 아울러 비숙련공인 사람도 쉽게 작업할 수 있고, 기계적 가공에 따른 작업내 분진 등의 환경개선에도 효과를 볼 수 있다.

또한, 상기 제조방법을 적용하여 제작한 비접지식 시스열전대는 온도측정의 정확도 및 반응속도를 획기적으로 높일 수 있고, 생산성 향상에 따른 원가절감 등의 경제적 효과도 부수적으로 거둘 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 시스열전대 및 그 제조방법의 의하면 기존 시스 열전대의 생산성을 대폭 높일 수 있어 원가절감 등을 통해 산업발전에 이바지 할 것으로 기대되며, 특히 제철소, 실험실, 의료기기, 화학공정, 센서산업 등에 예산절감 등에도 크게 이바지할 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 제조방법 순서도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 전체적인 구조도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 제1공정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 제2공정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 제3공정을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 제4공정을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 제5공정을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 시스열전대 및 그 제조방법에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하기로 한다.

시스열전대 및 그 제조방법에 있어서,

일정 길이별로 열전대를 자르고 난후 직선으로 포밍하는 제1단계(S100);

시스를 핀바이스에 고정하고 흠집을 낸후 줄로써 돌리면서 눌려서 내부의 마그네사이트를 부수고 흠집부위를 꺾어서 시스의 외피를 부러뜨린 후 묽은 산(a)에 담그는 제2단계(S200);

외피가 탈피된 시스의 리더선이 외피에 닿지 않도록 에폭시로 고정하고 경화시킨 후 로(F)에서 수분을 제거하는 제3단계(S300);

시스의 리더 반대쪽을 샌딩기로 내부의 마그네사이트를 1mm이상 깊이로 제거하고 묽은 산(a)에서 완전히 없앤 후 시스의 끝부위를 용접하는 제4단계(S400);

작업이 끝난 열전대에 보상선을 연결하고 슬리브를 접착제로 고정하고 슬리브내에 에폭시를 채우고 경화시키는 제5단계(S500);

노이즈 및 접점의 용접성을 검사하는 제6단계(S600);를 포함하여 구성되며,

상기 묽은 산(a)은 묽은 염산 10 중량 % 이내이고 로(F)에서 수분을 제거하는 단계는 절연저항이 100 이상이 될 때까지 수분을 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 시스의 외경은 0.5mm 이하이며 상기 시스열전대 제조방법에 의해 제조되는 시스열전대를 특징으로 한다.

본 발명에 의한 시스열전대의 제조방법은 상술한 바와 같이 검사공정을 포함한 총 6단계의 공정을 거친다.

일정 길이별로 열전대를 자르고 난후 직선으로 포밍하는 제1단계, 시스를 핀바이스에 고정하고 흠집을 낸후 줄로써 돌리면서 눌려서 내부의 마그네사이트를 부수고 흠집부위를 꺾어서 시스의 외피를 부러뜨린 후 묽은 산에 담그는 제2단계, 외피가 탈피된 시스의 리더선이 외피에 닿지 않도록 에폭시로 고정하고 경화시킨 후 로에서 수분을 제거하는 제3단계, 시스의 리더 반대쪽을 샌딩기로 내부의 마그네사이트를 1mm이상 깊이로 제거하고 묽은 산에서 완전히 없앤 후 시스의 끝부위를 용접하는 제4단계, 작업이 끝난 열전대에 보상선을 연결하고 슬리브를 접착제로 고정하고 슬리브내에 에폭시를 채우고 경화시키는 제5단계, 노이즈 및 접점의 용접성을 검사하는 제6단계로 이루어진다.

도 1을 참조하면 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예에 의한 시스열전대 제조하는 방법이 기재되어 있고, 상기 제조방법에 따른 시스열전대의 전체적인 구조는 도 2에 기재된 바와 같이 한 쌍의 온도측정 열전대 소선(11,12)이 절연재(13)가 충전된 시스(14)내부에 배치되고 상기 열전대 소선(11,12)의 일단부(제1단부)에 리더선이 형성되고, 다른 한 쪽은(제2단부)는 소선이 외피와 함께 용접되는 있는 구조이다.

이하, 도 1 내지 도7을 참조하여 각 공정에 대해 더욱 자세히 설명한다.

상기 시스열전대의 재질은 스테인리스강, 인코넬, 니켈, 스테인리스 등을 이루어질 수 있다.

제1공정에서는 공지의 와이어커팅기를 이용하여 구부러진 시스형 열전대(21)를 소정의 길이만큼 자른다. 실제 사용하고자 하는 길이에 +20mm를 자르는 것이 바람직하다. 자른 다음 시스를 포밍기를 통해 직선으로 성형한다.(도면 3참조)

제2공정에서는 시스를 핀바이스(31)에 고정하고 줄이나 와이어 스트리퍼 등을 이용하여 흠집(32)을 낸다. 상기 흠집을 낸 시스를 90도로 누르면서 돌려서 내부의 절연체인 마그네사이틀 부수고 털어낸다. 흠집 부위를 꺾어서 시스 외피를 부러뜨린 후 10% 이내의 묽은 염산에 담근다. 그 후에 외피를 탈피하고 중화시킨 후 로어 넣어서 90이상의 로에서 4시간이상 넣어두고 수분을 제거한다. (도면 4 참조)

제3공정에서는 외피가 탈피된 시스의 리더선이 외피에 닿지 않도록 FOXY(41)로 고정한다. FOXY 처리후에는 로에 넣어서 절연저항이 1000 이상이 될 때까지 충분히 수분을 제거하여야 한다.(도면 5 참조)

제4공정에서는 시스의 리더 반대쪽을 샌딩기로 내부의 마그네사이트를 1mm 이상 깊이로 제거한다. 마그네사이트를 에어로 제거한 후 내선에 붙어 있는 마그네사이트를 묽은 산으로 없앤다. 내선의 마그네사이트를 제거후에 물 또는 알카리수로 중화시킨다. 상기 중화과정이 완료되면 로에 넣어서 절연저항이 1000 이상이 될 때까지 충분히 수분을 제거하여야 한다. 시스의 끝부위를 용접 툴에 고정하고 내선와 외피를 동시에 녹여서 용접을 실시한다.(도면 6 참조)

제5공정에서는 작업이 끝난 시스형 열전대에 보상선(61)을 연결하고 슬리브(62)를 접착제로 고정한다. 고정된 슬리브내에 FOXY를 채우고 로에 넣어서 다시 경화시킨다. 센서의 제작 사양과 주문자의 설계도에 따라서 콘넥터(63) 등의 악세사리를 별도로 연결한다.(도면 7 참조)

마지막 제6공정에서는 제작 사양에 따른 시스의 길이와 보상선 길이 등을 검사한다. 또한 열전대의 절연저항검사, 열전대의 내선 및 보상선의 연결 검사, 온도에 따른 오차 점검 등을 열전대의 종류나 주문자의 설계조건에 맞춰 검사를 실시한다.

온도테스트 등을 실시하여 보정을 하면 온도센서로서 제품이 완성된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 재료의 치환, 변형 및 변경이 가능함을 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

기존 시스열전대의 생산성을 대폭 높일 수 있어 원가절감 등을 통해 산업발전에 이바지 할 것으로 기대되며, 특히 제철소, 실험실, 의료기기, 화학공정, 센서산업 등에 예산절감 등에도 크게 이바지할 것으로 기대된다.

S100 : 제1단계 S200 : 제2단계
S300 : 제3단계 S400 : 제4단계
S500 : 제5단계 S600 : 제6단계
11, 12 : 열전대 소선 13 : 절연재
14 : 시스 21 : 열전대
31 : 핀바이스 32 : 흠집
41 : FOXY 61 : 보상선
62 : 슬리브 63 : 콘넥터
a : 묽은 산 F : 로

Claims (5)

1. 시스열전대 및 그 제조방법에 있어서,
   일정 길이별로 열전대를 자르고 난후 직선으로 포밍하는 제1단계(S100);
   시스를 핀바이스에 고정하고 흠집을 낸후 줄로써 돌리면서 눌려서 내부의 마그네사이트를 부수고 흠집부위를 꺾어서 시스의 외피를 부러뜨린 후 묽은 산(a)에 담그는 제2단계(S200);
   외피가 탈피된 시스의 리더선이 외피에 닿지 않도록 에폭시로 고정하고 경화시킨 후 로(F)에서 수분을 제거하는 제3단계(S300);
   시스의 리더 반대쪽을 샌딩기로 내부의 마그네사이트를 1mm이상 깊이로 제거하고 묽은 산(a)에서 완전히 없앤 후 시스의 끝부위를 용접하는 제4단계(S400);
   작업이 끝난 열전대에 보상선을 연결하고 슬리브를 접착제로 고정하고 슬리브내에 에폭시를 채우고 경화시키는 제5단계(S500);
   노이즈 및 접점의 용접성을 검사하는 제6단계(S600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시스열전대 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   묽은 산(a)은 묽은 염산 10 중량 % 이내인 것을 특징으로 하는 시스열전대 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   로에서 수분을 제거하는 단계는 절연저항이 100 이상이 될 때까지 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 시스열전대 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   시스의 외경은 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 시스열전대 제조방법.
5. 시스열전대 및 그 제조방법에 있어서,
   일정 길이별로 열전대를 자르고 난후 직선으로 포밍하는 제1단계(S100);
   시스를 핀바이스에 고정하고 흠집을 낸후 줄로써 돌리면서 눌려서 내부의 마그네사이트를 부수고 흠집부위를 꺾어서 시스의 외피를 부러뜨린 후 묽은 산(a)에 담그는 제2단계(S200);
   외피가 탈피된 시스의 리더선이 외피에 닿지 않도록 에폭시로 고정하고 경화시킨 후 로(F)에서 수분을 제거하는 제3단계(S300);
   시스의 리더 반대쪽을 샌딩기로 내부의 마그네사이트를 1mm이상 깊이로 제거하고 묽은 산(a)에서 완전히 없앤 후 시스의 끝부위를 용접하는 제4단계(S400);
   작업이 끝난 열전대에 보상선을 연결하고 슬리브를 접착제로 고정하고 슬리브내에 에폭시를 채우고 경화시키는 제5단계(S500);
   노이즈 및 접점의 용접성을 검사하는 제6단계(S600);를 거쳐 제조되는 시스열전대.

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