KR101892732B1 - 다접점 온도센서를 이용한 광대역 용융금속 액위 측정 장치 및 열 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 보상을 이용한 연속식 용융금속 액위 측정 장치에 있어서, 원통 형상의 보빈(bobbin); 상기 보빈의 외면을 나선형으로 환요하는 액위 계측부; 내부에 상기 보빈과 상기 액위 계측부가 위치하고, 상기 보빈과 상기 액위 계측부를 외부로부터 밀폐시키며, 상기 보빈과 동일한 축방향을 가지며, 일단이 개방된 원통 형상의 내측실린더; 내부에 상기 내측실린더가 위치하고, 상기 보빈과 동일한 축방향을 갖는 원통 형상의 보호관; 상기 내측실린더의 외측과 상기 보호관의 내측에 의해 형성되는 공간에 상기 축방향으로 신장되어 배치된 복수의 열전대; 및 상기 액위 계측부를 제어하여 상기 용융금속의 액위를 측정하고, 상기 복수의 열전대에 의해 측정된 각각의 온도를 기반으로 상기 액위 계측부를 통해 측정된 상기 용융금속의 액위의 보정된 값을 출력하는 제어부;를 포함한다.

Description

다접점 온도센서를 이용한 광대역 용융금속 액위 측정 장치 및 열 시스템{LONG-RANGED MOLTEN METAL LIQUID LEVEL MEASURING DEVICE AND THERMAL SYSTEM USING MULTI-POINT TEMPERATURE SENSOR}
본 발명은 다접점 온도 센서를 이용한 광대역 용융금속 액위 측정 장치 및 이를 포함하는 열 시스템에 관한 것이다.
용융금속 액위측정은 주로 비연속식 접점방식(Discontinuous, Electrode)의 가장 기초적인 방법과 유도전류를 활용하는 연속식(Continuous, Inductive) 방법, 그리고 레이다(Radar) 방식 등을 주로 사용해오고 있다. 하지만 전통적인 액위 측정 방식인 비연속식 접점 방식의 경우 연속적인 액위 측정이 불가능하여 그 개수를 무한히 늘이지 않는 한 미소 액위 변동을 측정할 수 없고, 레이다(Radar) 방식의 경우에는 일부 용융 소듐을 냉각재로 사용하는 고속증식 원자로에 사용된 예가 있으나 아직은 용융금속 액위 측정에 대한 적용사례가 부족한 상태이다.
유도전류를 활용하는 연속식의 액위계 역시 고온의 작동유체에 대하여 그 온도변동에 의한 물성치 변동이 잦은 경우에는 인접한 지점에 존재는 작동유체인 용융금속의 온도를 직접 측정하여 측정된 액위 정보에 대한 온도보상을 수행해야 하는 번거로움이 따르게 된다. 특히, 고온 환경에서의 액위계 구조자체의 열팽창과 같은 기준점 변경 환경이 조성되는 경우에는 측정된 용융금속 액위 정보의 신뢰성 확보 및 오차분석 과정에서 불확실성이 증가할 여지가 다분하다.
이와 같은 온도 변동에 따른 운용 특성 및 고온의 작동 환경은 광대역 (Long-range) 액위계, 즉 계측기의 길이가 길어지는 경우에 그 불확실성이 계측 값의 신뢰성에 더욱 더 심각한 영향을 미칠 수 있다. 특히, 종래기술에서의 온도보상 개념은 측정되는 용융금속 온도의 불확실성, 즉 축방향으로 용융금속의 액위가 변화하는 과정에서 온도를 측정하는 위치가 실제로 용융금속의 액위가 측정되는 위치와 일치하지 않은 경우가 많고, 또한 용융금속의 직접접촉 및 비접촉 상황에 따라 코일을 감싸고있는 튜브 등에 대한 전기전도도 등의 물성에 차이가 나타날 수 있으므로 가능한한 액위 변화에 따른 상세한 온도정보가 온도보상에 반영되어야 하지만 현실적으로 이를 만족하지 못하는 경우가 많았다.
한편, 액체의 레벨을 측정하는 장치와 관련된 종래기술로서 한국공개특허 제10-2007-0092967호(이하 '선행기술'이라 약칭함)는 근위부, 중앙부 및 말단부를 포함하는 센서를 통해 액체의 레벨을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 시스템이 개시되었다. 다만, 선행기술은 액위 정보의 정확성을 향상시키기 위해 온도정보의 측정 및 측정된 데이터의 종합을 통해 온도보상을 수행하는 구성요소가 확인되지 않았다.
한국공개특허 제10-2007-0092967호
본 발명의 목적은 다접점에서 온도 측정이 가능한 액위 측정 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 광대역에서 용융금속의 액위 측정 및 자유액면 추적이 가능한 액위 측정 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 전술한 액위 측정 장치를 포함하는 열 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 용융금속 액위 측정 장치는, 온도 보상을 이용한 연속식 용융금속 액위 측정 장치에 있어서, 원통 형상의 보빈(bobbin); 상기 보빈의 외면을 나선형으로 환요하는 액위 계측부; 내부에 상기 보빈과 상기 액위 계측부가 위치하고, 상기 보빈과 상기 액위 계측부를 외부로부터 밀폐시키며, 상기 보빈과 동일한 축방향을 갖는 원통 형상의 내측실린더; 내부에 상기 내측실린더가 위치하고, 상기 보빈과 동일한 축방향을 가지며, 일단이 개방된 원통 형상의 보호관; 상기 내측실린더의 외측과 상기 보호관의 내측에 의해 형성되는 공간에 상기 축방향으로 신장되어 배치된 복수의 열전대; 및 상기 액위 계측부를 제어하여 상기 용융금속의 액위를 측정하고, 상기 복수의 열전대에 의해 측정된 각각의 온도를 기반으로 상기 액위 계측부를 통해 측정된 상기 용융금속의 액위의 보정된 값을 출력하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예를 따르는 용융금속 액위 측정 장치는, 상기 내측실린더와 상기 보호관을 연결하는 연결부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호관은 복수의 통공이 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 통공은 직경이 4mm 이상일 수 있다.
또한, 상기 보호관은 상기 보호관의 일단으로부터 기설정된 제1 거리 내의 외주면에 상기 복수의 통공이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 용융금속 액위 측정 장치는, 상기 보호관의 일단으로부터 상기 기설정된 제1 거리보다 큰 기설정된 제2 거리에, 상기 보호관 내부의 영역을 제1 영역 및 제2 영역으로 분리하도록 형성된 플랜지부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은 상기 보호관의 일단으로부터 상기 기설정된 제2 거리 내의 상기 보호관의 내부이며, 상기 플랜지부는 상기 제2 영역을 상기 제1 영역으로부터 밀폐시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 기설정된 제2 거리는 상기 내측실린더의 길이보다 길 수 있다.
또한, 상기 보빈은 Grade 91계 금속재질 일 수 있다.
또한, 상기 액위 계측부는 상기 제어부로부터 교류전류가 인가되는 제1 코일; 및 상기 교류전류에 기초하여 유도전류를 발생하는 제2 코일;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 코일은 각각이 단일 코일로 형성되며, 상기 보빈의 축방향으로 교번하여 나란하게 환요할 수 있다.
또한, 상기 내측실린더는 전류 및 전자기장의 투과가 용이한 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 열전대는 상이한 길이로 신장된 복수개의 열전대가 배치될 수 있다.
또한, 상기 열전대는 상기 플랜지부와 연결된 고정단; 및 상기 플랜지부로부터 신장되는 측정단;을 포함할 수 있다.
상기 측정단은 상기 플랜지부로부터 신장되는 길이가 조절될 수 있다.
또한, 상기 열전대는 상기 측정단이 외부로부터 차단된 밀폐형 열전대 일 수 있다.
또한, 상기 연결부는 상기 복수의 열전대 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 열전대 중 적어도 하나에서 측정된 상기 용융금속의 온도정보에 기초하여 상기 용융금속의 보정된 액위를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 열전대에서 측정된 상기 용융금속의 온도정보를 연속적으로 수집하여 상기 용융금속의 보정된 액위를 산출할 수 있다.
또한, 상기 플랜지부는 복수의 관통공이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 열 시스템은, 용융금속 액위 측정 장치가 삽입되어 작동 유체의 액위를 측정한다.
본 발명의 실시 예에 따르는 용융금속 액위 측정 장치는, 축방향으로 신장된 원통형 보빈 주변으로 상이한 길이로 배치된 복수의 열전대를 통해 축방향으로 다접점의 온도 측정이 가능하므로, 복잡한 실험장치 및 다양한 산업용 탱크 형태에 응용가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르는 용융금속 액위 측정 장치는, 작동 유체의 축방향 온도를 직접적으로 측정한 데이터에 기초하여, 유도형 액위 계측기로 획득된 액위를 온도보상을 통해 직접적으로 적용함으로써 신뢰도가 향상된 액위 데이터를 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르는 용융금속 액위 측정 장치는, 관통부가 최소화된 플랜지부를 포함하여 실린더 내부의 공간에 대한 격리 특성 확보가 가능하며, 계측 장치의 운용이 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르는 열 시스템은, 용융금속 액위 측정 장치를 포함하는 이중구조를 가짐으로써 안정성 및 성능에 영향을 줄 수 있는 열 시스템 주 작동 유체의 미세 누설을 조기에 파악할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치의 높이별 평면도 확인을 위한 기준을 나타낸다.
도 4는 도 3의 A-A'를 기준으로한 평면도를 나타낸다.
도 5는 도 3의 B-B'를 기준으로한 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 3의 C-C'를 기준으로한 평면도를 나타낸다.
도 7은 도 3의 D-D'를 기준으로한 평면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 측정단의 길이 변화를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 열 시스템이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 열 시스템 상단의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치(10)는 헬리컬 형태로 환요하는 한쌍의 코일을 통해 연속적인 액위의 측정이 가능하며, 다접점에서 측정하는 온도정보에 기초하여, 용융금속의 액위의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치(10)는 리튬, 칼륨, 나트륨-칼륨 용융합금, 납-비스무스 합금, 납 등의 용융금속의 액위를 측정할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치(10)의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치(10)의 단면도이다. 도 1 및 2를 참조하면, 용융금속 액위 측정 장치(10)는 보빈(11), 액위 계측부(12), 내측실린더(13), 보호관(14), 열전대(15), 제어부(16), 연결부(17) 및 플랜지부(18)를 포함할 수 있다.
보빈(11)은 원통 형상으로 제공될 수 있다.
일반적으로 보빈은 전기 회로용 코일선을 감는 중공의 원통으로, 도자기 또는 베이클라이트제로 저항기나 코일 제작 등에 사용된다. 이처럼 본 실시 예에 따른 보빈(11)은 원통형상으로 제공되어 액위 계측부(12)가 용이하게 감길수 있는 지지대 역할을 수행할 수 있다. 보빈(11)의 직경에 따라 내측실린더(13) 및 보호관(14)의 직경이 결정될 수 있다.
보빈(11)은 Grade91계 금속재질일 수 있다.
본 실시 예에서, 보빈(11)은 고온의 용융금속에 노출된 환경에서 사용될 수 있으며, 재질에 따라 온도에 따른 체적의 변화가 발생할 수 있다. 이는, 측정된 액위의 신뢰도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 보빈(11)의 재질을 제한함으로써 체적변화를 예방하여 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 보빈(11)은 열팽창률이 적은 재질로 사용될 수 있다. 보빈(11)은 Grade 91(Modified 9Cr-1Mo) 계열의 금속을 사용하여 길이방향의 팽창 및 수축을 최소화 할 수 있다. 보빈(11)의 체적변화가 최소화 됨에따라 용융금속 액위 측정 장치(10)의 정밀도가 향상될 수 있다. 한편, 다수의 열전대(15)를 구비하여 측정된 온도정보를 토대로 보빈(11)의 변화된 체적변화를 보정할 수 있다.
액위 계측부(12)는 보빈(11)의 외면을 나선형으로 환요할 수 있다.
본 실시 예에서, 액위 계측부(12)는 보빈(11)의 외면을 플랜지부(18)의 하단으로부터 축방향을 따라 감아내려갈 수 있다. 액위 계측부(12)는 연속적인 액위의 측정을 위해 보빈의 측면을 나사선과 같은 형태로 연속적으로 에워쌀 수 있다. 특히, 액위 계측부(12)는 빈틈이 형성되지 않은 나사선 형태로 배치되어 보빈(11) 축방향의 모든 액위를 측정할 수 있음을 알 수 있다. 다만, 액위 계측부(12)는 용융금속과 직접적인 접촉을 예방하기 위해 내측실린더(13)와 격리됨이 바람직하다.
한편, 액위 계측부(12)는 전류 측정부와 제어부(16)로 연결되기 위한 회선으로 구분될 수 있으며, 이는 플랜지부(18)를 기준으로 구분될 수 있다. 액위 계측부(12)는 측정에 적합하도록 산화마그네슘(MgO)과 같은 광물 절연재로 피복된 MI 케이블을 사용하여 고온 환경에서 사용이 용이하도록 구성될 수 있다. 또한, 회선은 무기재료를 사용하여 고온 환경에 용이하게 사용할 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 플랜지부(18)를 기점으로 전류 측정부와 회선은 케이블 번치(bunch) 등이 적절히 배치될 수 있으며, 플랜지부(18)는 연결부위를 제외하고 밀봉된 상태로 제공될 수 있다.
액위 계측부(12)는 제1 코일(121) 및 제2 코일(123)을 포함할 수 있다. 제1 코일(121) 및 제2 코일(123)은 각각이 단일 코일로 형성되며, 보빈(11)의 축방향으로 교번하여 나란하게 환요할 수 있다.
본 실시 예에서, 제1 및 제2 코일(123)은 각각 단일한 폐회로를 형성하는 코일일 수 있다. 제1 코일(121)과 제2 코일(123)은 한쌍의 코일로 액위 계측부(12)를 구성하며, 나란하게 나사선을 형성할 수 있다. 제1 코일(121)이 형성하는 피치 중 제1 코일이 배치되지 않은 공간에는 제2 코일(123)이 나사선을 형성하여 보빈(11)이 측면이 노출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 코일(123)이 형성하는 피치는 최대한 촘촘하게 구성하여, 액위 측정의 정밀성을 향상시킬 수 있다. 제1 및 제2 코일(123)은 보빈(11)의 원주 방향으로는 중첩되게 형성되지 않으며, 이에 따라 보빈(11)의 직경과 각 코일의 직경에 의해 내측실린더(13)의 직경이 결정될 수 있다. 다만, 본 발명에 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치(10)는 소형화되어 제공되는 것을 바람직한 형태로 예측하는 바, 각 코일의 직경은 1인치 이내의 범위로 형성될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 코일(123)은 플랜지부(18)로부터 나사선을 형성하며, 플랜지부(18)를 관통하는 리드선과 결선되어 제어부(16)와 연결될 수 있다. 액위 계측부(12)를 구성하는 각 코일은 제어부(16)와 연결되어 폐회로를 형성할 수 있다. 각 코일은 유도전류 방식을 활용하는 종래의 계측 장치의 구성과 동일하거나 이를 활용한 다른 형태로 제공될 수 있다.
제1 코일(121)은 제어부(16)로부터 교류전류가 인가될 수 있다.
본 실시 예에서, 제1 코일(121)은 제어부(16)와 연결되어 전류를 인가받을 수 있다. 제1 코일(121)로 인가된 전류는 용융금속 및 제2 코일(123)로 유도전류를 발생시킬 수 있다. 이처럼, 제1 코일(121)로는 교류전류가 인가되어 용융금속과 제2 코일(123)로 유도전류를 발생시켜야 하며, 이후 용융금속에 흐르게되는 유도전류의 영향에 따라 제2 코일(123)의 변환된 출력을 통해 용융금속의 액위를 결정할 수 있다.
제2 코일(123)은 제1 코일(121)에 인가된 교류전류에 기초하여 유도전류를 발생할 수 있다.
본 실시 예에서, 제2 코일(123)은 제1 코일(121)에 인가된 교류전류 및 이에 따라 유도된 용융금속의 유도전류에 따라 상이한 출력의 유도전류를 발생할 수 있다. 제2 코일(123)에 발생한 유도전류는 제어부(16)로 전달되어 액위를 결정하는 데이터로 사용될 수 있다.
내측실린더(13)는 내부에 보빈(11)과 액위 계측부(12)가 위치하고, 보빈(11)과 액위 계측부(12)를 외부로부터 밀폐시키며, 보빈(11)과 동일한 축방향을 갖는 원통형상 일 수 있다.
본 실시 예에서, 내측실린더(13)는 용융금속으로부터 보빈(11)과 액위 계측부(12)를 격리시키기 위해 구비될 수 있다. 내측실린더(13)는 보빈(11)과 액위 계측부(12)의 직경에 의해 직경이 결정될 수 있다. 상세하게는, 내측실린더(13)의 직경은 보빈(11)의 직경과 액위 계측부 코일의 직경의 2배를 더한 수치를 수용할 수 있는 크기로 결정될 수 있다. 내측실린더(13)는 보빈(11)과 동일한 축방향을 가지며, 플랜지부(18)로 일단이 밀폐되고, 타단은 자체적으로 밀폐된 원통 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 내측실린더(13)는 완전한 밀폐상태를 제공하기 위하여 고품질 피팅류를 사용하여 구성이 마무리된 상태로 제공될 수 있다.
내측실린더(13)는 전류 및 전자기장의 투과가 용이한 재질로 구성될 수 있다.
본 실시 예에서, 내측실린더(13)는 용융금속과 액위 계측부(12)의 직접적인 접촉을 방지하기 위해 형성되지만, 용융금속의 액위를 측정하기 위해 제1 코일(121)에 인가된 교류전류를 용융금속으로 전달할 수 있는 재질로 구비되어야 함에 주목한다. 또한, 내측실린더(13)는 고온의 용융금속과 직접접촉이 발생함에 따라 고온에서 체적변화가 적고 내열성이 우수한 재질로 제공될 수 있다.
보호관(14)은 내부에 내측실린더(13)가 위치하고, 보빈(11)과 동일한 축방향을 가지며, 일단이 개방된 원통 형상일 수 있다.
본 실시 예에서, 보호관(14)은 내측실린더(13)를 내측에 배치할 수 있으며, 내측실린더(13)의 외면과 일정한 거리 이상이 이격되어 동일한 축방향을 갖는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 보호관(14)은 이격된 공간에 복수개의 열전대(15)가 배치되며, 이에 따라 용융금속의 온도를 측정하는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 보호관(14)은 하단이 개방된 구조로 제공되어 용융금속의 유입 및 배출이 용이하게 이루어질 수 있다. 보호관(14)은 용융금속과 직접적인 접촉이 발생함에 따라 용융금속과의 양립성이 우수한 금속성 재질이 제공될 수 있으며, 내열성이 우수한 재질로 제공될 수 있다.
보호관(14)은 복수의 통공(141)이 형성될 수 있다.
본 실시 예에서, 통공(141)은 보호관(14)의 측면에 복수개 형성될 수 있다. 통공(141)은 용융금속이 유통되도록 마련될 수 있으며, 이를 통해 열전대(15)와 용융금속이 직접적으로 접촉할 수 있다. 즉, 통공(141)은 열전대(15)의 온도측정 효율을 향상시키며, 보호관(14) 내측 공간의 건전성을 향상시키기 위해 구성될 수 있다.
통공(141)은 직경이 4mm 이상일 수 있다.
본 실시 예에서, 통공(141)은 보호관(14) 내외로 유통하는 작동유체의 용이한 이동을 위해 형성될 수 있다. 통공(141)은 용융과 고화가 반복되는 작동유체가 통공(141)을 차단하지 않도록 복수로 형성되며, 충분한 크기로 제공되어 유통의 건전성을 유지할 수 있다. 통공(141)은 직경이 5mm 이상인 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 통공(141)은 단축의 길이가 5mm 이상인 타원형으로 형성될 수 있다. 통공(141)은 연결부(17)의 형성에 제한이 되지않는 범위에서 그 크기가 결정될 수 있다. 또한, 통공(141)은 보호관(14)의 구조 및 기계적 특징상 보호관(14) 본연의 기능을 수행하는데 지장이 없는 범위에서 그 크기가 결정될 수 있다.
보호관(14)은 일단으로부터 기설정된 제1 거리 내의 외주면에 복수의 통공(141)이 형성될 수 있다.
본 실시 예에서, 보호관(14)은 외주면의 일 부분에 통공(141)이 형성될 수 있다. 보호관(14)의 일단은 용융금속 액위 측정 장치(10)의 하단으로 이해될 수 있으며, 일단으로부터 기설정된 제1 거리 내의 외주면에 복수의 통공(141)이 형성될 수 있다. 제1 거리는 후술하게 될 제2 거리와 구분하기 위해 정의된다. 제1 거리는 보호관의 일단으로부터 임의로 설정된 거리를 의미하며, 제1 거리는 제2 거리보다 짧게 형성될 수 있다.
제2 거리는 보호관(14)의 일단으로부터 보호관(14)의 타단까지의 길이로 정의될 수 있다. 제2 거리는 내측실린더(13)의 길이보다 길 수 있다. 즉, 보호관(14)은 내측실린더(13) 및 보빈(11) 보다 길게 형성될 수 있다.
열전대(15)는 내측실린더(13)의 외측과 보호관(14)의 내측에 의해 형성되는 공간에 보빈(11)의 축방향으로 신장되어 복수개 배치될 수 있다.
본 실시 예에서, 열전대(15)는 용융금속의 온도측정을 위해 구비될 수 있다. 열전대(15)는 복수개로 마련되어 용융금속의 온도를 다접점에서 측정할 수 있다. 이처럼 다접점의 열전대(15)에서 측정한 온도정보는 제어부(16)로 전달되어 액위에 대한 온도보상이 수행될 수 있다. 열전대(15)는 내측실린더(13)와 보호관(14)의 사이공간에 내측실린더(13)의 축방향과 동일하게 신장되어 배치될 수 있으며, 배치형태는 제한되지 않는다. 열전대(15)는 재질, 직경, 길이 등이 제한되지 않으며, 상호간 접촉하지 않고 이격되도록 배치될 수 있다. 열전대(15)는 용융금속과 직접 접촉을 통해 온도측정이 이루어지는 바, 용융금속과의 양립성이 좋은 금속 재질로 표면처리가 되어 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 액위 측정 장치(10)의 높이별 평면도 확인을 위한 기준을 나타낸다. 도 4는 내지 7은 도 3의 기준 높이별 각각의 평면도를 나타낸다.
열전대(15)는 상이한 길이로 신장되어 복수개 배치될 수 있다.
본 실시 예에서, 열전대(15)는 다양한 액위에 따라 온도를 측정할 수 있도록 상이한 길이로 신장되어 제공될 수 있다. 특히, 열전대(15)의 길이조절은 열전대(15)에 위치에 따라 배치된 온도센서를 기준으로 변경될 수 있다. 즉, 열전대(15)는 플랜지부(18)를 기준으로 축방향으로 상하이동하여 길이가 조절될 수 있다. 또한, 열전대(15)는 일단에 온도센서가 추가적으로 부착되어 신장되는 결합형으로 제공될 수 있다. 이는, 용융금속의 온도에 따른 온도보상의 정확도를 향상시키기 위함이며, 구비되는 열전대(15)의 개수가 증가하거나 신장되는 길이가 향상됨에 따라 액위의 신뢰도가 향상될 수 있다.
예를 들어, 12개의 열전대가 내측실린더(13)와 보호관(14) 사이의 공간에 원주방향으로 배치되는 경우, 각 열전대 간 이격된 각도는 30°로 제공될 수 있다. 이처럼, 열전대는 등간격으로 배치될 수 있으나, 설계상의 변형이나 사용자의 필요에 의해 불규칙하게 배치될 수 있다.
도 3을 상세히 설명하면, 용융금속 액위 측정 장치(10)의 축방향을 기준으로하여 A-A', B-B', C-C', D-D'의 4가지 기준면을 설정하였다. 도 4는 A-A'를 기준으로한 평면도를 나타낸다. A-A'단면은 플랜지부(18)의 상단을 나타내기 때문에 보빈(11) 및 내측실린더(13)가 확인되지 않음을 알 수 있다. 또한, 액위 계측부(12)는 나선형태로 배치되지 않고 이에 연결되는 각각의 리드선이 확인됨을 알 수 있다. 마찬가지로, 열전대(15)는 배치되지 않았으나, 각각의 열전대와 제어부(16)를 연결하는 리드선이 배치됨을 알 수 있다.
도 5는 B-B'를 기준으로한 평면도를 나타낸다. B-B'단면은 플랜지부(18)의 하단을 나타내기 때문에 보빈(11) 및 내측실린더(13)가 형성되었으며, 보빈(11)을 둘러싼 형태의 액위 계측부(12)를 확인할 수 있다. 또한, 내측실린더(13)와 보호관(14) 사이를 연결하는 연결부(17) 및 복수의 열전대(15)가 배치됨을 알 수 있다. 다만, B-B'면의 보호관 외주면은 통공(141)이 형성되지 않았으며, 이는 해당 외주면이 전술한 제1 거리보다 하단으로부터 멀리 떨어져 있기때문임을 알 수 있다. B-B'면에서 일부 열전대(15)는 확인되고, 일부 열전대(15)는 확인되지 않을 수 있다. 각각의 연결부(17)는 열전대(15) 사이에 배치되어 열전대(15)를 공간적으로 격리할 수 있다. 연결부(17)가 형성하는 공간의 수는 배치된 열전대(15)의 수보다 작거나 같을 수 있다.
도 6은 C-C'를 기준으로한 평면도를 나타낸다. C-C'단면도 B-B'단면과 마찬가지로 플랜지부(18)의 하단을 나타내기 때문에 보빈(11) 및 내측실린더(13)가 형성되었으며, 보빈(11)을 둘러싼 형태의 액위 계측부(12)를 확인할 수 있다. 또한, 내측실린더(13)와 보호관(14) 사이를 연결하는 연결부(17) 및 복수의 열전대(15)가 배치됨을 알 수 있다. 다만, B-B'면과 달리 C-C'면은 통공(141)이 형성됨을 확인할 수 있다. 또한, C-C'면은 B-B'면에 비해 열전대(15)의 숫자가 줄어들었으며, 이는 보호관(14)의 하단으로 이동함에따라 길게 신장된 열전대(15)의 숫자가 감소됨을 의미할 수 있다.
도 7은 D-D'를 기준으로한 평면도를 나타낸다. D-D'단면도 다른 플랜지부(18) 하단의 단면과 마찬가지로 보빈(11) 및 내측실린더(13)가 형성되었으며, 보빈(11)을 둘러싼 형태의 액위 계측부(12)를 확인할 수 있다. 또한, 내측실린더(13)와 보호관(14) 사이를 연결하는 연결부(17) 및 열전대(15)가 배치됨을 알 수 있다. 다만, D-D'면은 보호관(14)의 최하단면으로 해당 길이까지 신장된 열전대(15)는 극히 일부일 수 있으며, 도 7에서는 하나의 열전대(15)가 배치되었음을 확인할 수 있다. 한편, 도 7에는 통공(141)이 도시되지 않았지만, 이는 설계상의 차이에 따라 변경될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 측정단(153)의 길이 변화를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 열전대(15)는 고정단(151) 및 측정단(153)을 포함할 수 있다.
고정단(151)은 플랜지부(18)와 연결될 수 있다. 고정단(151)은 용융금속과의 양립성이 좋은 금속 재질로 플랜지부(18)에 고정하여 다접점 열전대(15)와 액위 계측부(12)가 플랜지부(18)를 통해 일체형으로 구성될 수 있다.
측정단(153)은 플랜지부(18)로부터 신장될 수 있다. 측정단(153)은 플랜지부(18)로부터 신장되는 길이가 조절될 수 있다.
본 실시 예에서, 측정단(153)은 고정단(151)을 제외한 부분으로 정의될 수 있다. 측정단(153)은 용융금속의 온도를 측정할 수 있다. 측정단(153)의 길이가 상이하게 신장됨에 따라 다수의 열전대(15)는 상이한 액위에 위치하는 용융금속의 온도를 측정할 수 있으며, 측정된 데이터는 제어부(16)에서 종합되어 온도보상의 기초데이터로 사용될 수 있다. 도 4를 참조하면, 측정단(153)은 A 내지 F 의 형태로 변형될 수 있다. 일 예로, 6개의 열전대(15)가 내측실린더(13)와 보호관(14) 사이에 형성된 공간에 원주방향으로 배치되는 경우 각각의 이격된 각도는 60°로 동일할 수 있으며, A ~ F 중 한가지 길이로 신장된 상이한 6개의 열전대가 제공될 수 있다.
열전대(15)는 측정단(153)이 외부로부터 차단된 밀폐형 열전대일 수 있다.
일반적으로 열전대는 제베크효과를 이용하여 넓은 범위의 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속으로 만든 장치이다. 특히, 내구성이 좋아 극한조건에서 많이 사용된다. 이중, 용융금속에 적용되는 열전대는 영하 200℃ 내지 영상 1250℃ 에서 사용 가능하며, 다양한 특성 때문에 신뢰성이 높은 K형 열전대가 주로 선호된다. 열전대는 접점 형태에 따라 선단노출형, 접지형, 비접지형으로 나눌 수 있다. 본 실시 예에 따른 열전대(15)는 고온의 용융금속과 직접접촉이 예상되는 바, 측정을 위한 선단이 노출되는 선단노출형을 제외한 밀폐형 열전대(15)로 제공될 수 있다.
다시 도 1 및 2를 참조하면, 제어부(16)는 액위 계측부(12)를 제어하여 용융금속의 액위를 측정하고, 복수의 열전대(15)에 의해 측정된 각각의 온도를 기반으로 액위 계측부(12)를 통해 측정된 용융금속의 액위의 보정된 값을 출력할 수 있다.
본 실시 예에서, 제어부(16)는 상이하게 신장된 복수의 열전대(15)로부터 각각의 온도정보를 전달받을 수 있다. 특히, 제어부(16)의 온도보상모듈(163)은 온도데이터를 종합하고, 종합된 데이터를 액위산출모듈(161)로 전달할 수 있다.
일 예로, 제어부(16)는 복수의 열전대(15) 중 적어도 하나에서 측정된 용융금속의 온도정보에 기초하여 용융금속의 보정된 액위를 산출할 수 있다. 해당 예에서는, 용융금속의 자유액면과 가장 근접한 열전대(15)에서 측정된 온도를 종합하여 용융금속의 보정된 액위를 산출할 수 있다.
다른 예로, 제어부(16)는 복수의 열전대(15)에서 측정된 용융금속의 온도정보를 연속적으로 수집하여 용융금속의 보정된 액위를 산출할 수 있다. 해당 예에서는, 용융금속의 자유표면 하단에 위치한 모든 열전대(15)에서 측정된 온도를 종합할 수 있으며, 이를 통해 용융금속의 보정된 액위를 산출할 수 있다.
다시 도 1 및 도 5를 참조하면, 연결부(17)는 내측실린더(13)와 보호관(14)을 연결할 수 있다. 또한, 연결부(17)는 복수의 열전대(15) 사이에 형성될 수 있다.
본 실시 예에서, 연결부(17)는 내측실린더(13)와 보호관(14)을 연결하도록 판 형상으로 형성될 수 있다. 연결부(17)는 열전대(15)가 배치되지 않은 영역에 형성되어 복수의 열전대(15)를 공간적으로 이격시킬 수 있다. 연결부(17)는 플랜지부(18) 보다 하단의 영역에 형성될 수 있다. 연결부(17)는 내측실린더(13)와 보호관(14) 사이에 형성된 공간의 건전성을 위하여, 보호관(14)의 하단을 기준으로 축방향으로 형성되는 높이가 제한될 수 있다. 연결부(17)는 복수로 형성될 수 있다.
플랜지부(18)는 보호관(14)의 일단으로부터 기설정된 제1 거리보다 큰 기설정된 제2 거리에 위치하여, 보호관(14) 내부의 영역을 제1 영역 및 제2 영역으로 분리할 수 있다.
본 실시 예에서, 플랜지부(18)는 보호관(14)의 일단으로부터 제1 거리보다 크게 이격될 수 있으며, 이를 제2 거리로 정의한다. 제2 거리에 위치한 플랜지부(18)를 기준으로 하부 영역을 제1 영역, 상부 영역을 제2 영역으로 정의할 수 있다. 제1 영역은 액위 계측부(12) 및 열전대(15)를 통해 용융금속의 액위와 온도를 측정하는 영역을 의미한다. 제2 영역은 플랜지부(18) 상단을 의미하며, 제어부(16)와 액위 계측부(12) 및 열전대(15)를 연결하는 리드선, 회선 등이 배치되는 영역을 의미한다. 제1 영역과 제2 영역은 플랜지부(18)를 통해 공간적으로 격리될 수 있다. 제2 영역은 리드선, 회선 등이 연결된 단자가 배치될 수 있으며, 빈 공간은 산화 마그네슘과 같은 광물 절연재 등을 이용하여 채운 후 밀봉마감할 수 있다.
플랜지부(18)는 복수의 관통공(181)이 형성될 수 있다.
본 실시 예에서, 관통공(181)은 제1 영역의 액위 계측부(12) 및 열전대(15)와 제2 영역의 리드선 및 회로 등을 연결하기 위해 형성될 수 있다. 이는, 제어부(16)를 통한 용융금속 액위 측정 장치(10)의 작동을 위해 필수적으로 요구되며, 설계상의 변경사항에 따라 단일한 형태의 관통공(181) 또는 다수의 관통공(181)으로 형성될 수 있다. 다만, 제1 영역과 제2 영역의 공간적 격리효율을 높이기 위해, 제어부(16)와의 연결을 위해 형성되는 관통공(181)을 제외한 추가적인 관통공(181)의 형성은 지양됨이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 열 시스템(1)이다. 이처럼, 용융금속 액위 측정 장치(10)는 용융금속을 작동유체로 사용하는 용융금속 냉각 원자로, 화학플랜트 및 산업용 취급시설에서 작동유체의 자유액면을 포함하는 밀폐 공간의 용융금속의 액위 및 온도를 정밀하게 측정하기 위한 계측기에 포함될 수 있다. 또한, 용융금속 액위 측정 장치(10)는 밀폐된 탱크 및 실험용기의 내부에 삽입되어 누설감지기의 일 종류로도 사용될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 용융금속 액위 측정 장치(10)를 포함하는 상위 개념을 본 명세서에서는 열 시스템(1)으로 정의하며, 전술한 예시에 제한되지 않고 용융금속의 액위를 측정하기 위한 모든 시스템에 적용될 수 있다. 이와 관련된 사항은 도 10을 통해 상술하도록 한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 다른 열 시스템(1) 상단의 평면도이다. 도 10을 참조하면, 매우 복잡한 열 시스템(1) 구조에 대해서도 본 발명의 플랜지부(18)의 상단은 최소한의 관통공(181)이 형성되어 제어부(16)와 열전대(15) 및 액위 계측부(12)가 연결될 수 있다. 이를 통해, 열 시스템(1)과 용융금속 액위 측정 장치(10)는 격리 특성 확보가 가능하며, 온도계측 및 광대역 연속식 액위 측정이 용이함을 확인할 수 있다. 이는, 용융금속 액위 측정 장치(10)로부터 측정되는 정보의 신뢰성을 향상시키는 요인으로 이해될 수 있다.
또한, 용융금속 액위 측정 장치(1)는 열 시스템(1)을 구성하는 탱크 및 실험용기 등의 내부 압력 상승과 같은 요인으로 인해 내부의 작동 유체가 외부로 누설되는 것을 플랜지부(18)를 통해 차단할 수 있다. 이 경우, 작동유체의 자유액면의 높이변화를 사전에 감지하여 이중 배관(Double wall pipe) 또는 이중벽 용기(Double wall vessel)와 같은 구조에서 누설감지기로 적용될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: 열 시스템
10: 용융금속 액위 측정 장치
11: 보빈
12: 액위 계측부
121: 제1 코일
123: 제2 코일
13: 내측실린더
14: 보호관
141: 통공
15: 열전대
151: 고정단
153: 측정단
16: 제어부
161: 액위산출모듈
163: 온도보상모듈
17: 연결부
18: 플랜지부
181: 관통공
9: 커버

Claims (21)

  1. 온도 보상을 이용한 연속식 용융금속 액위 측정 장치에 있어서,
    원통 형상의 보빈(bobbin);
    상기 보빈의 외면을 나선형으로 환요하는 액위 계측부;
    내부에 상기 보빈과 상기 액위 계측부가 위치하고, 상기 보빈과 상기 액위 계측부를 외부로부터 밀폐시키며, 상기 보빈과 동일한 축방향을 갖는 원통 형상의 내측실린더;
    내부에 상기 내측실린더가 위치하고, 상기 보빈과 동일한 축방향을 가지며, 일단이 개방된 원통 형상의 보호관;
    상기 내측실린더의 외측과 상기 보호관의 내측에 의해 형성되는 공간에 상기 축방향으로 신장되어 배치된 복수의 열전대; 및
    상기 액위 계측부를 제어하여 상기 용융금속의 액위를 측정하고, 상기 복수의 열전대에 의해 측정된 각각의 온도를 기반으로 상기 액위 계측부를 통해 측정된 상기 용융금속의 액위의 보정된 값을 출력하는 제어부;를 포함하는 용융금속 액위 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측실린더와 상기 보호관을 연결하는 연결부;를 더 포함하는 용융금속 액위 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호관은,
    복수의 통공이 형성된 용융금속 액위 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 통공은,
    직경이 4mm 이상인 용융금속 액위 측정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호관은,
    상기 보호관의 일단으로부터 기설정된 제1 거리 내의 외주면에 상기 복수의 통공이 형성된 용융금속 액위 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보호관의 일단으로부터 상기 기설정된 제1 거리보다 큰 기설정된 제2 거리에, 상기 보호관 내부의 영역을 제1 영역 및 제2 영역으로 분리하도록 형성된 플랜지부;를 더 포함하는 용융금속 액위 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 영역은,
    상기 보호관의 일단으로부터 상기 기설정된 제2 거리 내의 상기 보호관의 내부이며,
    상기 플랜지부는,
    상기 제2 영역을 상기 제1 영역으로부터 밀폐시키도록 형성된 용융금속 액위 측정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기설정된 제2 거리는,
    상기 내측실린더의 길이보다 긴 용융금속 액위 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보빈은,
    Grade 91계 금속재질인 용융금속 액위 측정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액위 계측부는,
    상기 제어부로부터 교류전류가 인가되는 제1 코일; 및
    상기 교류전류에 기초하여 유도전류를 발생하는 제2 코일;을 포함하는 용융금속 액위 측정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일은,
    각각이 단일 코일로 형성되며, 상기 보빈의 축방향으로 교번하여 나란하게 환요하는 용융금속 액위 측정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측실린더는,
    전류 및 전자기장의 투과가 용이한 재질로 구성되는 용융금속 액위 측정 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전대는,
    상이한 길이로 신장된 복수개의 열전대가 배치된 용융금속 액위 측정 장치.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전대는,
    상기 플랜지부와 연결된 고정단; 및
    상기 플랜지부로부터 신장되는 측정단;을 포함하는 용융금속 액위 측정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 측정단은,
    상기 플랜지부로부터 신장되는 길이가 조절되는 용융금속 액위 측정 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 열전대는,
    상기 측정단이 외부로부터 차단된 밀폐형 열전대인 용융금속 액위 측정 장치.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 복수의 열전대 사이에 형성된 용융금속 액위 측정 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 열전대 중 적어도 하나에서 측정된 상기 용융금속의 온도정보에 기초하여 상기 용융금속의 보정된 액위를 산출하는 용융금속 액위 측정 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 열전대에서 측정된 상기 용융금속의 온도정보를 연속적으로 수집하여 상기 용융금속의 보정된 액위를 산출하는 용융금속 액위 측정 장치.
  20. 제 6 항에 있어서,
    상기 플랜지부는,
    복수의 관통공이 형성된 용융금속 액위 측정 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항의 용융금속 액위 측정 장치가 삽입되어 작동유체의 액위를 측정하는 열 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020146183A1 (en) * 2019-01-08 2020-07-16 Westinghouse Electric Company Llc Temperature measurement sensor using material with a temperature dependent neutron capture cross section
KR102238262B1 (ko) 2020-05-25 2021-04-12 임알수 유체 저장 탱크 통합 관리 장치 및 방법
KR102261561B1 (ko) 2020-05-25 2021-06-07 임알수 유체 저장 탱크 통합 관리 장치 및 방법
KR20220126547A (ko) 2021-03-09 2022-09-16 한국원자력연구원 주파수 제어를 통한 온도 보상 방법 및 이를 이용한 상호유도전류형 액위계

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111347014A (zh) * 2020-03-27 2020-06-30 上海航天精密机械研究所 一种基于砂型反重力铸造阶梯构件的测温热电偶定位方法
RU199410U1 (ru) * 2020-05-27 2020-08-31 Евгений Николаевич Коптяев Датчик уровня жидкости с наполнителем

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0810923A (ja) * 1994-06-24 1996-01-16 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶湯レベル測定装置
JPH0989628A (ja) * 1995-09-27 1997-04-04 Nippon Steel Corp 高温流体用液面計
KR20070092967A (ko) 2004-12-22 2007-09-14 이너지 오토모티브 시스템즈 리서치 (소시에떼 아노님) 용량성 액체 레벨 센서
KR20110135514A (ko) * 2010-06-11 2011-12-19 한국원자력연구원 외장 열전대를 이용한 용융금속 액위 측정 장치
JP2013007721A (ja) * 2011-06-27 2013-01-10 Toshiba Corp 原子力発電所の水位温度検出装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3204460A (en) * 1962-08-13 1965-09-07 United States Steel Corp System for indicating the liquid level in a continuous-casting mold or the like
US3364745A (en) * 1966-02-16 1968-01-23 Gen Dynamics Corp Apparatus and method of measuring molten metal temperature
US3463005A (en) * 1966-07-12 1969-08-26 Leeds & Northrup Co Immersion molten metal sampler device
US3763921A (en) * 1971-03-24 1973-10-09 Dow Chemical Co Direct chill casting method
US3905243A (en) * 1973-09-11 1975-09-16 Us Energy Liquid-level sensing device
US4320656A (en) * 1980-07-28 1982-03-23 United States Steel Corporation Thermocouple apparatus for indicating liquid level in a container
US4919543A (en) * 1988-06-20 1990-04-24 Reynolds Metals Company Molten metal temperature probe
JP2694847B2 (ja) * 1988-12-27 1997-12-24 不二サッシ株式会社 アルミニウム溶解炉での溶湯温度測定方法
US5020585A (en) * 1989-03-20 1991-06-04 Inland Steel Company Break-out detection in continuous casting
US5196048A (en) * 1992-01-30 1993-03-23 Teledyne Industries, Inc. Process for preparing a vanadium-nickel-chromium master alloy
US5423522A (en) * 1992-06-12 1995-06-13 Ajf, Inc. Slag control shape release apparatus for molten metal vessels
FR2727985B1 (fr) * 1994-12-09 1997-01-24 Pechiney Aluminium Procede et dispositif de mesure de la temperature et du niveau du bain d'electrolyse fondu dans les cuves de production d'aluminium
US5720553A (en) * 1995-11-02 1998-02-24 Midwest Instrument Co., Inc. Apparatus and process for rapid direct dip analysis of molten iron
JP3369926B2 (ja) * 1997-09-16 2003-01-20 新日本製鐵株式会社 連続鋳造のオートスタート方法
US7014707B2 (en) * 1999-01-20 2006-03-21 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus and process for producing crystal article, and thermocouple used therein
DE102008060032A1 (de) * 2008-07-31 2010-02-04 Sms Siemag Aktiengesellschaft Gießspiegelmessung in einer Kokille durch ein faseroptisches Messverfahren
US9828646B2 (en) * 2014-03-14 2017-11-28 Berry Metal Company Metal making lance with spring-loaded thermocouple or camera in lance tip

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0810923A (ja) * 1994-06-24 1996-01-16 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶湯レベル測定装置
JPH0989628A (ja) * 1995-09-27 1997-04-04 Nippon Steel Corp 高温流体用液面計
KR20070092967A (ko) 2004-12-22 2007-09-14 이너지 오토모티브 시스템즈 리서치 (소시에떼 아노님) 용량성 액체 레벨 센서
KR20110135514A (ko) * 2010-06-11 2011-12-19 한국원자력연구원 외장 열전대를 이용한 용융금속 액위 측정 장치
JP2013007721A (ja) * 2011-06-27 2013-01-10 Toshiba Corp 原子力発電所の水位温度検出装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020146183A1 (en) * 2019-01-08 2020-07-16 Westinghouse Electric Company Llc Temperature measurement sensor using material with a temperature dependent neutron capture cross section
US11621091B2 (en) 2019-01-08 2023-04-04 Westinghouse Electric Company Llc Temperature measurement sensor using material with a temperature dependent neutron capture cross section
KR102238262B1 (ko) 2020-05-25 2021-04-12 임알수 유체 저장 탱크 통합 관리 장치 및 방법
KR102261561B1 (ko) 2020-05-25 2021-06-07 임알수 유체 저장 탱크 통합 관리 장치 및 방법
KR20220126547A (ko) 2021-03-09 2022-09-16 한국원자력연구원 주파수 제어를 통한 온도 보상 방법 및 이를 이용한 상호유도전류형 액위계
KR102503801B1 (ko) * 2021-03-09 2023-02-24 한국원자력연구원 주파수 제어를 통한 온도 보상 방법 및 이를 이용한 상호유도전류형 액위계

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