KR102252098B1 - 온도센서를 구성하는 센서봉 제조방법 및 이에 따른 온도센서 - Google Patents

온도센서를 구성하는 센서봉 제조방법 및 이에 따른 온도센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도센서를 구성하는 센서봉 제조방법 및 이에 따른 온도센서에 관한 것으로서, 온도센서를 구성하는 센서봉(100)을 제조하는 방법에 있어서, (a) 개방된 시스(sheath)(120)의 일단에 외관마개(140)가 장착된 상태에서 용접되어 상기 시스(sheath)(120)와 상기 외관마개(140)가 접촉되는 부분이 밀봉되는 단계; (b) 개방된 상기 시스(sheath)(120)의 타단을 통하여 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 측정모듈(160)이 삽입되는 단계를 포함하며, 상기 (a) 단계 이후 상기 (b) 단계가 진행되는 센서봉 제조방법 및 이에 따른 온도센서에 관한 것이다.

Description

온도센서를 구성하는 센서봉 제조방법 및 이에 따른 온도센서{A manufacturing method of sensing bar in temperature sensor and temperature sensor thereof}
본 발명은 온도센서를 구성하는 센서봉을 제조하는 방법과 이에 따른 온도센서에 관한 발명으로서, 센서봉을 구성하는 시스(sheath)의 내부에 측정모듈을 삽입하고 절연재를 충전한 다음 시스의 말단을 외관마개로 용접하여 밀봉함에 따라 열화현상 등의 문제점이 발생되는 종래기술과 달리, 시스의 말단을 외관마개로 용접한 다음에 측정모듈을 삽입하고 절연재를 충전한 다음, 다시 최종적으로 외관마개에 형성된 충전홀을 통하여 절연재를 충전하여, 열화현상 등의 문제점을 최소화하는 센서봉 제조방법 및 이에 따른 온도센서에 관한 것이다.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호] D202056
[부처명] 경기도
[연구관리전문기관] (재)경기도경제과학진흥원
[연구사업명] 기업주도 일반
[연구과제명] 빠른 응답속도와 내구성이 강화된 A등급 RTD 온도측정 장치 고도화 기술개발
[기여율] 1/1
[주관기관] (주)센테크이엔지
[연구기간] 2020.03.01. ~ 2021.02.28.
일반적으로 온도센서는 열전대(thermocouple) 방식의 온도센서와 RTD(resistandce temperature detector) 방식의 온도센로 구분된다.
열전대 방식의 온도센서는 서로 다른 두 종의 열전대 금속의 접점부인 측온접점부를 가열 또는 냉각시킬 때 제백효과(Seebeck effect)로 인해 발생하는 기전력을 이용하여 온도를 측정하는 온도센서이며, RTD 방식의 온도센서는 측온저항체소자를 가열 또는 냉각시킬 때 발생되는 저항값을 계산하여 온도를 측정하는 온도센서이다.
일반적으로 온도센서를 구성하는 센서봉을 제조하는 방법을 살펴보면, 시스(sheath)의 내부로 측정모듈을 삽입하고 절연재를 충전한 다음, 개방된 시스의 일단에 외관마개를 장착한 후 용접으로 개방된 시스의 일단을 밀봉하는 단계를 거쳐 제조하게 된다. 즉, 측온점에 접근할 부분인 시스의 내부 부분에 측정모듈이 편심없이 정위치되었는지, 절연재가 측온부를 제대로 감싼 상태로 충전되었는지 시스의 일단을 통하여 확인한 다음에, 외관마개가 시스의 일단에 장착되고 용접되어 밀봉된다.
이에 따른 종래기술인 대한민국 특허등록번호 제10-1225096호를 살펴본다.
종래기술에 개시된 센서봉 제조방법을 살펴보면, 양단이 개방된 원통형 금속제 튜브가 상기 감온소자와 상기 한 쌍의 전극선과 상기 심선의 접합부를 수용하도록, 상기 시스의 절단면에 상기 금속제 튜브의 일단면을 접합하는 단계, 상기 금속제 튜브의 개방된 타단을 통해 절연재를 채우는 단계 및 상기 절연재가 채워진 상기 금속제 튜브의 타단면에 금속제 캡을 접합하는 단계를 포함하는 센서봉 제조방법을 개시하고 있다.
그러나 시스의 내부로 측정모듈을 삽입한 후 절연재를 충전한 다음, 개방된 시스의 일단에 외관마개를 장착한 후 용접하는 단계를 거치는 경우, 용접 과정 중 발생되는 열에 의해 측온모듈에서의 열화현상이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 센서봉 제조시 이러한 열화현상 문제점을 최소화하기 위해서, 외관마개의 외측면에서 측온부까지 일정한 간격을 두고 시스의 내부에 측온부를 위치시킨 상태에서 용접에 의해 시스의 일단을 밀봉한다. 일반적으로, 측온점인 외관마개의 외측면에서 10mm 간격을 두고 시스의 내부에 측온부를 위치시키고, 개방된 시스의 일단에 외관마개를 장착시킨 후 용접하여 밀봉하게 된다.
이에 따라, 측온점인 외관마개의 외측면과 시스의 내부에 위치된 측온부 간의 일정한 거리가 발생되어 온도센싱 정밀도가 떨어지거나 응답속도가 낮아지게 되는 문제점이 발생된다.
나아가, 측온부와 일정한 거리 간격을 두고 용접이 진행됨에 불구하고, 열화현상에 의해 여전히 측온부의 내부 또는 외부에서 단선이 유발되는 문제점이 남아 있다.
나아가, 최종적으로 외관마개가 장착되고 용접됨에 따라, 용접되는 과정 중 이미 시스의 내부에 위치된 절연재가 손실될 우려가 있으며, 습기의 유입으로 인한 절연저항 문제점이 발생될 수 있다.
상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 온도센싱의 정밀도 또는 응답속도를 높일 수 있고, 나아가 열화현상에 따른 문제점을 최소화할 수 있는 센서봉 제조방법 및 이에 따른 온도센서를 제안하고자 한다.
나아가, 상술한 효과에 더하여 생산효율성이 증대되는 센서봉 제조방법을 제안하고자 한다.
상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자 본 발명에 따른 온도센서를 구성하는 센서봉 제조방법은, 온도센서를 구성하는 센서봉(100)을 제조하는 방법에 있어서, (a) 개방된 시스(sheath)(120)의 일단에 외관마개(140)가 장착된 상태에서 용접되어 상기 시스(sheath)(120)와 상기 외관마개(140)가 접촉되는 부분이 밀봉되는 단계; (b) 개방된 상기 시스(sheath)(120)의 타단을 통하여 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 측정모듈(160)이 삽입되는 단계를 포함하며,
상기 (a) 단계 이후 상기 (b) 단계가 진행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 외관마개(140)의 일측에는 홀 형태의 충전홀(142)이 형성될 수 있다.
바람직하게는, (c) 상기 충전홀(142)을 통하여 제2차절연재(190)가 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 충전되는 단계를 더 포함하며, 상기 (b) 단계 이후 상기 (c) 단계가 진행될 수 있다.
바람직하게는, (d) 상기 충전홀(142)이 용접에 의해 밀봉되는 단계를 더 포함하며, 상기 (c) 단계 이후 상기 (d) 단계가 진행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전홀(142)은 상기 외관마개(140)의 중앙에 형성되어 있으며, 상기 측정모듈(160)은 다수의 도선(164) 및 상기 다수의 도선(164)이 접하는 측온부(162)를 포함하며,
상기 외관마개(140)를 대면하는 상기 측온부(162)의 일측면에서 상기 외관마개(140)의 외측면까지의 거리는 7mm 이내이며, (b-1) 상기 (b) 단계 이후, 상기 시스(sheath)(120)의 개방된 타단을 통하여 제1차절연재(180)가 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 충전되되, 상기 시스(sheath)(120)의 내부 중에서 상기 측온부(162)가 위치되는 부분 이외의 부분에 충전되는 단계를 더 포함하며,
상기 (b-1) 단계 이후, 상기 (c) 단계가 진행되며,
상기 (c) 단계에서, 상기 충전홀(142)을 통하여 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 충전되는 제2차절연재(190)는, 상기 시스(sheath)(120)의 내부 중에서 상기 측온부(162)가 위치되는 부분에 충전되어 상기 측온부(162)를 덮을 수 있다.
바람직하게는, 상기 외관마개(140)가 상기 시스(sheath)(120)의 일단에 장착된 상태에서, 상기 측온부(162)가 상기 시스(sheath)(120)의 내측에 위치되되, 상기 시스(sheath)의 일단보다 뒤쪽에 위치될 수 있다.
상술한 과제해결수단으로 인하여, 개방된 시스의 일단에 우선적으로 외관마개를 장착하고 용접으로 시스와 외관마개 사이를 밀봉한 후, 측정모듈을 삽입하고 절연재를 충전하고, 이후 외관마개에 형성된 충전홀로 나머지 절연재를 충전하는 바, 용접에 의한 열 발생 및 이에 따른 열화현상에 따른 문제점을 최소화할 수 있으며, 나아가 외관마개의 외측면과 측온부까지의 거리를 단축시킬 수 있어 온도센싱의 정밀도 또는 응답속도를 높일 수 있다.
나아가, 외관마개가 장착되는 시스의 일단의 반대편인 시스의 타단을 통하여 시스의 내부로 측정모듈을 삽입한 후 절연재를 충전하고, 측온부를 감싸는 절연재는 충전홀을 통해 충전되는 바, 제조시간을 단축시킬 수 있어 생산효율성이 증대된다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 센서봉 제조방법을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
1. 개방된 시스(sheath)(120)의 일단에 외관마개(140)가 장착된 상태에서 시스(120)의 일단과 외관마개(140)가 용접되는 단계(도 1의 (a))
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 센서봉 제조시 우선적으로 개방된 시스(120)의 일단에 외관마개(140)가 장착되고, 외관마개(140)가 장착된 상태에서 시스(120)의 일단과 외관마개(140)가 접촉되는 부분이 용접에 의해 밀봉된다.
측정모듈이 삽입되고 절연재가 충전된 이후 최종적인 단계에서 시스의 일단에 외관마개가 장착되어 용접되는 종래기술과 달리, 용접 과정 중에 발생되는 열에 의한 열화현상 문제점을 최소화하기 위하여, 측정모듈(160) 및 절연재(180,190)가 시스의 내부에 위치되기 전에 우선적으로 외관마개(140)가 시스의 일단에 장착되고 용접된다
용접에 의해 외관마개(140)와 시스(120)의 일단이 접촉하는 부분이 밀봉된다.
이러한 외관마개(140)의 일측에는 홀 형태의 충전홀(142)이 형성될 수 있다. 바람직하게는 외관마개(140)의 중앙에 형성될 수 있다. 후술할 제2차절연재(190)가 충전홀(142)을 통하여 시스(120)의 내부로 충전될 수 있다.
충전홀(142)이 개방된 상태에서, 개방된 시스(120)의 일단 중 충전홀(142)을 통해 개방된 부분 이외의 부분은 외관마개(140)와의 용접으로 밀봉된 상태일 수 있다.
2. 시스(120)의 내부로 측정모듈(160)이 삽입되는 단계(도 1의 (b))
외관마개(140)가 개방된 시스(120)의 일단에 장착되어 용접된 상태에서, 개방된 시스(120)의 타단으로 측정모듈(160)이 삽입된다. 시스(120)의 타단은 시스(120)의 일단의 반대편이다. 즉, 외관마개(140)가 용접된 이후에 측정모듈(160)이 삽입된다.
측정모듈(160)은 온도를 센싱하는 측온부(162) 및 측온부(162)에 연결된 다수의 도선(164)을 포함한다. 열전대(thermocouple) 방식의 온도센서에서, 측온부(162)는 측온접점부일 수 있으며, 다수의 도선(164)은 열전대 금속일 수 있다. RTD(resistance temperature detector) 방식의 온도센서에서, 측온부(162)는 측온저항체소자일 수 있으며, 다수의 도선(164)은 RTD 방식의 도체일 수 있다. 도 1 및 2에서 다수의 도선(164)은 2개로 표시되어 있지만, RTD 방식의 온도센서에서 다수의 도선(164)은 3개 이상일 수 있음은 물론이다.
시스(120)의 타단을 통하여 삽입된 측온부(162)는 측온점에 접근되는 시스(120)의 일단 부근에 위치될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따라 제조된 센서봉(100)에서 측온부(162)와 외관마개(140)의 외측면 간의 간격은, 종래기술에 따라 제조된 간격보다 더 좁을 수 있다. 즉, 종래기술에서는, 시스의 내부에 측정모듈이 위치된 상태에서 외관마개를 용접하는데, 이러한 용접 과정 중 발생된 열에 의한 열화현상의 문제 때문에 적어도 10mm 이상의 간격을 두고 위치시키고 있다. 그러나 본 발명에서는 이미 외관마개(140)가 시스(120)의 일단에 용접된 이후에 측정모듈(160)이 삽입되는 바, 용접에 의한 열 발생에 따른 문제점이 최소화되어 10mm보다 좁은 7mm이하의 간격을 유지할 수 있다.
3. 충전홀(142)을 통하여 제2차절연재(190)가 시스(120)의 내부로 충전되는 단계(도 2의 (c))
외관마개(140)가 시스(120)의 일단에 장착되어 용접된 이후, 시스(120)의 타단으로 측정모듈(160)이 삽입되어 측온부(162)가 시스(120)의 내부의 시스(120)의 일단 부근에 위치된 상태에서, 외관마개(140)에 형성된 충전홀(142)을 통하여 제2차절연재(190)가 충전될 수 있다.
시스(120)의 내부에는 측정모듈(160)을 보호하기 위해 절연재(180,190)가 충전된다. 이러한 절연재(180,190)는 산화마그네슘(MgO)일 수 있음은 물론이다.
외관마개(140)가 시스(120)의 일단에 장착되고 용접된 이후, 시스(120)의 타단을 통하여 측정모듈(160)이 시스(120)의 내부로 삽입된다. 이후, 절연재(180,190)를 충전함에 있어서, 외관마개(140)에 형성된 충전홀(142)을 통하여 절연재(180,190)를 충전할 수 있으나, 개방된 시스(120)의 일단에 비하여 좁은 통로로 형성된 충전홀(142)을 통하여 절연재(180,190)를 충전시키기에는 많은 시간이 소요될 수 있어 생산의 비효율성 문제가 발생될 수 있다.
그렇다고, 개방된 시스(120)의 타단을 통하여 절연재(180,190) 전부를 충진시키는 경우, 측온점에 접근할 부분인 시스(120)의 일단 부분에 측온부(162)가 편심없이 정위치되었는지, 절연재가 측온부를 제대로 감싼 상태로 충전되었는지를 담보할 수 없다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명에서는 외관마개(140)가 용접되고, 측정모듈(160)이 시스(120)의 타단을 통하여 시스(120)의 내부로 삽입된 상태에서, 시스(120)의 내부 중 일부분에만 제1차절연재(180)가 충전되도록 한다. 시스(120)의 내부에 충전된 제1차절연재(180)는 시스(120)의 일단 부근에 위치된 측온부(162)까지 도달하지 않은 상태일 수 있다. 즉, 시스(120)의 개방된 타단을 통하여 제1차절연재(180)가 시스(120)의 내부로 충전되되, 시스(120)의 내부 중에서 측온부(162)가 위치되는 부분 이외의 부분에만 충전될 수 있다(도 1의 (b) 참조).
제1차절연재(180)가 충전된 이후, 충전홀(142)을 통하여 시스(120)의 내부로 제2차절연재(190)가 충전된다. 이렇게 충전된 제2차절연재(190)가 시스(120)의 내부 중에서 측온부(162)가 위치되는 부분에 충전되어 측온부(162)를 덮은 상태에서 측온부(162)를 보호한다. 즉, 제1차절연재(180)가 충전되었지만, 아직 측온부(162)가 위치된 부분에는 제1차절연재(180)가 충전된 상태가 아니다. 따라서, 측온부(162)가 편심없이 정위치된 상태에서 측온부(162)를 완전하게 덮을 수 있도록, 충전홀(142)을 통하여 제2차절연재(190)가 측온부(162)가 위치된 시스(120)의 내부에 충전될 수 있다.
4. 충전홀(142)이 용접에 의해 밀봉되는 단계(도 2의 (d))
충전홀(142)을 통하여 제2차절연재(190)가 시스(120)의 내부로 충전된 이후, 충전홀(142)이 용접에 의해 밀봉될 수 있다. 충전홀(142)이 밀봉됨에 따라 최종적으로 개방된 시스(120)의 일단 전체가 밀봉된 상태가 된다.
충전홀(142)이 용접에 의해 밀봉되는 과정 중, 마찬가지로 용접에 의한 열이 발생되지만, 개방된 시스(120)의 일단보다 좁은 면적으로 형성된 충전홀(142)을 용접하는데 있어서 훨씬 적은 양의 열이 발생됨에 따라 열화현상을 최소화할 수 있다.
나아가, 열 발생을 최소화한 바, 상술한 측온점과 측온부(162) 간의 간격(측온부(162)와 외관마개(140)의 외측면 간의 간격)을 더욱 좁힐 수 있으며, 이에 따라 온도센싱의 정밀도를 증가시킬 수 있으며, 응답속도 또한 증가시킬 수 있다.
나아가, 제2차절연재(190)가 충전홀(142)을 통하여 유입된 이후, 충전홀(142)이 용접에 의해 밀봉되는 바, 제2차절연재(190)의 손실을 최소화할 수 있으며, 나아가 충전홀(142)을 통한 습기의 유입 또한 최소화할 수 있다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 센서봉 110: 보호관
120: 시스(sheath)
140: 외관마개
142: 충전홀
160: 측정모듈
162: 측온부 164: 도선
180: 제1차절연재 190: 제2차절연재

Claims (6)

  1. 온도센서를 구성하는 센서봉(100)을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 개방된 시스(sheath)(120)의 일단에 외관마개(140)가 장착된 상태에서 용접되어 상기 시스(sheath)(120)와 상기 외관마개(140)가 접촉되는 부분이 밀봉되는 단계;
    (b) 개방된 상기 시스(sheath)(120)의 타단을 통하여 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 측정모듈(160)이 삽입되는 단계;
    (b-1) 상기 (b) 단계 이후, 상기 시스(sheath)(120)의 개방된 타단을 통하여 제1차절연재(180)가 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 충전되는 단계; 및
    (c) 상기 외관마개(140)의 일측에 형성된 홀 형태의 충전홀(142)을 통하여 제2차절연재(190)가 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 충전되는 단계를 포함하며,
    상기 (a) 단계, 상기 (b) 단계, (b-1) 단계 및 (c) 단계가 순서대로 진행되며,
    상기 측정모듈(160)은 다수의 도선(164) 및 상기 다수의 도선(164)이 접하는 측온부(162)를 포함하며,
    상기 외관마개(140)가 상기 시스(sheath)(120)의 일단에 장착된 상태에서, 상기 측온부(162)가 상기 시스(sheath)(120)의 내측에 위치되되, 상기 시스(sheath)(120)의 일단보다 뒤쪽에 위치되는 센서봉 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    (d) 상기 충전홀(142)이 용접에 의해 밀봉되는 단계를 더 포함하며,
    상기 (c) 단계 이후 상기 (d) 단계가 진행되는 센서봉 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충전홀(142)은 상기 외관마개(140)의 중앙에 형성되어 있으며,
    상기 외관마개(140)를 대면하는 상기 측온부(162)의 일측면에서 상기 외관마개(140)의 외측면까지의 거리는 7mm 이내이며,
    상기 (b-1) 단계에서, 상기 시스(sheath)(120)의 개방된 타단을 통하여 제1차절연재(180)가 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 충전되되, 상기 시스(sheath)(120)의 내부 중에서 상기 측온부(162)가 위치되는 부분 이외의 부분에 충전되며,
    상기 (c) 단계에서, 상기 충전홀(142)을 통하여 상기 시스(sheath)(120)의 내부로 충전되는 제2차절연재(190)는, 상기 시스(sheath)(120)의 내부 중에서 상기 측온부(162)가 위치되는 부분에 충전되어 상기 측온부(162)를 덮는 센서봉 제조방법.

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