KR102670635B1 - 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법이 개시된다. 코일형 동축 열전대 장치는, 크로멜 합금의 코어 도선, 알루멜 합금 도선이 상기 코어 도선 표면에 코일 형태로 감겨서 실린더 형태로 형성됨과 더불어 결합되는 코일 실린더, 및 상기 코어 도선과 상기 코일 실린더가 결합된 결합체의 상면에 생성되는 접점을 포함하여 구성된다.
Description
이하의 설명은 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
열전대는 학술 및 산업 기반에서 주로 사용되는 온도 측정 장치로서, 서로 다른 금속의 접점에서 온도 변화에 따라 발생하는 기전력을 이용하여 온도를 측정한다. 극초음속 분야에서의 열공력 실험은 유동 시간이 밀리초(㎳) 단위로 매우 짧고, 격막의 파편 등으로 인해 측정용 센서에 직접적인 충격을 가할 수 있기 때문에, 상용의 열전대를 사용하기는 어렵다. 이에, 극초음속 분야에서는 마이크로초(㎛) 단위의 반응속도와 시험 장비 내에서 극한의 환경변화를 견딜 수 있는 내구성을 보유하는 장치가 요구되는데, 이에, 동축 열전대를 사용하고 있다.
한편, 종래의 동축 열전대 장치(소자)는 알루멜과 크로멜이 결합된 센서의 표면을 제작자가 직접 사포를 이용하여 표면 처리하고 접점을 생성하는 방식으로 제조한다. 이에, 기존의 동축 열전대 장치는 제작자의 숙련도에 대한 의존도가 높아서 제작이 어렵고, 실패율이 높고, 비용이 높다는 단점이 있었다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
실시예의 목적은, 제작이 용이하고 크기에 제약이 없고, 제작 비용을 줄일 수 있는 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
실시예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예에 따른 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법에 대해서 설명한다.
코일형 동축 열전대 장치는, 크로멜 합금의 코어 도선, 알루멜 합금 도선이 상기 코어 도선 표면에 코일 형태로 감겨서 실린더 형태로 형성됨과 더불어 결합되는 코일 실린더, 및 상기 코어 도선과 상기 코일 실린더가 결합된 결합체의 상면에 생성되는 접점을 포함하여 구성된다.
또한, 코일형 동축 열전대 장치의 제조 방법은, 크로멜 합금의 코어 도선의 표면을 절연 처리하는 단계, 상기 코어 도선의 표면에 알루멜 합금 도선을 코일 형태로 감아서 코일 실린더를 제작하고 상기 코일 실린더를 상기 코어 도선에 결합시키는 단계, 상기 코어 도선 및 상기 코일 실린더가 결합된 결합체에 전선을 연결하는 단계, 상기 결합체에서 상기 코일 실린더의 표면을 절연 처리하는 단계, 상기 결합체의 상면을 표면 처리하는 단계, 상기 결합체의 상면에 접점을 생성하는 단계, 및 상기 결합체의 저항값을 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 모니터링 단계에서 측정된 저항값이 기준 범위 이내인 경우에는 코일형 동축 열전대 소자 제조를 종료하게 된다.
그리고 상기 모니터링 단계에서 측정된 저항값이 기준 범위를 벗어난 경우, 상기 측정된 저항값이 기준 범위 미만인 경우에는 상기 표면 처리 단계를 재 수행하고, 상기 측정된 저항값이 기준 범위 초과인 경우에는 상기 접점 생성 단계를 재 수행하게 된다.
실시예들에 따르면, 크로멜 합금의 코어 도선의 표면에 알루멜 합금 도선을 코일 형태로 감아서 실린더를 형성하므로, 제작자의 숙련도 따라 실패율이 달라지지 않고 작은 내경을 갖는 실린더를 형성할 수 있으며, 최소 크기에 대한 제약이 없다.
또한, 극초음속 지상시험 장비환경에서 사용 가능한 높은 수준의 반응성을 가지면서도 제조가 용이하고 제작 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
실시예에 따른 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 코일형 동축 열전대 장치의 모식도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 코일형 동축 열전대 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 코일형 동축 열전대 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 코일형 동축 열전대 장치(10) 및 그 제조 방법에 대해서 설명한다. 참고적으로, 도 1은 일 실시예에 따른 코일형 동축 열전대 장치(10)의 모식도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 코일형 동축 열전대 장치(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 코일형 동축 열전대 장치(coil type coaxial thermocouple)(10)는 크로멜(chomel) 합금의 코어 도선(11)과, 알루멜(alumel) 합금의 코일 실린더(12) 및 접점을 포함하여 구성된다.
코어 도선(11)은 대략 외경이 1.0mm 이다.
또한, 코어 도선(11)은 니켈 90%와 크롬 10%가 혼합된 합금으로 형성된다.
코일 실린더(12)는 알루멜 합금 도선(12a)을 코어 도선(11) 주위에 코일 형태로 감아서 형성된다. 또한, 코일 실린더(12)는 감겨지는 알루멜 합금 도선(12a)들이 서로 인접한 부분 사이에 간극이 없도록, 즉, 코일 실린더(12)의 외주면에 틈이 발생하지 않도록 알루멜 합금 도선(12a)들을 최대한 밀착시켜서 감아서 형성한다.
여기서, 알루멜 합금 도선(12a)은 코어 도선(11)과 대략 유사한 크기의 외경을 가지며, 예를 들어, 외경이 대략 1.0mm 이다.
알루멜 합금 도선(12a)은 니켈 95%와 알루미늄 2%, 망간 2%, 실리콘 1%가 혼합된 합금으로 형성된다.
코일 실린더(12)의 내경은 대략 코어 도선(11)의 외경과 유사하며, 예를 들어, 대략 1.1mm 이하이다. 또한, 코일 실린더(12)의 외경은 대략 2.3mm 이하이다.
다만, 상술한 코어 도선(11)의 외경과 알루멜 합금 도선(12a)의 외경 및 코일 실린더(12)의 외경은 이에 한정되지 않으며, 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 코어 도선(11)과 알루멜 합금 도선(12a)은 그 외경이 동일하지 않은 것을 사용할 수 있고, 양 도선(11, 12a)의 외경 치수에 따라 코일 실린더(12)의 내경 및 외경 치수는 변동된다.
여기서, 코일 실린더(12)는 알루멜 합금 도선(12a)을 코일 형태로 감아서 형성하므로, 코일 실린더(12)의 크기 및 내경 크기에 제약을 받지 않고, 특히, 코일 실린더(12)와 코어 도선(11) 사이에 간극이 거의 없도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 코일 실린더(12)의 내경과 코어 도선(11)의 외경 사이의 간극이 0.1mm 이하 (예를 들어, 코어 도선(11)의 외경의 10% 이하)로 매우 작은 간극으로 형성할 수 있다. 또한, 코일 실린더(12)는 매우 작은 내경을 가지므로, 드릴 등을 이용하여 내부에 구멍을 형성하는 경우와 비교하여 제조가 용이하고 비용 및 시간을 줄일 수 있다. 또한, 코일 실린더(12)는 균일한 크기로 제작할 수 있어서 제품의 품질을 일정하게 유지할 수 있다.
접점(13)은 코어 도선(11)과 코일 실린더(12)가 결합된 상태(이하에서는, "결합체"라 함)에서 상면에 생성된다. 또한, 접점(13)은 결합체의 상면을 사포로 표면 처리하고 가공하여 생성된다. 예를 들어, 여기서, 접점(13)은 800방 내지 1500방수의 사포를 이용하여 생성할 수 있다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 접점(13)을 생성하기 위한 방법은 사포를 이용하는 것 이외에도 실질적으로 다양한 방법이 사용될 수 있다. 또한, 접점(13)을 생성하기 위해 사용되는 사포의 방수 역시 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
코일 실린더(12)는 알루멜 합금 도선(12a)이 코일 형태로 감겨서 형성되므로, 코일 실린더(12)의 단부는 알루멜 합금 도선(12a)의 단부가 돌출되어서 평편하지 않은 상태일 수 있다. 이에, 결합체의 상면을 사포를 이용하여 표면 처리를 함으로써 상면을 평편하게 평탄화시킴과 더불어, 평탄화되는 과정에서 상면에 노출된 크로멜 합금과 알루멜 합금이 서로 스무딩(smoothing)됨에 따라 혼합되어 정션이 형성되고, 접점(13)을 생성할 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 코일형 동축 열전대 장치(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 크로멜 합금의 코어 도선(11)의 표면에 절연 처리를 수행한다(S11).
예를 들어, 절연 처리는 코어 도선(11)의 표면에 테프론 테이프, 또는 아랄다이트 접착체를 사용할 수 있다.
다음으로, 표면 절연 처리된 코어 도선(11)에 알루멜 합금 도선(12a)을 코일 형태로 권선하여 코일 실린더(12)를 제작 및 결합한다(S12).
여기서, 코일 실린더(12)는 알루멜 합금 도선(12a)이 코일 형태로 감겨서 실린더 형태로 형성되는 과정에서 동시에 코어 도선(11)에 결합된다.
또한, 코일 실린더(12)는 알루멜 합금 도선(12a)이 감겨진 부분 사이에 간극이 없도록 최대한 밀착시켜서 형성한다.
다음으로, 각각의 도선(11, 12a)에 전선을 연결한다(S13).
예를 들어, 전선은 구리 전선을 이용할 수 있다. 그리고 전선은 추후 저항값을 측정하기 위한 측정기(미도시)에 연결될 수 있다.
다음으로, 코일 실린더(12)의 표면을 절연 처리한다(S14).
예를 들어, 코일 실린더(12)의 절연 처리 역시 코어 도선(11)의 절연 처리와 동일하게 테프론 테이프, 또는 아랄다이트 접착체를 사용할 수 있다.
다음으로, 결합체의 상면을 평탄화시키는 표면 처리를 수행한다(S15).
여기서, 코일형 동축 열전대 장치(10)에서 온도를 측정할 환경에 노출되는 면을 결합체에서 상면이라 한다. 결합체의 상면은 알루멜 합금 도선(12a)의 단부가 코어 도선(11)보다 상부로 돌출되어서 평편하지 않은 상태일 수 있다. 이에 결합체의 상면을 코어 도선(11)의 길이 방향에 수직이 되도록 평편하게 가공한다. 예를 들어, 소정 방수의 사포를 이용하여 결합체의 상면을 평탄화시킨다.
그리고 표면 처리 과정에서 결합체의 상면에 노출된 크로멜 합금과 알루멜 합금이 서로 스무딩(smoothing)됨에 따라 혼합된다.
다음으로, 결합체의 상면에 접점(13)을 생성한다(S16).
접점(13)은 표면 처리된 결합체의 상면에 표면 가공을 수행하여 생성된다.
다음으로, 접점(13)이 생성된 결합체의 저항값을 모니터링한다(S17).
그리고 모니터링 단계에서 측정된 저항값이 기준 범위 이내인 경우에는 코일형 동축 열전대 장치(10)의 제조를 종료한다. 예를 들어, 저항값의 기준 범위는 1Ω 내지 2Ω일 수 있다.
그리고 측정된 저항값이 기준 범위를 벗어난 경우에는 표면 처리 단계(S15)를 재 수행 하거나 접점 생성 단계(S13)를 재 수행하여 접점(13)을 보완한다(S18).
여기서, 접점(13)의 깊이 및 면적이 증가할수록 저항값이 낮아진다. 이에, 측정된 저항값을 모니터링함으로써 적절한 깊이 및 면적을 갖는 접점(13)을 생성할 수 있다.
상세하게는, 측정된 저항값이 1Ω 미만인 경우에는, 표면 처리 단계(S15)를 재 수행하여 결합체의 상면을 스무딩함으로써, 접점(13)을 제거하거나 접점(13)의 깊이를 감소시킴으로써 저항값을 증가시킴으로써, 저항값이 기준 범위 이내가 되도록 한다.
그리고 측정된 저항값이 2Ω을 초과하는 경우에는, 접점 생성 단계(S16)를 재 수행하여 결합체의 상면에 추가로 접점(13)을 생성함으로써 저항값을 감소시키고, 저항값이 기준 범위 이내가 되도록 한다.
이와 같이 결합체에서 저항값을 모니터링함으로써, 측정된 저항값에 따라 접점(13)의 추가 또는 감소를 결정할 수 있으므로, 코일형 동축 열전대 장치(10)의 제작 과정을 단축시킬 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 코일형 동축 열전대 장치(10)는 극초음속 지상시험 장비환경에서 사용 가능한 높은 수준의 반응성을 가지면서도 제조가 용이하고 제작 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 또한, 코일형 동축 열전대 장치(10)는 드릴 등을 사용하지 않고 알루멜 합금 도선(12a)을 코일 형태로 감아서 코일 실린더(12)를 제작할 수 있으므로 제작자의 숙련도 따라 실패율이 달라지지 않는다. 또한, 절연된 크로멜 합금의 코어 도선(11)의 표면에 동일 외경을 갖는 알루멜 합금 도선(12a)을 이용하여 코일 실린더(12)를 형성함으로써, 절연으로 인해 실패 가능성이 낮다. 또한, 기계 가공에 의해서는 실린더의 내경을 줄이기 힘든데 반해, 코일 형태로 감아서 형성하는 방식으로는 최소 크기에 대한 제약이 없으므로, 코일 실린더(12)의 내경을 줄일 수 있고, 설계 제약이 없다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
10: 코일형 동축 열전대
11: 코어 도선
12: 코일 실린더
12a: 알루멜 합금 도선
13: 접점
11: 코어 도선
12: 코일 실린더
12a: 알루멜 합금 도선
13: 접점
Claims (5)
- 표면이 절연 처리된 크로멜 합금의 코어 도선;
상기 코어 도선의 표면에 알루멜 합금 도선이 서로 인접한 부분 사이에 간극 없이 밀착되게 코일 형태로 감겨서 실린더 형태로 형성됨과 더불어 상기 코어 도선에 결합되고, 상기 실린더 형태의 표면이 절연 처리된 코일 실린더; 및
상기 코어 도선과 상기 코일 실린더가 결합된 결합체의 상면을 사포를 이용하여 평탄화시킴과 동시에 정션이 형성됨에 따라 생성되는 접점;
을 포함하는 코일형 동축 열전대 장치.
- 삭제
- 크로멜 합금의 코어 도선의 표면을 절연 처리하는 단계;
상기 코어 도선의 표면에, 외주면에 틈이 발생하지 않도록 알루멜 합금 도선이 서로 인접한 부분 사이에 간극 없이 밀착되게 코일 형태로 감아서 코일 실린더를 제작하고 상기 코일 실린더를 상기 코어 도선에 결합시키는 단계;
상기 코어 도선 및 상기 코일 실린더가 결합된 결합체에 전선을 연결하는 단계;
상기 결합체에서 상기 코일 실린더의 표면을 절연 처리하는 단계;
상기 결합체의 상면을 사포를 이용하여 평탄화시킴과 동시에 정션이 형성되도록 표면 처리함으로써 상기 결합체의 상면에 접점을 생성하는 단계; 및
상기 결합체의 저항값을 모니터링하는 단계;
를 포함하고,
상기 모니터링 단계에서 측정된 저항값이 기준 범위 이내인 경우에는 코일형 동축 열전대 소자 제조를 종료하는 코일형 동축 열전대 소자 제조 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 모니터링 단계에서,
상기 측정된 저항값이 기준 범위의 하한값 미만인 경우에는 상기 표면 처리 단계를 재 수행하는 단계; 및
상기 측정된 저항값이 기준 범위의 상한값 초과인 경우에는 상기 접점 생성 단계를 재 수행하는 단계;
를 더 포함하는 코일형 동축 열전대 소자 제조 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 표면 처리 단계는 상기 결합체의 상면을 상기 코어 도선의 길이에 수직하게 평탄화하는 코일형 동축 열전대 소자 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210089616A KR102670635B1 (ko) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210089616A KR102670635B1 (ko) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20230009046A KR20230009046A (ko) | 2023-01-17 |
| KR102670635B1 true KR102670635B1 (ko) | 2024-05-31 |
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| KR1020210089616A KR102670635B1 (ko) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | 코일형 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법 |
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Citations (1)
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| KR100817983B1 (ko) * | 2006-12-07 | 2008-03-31 | 엘에스전선 주식회사 | 동축케이블 |
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| KR850001054B1 (ko) * | 1982-06-01 | 1985-07-25 | 장억근 | 스틸파이프(Steel pipe)에 스테인레스스틸(Stainless Steel)을 피복한 파이프의 제조방법 |
| KR102354042B1 (ko) * | 2019-11-21 | 2022-01-24 | 한국과학기술원 | 충격에 의하여 생성된 접점을 포함하는 동축 열전대 장치 및 그 제조 방법 |
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2021
- 2021-07-08 KR KR1020210089616A patent/KR102670635B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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