KR20090063425A - 다점 온도 측정장치 - Google Patents

Abstract

온도를 측정하고자 하는 대상관에 착탈이 용이하고 온도 측정 포인트의 설정이 가능한 다점 온도 측정장치가 개시된다. 본 발명의 다점 온도 측정장치는 열전대의 기준단자를 길이 방향으로 긴 측정 대상관에 결합시키는 착탈 가능한 제 1 단자유닛, 열전대의 복수개의 측정단자를 미리 설정된 간격에 따라 상기 대상관에 결합시키는 착탈 가능한 제 2 단자유닛, 상기 측정단자와 상기 제 2 단자유닛 사이에 배치되는 접합부, 상기 제 2 단자유닛의 일측면에 부착되고 상기 대상관의 형태를 수용할 수 있는 고리형태로 형성되어 상기 대상관, 상기 접합부 및 제 2 단자유닛을 고정하는 고정부를 포함하여 구성된다. 따라서 본 발명에 따르면, 온도를 측정하고자 하는 대상관에 열전대의 복수개의 측정단자를 각각 대상관의 측정 포인트에 직접 접합시키지 않고 대상관의 온도분포를 측정할 수 있어 관의 온도 측정에 있어 시간을 줄일 수 있다. 또한 관의 복수개의 온도 측정 포인트를 미리 설정해 놓을 수 있어, 다수의 관의 온도분포의 측정의 정확성과 데이터의 일관성을 향상시킬 수 있다.

온도측정, 다점, 열전대(Thermocouple), 관, 고정

Description

다점 온도 측정장치{Multi-point Temperature Measurement Apparatus}

본 발명은 다점 온도 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전대의단자들을 온도를 측정하고자 하는 대상관에 접착시키는 방식을 개선하여 상기 대상관의 온도측정에 걸리는 시간을 단축할 수 있고, 다수의 관의 온도측정을 편리하게 할 수 있는 다점 온도 측정장치에 관한 것이다.

대상물의 온도를 계측하는 방법에는 크게 대상물에 감지기를 접촉하여 계측하는 방법과 대상물에 감지기를 근접시키지 않고 열방사를 이용하여 측정하는 비접촉식 측정방법이 있다.

접촉식에 의한 경우 대상물의 온도를 비교적 간단히 측정 가능하여 일반적으로 많이 이용되나, 대상물에 감지기를 접촉하여 측정하는 경우 감지기가 측정대상물의 온도를 견디어야 하므로, 측정 가능한 온도의 범위가 좁다는 단점이 있다. 하지만, 열전대의 경우 감지부가 금속으로 이루어지어 비교적 고온의 측정이 가능하다는 장점이 있어 일반적으로 많이 사용된다.

열전대(Thermocouple)에 대해 간단히 설명을 하면, 서로 다른 두 종류의 금속도체가 폐회로가 형성되도록 결합하고 두 결합 사이에 온도차이를 유지하면 폐회로 내에 기전력(EMF)이 발생한다(Seebeck effect). 이렇게 측정대상에 기준단자와 측정단자를 접촉시키면 두 지점의 온도차이에 의해서 기전력이 발생하고, 이 기전력을 온도로 변환을 하면 측정지점의 온도를 알 수 있다. 여기서 서로 다른 금속 도체의 결합을 열전대(Thermocouple)라고 한다.

열전대(Thermocouple)의 경우 상기 측정온도의 범위가 넓다는 장점 이외에도 온도의 차를 전기적 신호로 변환시키기가 용이해 원거리에서 지시 및 기록이 가능하고, 1개의 계기로 여러 개소의 온도를 측정 가능하다는 장점이 있어 일반적으로 관 형태의 대상물의 생산시 품질검사 및 관 형태의 대상물을 이용한 실험 등에 많이 사용된다.

도 1은 열전대(Thermocouple)를 이용한 기존의 관 형태의 대상물의 복수 개 지점의 온도 측정방식을 나타내는 도면이다. 관 형태의 생산물의 대표적인 예로는 열파이프(Heatpipe)를 들 수 있다.

열파이프(Heatpipe)는 내부에 열매가 적정량이 내재된 경우 최대의 효율을 낼 수 있고, 이에 따라 열파이프 생산 후 적정량의 열매가 주입되었는지 품질 검사를 할 필요가 있다.

이 경우 도 1에 도시된 바와 같이 측정 대상관(10)에 기준점에 열전대(Thermocouple)의 기준단자(20)를 접합시키고, 측정하고자 하는 각 지점에 일정 간격으로 열전대(Thermocouple)의 측정단자(30)들을 접합시킨다. 따라서 각 지점 의 기준점과의 온도 차에 의해 발생한 기전력(EMF)을 디스플레이부(40)에서 온도로 환산하여 표시된다.

구체적으로 살펴보면, 열파이프의 길이방향으로 열전대의 측정단자들을 부착하면 디스플레이부(40)에서 각 단자에서 발생한 전압을 온도로 환산한 값을 표시하게 된다. 도 2는 도 1의 측정방식에 의해 온도를 측정하고 각 지점의 온도들을 그래프로 나타낸 것이다. 상기 그래프상 온도의 변화가 급격한 두 지점이 있고, 열파이프의 바닥부터 두 지점 사이의 높이(L)까지 열매가 주입되어 있다는 것을 알 수 있다.

상기 열파이프 외에도 관 형태의 구조물에 대한 품질검사를 행하는 경우나 관 형태의 구조물을 이용한 각종 실험시에 상기의 열전대를 이용한 온도 측정방법이 많이 이용된다.

한 편 관 형태의 대상물의 여러 지점의 온도 측정을 위해서는 열전대의 기준단자(20)와 복수개의 측정단자(30)를 측정대상물에 접합시켜야 한다. 이 경우 비교적 정확한 측정을 위해 접합시 공기에 의한 대류 및 접촉 열전달 현상 등을 막는 것이 중요하다. 따라서 일반적으로 용접이나 열전대용 접착제를 사용하여 단자들을 측정 대상지점에 접착을 하게 된다.

하지만 상술한 종래의 대상관의 복수개의 지점에 열전대의 단자들을 접합하여 온도를 측정하는 경우 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 측정 대상관에 일정한 간격으로 복수개의 측정단자를 부착하는 경우 대상관에서 원하는 간격을 측정하여 일일이 용접을 하거나 열전대용 접착제로 접착 을 하는 방식에 의하였다.

따라서 대상관이 고온인 경우 대상관을 기준으로 일정한 간격을 일일이 측정하기가 어렵다는 문제점이 있다. 또한 단자들의 접합시 작업자의 화상의 위험이 있다는 문제점이 있었다.

둘째, 용접에 의하는 경우 용접을 위한 별도의 용접기 등의 장비를 구비하여야 하고, 정확한 온도의 측정을 위하여 실험자가 아닌 숙련된 용접공에 의해 작업을 하여야 한다는 문제점이 있다. 또한 용접을 하여야 하는 측정단자가 많은 경우 일일이 용접을 하여야 하는 바 온도측정에 걸리는 시간이 길어진다는 문제점이 있다.

셋째, 열전대용 접착제에 의하는 경우 정확한 온도의 측정을 위하여 접착제의 양이 많아 질 경우 접착제에 의해 발생할 수 있는 보온효과를 막기 위해 적정량을 하여야 하고, 또한 측정의 정확성을 위해 각 지점에 접착제의 양을 일정하게 해야 하는 어려움이 있었다. 또한 접착제가 응고되어야 하는 시간이 별도로 필요하다는 문제점이 있었다.

넷째, 제품의 품질 검사를 하는 등 동일한 측정대상관이 다수인 경우 대상관이 바뀔 때마다 종래에 용접이나 열전대용 접착제로 고정되었던 단자를 제거하고 다시 새로운 측정대상관에 열전대의 단자를 열전대용 접착제 또는 용접에 의해 다시 부착을 하여야 하는 불편함이 있었다.

또한 측정 대상관을 바꾸는 경우 새로운 대상관에 종전 대상관과 동일한 간격으로 단자를 접합하여야 하는 바, 대상관을 바꿀 때마다 대상관에 간격을 측정하 여야 하는 불편함이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 온도를 측정하고자 하는 대상관에 기준단자 및 복수개의 측정단자를 복수 회에 걸쳐 접합시키는 것이 아니라 한번에 접합시킬 수 있어 온도의 측정에 있어 측정에 걸리는 시간을 단축할 수 있는 다점 온도 측정장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 대상관에 단자들을 접합함에 있어 직접 용접에 의하거나 열전대용 접착제에 의하는 것이 아니라 고정부를 사용하여 접합시킴으로써 대상관이 고온인 경우 작업의 위험성을 완화시키기 위한 다점 온도 측정장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대상관에 복수개의 측정단자를 부착하는 경우 측정 위치를 미리 설정할 수 있는 단자유닛을 제공하여 대상관의 온도 측정에 있어 정확한 측정결과를 얻을 수 있는 다점 온도 측정장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 측정위치가 미리 설정된 착탈 가능한 단자유닛을 이용하여 복수의 대상관의 동일한 지점들의 온도를 간단하고 신속하게 측정할 수 있는 다점 온도 측정장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 열전대의 기준단자를 가지며, 길이 방향으로 긴 온도측정 대상관에 착탈 가능하게 결합되는 제1단자유닛 및 기 설정된 간격에 따라 배치된 열전대의 복수 개 측정단자들을 가지며, 상기 대상관에 착탈 가능하게 결합되는 제2단자유닛을 포함하여 구성되는 다점 온도 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.

여기서, 상기 대상관은 내부에 열매가 수용된 열파이프(Heatpipe)인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 복수 개의 측정단자들은 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 것을 구성될 수 있고, 길이 방향을 따라 동일 간격으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 단자유닛은 상기 복수 개의 측정단자들의 일부를 수용하며 상기 대상관의 외면에 대응되는 형태로 이루어진 몸체부를 더 포함한다. 그리고 복수 개의 측정단자들과 상기 몸체부 사이에 구비되며, 형상이 변하면서 상기 복수 개의 측정단자를 상기 대상관측에 밀착시키는 접합부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2측정단자는 몸체부에 결합되며 상기 몸체부를 상기 대상관에 고정시키는 고정부를 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 상기 고정부는 상기 대상관 외면의 적어도 일부를 수용하는 고리 형태인 것을 특징으로 하여 구성된다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 다점 온도 측정장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 의하면 온도측정을 위한 열전대의 기준단자 및 복수개의 측정단자를 한번에 간단히 대상관에 접합을 시킬 수 있어 측정을 위한 지점이 다수인 경우 온도 측정을 위한 작업이 용이해지고, 온도 측정에 걸리는 시간이 단축되는 이점이 있다.

둘째, 열전대의 단자들을 단자유닛의 미리 설정된 위치에 접합시킴으로써 대상관을 대상으로 측정지점을 정하여 부착작업을 하여야 하는 불편을 줄일 수 있고, 또한 대상관이 고온인 경우 작업의 위험성을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

셋째, 측정 대상관이 복수인 경우 측정위치가 미리 설정된 단자유닛을 사용함으로써 복수 개의 측정 대상관 각각에 일일이 동일한 위치에 측정위치에 열전대의 단자들을 부착하여야 하는 불편을 제거하고, 이로 인해 제품의 품질검사 등 다수의 측정대상물이 있는 경우 온도측정에 걸리는 시간을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

넷째, 본 발명의 다점 온도 측정장치는 단자유닛을 대상관에 착탈이 가능하게 하는 고정부를 포함하여 구성된다. 따라서 복수개의 대상관을 대상으로 측정하는 경우에 매 측정시마다 각각 단자유닛을 부착을 하여야 하는 것이 아니라 일회의 공정에 의해 간편하게 단자유닛을 대상관에 접합할 수 있다. 이로 인해 대상관의 품질검사 등 측정대상물이 다수인 경우 측정작업이 용이해지고 측정에 걸리는 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 본 발명의 다점 온도 측정장치는 측정 대상관의 형태에 따라 변형이 가능한 접합부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서 접합부가 대상관에 접합하는 면을 따라 배치된 열전대의 측정단자가 대상관에 잘 접하게 할 수 있어 측정값의 정확성을 높일 수 있다는 이점이 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다점 온도 측정장치의 전체적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 다점 온도 측정장치는 크게 열전대의 기준단자를 가지며, 길이 방향으로 긴 온도측정 대상관에 착탈 가능하게 결합되는 제1단자유닛(120) 및 기 설정된 간격에 따라 배치된 열전대의 복수 개 측정단자(132)들을 가지며, 상기 대상관(10)에 착탈 가능하게 결합되는 제2단자유닛(130)을 포함하여 구성된다.

여기서 상기 대상관은 특히 열매를 포함한 열파이프(Heat pipe)가 되는 것이 일반적이다.

상기 제 1 단자유닛(120)은 열전대를 이용한 온도 측정의 기준점이 되는 기준단자(20)를 포함하고, 상기 기준단자(20)을 대상관(10)의 일측면에 결합시키는 역할을 한다. 결합방식은 종래의 용접이나 열전대용 접착제를 이용하여 상기 제 1 단자유닛을 대상관에 접합시킬 수 있다. 그러나 본 실시예에 따르면 대상관(10)의 지름에 대응하는 집게 형상으로 이루어져 열전대의 기준단자(20)을 대상관에 일회의 공정에 의해 착탈 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제 2 단자유닛(130)은 열전대의 복수개의 측정단자(132)을 대상관(10)의 측정하고자 하는 위치에 대응하게 배치하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 단자유닛(130)의 일측면은 대상관의 부착되는 면에 대응하는 형태를 갖추어 상기 측정단자(30)들이 대상관에 잘 접합될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제 2단자유닛(130)은 측정위치의 분포에 대응하여 대상관의 길이방향으로 측정단자(132)들을 일렬로 길게 배치할 수 있도록 대상관의 길이에 대응한 길이로 구성될 수 있다. 또한 상기 측정단자(132)의 배치시 간격은 일정하게 배치하여 온도를 측정할 수도 있다.

상기 제 2 단자유닛(130)은 대상관에 용접에 의하거나 열전대용 접착제에 의해 부착될 수 있다. 그 외에 측정 대상관에 테이프 등 다양한 방법에 의해 부착될 수 있다. 본 실시예는 이러한 부착 방식으로서 착탈이 용이한 고정부(138)를 이용하는 형태를 예시하고 있다.

또한, 본 실시예에 따른 다점 온도 측정장치는 제 2 단자유닛(130)을 대상관에 접합시 대상관에 측정단자(132)의 접합이 잘 되도록 하기 위한 접합부(136)을 더 포함하여 구성된다.

상기 접합부(136)의 형태 및 대상관이 접합되었을 때의 형태를 도 4를 참조 하여 설명한다. 상기 접합부(136)은 상기 복수개의 측정단자(30)과 상기 제 2 단자유닛(130)사이에 배치된다. 접합부(136)의 양 끝단은 상기 단자유닛(130)에 접하여 있고, 가운데 부분은 제 2단자유닛(130)과의 사이에 공간(136a)을 만들고 있다는 특징이 있다.

상기 접합부(136)은 제 2 단자유닛(130)이 대상관에 접합되는 경우, 대상관의 접합면의 형태에 따라 변형될 수 있는 탄성력이 있는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 따라서 도 4의 우측그림에서 확인할 수 있듯이 대상관이 접합된 경우, 접합부(136)이 대상관의 형태에 따라 변형되므로 상기 공간(136a)은 없어지는 것을 확인 할 수 있다. 이로써 대상관(10)의 형태가 제 2 단자유닛(130)의 형태와 다른 경우에도 열전대의 측정단자(30)들이 대상관(10)에 잘 접합되는 효과가 있다. 또한 접합부(136)은 탄성력이 있는 바, 대상관이 제 2 단자유닛(130)과 분리되었을 경우에는 원래의 형태로 다시 돌아오고 상기 공간(136a)는 다시 생기는 특징이 있다.

한편, 복수개의 측정단자(30)들은 대상관의 측정하고자 하는 위치에 대응하여 접합부(136)상에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 특히 대상관의 길이방향으로 일렬로 배치된 것을 특징으로 한다. 이는 도 5에서 확인 할 수 있다. 도 5 의 좌측 도면은 본 실시예에 따른 측정단자들이 배치된 다점 온도 측정장치의 평면도를 나타내고 측정단자(30)는 굵은 선으로 도시되고 있다. 상기 도면에 측정단자(30)중 대상관의 제일 상부의 온도를 측정하는 단자(31)가 접합부(136)의 외부면을 따라 배치되고 있는 것을 확인할 수 있다.

본 실시예는 상기 제 2실시예의 다점 온도 측정장치에 제 2 단자유닛(130)을 대상관에 고정을 하는 고정부(138)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 3 및4를 참고하여 상기 고정부(138)의 형태 및 고정방법에 대해 설명한다.

상기 고정부(138)의 일 끝단은 상기 제 2 단자유닛(130)의 일 측면에 부착되고 반대편 끝단은 상기 대상관(10)의 형태를 수용할 수 있는 고리모양으로 형성된다. 상기 고리형상의 일 끝단은 상기 대상관(10), 접합부(136) 및 제 2 단자유닛(130)을 체결하여 고정하는 역할을 한다.

또한 고정부(138)은 작업자에 의해 휘어질 수 있을 정도의 변형이 쉬운 탄성체로 이루어진다. 따라서 도 4에서 확인할 수 있듯이 대상관이 삽입되기 전에는 대상관(10)의 지름보다 작은 개방부를 가지는 형태로 구성된다. 하지만 변형이 쉬운 탄성체로 이루어져 있어서, 작업자가 고정부(138)에 외력을 가하는 경우 대상관의 지름보다 큰 개방부를 형성할 수 있는 특징이 있다.

구체적으로 설명하면 대상관을 고정하기 위하여 고정부(138)에 작업자가 외력을 가하여 대상관의 지름의 길이보다 큰 개방부를 형성한 후, 대상관을 삽입하고 고정부를 놓게 되면 고정부의 변형력 및 탄성력에 의하여 대상관(10), 접합부(136) 및 제 2 단자유닛(130)을 단단하게 고정시킬 수 있다. 도4의 우측 그림은 상기 고정부(138)이 대상관(10), 접합부(136) 및 제 2 단자유닛(130)을 고정한 형태를 도시하고 있다.

그리고 본 실시예의 다점 온도 측정장치를 대상관에서 분리하는 과정은 상기 설명한 대상관에 고정시키는 방법과 유사하다. 우선 대상관에 고정되어 있는 고정 부(138)을 대상관(10)의 지름보다 크게 잡아 당긴 다음 대상관을 분리하는 단계에 의한다. 대상관을 분리한 후에는 고정부(138)은 상기 논한 탄성력에 의해 원래의 대상관의 지름보다 작은 형태로 환원하게 된다.

상기의 공정에 의해 본 실시예에 의하는 경우 열전대의 측정단자들을 용접이나 열전대용 접착제에 의하지 않고 대상관에 접합시킬 수 있을 뿐만 아니라, 착탈이 가능하다는 효과를 기대할 수 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

도 1는 종래의 열전대를 이용한 다점 온도 측정방식을 나타내는 도면;

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 다점 온도 측정장치를 나타내는 사시도;

도 3은 도 2의 상기 다점 온도 측정장치에 측정대상관 착탈 전후의 평면도;

도 4는 도 2의 상기 다점 온도 측정장치에 있어 열전대의 측정단자의 배치를 나타내는 도면;

도 5는 도 2의 다점 온도 측정장치에 의해 측정대상관 온도를 측정하는 사용예를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 측정대상관 20: 열전대의 기준단자

40: 디스플레이부 120: 제 1 단자유닛

130: 제 2 단자유닛 132: 측정단자

134: 몸체부 136: 접합부

138: 고정부

Claims (8)

1. 열전대의 기준단자를 가지며, 길이 방향으로 긴 온도측정 대상관에 착탈 가능하게 결합되는 제1단자유닛; 및

   기 설정된 간격에 따라 배치된 열전대의 복수 개 측정단자들을 가지며, 상기 대상관에 착탈 가능하게 결합되는 제2단자유닛;

   을 포함하여 구성되는 다점 온도 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 대상관은,

   내부에 열매가 수용된 열파이프(heat pine)인 것을 특징으로 하는 다점 온도 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 측정단자들은,

   길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 다점 온도 측정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 복수 개의 측정단자들은,

   길이 방향을 따라 동일 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 다점 온도 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 단자유닛은,

   상기 복수개의 측정단자들의 일부를 수용하며 상기 대상관의 외면에 대응되는 형태로 이루어진 몸체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 온도 측정장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 개의 측정단자들과 상기 몸체부 사이에 구비되며, 형상이 변하면서 상기 복수 개의 측정단자를 상기 대상관측에 밀착시키는 접합부를 더 포함하여 구성되는 다점 온도 측정장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2단자유닛은,

   상기 몸체부에 결합되며 상기 몸체부를 상기 대상관에 고정시키는 고정부를 더 포함하여 구성되는 다점 온도 측정장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 고정부는,

   상기 대상관 외면의 적어도 일부를 수용하는 고리 형태인 것을 특징으로 하는 다점 온도 측정장치.

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