KR20100074961A - Method for producing micrometer grade thermocouple - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high temperature micro thermocouple manufacturing method is provided to install a high purity quartz glass rod including two kind of platinum-rhodium alloy lines to a draw tower for an optical fiber manufacture. CONSTITUTION: A high temperature micro thermocouple manufacturing method comprises the following steps. Two holes(11,12) are formed in a quartz glass rod(10) to the longitudinal direction. Two kinds of platinum-rhodium wires(20) are inserted into the two holes and one side of the quartz glass rod is hermetically sealed. Or one side of the quartz glass rod is hermetically sealed and two kinds of platinum-rhodium wires are inserted into the two holes. A pair of metal lines which has a desired diameter is drawn by heating in a high temperature with installing the quartz glass rod in which the platinum-rhodium wire is inserted in a draw tower for an optical fiber manufacture. Two alloy wires(21,22) are manufactured by eliminating glass components on the surface of a pair of the drawn metal lines. A B-type thermocouple is manufactured by welding the two alloy wires.

Description

초소형 고온 열전대 제조방법{METHOD FOR PRODUCING MICROMETER GRADE THERMOCOUPLE}Subminiature high temperature thermocouple manufacturing method {METHOD FOR PRODUCING MICROMETER GRADE THERMOCOUPLE}

본 발명은 고온 열전대 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드로타워를 이용한 광섬유 제조기술을 응용하여 마이크로 단위의 초소형 열전대를 경제적이고 효율적으로 제조할 수 있도록 개선된 초소형 고온 열전대 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a high temperature thermocouple, and more particularly, to a method for manufacturing an ultra-small high temperature thermocouple, which can be manufactured economically and efficiently by applying an optical fiber manufacturing technology using a draw tower.

최근 들어 산업분야가 고도화 되면서 점점 마이크로화, 나노화를 지향하게 되고 이에 따라 초소형 산업부품의 수요 역시 증가되고 있는 추세이다. 반도체, 전자통신, 기계, 건설, 환경분야 등 각종 산업분야에 두루 응용되는 열전대 역시 초소형화된 부품에 대한 수요가 발생하고 있으며 이와 같은 추세는 향후 보다 급속하게 증가될 것으로 예상되고 있다. Recently, as the industrial sector is advanced, the trend toward micronization and nano-ization is gradually increasing. Accordingly, the demand for micro-industrial parts is also increasing. Thermocouples are widely used in various industries such as semiconductors, telecommunications, machinery, construction, and the environment, and there is a demand for miniaturized components, and this trend is expected to increase more rapidly in the future.

기존의 B-type 열전대는 통상 수mm 직경의 백금-로듐계 합금선 2종을 합금의 비율만 약간 달리 하여 양끝단을 용접하고 이들 두 선을 두개의 구멍을 가진 세라믹 계열 절연체에 끼워 사용하여 왔다. 그러나 이와 같은 방식의 경우 그 구조상 소형화에는 일정한 한계가 따르게 된다. Conventional B-type thermocouples have generally used two platinum-rhodium-based alloy wires of several millimeters in diameter with only slightly different alloy ratios, and welded the two ends to each other by inserting them into a ceramic-based insulator having two holes. . However, in such a case, there is a certain limit to the miniaturization of the structure.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 길이방향으로 형성된 두개의 홀에 2종의 백금-로듐 합금선이 장입된 고순도 쿼츠 글래스봉을 광섬유 제조용 드로 타워(Draw Tower)에 장착하고, 고온으로 승온 후 인출(Drawing)함으로서 마이크로미터 단위의 직경을 갖는 열전대를 경제적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, draw tower for manufacturing a high-purity quartz glass rod loaded with two platinum-rhodium alloy wire in two holes formed in the longitudinal direction (Draw Tower It is an object of the present invention to provide a method for economically manufacturing a thermocouple having a diameter in micrometers by mounting at a high temperature and drawing after heating to a high temperature.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법은 쿼츠 글래스봉 내에 길이방향으로 두 개의 홀을 형성하는 단계와; 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입한 후 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉하거나, 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉한 후 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입하는 단계와; 상기 백금-로듐계 와이어가 장입된 쿼츠 글래스봉을 광섬유 제조용 드로타워에 장착하여 고온으로 가열한 후 원하는 직경의 금속선쌍을 인출하는 단계와; 인출된 금속선쌍 표면의 유리 성분을 제거하여 두 개의 합금선을 제조하는 단계; 및 상기 두 개의 합금선을 용접하여 B-type 열전쌍을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The ultra-high temperature thermocouple manufacturing method of the present invention for solving the above problems comprises the steps of forming two holes in the longitudinal direction in the quartz glass rod; Two kinds of platinum-rhodium-based wires having different compositions are inserted into the two holes, and then one side of the quartz glass rod is sealed, or one side of the quartz glass rod is sealed, and then the two holes of the platinum-rhodium having different compositions are formed. Charging the system wire; Mounting a platinum glass rod loaded with the platinum-rhodium-based wire to a draw tower for manufacturing an optical fiber, heating the film to a high temperature, and then drawing a pair of metal wires having a desired diameter; Manufacturing two alloy wires by removing the glass component on the surface of the extracted pair of metal wires; And manufacturing the B-type thermocouple by welding the two alloy wires.

이때, 상기 금속선쌍을 인출하는 단계의 가열 온도는 1800℃ 이상, 2300℃ 미만인 것을 특징으로 한다. At this time, the heating temperature of the step of drawing out the metal wire pair is characterized in that more than 1800 ℃, less than 2300 ℃.

또한 상기 두 종의 백금-로듐계 와이어는 Pt90/Rh10 및 Pt100 으로 이루어지 거나, Pt97/Rh13 및 Pt100 으로 이루어지거나 Pt70/Rh30 및 Pt94/Rh6 으로 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, the two kinds of platinum-rhodium-based wires are made of Pt90 / Rh10 and Pt100, Pt97 / Rh13 and Pt100, or Pt70 / Rh30 and Pt94 / Rh6.

본 발명의 초소형 열전대 제조방법에 의하면 마이크로미터 단위의 직경을 갖는 초소형 열전쌍을 경제적인 방법으로 용이하게 제조할 수 있게 된다. According to the method of manufacturing a microminiature thermocouple of the present invention, a microminiature thermocouple having a diameter in micrometers can be easily manufactured in an economical manner.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the manufacturing method of the ultra-high temperature thermocouple of the present invention.

도 1은 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법을 수행하는 장치의 개략도, 도 2는 쿼츠 글래스봉 및 백금-로듐계 와이어의 종단면도 및 횡단면도이다.1 is a schematic view of a device for carrying out the method of manufacturing the ultra-high temperature thermocouple of the present invention, Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view and a cross-sectional view of the quartz glass rod and platinum-rhodium-based wire.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 드로타워(30)를 이용하여 초소형 열전대를 제조하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by manufacturing a micro thermocouple using the draw tower 30 as shown in FIG.

우선, 쿼츠 글래스봉(10) 내에 기계적 드릴공법에 의해 길이방향으로 두 개의 홀(11,12)을 형성한다. 상기 두 개의 홀(11,12)은 쿼츠 글래스봉(10)의 축을 중심으로 대칭을 이루도록 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 쿼츠 글래스봉(10)은 시중에서 쉽게 구할 수 있는 것을 사용할 수 있다. First, two holes 11 and 12 are formed in the quartz glass rod 10 in the longitudinal direction by a mechanical drill method. The two holes 11 and 12 may be formed to be symmetrical about the axis of the quartz glass rod 10. In this case, the quartz glass rod 10 may be used that can be easily obtained on the market.

다음으로, 상기 쿼츠 글래스봉(10) 내에 홀(11,12) 내경에 맞는 2종의 백금-로듐 합금선(21,22)을 장입한 후에 쿼츠 글래스봉(10)의 하부를 밀봉한다. Next, after charging two kinds of platinum-rhodium alloy wires 21 and 22 suitable for the inner diameters of the holes 11 and 12 in the quartz glass rod 10, the lower portion of the quartz glass rod 10 is sealed.

상기 2종의 백금-로듐 합금선(21,22)은 <Pt90/Rh10, Pt100> 조성으로 이루어지거나, <Pt97/Rh13, Pt100> 조성으로 이루어지거나 <Pt70/Rh30, Pt94/Rh6> 조성으 로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. The two kinds of platinum-rhodium alloy wires 21 and 22 may be made of <Pt90 / Rh10, Pt100>, or may be made of <Pt97 / Rh13, Pt100>, or <Pt70 / Rh30, Pt94 / Rh6>. It is desirable to make it.

다음으로, 2종의 백금-로듐 합금선(21,22)이 장입된 쿼츠 글래스봉(10)을 통상적으로 광섬유 제조업계에서 사용되는 광섬유 인출용 드로타워(30)에 장착한다. Next, the quartz glass rod 10 loaded with two kinds of platinum-rhodium alloy wires 21 and 22 is mounted in the draw tower 30 for optical fiber extraction, which is typically used in the optical fiber manufacturing industry.

상기 드로타워(30)는 시료를 가열하기 위한 가열로(31)와, 가열된 시료를 인출하기 위한 인출노즐(32)을 포함하여 이루어진다. 상기 가열로(31)에서는 합금과 쿼츠 글래스의 융점 이상 이상의 온도로 시편을 가열하는 것이 바람직하다. 따라서 시료를 약 1800 ~ 2300℃ 로 가열하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고온으로 승온하여 일정시간 유지후 시료를 당겨주게 되면 시료는 점점 가늘어지면서 늘어나게 되며, 이에 따라 수십 um의 직경을 갖는 금속선쌍(21a,22a)을 수십 Km까지 연속으로 제조할 수 있게 된다. The draw tower 30 includes a heating furnace 31 for heating a sample and a drawing nozzle 32 for drawing out a heated sample. In the heating furnace 31, it is preferable to heat the specimen at a temperature equal to or higher than the melting point of the alloy and the quartz glass. Therefore, it is preferable to heat the sample to about 1800-2300 ° C. When the temperature is raised to a high temperature and the sample is pulled after maintaining for a certain time, the sample becomes thinner and longer, and accordingly, a pair of metal wires 21a and 22a having a diameter of several tens of um can be continuously manufactured up to several tens of Km.

드로타워(30)의 일측에는 직경검출기(33)가 구비되어 인출된 금속선쌍(21a,22a)의 직경을 측정하는 역할을 수행한다. 이와 같이 자동화된 외경 측정 및 인출 시스템을 이용하여 지속적인 인출 작업을 수행함으로서 원하는 직경(통상 수십 um이상)의 금속선쌍을 수십 Km이상 연속적으로 제조할 수 있다. One side of the draw tower 30 is provided with a diameter detector 33 serves to measure the diameter of the pair of drawn metal wires (21a, 22a). By performing continuous withdrawal operation using the automated outer diameter measurement and withdrawal system as described above, a pair of metal wires having a desired diameter (usually tens of um or more) can be continuously produced for several tens of Km or more.

제작된 마이크로단위의 금속선쌍의 표면에는 쿼츠 글래스가 잔류되어 감싸고 있다. 이와 같은 잔류된 유리질의 쿼츠 글래스 제거를 위해 드로타워(30)의 후단으로 후처리로(40)가 구비된다. 후처리로(40)에서는 금속선쌍(21a,22a)을 원하는 길이만큼 자른 후, 금속선쌍(21a,22a) 표면의 유리질을 제거하는 단계를 수행한다. 다음으로, 유리질이 제거된 두 금속선의 한쪽을 용접함으로써 수십 um의 직경을 가지는 열전대가 제조된다. Quartz glass remains on the surface of the fabricated microunit pairs of metal wires. The post-treatment furnace 40 is provided at the rear end of the draw tower 30 to remove the remaining quartz glass. In the post-treatment furnace 40, the metal wire pairs 21a and 22a are cut to a desired length, and then the glassy surfaces of the metal wire pairs 21a and 22a are removed. Next, a thermocouple having a diameter of several tens of um is manufactured by welding one of the two metal wires from which glass is removed.

이와 같이 얻어진 초소형 B-type 열전쌍은 용도에 따라 전자산업 기타 산업용 부자재 등으로 다양하게 사용될 수 있다. The ultra-small B-type thermocouple obtained as described above may be used in various ways such as electronics and other industrial subsidiary materials depending on the use.

이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시 예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments will be presented to assist in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

외경 30mm, 길이 700mm의 규격을 가진 고순도 쿼츠 글래스봉을 초음파드릴을 이용하여 관통 가공시켜 길이방향으로 지름 3mm인 두 개의 홀을 형성하였다. 두 개의 홀은 쿼츠 글래스봉의 축을 중심으로 대칭적인 위치에 형성하였다. 두 개의 홀이 뚫린 쿼츠 글래스봉의 한쪽 끝단을 초자가공기를 이용하여 용접 밀봉하였다. High-purity quartz glass rods having an outer diameter of 30 mm and a length of 700 mm were processed through an ultrasonic drill to form two holes having a diameter of 3 mm in the longitudinal direction. Two holes were formed symmetrically about the axis of the quartz glass rod. One end of the quartz glass rod with two holes was welded and sealed using a super magnetic machine.

이 쿼츠 글래스봉에 형성된 하나의 홀에는 지름 2mm인 Pt70/Rh30 조성의 합금선을 삽입하고, 다른 홀에는 지름 2mm인 Pt94/Rh6 조성의 합금선을 삽입하였다. 이와 같이 길이 450mm인 백금-로듐계 합금선이 장입된 쿼츠 글래스봉 시편을 제작하였다. In one hole formed in the quartz glass rod, an alloy wire having a composition of Pt70 / Rh30 having a diameter of 2 mm was inserted, and an alloy wire having a composition of Pt94 / Rh6 having a diameter of 2 mm was inserted into another hole. Thus, a quartz glass rod specimen loaded with a platinum-rhodium-based alloy wire having a length of 450 mm was prepared.

이 인출 시편을 광섬유 인출용 드로타워에 장착 후 1950℃까지 승온하여 가열한 후 외경을 100um로 하여 지속적으로 금속선쌍을 인출하였다. 이때 인출 오차범위는 1um 이내가 되도록 기기를 제어하였다. 인출된 금속선쌍은 100±1um의 정밀도를 갖는 선 형태로써 수십 Km이상을 연속적으로 얻을 수 있었다. After the drawing specimen was mounted in the draw tower for drawing the optical fiber, the temperature was raised to 1950 ° C and heated, and the pair of metal wires was continuously drawn with an outer diameter of 100 um. At this time, the extraction error range was controlled to be within 1um. The drawn metal wire pair was a line type with a precision of 100 ± 1 μm and was able to continuously obtain tens of Km or more.

다음으로 인출된 마이크로단위의 금속선쌍을 원하는 길이만큼 잘라내고, 잘라낸 금속선쌍의 양 끝단에 약간의 기계적인 충격을 가해줌으로써 두 금속선을 덮 고 있던 유리질을 제거하였다. 이와 같이 표면 유리질을 제거하여 2개의 합금선이 외부에 노출되도록 하였으며, 2개의 합금선을 용접해줌으로써 B-type 열전쌍을 제조할 수 있었다.Next, the drawn pairs of metal wires were cut out to the desired length, and the glass covering the two metal wires was removed by applying a slight mechanical impact to both ends of the cut metal wire pairs. In this way, the surface glass was removed so that the two alloy wires were exposed to the outside, and B-type thermocouples could be manufactured by welding the two alloy wires.

도 1은 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법을 수행하는 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the method of manufacturing a ultra-high temperature thermocouple of the present invention.

도 2의 (a)는 쿼츠 글래스봉 및 백금-로듐계 와이어의 종단면도.Figure 2 (a) is a longitudinal cross-sectional view of the quartz glass rod and platinum-rhodium-based wire.

도 2의 (b)는 쿼츠 글래스봉 및 백금-로듐계 와이어의 횡단면도. Figure 2 (b) is a cross-sectional view of the quartz glass rod and platinum-rhodium-based wire.

♧ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♧♧ description of symbols for the main parts of the drawing

10 : 쿼츠 글래스봉 11,12 : 홀 20 : 백금-로듐계 와이어10: quartz glass rod 11, 12: hole 20: platinum-rhodium-based wire

21a,22a : 금속선쌍 30 : 드로타워 31 : 가열로 21a, 22a: metal wire pair 30: draw tower 31: heating furnace

32 : 인출노즐 33 : 직경검출기 40 : 후처리로32: drawing out nozzle 33: diameter detector 40: after-treatment furnace

Claims (3)

쿼츠 글래스봉 내에 길이방향으로 두 개의 홀을 형성하는 단계와;Forming two holes in the quartz glass rod in the longitudinal direction; 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입한 후 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉하거나, 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉한 후 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입하는 단계와;Two kinds of platinum-rhodium-based wires having different compositions are inserted into the two holes, and then one side of the quartz glass rod is sealed, or one side of the quartz glass rod is sealed, and then the two holes of the platinum-rhodium having different compositions are formed. Charging the system wire; 상기 백금-로듐계 와이어가 장입된 쿼츠 글래스봉을 광섬유 제조용 드로타워에 장착하여 고온으로 가열한 후 원하는 직경의 금속선쌍을 인출하는 단계와; Mounting a platinum glass rod loaded with the platinum-rhodium-based wire to a draw tower for manufacturing an optical fiber, heating the film to a high temperature, and then drawing a pair of metal wires having a desired diameter; 인출된 금속선쌍 표면의 유리 성분을 제거하여 두 개의 합금선을 제조하는 단계; 및Manufacturing two alloy wires by removing the glass component on the surface of the extracted pair of metal wires; And 상기 두 개의 합금선을 용접하여 B-type 열전쌍을 제조하는 단계;Welding the two alloy wires to produce a B-type thermocouple; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 고온 열전대 제조방법. Ultra-high temperature thermocouple manufacturing method characterized in that it comprises a. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 금속선쌍을 인출하는 단계의 가열 온도는 1800℃ 이상, 2300℃ 미만인 것을 특징으로 하는 초소형 고온 열전대 제조방법. Ultra-high temperature thermocouple manufacturing method characterized in that the heating temperature of the step of withdrawing the pair of metal wire is 1800 ℃ or more, less than 2300 ℃. 청구항 1에 있어서, 두 종의 백금-로듐계 와이어는The method of claim 1, wherein two kinds of platinum-rhodium-based wire Pt90/Rh10 및 Pt100 으로 이루어지거나, Pt97/Rh13 및 Pt100 으로 이루어지거나 Pt70/Rh30 및 Pt94/Rh6 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 고온 열전 대 제조방법. A method of manufacturing an ultra-small high temperature thermocouple made of Pt90 / Rh10 and Pt100, made of Pt97 / Rh13 and Pt100, or made of Pt70 / Rh30 and Pt94 / Rh6.
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