KR20110102457A - 하나 이상의 와이어를 가지는 풍력계 프로브 및 그것의 제조 방법 - Google Patents

하나 이상의 와이어를 가지는 풍력계 프로브 및 그것의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 벽에 가깝게 측정하기 위하여 단일의 와이어 또는 n 개의 와이어(n≥1)를 가진 풍력계 프로브 및 풍력계 프로브의 제조 방법에 관한 것으로서, 이것은 와이어들중 적어도 하나에 대하여, a) 와이어(2)의 직선 부분을 위치시키고 유지하는 단계로서, 와이어는 2 개의 표면들상에 보호 외피(22)로 둘러싸인 금속 코어(21)를 구비하는, 단계; 와이어의 활성 측정 영역(14)을 드러내기 위하여 외피(22)의 부분을 벗겨내는 단계;(c) 프로브의 동체의 2 개 핀들에 와이어를 브레이징(brazing)하는 단계를 포함한다.

Description

하나 이상의 와이어를 가지는 풍력계 프로브 및 그것의 제조 방법{Anemometer probe having one or more wires and its method of production}
본 발명은 표면에 가깝게 풍력 측정(anemometric measurement)을 이루기 위한 프로브(probe)의 영역에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 고온 와이어 또는 저온 와이어 풍력계 유형의 프로브 또는 장치들에 관한 것이다.
본 발명은 그러한 프로브를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 그러한 프로브의 전력 공급 조절 및 측정 장치에 관한 것이다.
고온 와이어 풍력 측정의 원리가 간략하게 요약될 것이다: 이러한 기술로써, 통상적으로 2 내지 5㎛ 정도의 직경을 가진 매우 얇은 금속 와이어는 주울 효과(Joule effect)에 의해 가열된다. 그것이 와이어 온도보다 낮은 온도를 가진 유동내에 놓인다면, 와이어가 강제 대류에 의해 냉각될 것이다. 유동하는 유체의 속도 및/또는 온도에서의 변동은 와이어 온도에서의 변화를 발생시키고, 차후에는 와이어의 전기 저항의 변화를 발생시킨다. 전기 저항에서의 변화는 측정을 하는데 이용된다.
와이어에서 방출되고 차후에 와이어와 주위 환경 사이에서 교환되는 전력은 전기 회로에 의해 상이한 방법으로 제공될 수 있으며, 이것은 3 가지 유형의 풍력계를 한정하는데 사용될 수 있다:
일정 전류의 풍력계,
일정 온도의 풍력계,
일정 전압의 풍력계.
표면에 가깝게 이루어지는 측정은 매우 특별한데, 왜냐하면 표면의 존재에 기인하여 표면이 속도 측정에 영향을 미치기 때문이다. 이것은 속도 값의 과대 평가를 초래한다.
이러한 과대 평가(overestimate)는 다음과 같이 물리적으로 설명된다. 와이어는 과열되었을 때 열적 확산 스폿(thermal diffusion spot)에 의해 둘러싸인다. 와이어와 표면 사이의 거리가 와이어를 둘러싸는 그러한 고온 스폿의 크기 아래로 떨어지면, 에너지 전달이 표면을 향하여 발생된다. 이것은 와이어에 대하여 표면 없이 이루어지는 캘리브레이션과 비교하여, 측정 속도의 증가에 등가인 전달 에너지의 증가를 초래한다. 이러한 과속 현상은 y+ = 6 정도의 표면으로부터의 무차원적 거리(non-dimensional distance)로부터 시작되는 것으로 유효하다. 이러한 표면 브리지 현상(surface bridging phenomenon)에 의해 영향을 받는 측정을 교정하도록 다른 분석적 교정이 개발되었다. 이러한 분석적 교정들은 모두 심각한 약점을 가지는 것으로서, 이들은 (예외 없이) 예상된 결과로부터 출발하는 것으로 만들어졌다. 결국, 이들은 정상 상태(steady state)가 아닌 유동 상황에 대해서는 이용될 수 없다.
개략적으로, 1987 년의 리그라니(Ligrani) 및 브래드쇼(Bradshaw)의 문헌에서 설명되고 도 1 에서 도시된 공지의 프로브는 플래티늄 및 10 % 로듐(rhodium)으로 이루어진 합금으로 만든 금속 와이어(201)(고온 와이어 직경 0.625 ㎛)를 포함한다. 이러한 금속 와이어는 활성 부분(600)(가열된 길이)에서 전류가 유지되고 "U" 형상이다.
이러한 와이어는 아랄다이트 글루(Araldite glue, 450)에 의해 서로 접촉하는 2 개의 팁(tip, 400, 600)들의 단부에 고정된다. 와이어는 팁들에 와이어를 고정시키는 (주석) 솔더 지점(221)에 의해 고정된다.
2 개 핀들의 팁들 사이의 간격(e)은 0.5 mm 정도이다.
도 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 핀들을 함께 가까이 가져감으로써 발생되는 블록킹 효과(blocking effect)를 중화시키기 위하여, 와이어는 팁(400,600)들에 의해 정의되는 평면으로부터 약 15°의 각도(α)로 경사진 평면을 형성한다. 핀들의 단부들이 너무 가깝게 있다는 사실에 기인하여 블록킹 효과는 유동을 교란시킨다. 이러한 교란은 활성 부분(600)에서 이루어지는 모든 측정들에 영향을 미친다.
따라서, 프로브보다 우수한 성능을 가진 프로브를 만드는 것이 문제점이다. 특히, 도 1 에 도시된 유형의 프로브는 감도(sensitivity) 및 진동에 대한 저항의 문제점을 가진다.
예측되는 측정 유형의 다른 국면은 필터링 효과이다. 이러한 효과는 활성 영역이 너무 클 때 발생되어, 지점 측정(point measurement) 보다 평균화되거나 또는 조정된(integrated) 측정을 제공한다.
이러한 필터링 효과를 제한하는 한가지 해법은 와이어 길이를 감소시키기 위하여 핀들 사이의 간격을 감소시키는 것으로 이루어진다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 핀들을 함께 너무 가까이 가져가는 것은 블록킹 효과를 일으키는데, 블록킹 효과는 1971 년 ASME J.Applied Mechanics 38 권, 767-774 의 "단일 고온 와이어에 의해 야기되는 공기 역학적 교란"에 설명된 바와 같다. "리그라니(Ligrani)" 프로브 개념에 기초하여 와이어의 활성 길이를 감소시키는 것으로 이루어지는 해법은 핀들 함께 너무 가까워지는 것에 의해서 야기되는 블록킹 효과를 증가시킨다.
위에서 설명된 문제점을 해결할 수 있는 단텍(Dantec) 및 TSI 사에 의해서 판매되는 것과 같은 기성품의 프로브들은 존재하지 않는다.
기성품의 풍력 측정 조립체(일정 온도 풍력계와 관련된 통상적으로 2.5 ㎛ 직경의 프로브)를 포함하는 공지의 프로브는 작은 규모에서 교란을 측정하기에 부적절하며, 표면에 가까이에서 이루어지는 측정들에 대하여 절대적으로 부적절하다.
더욱이, 만약 점증적으로 정확한 속도 측정 및 물리적인 표시를 하려고 한다면, 모든 와이어들이 가능한 최소의 체적내에 있고 따라서 모든 와이어들에 대하여 속도가 같다고 가정될 수 있도록 모든 와이어들에 의해 제한되는 체적이 매우 작은 다수 와이어의 프로브(multi-wire probe)들이 필요하다.
마지막으로, 이러한 유형의 프로브를 제조하는데는 많은 기술적인 문제점들이 있으며, 그들중 많은 것이 해결되지 않았다.
현재로서는 mm 의 일부분보다 작은 매우 짧은 거리로 분리된 몇개의 와이어들로 이루어진 프로브를 만드는 것이 불가능하다.
본 발명에서 이루어지는 특정의 과제는 우수한 성능을 가진 프로브를 재생 가능하게 생산할 수 있는 제조 방법을 찾는 것이다. 특히, 그러한 방법은 "X" 형 또는 평행한 와이어들로 단일 와이어 프로브 또는 다중 와이어 프로브를 만들 수 있게 한다.
본 발명은 특히 블록킹 효과를 제한하기 위하여, 핀들 사이의 큰 간격과 관련하여 매우 작은 직경의 와이어들을 포함하는 프로브를 만드는데 특히 유용하다.
특히, 본 발명은 0.35 내지 0.625 ㎛ 직경 와이어들을 이용하여, 예를 들어 0.5㎛ 직경 와이어들을 이용하여 프로브를 재생 가능하게 만드는데 이용될 수 있다.
본 발명은 표면에 가깝게 측정하기 위하여 X 형 또는 평행하게 배치된, n 개의 와이어(n≥1)들을 가진 풍력 측정 프로브에 관한 것으로서, 이것은 각각의 와이어에 대하여 다음과 같은 것을 포함한다.
(a) 2 개의 와이어 유지용 핀으로서, 각각의 핀의 단부는 와이어 위치 선정 및 고정 영역을 포함한다.
(b) 직선의 와이어 부분으로서, 상기 와이어 위치 선정 및 고정 영역에 솔더링(soldering)된다.
핀들의 단부들은 적어도 4 mm 와 같은 거리로 분리될 수 있다.
바람직스럽게는, 와이어가 0.35 내지 0.6㎛ 사이의 직경(d)을 가진 플래티늄 및 로듐 합금으로 만들어진 중앙 코어 및, 와이어의 일부에 걸쳐 제거된 은 외피(silver sheath)를 가지며, 은 외피는 감도 영역 또는 활성 영역으로 지칭되는 것으로서, 0.4 내지 0.5 mm 사이의 길이를 가진다.
와이어는 주석-납 유형의 솔더를 이용하여 핀에 솔더링(soldering)될 수 있다.
와이어는 만곡될 수 있어서, 와이어의 활성 부분이 파괴되는 문제점을 해결한다.
상기에 설명된 유형의 본 발명에 따른 프로브는 평행하거나 또는 "X" 형의 와이어를 n 개(n≥2) 포함할 수 있다. 예를 들어, 평행할 수 있거나, 또는 "X" 형으로 배치될 수 있는 2 개 또는 3 개 또는 4 개의 와이어들을 포함한다.
본 발명은 표면에 가깝게 측정을 수행할 수 있도록 상기에서 설명된 것과 같은 특히 프로브인, n 개의 와이어들(n≥1 또는 2)을 가진 풍력 측정 프로브를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 와이어들중 적어도 하나에 대하여 다음과 같은 것을 포함한다.
(a) 예를 들어 폴리싱(polishing)에 의해서 기계 가공된 표면들인, 2 개의 표면들상에서, 보호 외피에 의해 둘러싸인 금속 코어를 구비하는, 와이어의 직선 부분의 위치를 선정하고 와이어를 유지하는 단계;
(b) 활성의 와이어 측정 영역을 노출시키도록 외피의 일부를 제거하는 단계;
(c) 와이어가 프로브의 2 개 핀들에 솔더링되는 단계.
본 발명에 따르면, 이전에 노출되거나 또는 벗겨진(stripped) 와이어(단계(b))는 핀들에 장착된다 (단계(c)).
와이어는 구조체 상에 또는 표면상에 위치됨으로써 (단계(a)), 와이어가 프로브의 핀들로 솔더링되기 전에 와이어의 활성 부분이 국부적으로 노출되거나 또는 벗겨진다 (단계 (b)). 이러한 기술로써, n 개의 와이어들이 평행하거나 또는 "X" 형으로 배치되어 있는 매우 복잡한 구성을 가진 프로브를 만들 수 있다.
와이어에 대한 수평의 지지를 제공하고 와이어에 있을 수 있는 가장 정밀한 정렬을 제공하기 위하여, 와이어가 지지되는 표면들이 미리 정렬되었다.
상기의 단계들은 다중 와이어 프로브에 있는 각각의 와이어에 대하여 반복될 수 있다.
따라서, 본 발명은 적어도 2 개의 와이어들을 가진 풍력 측정 프로브를 만들기 위한 상기에 설명된 것과 같은 방법에 관한 것으로서, 상기 와이어들중 적어도 하나의 제 1 의 것에 대하여 단계 (a) 내지 (c)의 이용 및 상기 와이어들중 제 2 의 것에 대하여 단계 (a) 내지 (c) 의 이용을 포함한다.
단계(b)는 와이어들중 적어도 하나에 대하여 다음과 같은 것을 포함할 수 있다.
2 개의 표면들중 제 1 표면상에 와이어의 제 1 부분을 위치시키고, 부착 물질의 제 1 방울(drop)을 이용하여 제 1 표면상에 와이어의 제 1 부분을 고정시킨다.
2 개의 표면들중 제 2 표면상에 와이어의 제 2 부분을 위치시키고, 부착 물질의 제 2 방울을 이용하여 제 2 표면상에 와이어의 제 2 부분을 고정시킨다.
와이어는 제 1 부착 지점에 대한 와이어의 굽힘을 방지하는 수단에 의해 2 번의 위치 선정 및 부착 단계들 사이에서 제 위치에 유지될 수 있다; 그러한 굽힘은 제 2 위치 선정 및 부착 단계 동안에 발생될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 예를 들어 2 개의 표면들을 서로를 향하여 가져감으로써 단계(a) 또는 단계(b) 이후에 예를 들어 와이어 만곡의 형성을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 단계(b)는 활성 측정 영역을 형성하는 와이어 외피의 벗겨냄(stripping)을 포함하는데, 예를 들어:
산을 가하는(acid pickling) 제 1 단계,
전기화학적 벗겨냄의 제 2 단계를 포함한다.
와이어의 저항 측정은 벗겨냄의 길이를 결정하기 위하여 이루어질 수 있다. 와이어를 벗겨내는 액체의 방울이 유지될 수 있는, 와이어에 의해 형성되는 루프(loop)를 이용하여 벗겨냄(stripping)이 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 하나의 와이어 제조 방법은 와이어가 사용될 온도보다 현저하게 높은 온도에서의 어닐링(annealing) 단계를 포함한다.
솔더링은 고온 공기 건(hot air air) 또는 레이저 충격(laser impact)에 의해 이루어질 수 있다.
단계(a) 이전에, 예를 들어 와이어의 축방향의 기계적 텐션으로부터 초래되는 신장(elongation)에 의해, 와이어의 직선 부분을 만드는 예비적인 와이어 직선화 단계가 이용될 수 있다. 예를 들어, 와이어는 2 개의 패드들의 단부들에서 고정되어 유지되며, 패드들중 하나는 자유롭게 움직인다. 이러한 가동 패드(mobile pad)는 적어도 하나의 방향을 따라서, 그리고 바람직스럽게는 2 또는 3 개의 방향을 따라서 측미술 변위 테이블(micrometric displacement table)에 연결될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 프로브의 이용을 포함하는, 특히 표면에 가깝게 풍력의 크기를 측정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 일정한 전류로써 와이어 풍력계의 조절을 위한 장치에 관한 것으로서, 이것은
전력 공급 수단 및 기준 저항과 와이어에 대한 전력 공급 전류를 조절하는 수단,
기준 저항의 터미널에서의 신호와 프로브 와이어의 터미널에서의 신호 사이의 차이를 결정하는 수단,
장치의 일정한 온도를 유지하는 수단을 포함한다.
이러한 조절 장치는 위에서 설명된 본 발명에 따른 프로브 및 풍력 측정 프로브의 다른 유형에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 프로브로써 특히 유용한 결과들을 얻게 된다.
예를 들어, 와이어 및 기준 저항은 전류 미러(current mirror)에 장착될 수 있다.
전력 공급 전류를 조절하는 수단이 바람직스럽게는 전위차계 및 다이오드에 장착된 조절 트랜지스터(regulation transistor)를 포함한다.
본 발명은 또한 고온 와이어 열 풍력계(thermo-anemometer)에 관한 것으로서, 이것은:
본 발명의 범위내에서 예를 들어 위에서 설명된 구조를 가진 풍력계 및,
위에서 설명된 바와 같은 조절 장치를 포함한다.
본 발명은 또한 추가적인 써모커플(thermocouple) 없이 위에서 설명된 것과 같은 써모 풍력계(thermo-anemometer)의 이용을 포함하는, 유동 유체에서의 온도 측정 방법에 관한 것이다.
도 1 은 고온 와이어 프로브의 공지된 유형을 도시한다.
도 2a 내지 도 2e 및 도 14 는 본 발명에 따라서 "X" 형으로 이루어진 와이어들을 가진 프로브의 특징을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3b 는 2 개 또는 2 개 이상의 와이어들을 가진, 본 발명에 따른 프로브들의 다른 유형들을 도시한다.
도 4 내지 도 10 은 본 발명에 따른 프로브의 제조 단계를 도시한다.
도 11 은 본 발명의 범위내에서 이용될 수 있는 전력 공급 및 측정 회로를 도시한다.
도 12 및 도 13 은 본 발명에 따른 써모 풍력계를 위한 본 발명에 따른 측정 곡선을 도시한다.
도 15a 및 도 15b 는 본 발명에 따른 "X" 형의 와이어를 가진 프로브의 다른 구성을 도시한다.
도 2a 내지 도 2e 및 도 14 는 본 발명에 따른 프로브(probe)의 예를 도시한다.
이것은 하나의 특정한 형태로서, 많은 다른 형상이 가능하다.
이러한 예에 따르면, 프로브는 2 개의 금속 핀(4,6)들의 예리한 단부들 사이에서 텐션(tension)을 받는 와이어(2)를 포함하고, 핀들은 세라믹으로 형상화된 절연 동체(10) 안으로 연장되며, 바람직스럽게는 절연 동체가 세라믹으로 만들어진다.
절연 동체(10 안으로 연장된 2 개의 금속 핀(40,60)들의 예리한 단부들 사이에서 텐션을 받는 와이어(20)가 포함된다.
2 개의 와이어(2,20)들은, 비록 그들이 서로에 대하여 평행하고 절연 동체(10)의 축으로 식별된 장치의 축에 대하여 직각인 2 개의 개별 평면들에 위치될지라도, 그들 사이에 각도(α)를 가지고 배치된다 (장치의 정면도를 나타내는 도 14 참조). 와이어들을 포함하는 평행한 평면들은 0.8 mm 보다 작거나 또는 그와 같은 거리로 분리되거나, 또는 0.2 mm 와 1 mm 사이의 거리로 분리되거나, 또는 0.3 mm 와 0.8 mm 사이의 거리로 분리된다. 각도(α)는 90°일 수 있으며, 따라서 2 개의 와이어들은 도 14 에 도시된 정면도에서 알 수 있는 바와 같이 서로에 대하여 직각일 수 있다. 이러한 구조들은 도 14 에 도시된 와이어의 상대적인 위치에 기인하여 "X" 구조로서 한정된다.
그러나 본 발명은 도 3a 및 도 3b 에 도시된 것과 같은 평행한 와이어들을 가진 장치들에 관한 것으로서 그것을 가능하게 한다. 다시 한번, 와이어들은 0.8 mm 보다 작거나 또는 그와 같은 거리(δ)로 분리되거나, 또는 0.2 mm 와 1 mm 사이의 거리(δ)로 분리되거나, 또는 0.3 mm 와 0.8 mm 사이의 거리(δ)로 분리된다.
보다 일반적으로, 와이어들이 위치되는 평면들 사이의 상기 최대 차이, 또는 와이어들 사이의 최대 차이는 관찰된 형상의 극단적으로 미세한 표현을 얻는 지점 측정(point measurements)을 만들 가능성에 기여한다.
도 15a 및 도 15b 는 다른 X 형 구성을 도시한다. 이러한 구성은 2 개의 와이어(2,20)들을 포함하고, 그 각각은 아래에 설명될 도 2e 에 도시된 것과 같은 중앙 검출 영역을 가진다. 각각의 와이어는 위에서 설명된 바와 같은 프로브 동체 안에 배치된, 2 개의 핀들(4,6,40, 60)에 의해 제 위치에 유지된다. 이러한 도면은 상기 경우에 프로브를 측면으로부터 보았을 때 "X" 형상으로 보일 수 있다. 많은 다른 "X" 형상이 가능하다. 실제의 형상은 측정이 이루어지는 환경 및 조건에 달려 있다.
구현예에 상관 없이, 프로브 동체(10)는 예를 들어 2 내지 4 mm 사이일 수 있는 직경을 가진 세라믹 실린더로 구성될 수 있고, 여기에서 예를 들어 0.2 mm 내지 0.4 mm 사이의 직경을 가진 스테인레스 스틸 바늘들이 핀(4, 6, 40, 60)으로서 작용하도록 설치될 수 있다 (도 2a 및 도 2b 의 경우에 가능하지만, 그것은 도 3a 및 도 3b 에 도시된 것과 같은 다른 경우에 적용될 수도 있다).
와이어(2)(그리고 가능하게는 다른 와이어 또는 본 발명에 따라서 제조되는 프로브에서 사용되는 그 어떤 다른 와이어)도 핀(4,6)들에 배치된다. 도 2c 는 그러한 핀들 형상의 일 예에 대한 측면도를 도시하며, 핀(4)의 측면도이다. 도면 번호 43 은 와이어(2)의 단부가 용접될 핀(4)의 부분을 나타낸다. 다른 핀(6)은 같은 구조를 가진다. 따라서, 각각의 핀은 AA' 방향을 따라서 대략 실린더형의 단면을 가지며, 예를 들어 AA' 축은 핀이 실린더 형상을 가진다면 회전 대칭의 축이다 (도 2c).
와이어(2)는 mm 의 백분의 일 정도의 극히 정밀한 정렬을 가진다. 공지된 프로브 구조(도 1 을 참조하여 위에서 설명된 것)와는 달리, 와이어(2)의 직선 부분은 핀(4,6)들에 배치된다. 도 1 의 경우에서와 같이 와이어를 "U" 의 형상으로 굽힐 필요성은 없으며, 그러한 만곡은 장치의 정밀성 및 양산성(reproductivity)을 감소시키기 때문이다.
주석-납 합금 유형의 솔더(solder)는 와이어(2)를 핀(4,6)들에 솔더링하는데 이용될 수 있다.
핀들의 돌출 길이(L)는 구성에 달려있지만, 대략 15 mm 정도의 길이일 수 있다. 도 2a 및 도 2b 에 도시된 "X" 의 구조에 대하여, 이러한 길이는 프로브의 전방에 가장 가까운 와이어의 뒤에 있는 와이어들에 대하여, 즉, 도 2b 에 있는 와이어(20)에 대하여, 와이어(2)보다 작다.
단일의 와이어를 유지하도록 의도된 2 개의 핀들의 단부들을 분리시키는 거리(D)는, 12 m/s 보다 작거나 또는 약간 큰 경계층 유량에 대하여, 대략 5 mm 와 같을 수 있거나 또는 그보다 클 수 있고, 바람직스럽게는 5 내지 8 mm 사이일 수 있다. 다른 한편으로, 높은 전단(shear)의 상황하에서, 예를 들어 제트 경계(jet boundary)에서, 핀들 사이의 간격이 4 mm 를 초과하지 않을 때만 우수한 거동이 얻어진다. 만약 간격이 4 mm 보다 크다면, (구조가 아래에서 설명될) 와이어(2)의 은 외피(silver sheath)의 불충분한 강성(stiffness) 때문에 전단 여기(shear excitation)는 와이어의 스케일(scale)에서 큰 진폭 진동을 일으킬 수 있으며, 와이어를 파괴할 수 있다. 조작하는 동안에 와이어의 활성 부분의 파괴 위험성을 감소시키기 위하여, 프로브 동체는 엘라스토머 튜브(elastomer tube, 12)에 의해서 외피가 형성될 수 있으며, 엘라스토머 튜브는 활성 부분이 매우 부숴지기 쉬운 와이어(2)로 전파될 수 있는 파동 또는 진동을 흡수할 것이다.
와이어(2)(또는 20; 또는 본 발명에 따라서 만들어지는 프로브에서 이용되는 다른 와이어 또는 그 어떤 다른 와이어)가 바람직스럽게는 중앙 부분(21)을 가진 와이어로서, 이것은 도 2d 에 도시된 바와 같이 50 내지 80 ㎛ 사이의 직경을 가질 수 있는 은(silver) 외피(22)에 의해 둘러싸인 플래티늄 또는 플래티늄-로듐 합금으로 만들어진다.
중앙 부분(21)의 직경은 매우 작아서, 0.635㎛ 또는 0.6㎛ 보다 작으며, 예를 들어 0.35㎛ 또는 0.5㎛ 이다. 이용된 와이어가 바람직스럽게는 "월스톤 유형 와이어(Wollaston type wie)"로서, 이것은 플라티늄-로듐(Pt-10% Rh)으로 구성된다. 이러한 직경의 와이어는 위험성 없이 직접적으로 조작할 수 있다. 그러한 조작은 와이어를 둘러싸는 30 내지 50 ㎛ 직경 때문에 가능하다 (도 2d).
그러한 와이어는 공지된 장치들로써 가능한 것보다 우수한 지점 측정(point measurement)를 제공하는데, 이는 도 2e 에 도시된 바와 같이 와이어 외피를 국부적으로 벗겨냄으로써 측정 영역(14)이 제한될 수 있기 때문이다. 결과적으로 활성 길이는 0.4 내지 0.5 mm 이다. 측정 영역(14)의 한계에서 외피의 단부(22',22")들에 기인한 에지 효과(edge effect)들은 너무 높기 때문에, 짧은 활성 길이는 측정을 덜 정확하게 만들 것이다. 이러한 국면은 도 2e 에 도시되어 있으며, 여기에서 활성 부분(14) 및 은 외피(22)가 명확하게 도시되어 있다.
활성 부분(14)은 도 2a 에 도시되어 있지 않으며, 왜냐하면 그 활성 부분의 폭(0.4 mm 내지 0.5 mm 사이)은 핀(4,5)들의 단부들 사이의 간격(E)(적어도 5 mm) 과 비교하여 작기 때문이다.
와이어의 직경에 대한 와이어의 활성 길이의 비율(l/d)은 대략 600 내지 1500 사이이다. 측정의 집중 특성(concentrated nature)이 더 높은 값에서는 사라진다; 이미 언급된 필터링 효과 또는 평균화 측정 효과(filtered or averaged measurement effect)들이 발생된다. 만약 비율이 600 내지 1500 사이라면 (즉, 600≤ l/d ≤1500), 2 차원적인 가정(two-dimensionality assumption), 따라서 활성 영역에서의 매우 평탄한 온도 프로파일이 충족된다. 그 비율이 600 보다 작으면 단부 효과들이 나타남으로써, 와이어를 따르는 온도 프로파일은 더 이상 "게이트(gate)" 프로파일로서 (즉, 와이어를 따른 일정한 온도로서) 간주될 수 없으며, 그러한 프로파일은 포물선 유형의 프로파일과 더 비슷하다. 상세하게는, 그러한 상황이 와이어의 감도 손실 및, 신호 대(對) 잡음 비율의 저하를 초래한다. 물리적으로, 이는 작은 진폭의 현상을 포착하는 것이 불가능하다는 것을 의미한다.
와이어(2)는 은 외피(22)를 그 핀들에 솔더링함으로써 핀(4,6)들에 연결된다.
본 발명에 따른 프로브는 (측정 영역(14)의 매우 작은 폭에 의해 달성되는 지점 측정 효과에 기인하는) 그 어떤 필터링 효과도 없이, 그리고 (핀들의 단부들 사이의 거리에 기인하는) 그 어떤 블록킹 효과(blocking effect)도 없이, 측정 위치 선정 특성을 가진다. 그 프로브는 또한 진동에 저항한다. 따라서, 본 발명에 따른 프로브는, 편향(bias) 없이, 따라서 보정할 필요 없이, 가능한 한 표면에 근접한 물리적인 진폭을 측정할 수 있다. 10 m/s 보다 작은 속도 범위 및 단일 와이어 프로브에 대하여, 표면에 대한 그 어떤 보정(correction)도 없이, 최대 y+≒ 2 에 접근할 수 있다. y+ 는 동역학적 점도에 의해 분할된 표면으로부터의 거리와 마찰 속도의 곱으로 정의된다.
본 발명은 도 3a 및 도 3b 에 도시된 것과 같은 평행한 멀티 와이어 프로브 및 단일 와이어 프로브에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2 중 와이어에 관한 것으로서, 예를 들어, 도 3a 의 측면도에 도시된 바와 같이 2 개의 와이어들 사이의 0.3 mm 정도(보다 일반적으로는 0.2 내지 1 mm 사이)의 간격에서 평행한 고온 와이어(hot wire, 2) 및 저온 와이어(cold wire, 2')를 결합시킨 프로브에 관한 것이다 (와이어들은 측면으로부터만 도시되어 있으며, 따라서 각각의 와이어(2,2')는 그 도면 및 도 3b 에서 점으로 나타난다.). 다른 도면 번호들은 도 2a 내지 도 2e 에 도시된 것과 같으며, 동일한 요소들을 나타낸다. 이러한 구현예에는 핀들의 2 개 쌍들이 있으며, 와이어(2)가 솔더링되는 위에서 이미 설명된 쌍(4,6)이 있고, 또한 와이어(2')가 솔더링되는 다른 쌍(4',6')(도 3a 에는 핀(4') 만이 도시되어 있다)이 있다.
도 3b 는 3 개의 평행한 와이어(2, 2',2")들을 이용하는 3 중 프로브의 측면도를 도시한다. 다시 한번, 도면 번호들은 도 2a 내지 도 2e 에 도시된 것과 동일하고 동일한 요소들을 표시하며, 와이어들 사이의 최대 거리는 0.2 내지 1 mm 사이이고, 바람직스럽게는 0.3 내지 0.8 mm 사이이다. 이러한 구현예에서, 핀들의 3 개 쌍이 있는데, 위에서 이미 설명된 바와 같이 와이어(2)가 솔더링되는 쌍(4,6)이 있고, 와이어(2')가 솔더링되는 다른 쌍(4',6')이 있으며(도 3b 에는 오직 핀(4')만이 도시되어 있다), 와이어(2")가 솔더링되는 제 3 의 쌍(4",6")이 있다 (도 3b 에는 오직 핀(4")만이 도시되어 있다). 그러한 3 중 프로브가 바람직스럽게는 중심의 고온 와이어(와이어 (2') 및, 각 측에 있는 2 개의 저온 와이어(와이어(2 및 2")를 가지고 작동되어, 유동 방향에 대한 정보를 제공한다.
2 중 프로브에서, 또는 보다 일반적으로는 n 개의 와이어들을 가진 프로브에서, 와이어들중 적어도 하나 또는 와이어들 각각은 위에서 설명된 특성들을 가지며, 위에서 설명된 바와 같이 핀들의 쌍에 고정된다.
속도 및 온도 측정은 본 발명에 따라서 만들어진 5 개의 와이어 프로브로써 이루어졌으며, 여기에서 각각의 와이어는 비율(l/d)이 600 내지 1500 사이에 있도록 벗겨진 영역을 가진다. 이러한 프로브는 와이어들의 2 개쌍 및 온도 측정을 위한 추가적인 와이어(저온)로 이루어지는데, 각각의 쌍은 "X" 로 배치되고, 다른 쌍의 평면에 대하여 직각인 평면에 포함된다. 이러한 구성은 비 등온 유동(non-isothermal flow)에서 속도의 3 개 구성 요소들에 대한 동시적인 측정을 가능하게 한다. 와이어들의 2 개 쌍들에 의해 한정되는 체적은 약 0.43 mm3 인 반면에, 와이어들 각각의 비율(l/d)은 약 1000 이다.
이제 본 발명에 따른 프로브의 제조 방법을 설명하기로 한다. 이것은 단일 와이어 프로브의 제조에 관한 것이며, 다르게 설명되지 않는 한, 임의 개수의 와이어들을 가진 프로브의 제조에 적용될 수 있다.
모든 작업은 구성 요소들의 크기 및 요구되는 정밀성을 고려하여, 쌍안용 확대 글래스(binocular magnifying glass) 하에서 이루어지는 것이 바람직스럽다. 이러한 확대 글래스 또는 그 어떤 다른 선택되거나 또는 등가인 디스플레이의 형태는 1/100 mmth 의 정밀도를 가지고 디스플레이할 수 있다.
처음에 핀(4, 6, 40, 60)들은 프로브 동체(10,12)에 고정된다. 프로브 동체에 홈들이 형성되었거나 또는 드릴 가공이 이루어져서, 핀들이 제 위치에 놓일 수 있다. 핀들은 템플레이트(template)를 이용하여 프로브 동체 안으로 삽입될 수 있어서, 핀들이 동일한 길이로 프로브 동체로부터 돌출된다.
전원 공급 케이블(19,19', 도 2a)과 핀(4,6)들 사이의 용접 연결(이러한 연결 수단은 와이어(2)에 의해 운반되는 전류가 투입되도록 이용된다)은 동체(10)의 홈 또는 드릴 구멍내에 위치될 수 있거나 또는 외측에 위치될 수 있다. 이러한 연결은 이러한 제조 단계에서 솔더링된다. 이러한 연결 및 케이블, 또는 다른 연결 및 케이블은 다른 핀들을 위하여 이용될 수 있다.
핀들은 지지부내에서 밀봉될 수 있으며, 경화 이후에 세라믹과 양립할 수 있는 콘트리트로 핀들을 코팅함으로써 밀봉될 수 있다. 테스트에 따르면 예를 들어 아랄다이트 글루(Araldite glue)와 같은 접착제가 일부 탄성을 유지하면서 상기의 밀봉 기능을 잘 수행할 수 있음을 나타내며, 상기 탄성은 진동 흡수 및 프로브의 보호에 매우 유용한 것일 수 있다.
프로브 동체(10)가 일단 핀(4, 6, 40, 60)들과 고정되면 엘라스토머 충격 흡수 외피(12) 안으로 삽입됨으로써 와이어(20)의 매우 얇은 활성 부분을 파괴시킬 수 있는 진동들을 제거한다.
핀(4,6)들은 와이어가 나중에 솔더링될 수 있도록 최적의 젖음(wettability)을 달성하게끔 세정된다. 핀들의 단부는 솔더링 아이언(soldering iron)을 이용하여 스테인레스 스틸 시트상에 침착된 솔더링 페이스트(기준 카스톨린(reference Castolin 157A)를 이용하여 얇게 되어, 상이한 산화물을 제거하고, 솔더가 접합될 수 있는 지지부를 만든다.
도 4 는 프로브 와이어(2)를 수용할 준비가 되어 있는 핀(4,6)들을 가진 프로브 동체(10,12)를 도시한다. 프로브의 동체는 도면에 도시되지 않은 한 세트의 측미술(micrometry) 테이블상에 설치됨으로써, 2 개 또는 3 개 차원들에 따른 극히 정확한 변위가 밀리미터의 100 분의 1 에 가깝게 이루어질 수 있다.
와이어(2) 자체는 항상 코일 형태로 감긴 와이어로부터 시작되어 만들어진다.
따라서, 제 1 작업은 코일로 감긴 와이어의 기억을 지우기 위하여 와이어를 곧게 펴는 작업이다. 예를 들어 0.35 ㎛ 와 같이, 0.5㎛ 보다 작은 중심 코어 직경을 가진 와이어에 대하여, 작업 표면상에서 구르는 것에 의하여 와이어를 직선화시키는 단계 동안에 와이어의 중심 코어가 파괴될 수 있는 위험성이 있다.
적절한 직선화 단계는 와이어의 기계적인 축방향 텐션(tension)에 의해 야기되는 신장(elongation)을 이용한다. 실제에 있어서, 와이어의 2 개 단부들은 2 개의 패드(49,51)들이 설치된 시스템상에 솔더링되는데, 이들중 하나(패드(49))는 도 5 에 도시된 바와 같이 2 차원의 X, Y 변위를 가진 측미술 테이블(69)의 플레이트 상에 장착되기 때문에 자유롭게 움직인다. 이러한 테이블은 2 개 차원의 각 차원을 따라서 거의 100 분의 1 밀리미터로 극히 정밀한 변위를 만들 수 있다.
패드(49, 51)들의 2 개 팁들이 처음에 동일한 수평 평면에 있다면, 직선화 작업이 최적화될 수 있으므로 바람직스럽다.
와이어를 직선화시키는데 이용되는 기계적인 텐션은 정확하게 양을 측정할 수 없다. 그러나, 다음의 방법이 이용될 수 있다.
가동 패드(mobile pad, 49)의 변위들은 측미술 테이블을 이용하여 측정된다. 변위의 원점은 와이어의 텐션이 바늘(예를 들어, 50 mm 길이이고 0.2 mm 직경)을 굽히기 시작할 때 취해지며, 바늘은 와이어상에 지탱되고 작업자에 의해 유지된다 (작업은 예를 들어 쌍안용 확대 글래스를 이용하여, 높은 확대 비율에서의 관찰하에 수행된다는 점이 기억되어야 한다). 경험에 따르면, 0.4 mm 의 변위를 가진 가동 패드(49)가 와이어의 우수한 직선성(straightness) 및 증가된 강성(stiffness)을 얻기에 충분하다.
와이어가 패드(49,51)로부터 솔더 분리된 이후에, 와이어(2)의 2 개 단부들은 와이어의 직선화된 부분만을 유지하도록 나머지의 작업을 위해 절단된다. 이러한 작업은 레이저 블레이드(razor blade)로 이루어진다.
와이어의 배치는 도 6 내지 도 8 을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 7 은 2 개의 조립체(81,83)를 가진 전체 시스템을 전체적으로 도시하며, 조립체 각각은 3 개의 측미술 테이블을 구비하는데, 이것은 X 를 따르는 변위에 대한 도면 번호 81', Y 를 따른 변위에 대한 도면 번호 81", Z 를 따르는 변위에 대한 도면 번호 81'''와, X 를 따르는 변위에 대한 도면 번호 83', Y 를 따른 변위에 대한 도면 번호 83", Z 를 따르는 변위에 대한 도면 번호 83''' 로 표시되어 있다. 각각의 테이블은 100 분의 1 밀리미터에 가까운 극히 정밀한 변위를 만들 수 있다.
L 형상의 비임(61,63)들이 이들 2 개 조립체(81,83)들 각각에 고정될 것이다 (도 6 및 도 7 참조). 비임(61)의 "L" 의 가장 큰 부분은 비임(63)의 "L"의 가장 큰 부분과 같은 방향을 따라서 대략 배치되며 (2 개 비임들의 평면도를 도시하는 도 9 참조), 사실상 도 8 에서 축(X 및 Z)의 각각으로부터 대략 45°의 방향을 따라서 연장된다. 도 9 는 2 개 비임(61,63)들의 위치를 평면도로 도시한다.
와이어(2)의 단부들 각각은 이들 2 개의 비임(61,63)들을 포함하는 시스템상에 배치될 것이다. 보다 상세하게는, 와이어(2)의 각각의 단부가 대응하는 비임의 표면과 접촉되어 배치되며, 그 표면은 폴리싱(polishing)에 의해 기계 가공된다.
(프로브에 대한 "X" 에서) 2 개 비임들 단부들 사이 및 직각인 축(X 및 Z) 사이의 오프셋 거리(d, d')(도 9)는 와이어가 고정되어야 하는 프로브의 핀(4,6)들 사이의 간격에 특히 의존한다.
이들 2 개의 비임(61,63)들은 처음에 동일한 수평 평면에 배치된다.
2 개의 비임들이 동일한 수평 평면에 있는지를 점검하도록 다음의 과정이 이용될 수 있다.
이전에 직선화된 와이어가 2 개의 비임들상에 벌려져 있다. 와이어가 각각의 비임의 면(61',63')에 균일하게 접촉되어 있을 때 동일한 높이에 있는 것으로 간주된다. 측미술 테이블들의 "Y" 변위(수직 축)는 이러한 조건을 얻도록 변화된다.
프로브 와이어는 도 7 에 도시된 바와 같이 예를 들어 (Degussa 에서 제조된) 내화 시멘트(refractory cement)와 같은 시멘트 유형의 재료 또는 글루(glue)의 방울(drop, 71,73)을 이용하여 각각의 비임에 고정된다.
이러한 작업은 와이어와 각각의 방울 사이에서 접촉을 만드는 것이 표면 장력 효과에 기인하여 와이어의 작은 변위를 야기한다는 점에서 매우 미묘하다. 이러한 변위 현상은 제 2 시멘트 방울이 침착될 때 문제가 되는데, 왜냐하면 이미 침착된 제 1 방울에 의해 유지되는 제 1 고정 지점에 대하여 와이어의 굽힘을 야기하기 때문이다. 이러한 굽힘은 최종적인 와이어 벗김(stripping) 국면 동안에 와이어의 중심 코어가 부숴지게 하기에 충분하다. 따라서, 이러한 변위 현상은 제 1 방울(71)이 침착되는 비임(61)의 단부에 배치된 팁(tip, 67)을 이용하여 와이어(2)를 차단함으로써 중화된다.
소량의 솔더를 칠하는 것은 바늘의 단부를 이용하여 와이어(2)와 각각의 유지용 핀 사이에 있는 미래의 접합부의 각각의 위치에 침착될 수 있다. 이러한 솔더가 바람직스럽게는 낮은 용융점을 얻도록 조합된 상이한 원소들 (Sn 62 %; Pb 36 %; Ag 2 %)로 이루어진 15㎛ 직경의 마이크로볼(microball)로 이루어지는 것이 바람직스럽다.
와이어 배치 작용이 종료되었을 때, 측정을 위해서 이용될 와이어의 중앙 부분(14)(활성 부분(14), 도 2)은 벗겨질 수 있다.
벗김은 화학적 또는 전기화학적 에칭에 의해서 은 외피(22)를 국부적으로 용해시킴으로써 이루어진다.
이러한 외피는 질산으로 에칭된다. 이러한 에칭은 2 가지 기술을 이용하여 이루어질 수 있으며, 즉, 제트 에칭 기술 및 드롭 에칭 기술이다. 제트 에칭 기술에서는 밀리미터의 산성 제트(acid jet)가 와이어로 분사되는데 반해, 드롭 에칭 기술에서는 산성 방울(acid drop)이 형성되어 느리게 와이어와 접촉된다. 제트 에칭 기술은 포기되었는데, 왜냐하면 와이어에 응력을 가하기 때문이며, 작은 직경의 와이어의 낮은 기계적 강도에 대해서는 정적인 방울과의 접촉이 더 적절하다.
고온 와이어로 이용될 때 와이어상에서 있을 수 있는 가장 균일한 온도 프로파일을 만들 필요가 있다면, (주어진 재료 및 따라서 주어진 저온 길이에 대하여) 측정시에 활성 부분의 단부들에서 250 이상의 l/d 비율이 도전성의 충격(impact of conduction)을 제한할 수 있다는 점을 이해하면서, 벗겨져야 하는 길이(l)는 와이어 직경(d)의 함수로서 결정된다. 와이어 저항은 다음의 관계를 이용하여 벗겨진 길이의 표시를 얻도록 측정될 수 있다:
R = (ρℓ)/S
여기에서 ρ는 재료의 전기 저항성으로서, 이러한 경우에 재료는 플래티늄-로듐이다 (ρ=1.9 X 10-7 Ω.m) 따라서, 이러한 저항은 벗김 동안에 측정된다.
0.35 및 0.5 ㎛ 와이어 및, 0.4 내지 0.5 mm 사이의 벗겨짐 길이(l)에 대하여 얻어진 결과는 대략 다음과 같다.
0.35㎛ 의 직경에 대하여: 1150 < l/d < 1400
0.5 ㎛ 의 직경에 대하여: 800 < l/d < 1000
벗김을 위하여 여기에 설명된 시스템은 밀리미터의 백분의 몇인 스테인레스 스틸 와이어(101)로 구성될 수 있다. 이러한 와이어(101)는 도 10 에서 벗겨져야 하는 와이어(2)에 근접하여 도시되어 있으며, 그 자체는 2 개의 비임(61,63)들 사이의 위치에 있다.
이러한 와이어(101)의 단부는 방울(102)을 제 위치에 유지하는 루프(loop)를 형성한다. 순수한 질산으로 이루어진 이러한 방울은 주사기를 이용하여 루프상에 침착된다. 루프 및 방울은 벗겨져야하는 와이어(2)와 방울이 접촉되도록 마이크로 매니퓰레이터(micro-manipulator)를 이용하여 움직인다.
마이크로 변위의 테이블(micro-displacement table)들을 이용하여 전후 운동이 이루어짐으로써 외피(22)의 은(silver)을 용해시킨다. 일단 방울이 은(silver) 안에 포화되면, 방울은 와이어로부터 제거되고 질산의 다른 방울에 의해 대체된다. 플래티늄-로듐 와이어(21)가 노출되고 그 와이어의 저항이 변화되기 시작할 때까지 그 과정이 계속된다. 벗겨진 길이는 프로브의 저항의 함수로서 조절된다. 통상적으로, 와이어의 저항은 0.5㎛ 직경의 와이어에 대하여 500 Ω 이고, 0.35㎛ 직경의 와이어에 대하여 1 KΩ 이며, 이것은 벗겨진 길이가 밀리미터의 10 분의 5 내지 6 에 해당하여, 각각 1100 및 1600 정도의 l/d 비율에 대응한다. 본 발명에 따르면, 0.5 ㎛ 와이어는 1100 의 l/d 비율을 제공하도록 이용된다. 위에서 설명된 바와 같이, 1500 보다 큰 l/d 비율을 가진 프로브는 충분히 국부적인 측정을 만들 수 없다; 그 결과는 위에서 언급된 바와 같이 필터링 효과 또는 측정 평균화 효과이다.
일단 순수한 질산을 가지고 벗김(stripping)이 이루어졌으며, 노출된 와이어로부터 잔류하는 은의 모든 자취를 제거하기 위하여 제 2 의 전기 화학적 벗김이 이루어진다. 와이어상에 그 어떤 은이라도 남아 있다면, 그것은 플래티늄-로듐 입자 경계로 이주하여 저항값을 변화시킬 것이다. 따라서 그것은 원래의 캘리브레이션으로 재조절되고 정확한 측정을 수행하는 것이 불가능하게 될 것이다.
따라서, 배터리, 전위차계 및 스위치로 이루어진 간단한 전기 회로가 와이어(2) 및 방울을 유지하는 금속 루프에 연결된다 (도 10 에 도시됨). 다음 단계는 이전에서와 같이 벗김을 위한 방울(102)을 형성하는 것이지만, 이번에는 5 % 의 희석된 질산으로 이루어진 것이다. 그 방울은 방울 안에서 와이어를 적시도록 이전의 방울들과 동일한 방식으로 가까이 가져가게 된다. 다음에 와이어의 스케일(scale) 에서 개스 제거(degassing)가 매우 신속하고 격렬하게 발생하기 때문에 스위치는 매우 짧은 시간에 활성화된다. 와이어는 이러한 작용 이후에 탈염수(demineralized water)의 방울을 이용하여 세정됨으로써 와이어에 있는 산성의 모든 남겨진 자취를 제거한다.
이전의 방법은 표면 장력 및 루프의 크기에 의해 제한되는 크기를 가진 방울을 형성함으로써 이용된다.
와이어를 벗겨낸 이후에, 벗겨진 부분에서 와이어가 파괴되는 것을 방지하기 위하여, 2 개의 비임(61,63)들중 하나를 "X"를 따라서 mm 의 백분의 1 내지 2 로 가깝게 움직임으로써 약간의 만곡이 만들어진다.
2 개의 지점들 사이(특히 와이어가 2 개의 핀(4,6)들에 고정되어 있을 때 2 개의 핀(4,6)들 사이)에서 장력을 받는 와이어는 가장 작은 진동들에 매우 민감하고 매우 쉽게 파괴될 수 있으며, 이것은 사용된 와이어(2)의 직경이 작을 때 특히 그러하다. 조립에서의 엄격한 사전 주의가 이루어질 때조차도 단단한 와이어 프로브가 손상될 수 있다는 것을 많은 시도에서 알 수 있었다.
따라서, 위에서 설명된 바와 같은 약간의 만곡이 제조시에 와이어(2)에 적용되어, 프로브의 기계적인 강도를 증가시킨다.
와이어(2)는 예를 들어 프로브의 동체(10)의 축에 대략 직각인 평면에서, 예를 들어 2/100th 또는 4/100th 보다 작은, mm 의 백분의 몇 정도의 약간의 만곡 또는 편향을 가진다. 이러한 만곡은 이후에 만들어지는 풍력 측정(anemometric measurement)에 영향을 미치지 않을 것이며 와이어를 보다 유연성 있게 만들어서 기계적인 응력 또는 진동을 흡수할 수 있다.
상기의 모든 작업이 이루어졌을 때, 와이어는 프로브의 핀(4,6,40,60)들로 솔더링될 수 있다. 이러한 핀들은 프로브에 가까이 가져가게 된다 (도 6 및 도 7 의 프로브의 동체(10,12)의 위치 참조; 장착이 이루어지는 측미술 테이블은 도시되지 않음). 미세한 위치 선정은 테이블(81,83)의 세트를 이용하여 이루어진다. 프로브 자체의 동체는 조립체(81,83)들중 하나와 유사한 테이블의 세트에 고정된다. 프로브 동체의 축이 와이어가 놓인 수평 평면을 대략 통과하도록 프로브 동체를 가깝게 가져간다.
일단 이러한 작업이 이루어지면, 와이어(2) 및 제 1 핀(예를 들어 핀(40))은 아세톤으로 유지 제거된다(degrease).
다음의 단계는 예를 들어 고온 공기 아이언(hot air iron)을 이용하여 솔더를 용융시키는 것이다. 이러한 단계에서 와이어(2)를 핀(4)에 고정시키고, 다음 단계는 그것을 제 2 핀(6)에 솔더링할 것이다. 위에서 설명된 바와 같이 와이어에 적용된 만곡은 파괴의 위험성 없이 이러한 작업을 가능하게 한다.
솔더링이 이루어졌을 때, 와이어(2)는 예를 들어 2/10 mmth 또는 4/100 mmth 보다 작은, mm 의 백분의 몇 정도인 약간의 만곡 또는 편향을 채용하여 유지한다.
다음에 와이어(2)는 레이저 블레이드를 이용하여 핀들과 같은 높이로 절단됨으로써, 와이어 지지 조립체가 제거될 수 있고, 와이어 지지 조립체상의 남겨진 와이어 단부들에서 솔더가 제거될 수 있다.
이러한 솔더링 기술을 이용하여 몇개의 와이어를 가진 프로브들을 제조하는 것은 곤란하다. 제 2 와이어를 솔더링할 때, 2 개 와이어들 사이의 거리는 고온 공기 아이언으로부터의 제트가 솔더링된 제 1 와이어와 상호 작용하는 것을 방지하기에 결코 충분하지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위한 한가지 해법은 핀들의 2 개의 쌍 사이의 공간에 열 스크린(thermal screen)을 설치하여, 제 1 와이어를 보호하는 것이다.
다른 기술은 레이저 비임에 의해 인가되는 매우 국부적인 파워를 이용하는 것으로서, 레이저 비임의 집중은 환경을 열적으로 오염시키시 않는 장점을 가진다. 이용되는 레이저는 30 W 의 최대 파워를 가진 펄스 모드의 Yag 유형이다. 펄스 주파수와 지속 기간은 조절 가능하다. 레이저에 결합된 카메라를 이용하여 핀의 단부에 있는 솔더링 지점에 비임이 초점을 맞추며,레이저가 발사되어 솔더를 용융시키고 와이어를 핀에 고정시킨다. 이러한 기술로써, 프로브의 소형화 정도 및 그 안에 포함된 와이어의 수와 관계 없이 솔더링 작업이 이루어질 수 있다.
다음에 프로브의 최종 어닐링(annealing)이 이루어질 수 있다; 프로브의 저항의 함수로서 계산된 전류가 와이어(2)를 통과한다. 따라서 와이어는 그것이 작동하는 온도보다 현저하게 높은 온도로 가열된다. 와이어와 주위 공기 사이의 온도 차이는 다음의 관계에 의해 주어진다.
ΔT = (Rfil-Ro)/αRo
여기에서 R0 은 주위 온도에서의 프로브의 저항이고, α는 온도와 저항의 변동 계수이고 (Pt-10 % Rh 에 대하여 1.6 x 10-3 K-1), Rwire 은 오옴의 법칙에 의해서 주어진, 온도(T+ΔT)로 가열된 와이어의 저항이다.
이러한 작업은 은(silver)의 최종적인 흔적(final trace)을 플래티늄-로듐 와이어의 결정 구조 안으로 확산시킨다. 벗김이 정확하게 이루어졌다면, 잔류되는 은의 양은 매우 작을 것이며, 와이어는 하루가 지난 후에 안정화되고, 저항은 더 이상 변화하지 않을 것이다.
프로브 형상에 따라서, 몇 개의 와이어들이 있을 때 하나의 와이어를 다음의 와이어 이전에 설치하는 것이 유리할 수 있다.
경험에 따르면, 와이어의 직경이 0.625 ㎛ 미만으로 떨어지자마자 프로브의 조작이 매우 어려워진다. 특히, 본 발명에 따른 프로브가 풍동(wind tunnel)에 장착될 때, 센서의 저항에 중요한 진동이 발생되는데, 왜냐하면 진동은 와이어 만큼 핀들에 전파되는 파동을 발생시킬 정도로 강하기 때문이다. 낮은 기계적 강도 때문에, 활성 부분에 있는 만곡의 존재는 와이어의 파괴를 야기할 수 있는 진동들을 감쇠시키는데 항상 충분한 것은 아니다. 대부분의 진동들은 예를 들어 그것이 나사에 의해 지지부상에 고정되었을 때 프로브 동체를 통하여 핀의 단부로 전달되는 것이 관찰되었다.
와이어를 보호하기 위한 최선의 해법은 일단 핀들이 세라믹 프로브 동체에 맞춰졌다면 세로믹 프로브 동체를 (쇼어 A 경도가 25 정도인) 매우 부드러운 충격 흡수 외피(12) 안에 삽입하는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따른 프로브는 전력 공급 수단 및, 와이어(들)의 전기 저항의 변화를 측정하는 수단과 함께 이용된다. 이들은 프로브가 담기는 유동 안에서 운송되는 유체내의 속도 및/또는 온도 변화를 나타내는 변화들이다.
일반적으로, 정확하고 재생 가능한 측정을 만들도록 배터리 전력 공급을 이용하는 것이 바람직스럽다. 따라서, 시스템은 (예를 들어 근접한 설비에서의 시작 또는 정지 때문에) 전위가 변동할 수 있는 전기 네트워크로부터 접속 해제된다. 더욱이, 센서들에 관련된 전류 및/또는 전압은 매우 낮으며, 네트워크의 변동이 아무리 작더라도 네트워크의 변동에 의해 쉽게 저해될 수 있다.
또한, 풍동과 같은 설비에서 모든 상이한 접지 지점을 동일한 전위로 정확하게 두는 것은 곤란하다. 그 결과는 네트워크 전압에서의 변동들에 의해 발생된 상이한 접지 지점들 사이에서의 루프 전류(loop current)이며, 그러한 전류는 측정을 현저하게 저해할 수도 있다.
이러한 해법으로써, 회로들이 전자 전압 레귤레이터에 연결된 경우에서와 같이, 더 이상 변동하지 않는 고정 접지 전위를 가지는 모든 회로에 전력이 인가될 수 있다.
회로가 바람직스럽게는 하우징 안에 배치되고, 예를 들어 구리 하우징 안에 배치되며, 하우징은 전자기적 양립성(electromagnetic compatibility, EMC)을 달성하도록 배터리 접지에 연결된 접지 평면을 형성한다. 프로브 연결 와이어들을 둘러싸는 끈(braid)도 이러한 접지 평면에 연결된다. 따라서, 전자기장에 대한 모든 보호부는 고정 전위에 연결된다.
1 차적으로 교란되지 않는 전력 공급을 획득하고 2 차적으로 전자기적 양립성을 위한 상기의 해법들은 풍력계 작동의 모든 유형들에 적용될 수 있다.
하나의 특정한 작동은 소위 "저온 와이어(cold wire)" 작동이다. 이것은 와이어로의 전류 입력이 매우 낮은 일정 전류 작동 모드(constant current operating mode)이다.
저온 와이어 풍력계는 공지된 것이다.
공지된 장치들에서, 유동 속도가 변화할 때 와이어에서 일정한 전류 세기(Iw)를 유지하기 위하여 전력 공급은 와이어와 직렬로 배치된 큰 저항(R)을 포함한다. 와이어는 저항(Rw)을 정확하게 측정하기 위하여 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)에 내장된다; 출력 신호는 브리지의 정점에 모인다.
일정한 전류의 풍력계는 장점을 가진다. 온도를 증가시키도록(과열(superheating)) 임의의 방법이 이용될 수 있으며, 이것은 온도 변화를 연구할 때 매우 유용하다. 와이어를 고정 저항으로 대체하고 다음에 측정에 대하여 필요한 보정을 수행함으로써 배경 노이즈(background noise)가 측정될 수도 있다. 다른 한편으로, 출력 신호들이 강하게 증폭된다. 이러한 측정 원리의 패스밴드(passband)는 와이어의 열적 관성(thermal inertia)에 의해 부과된다.
이러한 유형의 작동으로써, 와이어에 전력을 공급하는 전류는 거의 제로로 감소되어, 와이어 온도 상승을 최소화시킨다. 와이어는 (가열되지 않는 한) 더 이상 대류에 의해서 냉각되지 않고 다음의 관계에 따른 저항(Rwire)의 값을 통하여 주위 매체(T)의 온도에만 민감해진다.
Rwire = R0 [1 + a(T-T0)]
여기에서 Ro 는 기준 온도에서 프로브의 저항이고, a 는 온도에 따른 저항의 변화 계수이다.
이러한 유형의 작동에서의 온도 차이는 작고, 와이어로의 전류 입력은 매우 낮다. 이것은 단순히 저항의 값을 결정하도록 와이어의 터미널에서 전압을 측정하는데 이용된다. 이것은 통상적으로 50 내지 200 μA의 정도이다. 따라서, 주울 효과에 의한 와이어의 가열은 무시할만 하며, 이는 풍력계가 저온 와이어 측정이라고 지칭되는 이유이다.
이러한 유형의 작동에서 발생되는 한가지 문제점은 측정된 온도가 이동(drift)한다는 것이며, 따라서 프로브는 평균적인 온도 측정을 달성하도록 써모커플(thermocouple)과 함께 사용되어야 한다.
본 발명은 이러한 문제에 대한 해법을 제안한다.
도 11 은 일정한 전류의 풍력계와 관련된 전자 수단을 도시하며, 여기에서 와이어는 도면 번호 2 로 표시되어 있다. 도시된 회로는 다음과 같은 것을 포함한다.
전력 공급 수단(110)으로서, 바람직스럽게는 위에서 설명된 바와 같은 배터리,
기준 저항(112),
전류의 조절을 위한 전위차계(114).
보다 정확하게는, 배터리(110)에 의해 표시된 회로 전력 공급부(Ve)는 전압 레귤레이터(MAX 6325)에 의해 전력을 받는다. 2 개의 저항(2,112)들이 전류 미러(current mirror)에 설치되어 있다. 각각의 분기부(branch)가 2 개의 저항들중 하나를 포함하는, 미러의 2 개의 분기부를 통과하는 전류는 전위차계(114)를 통하여, 다이오드로서 장착된 조절 트랜지스터(116)의 전압(Vbe)을 통해서 조절된다. 프로브(2)와 기준 저항(112) 사이의 전위차는 기구 작동 증폭기(120)에 인가된다. 증폭기로부터의 출력은 와이어(2)의 저항에서 변화를 주는 측정 신호를 제공한다.
신호는 프로브(2)의 터미널에서 증폭됨으로써 낮은 진폭의 정보가 차단될 수 있다. 이러한 증폭은 획득 카드(acquisition card)의 전압 제한을 고려하도록, 바람직스럽게는 매우 높지 않다 (획득 카드의 전압 분해능(voltage resolution)을 고려하려는 시도가 이루어진다). 풍력 측정 프로브(2)는 높은 저항을 가지고, 증폭 이후에, 풍력계 출력 변화는 카드의 사용 범위를 초과할 수 있다. 이것이 써모메터 출력 신호를 제로 주위에 중심을 맞추도록 결정한 이유이다; 이것은 또한 측정 범위의 최대 장점을 가능하게 하고, 따라서 그에 따라 이득(gain)이 조절될 수 있다. 이것은 기준 저항(112)의 터미널에서의 신호로부터, 프로브(2)의 터미널들에서의 신호값을 차감시킴으로써 이루어진다.
전류 미러 회로는 기준 저항을 통과하는 안정된 신호 및, 프로브(2)를 통과하는 안정된 전류를 제공한다.
그러한 장치는 풍동에서의 테스트 캠페인에서 사용되었으며, 프로브는 추운 날씨에 작동하는 단일 와이어의 프로브였다.
평균 온도 측정치에서의 비정상적인 이동(drift)이 관찰되었는데, 이것은 설비에서 이용된 플래티늄 기준 프로브(112) 및 측정 조건들과 일치되지 않는 것이었다. 이러한 이동(drift)의 원인이 될 수 있는 것은 전자 회로였다는 점이 밝혀졌다. 구성 요소들은 주위 환경의 온도에 민감하고, 캘리브레이션 룸 및 풍동 안의 주위 온도의 차이는 그 차이점이 관찰된 것을 용이하게 설명할 수 있다.
우선, 기준 저항(112)은 금속 저항으로 교체되었는데, 금속 저항의 온도에 대한 변화 계수는 훨씬 낮으며(0.6 ppm/℃) 무시할만 하다.
온도가 모니터되는 건조용 오븐 안에 전자 회로를 둠으로써 관련된 상이한 전압의 기록이 이루어졌다. 따라서 전자 전압 레귤레이터로부터의 출력 전압은 온도와 함께 변화되지 않는다 (이동(drift)은 5μV℃-1). (670 Ω 의 저항에 대하여) 프로브를 시뮬레이션하도록 제공된 제 2 저항의 터미널들 및 기준 저항의 터미널들에서의 2 개 전압에서 250 μV℃-1 정도의 완전하게 조화된 이동(drift)이 있었다. 따라서, 이것은 전류가 전류 미러의 2 개 분기부들에서 동시에 그리고 동일하게 변화되었다는 것을 나타낸다.
다음 단계는 이러한 전류를 고정시키는 전압(Vbe)의 값을 고려하는 것이었다. 동일한 조건하에서 만들어진 기록은 2.4 mV℃-1 와 같은 전압의 이동을 나타내었다. 이러한 이동은 그 전압과 관련된 트랜지스터(116)가 다이오드로 설치된다는 사실 때문이다; 다이오드의 터미널에서 항상 관찰되는 전압의 이동은 대략 2.5 mV℃- 1 이며, 이것은 기록과 완전하게 일치한다.
써모메터(thermometer)의 구성 요소(프로브 및 전력 공급부와 측정 수단)들은 이러한 이동(drift)을 방지하도록 일정한 온도에서 유지된다. 예를 들어, 풍력계 하우징 안에 배치된 가열 매트(heating mat)의 전력은 전자적으로 조절된다.
온도계의 전자 회로는 그것이 위치되는 실내 온도보다 높은 온도에서 유지된다. 회로가 유지되는 온도는 ± 1/10 도로 조절된다. 따라서, 풍력계를 형성하는 구성 요소들은 안정되게 유지될 뿐만 아니라, 재생 가능한 조건내에서 작동된다.
풍력 측정 시스템의 단일 캘리브레이션이 이루어졌다면, 그 장치는 유동 내에서의 온도 변동을 측정하는데 이용될 수 있지만, 과거에 불가능했던 평균 온도의 측정도 가능하다. 계측 및 측정을 위하여 특별한 주의가 취해져야 하는 공지 장치들의 경우에서조차도 (이것은 특히 제트로부터의 출력에서의 온도 측정에 대한 것으로서, 1983 년의 유체 역학 저널인, 횡단 유동에서의 제트들의 실험적인 조사에서 Andreopoulos 에 의해 보고된 것이다), 평균 값이 써모커플 또는 쌍극자(thermistance)와 같은 다른 수단에 의해 주어지면서 온도 변동이 저온 와이어(cold wire)에 의해 측정된다.
상기 부분에서 설명된 회로는 몇개의 와이어들을 가진 프로브에 적용될 수 있다. 필요한 만큼의 회로들이 만들어질 수 있다.
캘리브레이션 및 이용의 예가 이제 설명될 것이다.
캘리브레이션은 풍동에서 이루어진다. 공기는 처음에 가열 박스 안으로 통과되고 다음에 물 교환기를 통과하며, 주위 온도와 약 150℃ 사이의 필요한 온도를 얻도록 공기의 유동 및 파워가 독립적으로 제어될 수 있다.
저온 와이어 프로브(2)는 공기 분사 노즐로부터의 출력부의 중심에서 (열 방호 고리(thermal guard ring)에 의해 둘러싸인) 캘리브레이션 시스템 안에 배치된다. 봉쇄 온도(containment temperature)는 전자 측정 박스와 결합된 Pt100 기준 프로브에 의하여 10 분의 1 의 정밀도로 주어진다 (Sfere DGN75T 참조).
가열 박스 및 교환기의 작동 지점은 각각의 캘리브레이션 지점에 대하여 선택된다. 다음 단계는 풍동의 벽과 공기 사이에서 열적 평형이 설정되는 것을 허용하는 것으로서, 이는 몇시간이 걸린다 (통상적으로 4 시간). 다음 단계는 약 30 초 동안 온도계의 전압 출력을 읽는 것으로서, 이는 측정의 수렴값을 얻기에 충분하다.
작업은 5 번 반복됨으로써 유체 온도의 함수로서 온도계 출력 온도의 일차 종속(linear dependence)의 캘리브레이션을 위한 계수를 획득한다:
E= A + BㆍT
도 12 는 통상적인 캘리브레이션의 예이다. 이 도면에서는 선형 회귀(linear regression)가 우수한 결과를 제공한다는 점을 나타낸다.
도 13 은 풍동에서 온도 변동의 측정으로부터 유도된 에너지 스펙트럼 밀도(energy spectral density)를 나타내는 도면(곡선 I)을 포함한다. 그 측정은 와이어(2)의 직경이 0.5㎛ 인 프로브(2)를 이용하여, 외부 엔벨로프(혼합 층)상의 제트 하류의 3 개의 유압 직경들에서 10 초 동안 50 kHz 로 이루어졌다. 유동 조건은 (파이프들의 유압 직경에 기초하여) Re=55000 이고 Rejet = 60000 이다. 유동들 사이의 온도 차이는 13℃ 이었다.
곡선 II 는 와이어 프로브 대신에 연결된 저항을 가진 온도계 출력에서의 전압 신호의 에너지 스펙트럼 밀도를 나타낸다. 따라서, 그 밀도는 온도계 노이즈(thermometer noise)를 나타낸다.
온도계 노이즈와 온도계에 의해서 포착된 최대 스케일(scale)들 사이의 70 년간의 차이가 관찰될 수 있으며, 즉, 이러한 경우에 가장 큰 검출 가능한 스케일과 가장 작은 검출 가능 스케일 사이의 비율은 3000 정도이다. 즉, 이러한 경우에 온도계 분해능은 약 5 X 10 -3℃ 이다.
큰 스케일과 작은 스케일 사이에서 그렇게 큰 진폭을 가진 스펙트럼 에너지 밀도 및 분해능으로써 얻어지는 성능은 이제까지 알려지지 않은 것이다.
본 발명에 따른 프로브는 (표면상의 고온 제트의 충격과 같은) 불안정 상황에서 측정이 필요할 때, 보정 없이 측정을 수행하는데 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 온도계를 안정되게 유지하고 온도계의 민감도를 현저하게 향상시키는 온도계의 개선을 제공한다. 이것은 본 발명에 따른 작은 직경의 와이어 프로브와 함께 이용될 때 수천과 같은(온도계에 대하여 3500 이고, 일정한 전압 풍력계에 대하여 10000) 실제 신호 대(對) 노이즈 비율을 가진 온도계-풍력계를 제공한다.
본 발명으로써, 평균 온도의 측정을 제공하는 써모커플 없이 저온 와이어 풍력계가 이용될 수 있다. 제안된 조절 회로는 이동(drift)을 보상할 수 있고, 써모커플의 필요성을 없게 한다.
여기에 제안된 조절 회로는 도 2a 내지 도 10 및 도 14 와 관련하여 위에서 설명된 본 발명에 따른 프로브에 적용될 수 있거나, 또는 다른 유형의 풍력 측정 프로브에 적용될 수 있다.
2. 와이어 4.6. 핀
10. 동체 40.60. 금속 핀

Claims (18)

  1. 표면에 가깝게 측정을 수행하기 위한, 단일의 와이어 또는 1 보다 큰 n 개의 와이어의 풍력 측정 프로브 제조 방법으로서, 와이어들중 적어도 하나에 대하여,
    (a) 2 개의 표면(61',63')상에서, 보호 외피(22)에 의해 둘러싸이고 직경(d)을 가진 금속 코어(20)를 포함하는 와이어(2)의 직선 부분을 위치시키고 유지하는 단계;
    (b) 길이(l)를 가진 활성 와이어 측정 영역(14)을 노출시키도록 외피(22)의일부를 제거하는 단계로서, 비율(l/d)은 600 내지 1500 사이가 되는, 단계;
    (c) 와이어가 프로브의 2개 핀(4,6, 40, 60)들에 솔더링되는 단계;를 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 2 개의 와이어들을 가진 풍력 측정 프로브를 제조하기 위하여,
    상기 와이어들중 적어도 하나의 제 1 와이어에 대하여 (a) 단계 내지 (c) 단계를 이용하고, 상기 와이어들중 제 2 와이어에 대하여 (a) 단계 내지 (c) 단계를 이용하는 것을 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    프로브는 다수의 와이어의 프로브이고, 와이어들은 평행하거나 또는 X 형으로 배치되는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
    와이어는 0.2 mm 내지 1 mm 사이의 거리 또는 0.3 mm 내지 0.8 mm 사이의 거리로 분리된, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    단계(b)는, 와이어들중 적어도 하나 또는 각각의 와이어에 대하여:
    2 개의 표면들중 제 1 표면상에 와이어의 제 1 부분을 위치시키고, 부착 재료의 제 1 방울(71)을 이용하여 제 1 표면상으로 와이어의 제 1 부분을 고정시키고;
    2 개의 표면들중 제 2 표면상에 와이어의 제 2 부분을 위치시키고, 부착 재료의 제 2 방울(73)을 이용하여 제 2 표면상에 와이어의 제 2 부분을 고정시키는; 것을 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
    와이어들중 적어도 하나 또는 각각의 와이어에 대하여, 단계(a) 이후에 와이어의 만곡을 형성하는 것을 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  7. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    와이어가 서로를 향해 배치된 2 개의 표면(61',63')들을 움직임으로써 만곡이 형성되는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항의 어느 한 항에 있어서,
    단계(b)는, 와이어들중 적어도 하나 또는 각각의 와이어에 대하여, 활성 측정 영역(14)을 형성하도록 와이어 외피(22)를 벗겨내는 것을 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  9. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    단계(b)는, 와이어들중 적어도 하나 또는 각각의 와이어에 대하여,
    산(acid)을 가하는 제 1 단계; 및
    전자기적으로 벗겨내는 제 2 단계;를 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    적어도 하나의 와이어 또는 각각의 와이어에 대하여, 벗겨내는 길이를 결정하도록 와이어 저항의 측정을 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항의 어느 한 항에 있어서,
    벗겨내는 액체의 방울(102)이 유지될 수 있는 와이어(101)에 의해 형성된 루프(loop)를 이용하여 벗김(stripping)이 이루어지는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  12. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    와이어들중 적어도 하나 또는 각각의 와이어에 대하여, 와이어가 이용될 온도보다 현저하게 높은 온도에서의 어닐링(annealing) 단계를 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  13. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    고온 공기 건(hot air gun) 또는 레이저 충격에 의해 솔더링이 이루어지는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  14. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    단계(a) 이전에, 예비적인 와이어 직선화 단계(straightening step)를 포함하는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  15. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    단계(c)는 주석-납(tin-lead) 유형의 솔더를 이용하여 이루어지는, 풍력 측정 프로브의 제조 방법.
  16. 표면 가까이에서의 측정을 위한 단일 와이어의 풍력 측정 프로브, 또는 1 보다 큰 n 개의 와이어의 풍력 측정 프로브로서,
    (a) 적어도 2 개의 유지용 핀(4, 6, 40, 60); 및,
    (b) 상기 핀들에 솔더링(soldering)된, 와이어들중 적어도 하나;를 포함하고,
    와이어(2)는 직선 부분을 포함하고, 와이어는 직경(d)을 가진 금속 코어(20)를 포함하고, 보호 외피(22)에 의해 둘러싸이며, 외피(22)의 부분은 길이(l)를 가진 활성 와이어 측정 영역(14)을 노출시키도록 제거되며, l/d 비율은 600 내지 1500 사이인, 풍력 측정 프로브.
  17. 제 16 항에 있어서,
    프로브는, 와이어들이 평행하거나 또는 X 형으로 배치되어 있는 다수의 와이어 프로브인, 풍력 측정 프로브.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    와이어들은 0.2 mm 내지 1 mm 사이, 또는 0.3 mm 내지 0.8 mm 사이의 거리로 분리되거나, 또는 서로 평행한 평면에 배치되어 0.2 mm 내지 1 mm 사이의 거리 또는 0.3 mm 내지 0.8 mm 사이의 거리로 분리된, 풍력 측정 프로브.
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