KR20130096856A - A speedy response thermocouple preventing decrease of insulation resistance at high temperature - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fast response thermocouple for decreasing high-temperature insulation resistance is provided to effectively prevent shunt errors caused by ambient temperature higher than the surface temperature of a target object. CONSTITUTION: A fast response thermocouple for decreasing high-temperature insulation resistance includes a pair of sheathed thermocouples (10), a sheath fixating insulation pipe (20), a metallic protection pipe (30), and a contact point. A positive element wire is removed from one of the sheathed thermocouples, and a negative element wire is removed from the rest of the sheathed thermocouples. The sheathed thermocouples are inserted into the sheath fixating insulation pipe. The sheath fixating insulation pipe is inserted into the metal protection pipe. A space unit is filled with insulating materials so that the metallic protection pipe fixates the insulating pipe. The element wires of different poles drawn out from the sheathed thermocouples form a closed circuit on the end portion of the insulation pipe so that the contact point is formed.

Description

고온절연저항 저하억제 속응답 열전대 {A speedy response thermocouple preventing decrease of insulation resistance at high temperature}A speedy response thermocouple preventing decrease of insulation resistance at high temperature}

본 발명은 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 한 쌍의 열전대 중에서, 한 개의 시스(sheath) 열전대에서는 (+)소선을, 다른 한 개의 시스 열전대에서는 (-)소선을 제거한 한 쌍의 시스 열전대를 활용하여, 새로운 본 발명의 시스 열전대를 제작함으로써, 기존의 열전대 제품을 활용하면서도 빠른 응답성을 가지며, 션트에러를 현저히 감소시킬 수 있도록 제작되는 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대에 관한 것이다. The present invention relates to a high-temperature insulation resistance suppression fast response thermocouple, and more specifically, in a pair of thermocouples, (+) wire in one sheath thermocouple, (-) wire in another sheath thermocouple By using a pair of sheath thermocouples without the use of a pair of sheaths, the sheath thermocouples of the present invention can be fabricated so that the high-temperature insulation resistance can be reduced while using the existing thermocouple products and having a quick response and significantly reducing shunt errors. Relates to the response thermocouple.

일반적으로 열전대는 제철소의 소둔로 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 시스열전대가 산업 현장에 널리 보급되어 사용하게 됨에 따라 시스열전대에 대한 사용상 문제점이 여러 상황에서 많이 나타나게 되었다. 특히 고온의 환경에서는 열전대의 출력값에 잘 알 수 없는 원인에 의한 오차가 포함된다. 시스열전대의 구조 때문에 고온에서 절연 저하는 피할 수 없는 문제로 부각되었다.In general, thermocouples are used in various industrial fields such as annealing furnaces in steel mills. As sheath thermocouples are widely used in industrial sites, many problems of use of sheath thermocouples have appeared in various situations. Especially in high temperature environments, the output value of thermocouples includes errors due to unknown causes. Due to the structure of the sheath thermocouple, insulation degradation at high temperatures is inevitable.

시스열전대는 크게 금속외피, 절연체, 소선으로 구성되어 있다. 시스열전대가 빠른 응답성을 갖기 위해서는 피 측정체와 시스열전대가 빠르게 열 평형을 이루어야 한다. 열 평형에 빠르게 도달 하기 위해서는 측정체의 부피가 작을수록 매우 유리 하다. 측정체의 부피가 줄어들수록 시스열전대 내부의 절연체가 차지하는 부피 역시 줄어들게 되며, 절연체의 부피가 줄어들수록 절연 저하로 인한 오차가 발생된다. The sheath thermocouple is largely composed of a metal shell, an insulator, and a wire. In order for the sheath thermocouple to have a fast response, the measuring object and the sheath thermocouple must be quickly thermally balanced. In order to quickly reach thermal equilibrium, the smaller the volume of the measuring body is, the more advantageous it is. As the volume of the measuring body decreases, the volume occupied by the insulator inside the sheath thermocouple also decreases, and as the volume of the insulator decreases, errors due to insulation degradation occur.

도 1은 시스열전대의 부피를 비교하기 위한 단면도이다. 도 1과 같이 직경이 8.0mm 인 시스열전대와 직경이 4.8mm인 시스열전대를 비교 할 경우, 도 1a는 절연체(13) 만의 직경이 6.0mm로서 단면적은 약28mm2 이고, 도 1b는 절연체(13) 만의 직경이 3.6mm로서 그 단면적은 약10 mm2 가 되며, 따라서 양자의 절연체의 단면적은 약 세 배의 차이가 있음을 확인 할 수 있다. 1 is a cross-sectional view for comparing the volume of the sheath thermocouple. When comparing the sheath thermocouple having a diameter of 8.0 mm and the sheath thermocouple having a diameter of 4.8 mm, as shown in FIG. 1, FIG. 1A shows a diameter of only insulator 13 having a diameter of 6.0 mm and a cross-sectional area of about 28 mm 2 , and FIG. 1B shows an insulator 13. ) The diameter of the bay is 3.6mm and its cross section is about 10 mm 2 Therefore, it can be seen that the cross-sectional area of the insulators of both is about three times different.

비교적 저온에서 사용할 경우 큰 오차 원인이 존재하지 않지만 고온에서는 오차 원인이 될 수 있다. 시스열전대의 원소재인 시스 케이블은 대부분 절연체로 산화마그네슘(MgO)를 사용하고 있다. 이러한 이유는 값이 저렴하고 녹는점이 약 2800℃로 고온 절연체로 적합하기 때문이다. 그러나 산화마그네슘은 고온 영역에서 온도가 100℃ 상승함에 따라 약 1/10씩 절연저항이 낮아지는 특성이 있다. 이러한 이유 때문에 고온에서 시스열전대를 사용 할 경우 많은 오차 원인이 나타나게 되는데 그 중에서 두드러지게 나타나는 것이 션트에러(Shunt Error)이며 매우 큰 오차를 나타낸다. If it is used at a relatively low temperature, there is no big cause of error, but at a high temperature, it may cause an error. The sheath cable, which is a raw material of the sheath thermocouple, mostly uses magnesium oxide (MgO) as an insulator. This is because it is inexpensive and has a melting point of about 2800 ° C., which is suitable as a high temperature insulator. However, magnesium oxide has a property of lowering the insulation resistance by about 1/10 as the temperature rises in the high temperature region by 100 ° C. For this reason, when using the sheath thermocouple at high temperature, many causes of error appear. Among them, the most prominent one is the shunt error and shows a very large error.

도 2는 일반적인 열전대와 온도분포의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)의 열전대에 (b)와 같이 중간부분이 고온이 되는 온도분포가 주어지면 열전대의 측온 출력은 현저하게 플러스오차를 나타낸다. 따라서 측온접점이 고온영역에 위치해 있을 경우 시스(sheath)열전대의 중간부위온도 대소관계에 의해 정 또는 부의 오차가 발생된다.2 is a view for explaining the relationship between the general thermocouple and the temperature distribution. When the thermocouple of FIG. 2 (a) is given a temperature distribution such that the middle part becomes a high temperature as shown in (b), the temperature measurement output of the thermocouple shows a significant error. Therefore, when the RT is located in the high temperature region, positive or negative errors are generated by the relationship between the temperature of the middle part of the sheath thermocouple and the magnitude of the magnitude.

션트에러의 주요원인은 열전대 소선 사이의 절연 저하이고, 열전대 소선의 저항도 동시에 관련이 있다. 션트에러는 열전대의 기전력 발생원리와 밀접한 관계가 있으며, 원리적으로는 0(zero)부터 출력된다. 하나의 열전대 소선에 어느 특정부위에 온도차 ΔT가 주어진 경우, 그 구간의 양단에는 기전력 ΔE 가 발생된다. 그 크기는 소선의 고유 열전능계수 S와 온도차 ΔT의 곱이다.The main cause of shunt error is the insulation degradation between thermocouple wires, and the resistance of thermocouple wires is also related. The shunt error is closely related to the electromotive force generation principle of the thermocouple. In principle, the shunt error is output from zero. When a temperature difference ΔT is given to a specific portion of one thermocouple element wire, an electromotive force ΔE is generated at both ends of the section. The magnitude is the product of the element's intrinsic thermoelectric coefficient S and the temperature difference ΔT.

ΔE = S·ΔTΔE = S · ΔT

즉 온도차에 해당하는 열기전력이 발생된다. 실용적 열전대의 기전력도 이 원리로부터 구해진다. That is, thermoelectric power corresponding to the temperature difference is generated. The electromotive force of a practical thermocouple is also derived from this principle.

도 3은 일반적인 열전대의 온도분포를 설명하기 위한 도면이다. 열전대 소선 A, B 양단의 온도가 도 2와 같이 T1, T2 일 때, 열기전력 E는 각 소선의 열전능 SA, SB 를 사용하여 표현하면 아래의 식과 같다.3 is a view for explaining a temperature distribution of a general thermocouple. When the temperature at both ends of the thermocouple wires A, B is T 1 , T 2 as shown in FIG. 2, the thermoelectric power E is expressed using the thermoelectric powers S A and S B of each wire, as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

도 4는 일반적인 열전대의 전위분포와 온도분포의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 상기에서 소선의 길이방향에 대한 전위분포는, K타입 열전대로 가정할 경우 도 4와 같게 된다. 온도가 일정한 곳에서는 전위가 변하지 않고 온도구배가 있는 곳에서는 전위가 변화한다. 4 is a diagram for explaining the relationship between the potential distribution and the temperature distribution of a general thermocouple. In the above, the potential distribution in the longitudinal direction of the element wire is as shown in FIG. 4 when the K type thermocouple is assumed. The potential does not change where the temperature is constant, but the potential changes where there is a temperature gradient.

도 5는 열전대의 중간부가 고온을 극복하여 절연이 유지된 경우의 전위분포를 설명하기 위한 도면이다. 중간부가 고온이 되는 고온분포에 있어서 소선 간의 절연이 유지되는 경우의 전위분포는 도 5와 같게 된다. 이 경우 기준접점과 측온접점이 동일온도에 있어서 출력은 제로(0)이나, 중간온도가 높아지는 부분에서는 소선 간에 전위차가 발생한다.FIG. 5 is a diagram for explaining the potential distribution when the middle portion of the thermocouple overcomes high temperature and maintains insulation. FIG. The potential distribution in the case where insulation between element wires is maintained in the high temperature distribution at which the intermediate portion becomes high temperature is as shown in FIG. 5. In this case, the output is zero when the reference contact point and the temperature contact point are at the same temperature, but the potential difference occurs between the element wires at the portion where the intermediate temperature increases.

도 6은 열전대의 중간부가 고온에서 절연이 작아질 때의 션트에러 발생 전위분포를 설명하기 위한 도면이다. 절연체인 마그네시아(MgO), 알루미나(Al2O3)는 고온영역에서는 100℃ 상승함에 따라 약 1/10씩 절연저항이 낮아진다. 그러므로 중간 고온부가 있는 온도에는 그 부분에 리크(leak) 전류가 흐르게 된다. 이 리크 전류는 소선과 측온접점을 포함한 폐 회로에 흐르는 동시에 소선의 저항이 증대되는 효과가 있어, 도 5의 D1 부의 전위 구배가 작게 되어 도 6의 D1'와 같은 전위 구배로 변한다. 6 is a diagram for explaining a shunt error generation potential distribution when an intermediate portion of a thermocouple is insulated at a high temperature. Magnesia (MgO) and alumina (Al 2 O 3 ), which are insulators, have a lower insulation resistance by about 1/10 as they rise by 100 ° C in the high temperature region. Therefore, at the temperature of the intermediate hot portion, a leak current flows in the portion. This leak current flows through the closed circuit including the element wires and the temperature-contacting point and increases the resistance of the element wires, so that the potential gradient of the D1 portion in FIG. 5 becomes small and changes to the potential gradient as shown in D1 'in FIG.

보통 전위구배 D2는 전류가 흐르지 않게 하기 위하여 그 크기는 변하며, 그 크기의 변화가 출력으로 나타나는 것이 션트에러이다. 따라서, 션트에러의 크기는 소선의 저항과 관련이 있기 때문에 고온부위가 측온접점으로부터 멀어질수록 커진다. 또는 절연체의 저항과 소선의 저항에 관련되기 때문에 시스의 직경이 작을수록 쉽게 나타난다. Usually, the potential gradient D2 is changed in size so that no current flows, and it is a shunt error that a change in magnitude is displayed as an output. Therefore, since the magnitude of the shunt error is related to the resistance of the element wire, the higher the temperature region is, the larger the distance from the temperature-contacting point becomes. Alternatively, the smaller the sheath diameter, the easier it is to relate to the resistance of the insulator and the resistance of the wire.

이와 같은 션트에러는 시스 외경이 가늘수록 발생이 쉽고, 중간부의 가열온도가 800℃ 이상일 때, 중간부의 가열 길이가 길 때 발생하기가 쉽다. 또한, 중간부의 가열위치가 측온접점으로부터 멀리 있을 때, 절연저항이 낮을수록 발생이 쉽다. 열전대 타입에 따라서는 K타입 열전대가 R타입 열전대보다 발생이 쉬우며, 같은 시스 직경에서도 소선 직경이 가는 쪽이 발생되기 쉽다.Such a shunt error is more likely to occur as the sheath outer diameter is thinner, and more likely to occur when the heating temperature of the middle portion is 800 ° C or higher, and when the heating length of the middle portion is long. In addition, when the heating position of the intermediate part is far from the temperature contact point, the lower the insulation resistance, the easier it is to occur. Depending on the thermocouple type, K type thermocouples are easier to generate than R type thermocouples, and thinner wire diameters are more likely to occur at the same sheath diameter.

선행기술문헌인 일본공개 특허공보 JP2008-90742는 시스형 K열전대 특허로, 고온에서 장기간 사용하는 열전대의 열전대 심선이 떨어지고, 열기전력이 감소하여 측정오차가 발생하는, 이른바 션트에러의 문제를 해결하는 것을 목적으로, 금속제의 시스 내에 절연체를 개재하고, 니켈 및 크롬을 주로 한 합금의 (+)측 열전대 심선과, 니켈을 주로 한 합금이 (-)측 열전대 심선을 수용한 시스형 K 열전대에 있어서, 고온으로 장기간 사용하는 것과 열전대 심선이 떨어지고, 열기전력이 감소하고 측정치에 오차가 생기는 문제를 해결하기 위해서, (+)측 열전대 심선경을 시스 외경의 15~22%, (-)측 열전대 심선경을 시스 외경의 23~27%에 형성한 시스형 K 열전대 또는 (+)측 열전대 심선경을 시스 외경의 23~27%, (-)측 열전대 심선경을 시스 외경의 15~22%로 형성한 시스형 K 열전대를 제시하고 있다.Prior art document JP2008-90742 is a cis-type K thermocouple patent, which solves the problem of so-called shunt error in which the thermocouple core wire of the thermocouple used for a long time at high temperature drops and the thermoelectric power decreases, resulting in measurement error. In a sheath-type K thermocouple in which a (+) side thermocouple core wire of an alloy mainly containing nickel and chromium and an nickel mainly contains a (-) side thermocouple core wire through an insulator in a metal sheath for the purpose. In order to solve the problem of long-term use at high temperature, thermocouple core drop, decrease in thermal power and error in measurement value, the positive side thermocouple core diameter is 15 ~ 22% of the sheath outer diameter, and the negative side thermocouple core Sheath type K thermocouples or positive (+) thermocouple cores with wire diameters of 23-27% of the sheath outer diameter 23-27% of the sheath outer diameter and (-) thermocouple core diameters with 15-22% of the sheath outer diameter One sheath K thermoelectric The table is presented.

그러나, 이와 같은 방법은 시스 열전대의 별도의 제작이 필요하여 소량 제작이 어렵고, 심선경이 두꺼워 짐에 따라 응답성이 떨어지는 문제가 발생한다.However, such a method requires a separate production of the sheath thermocouple, making it difficult to produce a small amount, and as the core wire becomes thick, a problem arises that the response is inferior.

도 7은 많이 사용되고 있는 종래기술의 시스 열전대(10)의 구조를 설명하기 위한 단면 개념도이다. 고온에서 충격, 진동으로 인하여 비금속 보호관을 사용 할 수 없는 경우, 열전대 형태가 직선이 아닌 경우에는 금속 열전대를 사용 할 수 없으며 시스 열전대가 적합하기 때문에 이러한 시스 열전대가 많이 사용된다. 7 is a cross-sectional conceptual view for explaining the structure of the sheath thermocouple 10 of the prior art which is widely used. If the non-metallic protection tube cannot be used due to shock and vibration at high temperature, if the thermocouple shape is not straight, the metal thermocouple cannot be used and the sheath thermocouple is suitable.

도 7을 참조하면, 종래의 시스 열전대(10)는 강제(鋼製)인 시스 (11) 내부에 (+), (-)극의 열전대 소선(12)이 위치하고, 절연체(13)인 마그네시아가 충전되어 있고, 시스(11)와 동일한 소재의 온접점(14)을 통해 (+), (-) 소선이 폐 회로를 형성하는 구조이며, 미 도시된 타단은 별도의 계측장비에 연결될 수 있도록, 소선(12)이 시스 밖으로 돌출된 구조이다.Referring to FIG. 7, in the conventional sheath thermocouple 10, a thermocouple element 12 of positive and negative poles is positioned inside a sheath 11 that is a steel, and magnesia, which is an insulator 13, is formed. It is charged, and the structure is such that the (+), (-) element wire forms a closed circuit through the on-contact point 14 of the same material as the sheath 11, so that the other end not shown may be connected to a separate measuring device. The element wire 12 is a structure protruding out of the sheath.

그러나 상기와 같은 시스 열전대(10)로는 션트에러를 효과적으로 방지할 수 없는 문제점이 있었으며, 현재까지 션트에러의 방지 대책으로는 시스(11) 외경을 비교적 큰 것을 사용하여 소선(12)경 (소선의 직경)의 크기를 증가시키거나, 가열되는 중간 부의 길이를 짧게 제작하거나, 온도를 낮추기 위한 냉각 장치를 도입하는 방법 등을 생각할 수 있었다. However, the sheath thermocouple 10 as described above has a problem that the shunt error can not be effectively prevented, and as a countermeasure against the shunt error until now, the sheath 11 has a relatively large outer diameter. Increasing the size of the diameter), shortening the length of the intermediate portion to be heated, or introducing a cooling device for lowering the temperature.

그러나, 소선경의 크기를 증가시킬 경우, 응답성이 낮아져 신속히 측정을 완료해야 하는 개소에서는 그 사용이 어려우며, 가열되는 중간 부의 길이를 짧게 제작하는 것은, 측정 위치가 고정된 상황에서는 사용할 수 없고, 냉각 장치의 도입은 많은 투자 비용이 요구되는 등의 문제점이 있었다.However, when the size of the wire diameter is increased, it is difficult to use in a place where the response is low and the measurement must be completed quickly, and the shortening of the length of the intermediate portion to be heated cannot be used in a situation where the measurement position is fixed. The introduction of the cooling device has a problem that requires a large investment cost.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 기존의 시스 열전대 제품을 활용하면서도 효과적으로 션트에러가 방지되는 구조를 갖는 시스 열전대를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a sheath thermocouple having a structure that effectively prevents shunt error while utilizing an existing sheath thermocouple product.

또한 본 발명은 제철소의 소둔로 등 여러 제약조건이 존재하는 열처리 로에 사용될 수 있으면서도, 피 열처리 제품의 표면온도보다 높은 분위기 온도로 인해 발생하는 션트에러를 효과적으로 방지할 수 있는 시스 열전대를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a sheath thermocouple capable of effectively preventing shunt errors caused by an ambient temperature higher than the surface temperature of a heat-treated product while being used in a heat treatment furnace in which various constraints exist, such as an annealing furnace in a steel mill. It is done.

또한, 본 발명은 피 열처리 제품의 표면온도를 빠른 응답성으로 측정 가능하고, 열전대의 마모도 효과적으로 방지 할 수 있는 시스 열전대를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a sheath thermocouple capable of measuring the surface temperature of the heat treated product with a quick response, and can effectively prevent wear of the thermocouple.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대 는, 한 개의 시스 열전대에서 +소선을 다른 한 개의 시스 열전대에서 -소선을 제거한 한 쌍의 시스 열전대와; 상기 한 쌍의 시스 열전대를 내삽하여서 된 시스 고정용 절연관과; 상기 시스 고정용 절연관을 내삽하며 공간부를 절연체로 충전하여 절연관을 고정시키는 금속보호관과; 상기 한 쌍의 시스 열전대에서 인출된 서로 반대극의 소선이 절연관 끝에서 폐회로를 형성하여서 된 온접점으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the high-temperature insulation resistance suppression fast response thermocouple of the present invention, a pair of sheath thermocouples in which + wires from one sheath thermocouple and -sheath from another sheath thermocouple; A sheath fixing insulating tube interposed between the pair of sheath thermocouples; A metal protective tube which inserts the sheath fixing insulating tube and fills a space with an insulator to fix the insulating tube; The wires of opposite poles drawn out from the pair of sheath thermocouples may be formed of an on-contact point formed by forming a closed circuit at the end of the insulated tube.

또한 본 발명에서 상기 한 쌍의 시스 열전대의 폐회로를 형성한 여분의 소선은 절연체와 내화시멘트로 선단 마감처리 된 것을 특징으로 하고, 또한 상기 한 쌍의 시스 열전대를 내삽하는 절연관은 세라믹 재질인 것을 특징으로 하며, 또한 상기 절연체는 내열시멘트 또는 마그네시아인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the extra wires forming the closed circuit of the pair of sheath thermocouple is characterized in that the end is finished with an insulator and a refractory cement, and the insulator tube interpolating the pair of sheath thermocouple is made of a ceramic material In addition, the insulator is characterized in that the heat-resistant cement or magnesia.

또한 본 발명에서 상기 한 쌍의 시스 열전대는 금속보호관의 선단에 형성된 보호캡에 의해 보호되는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 한 쌍의 시스 열전대는 금속보호관의 선단으로부터 돌출되어 형성된 선단캡에 의해 더 보호되는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 한 쌍의 시스 열전대를 내삽하는 시스 고정용 절연관에는 삽입공이 두 개 이상 형성된 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, the pair of sheath thermocouples are protected by a protective cap formed at the tip of the metal protective tube, and the pair of sheath thermocouples is further protected by a tip cap formed by protruding from the tip of the metal protective tube. In addition, the sheath fixing insulating tube for interpolating the pair of sheath thermocouple is characterized in that two or more insertion holes are formed.

본 발명의 시스 열전대는 여러 제약조건이 존재하는 장소, 일 예로, 제철소의 소둔로 등의 열처리 로에 사용될 수 있으며, 피 열처리 제품의 표면온도보다 높은 분위기 온도로 인해 발생하는 션트에러를 효과적으로 방지할 수 있다.The sheath thermocouple of the present invention can be used in places where various constraints exist, for example, heat treatment furnaces such as annealing furnaces in steel mills, and can effectively prevent shunt errors caused by an ambient temperature higher than the surface temperature of the heat treated product. have.

또한, 로의 일 측면에 위치하는 커버에서 투입된 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대에 의해서, 피 열처리 제품의 표면온도를 빠른 응답성으로 측정하고, 회수할 수 있으며, 고속으로 이동하는 피 열처리 제품에 의한 열전대의 마모도 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the high-temperature insulation resistance suppression fast response thermocouple put in the cover located on one side of the furnace, it is possible to measure and recover the surface temperature of the heat-treatment product with a quick response, by the heat-treatment product moving at high speed Wear of thermocouples can also be effectively prevented.

또한, 기존의 시스 열전대 제품을 활용하여 션트에러 방지구조를 갖는 열전대를 제조할 수 있기 때문에, 제작과 사용이 용이하다.In addition, since a thermocouple having a shunt error prevention structure can be manufactured by using an existing sheath thermocouple product, it is easy to manufacture and use.

도 1은 일반적인 시스열전대의 부피를 비교하기 위한 단면도이다.
도 2는 일반적인 열전대와 온도분포의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 열전대의 온도분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일반적인 열전대의 전위분포와 온도분포의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 열전대의 중간부가 고온을 극복하여 절연이 유지된 경우의 전위분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 열전대의 중간부가 고온에서 절연이 작아질 때의 션트에러 발생 전위분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래기술에 의한 시스 열전대의 정단면 개념도이다.
도 8은 본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대의 일 실시 예이다.
도 9는 도 8의 B부분(몸체) 정단면 개념도이다.
도 10은 도 8에 내장되는 시스 고정용 절연관의 사시 개념도로서, (a)는 시스 열전대가 삽입되기 이전의 형상이고, (b)는 시스 열전대가 싱글타입으로 삽입된 형상이며, (c)는 시스 고정용 열전대에 삽입된 싱글타입의 열전대 2개가 직렬로 결합된 형상을 보여주는 사시 개념도이다.
도 11은 본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대의 또 다른 실시 예이다.
도 12는 본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대의 또 다른 실시 예이다. 1 is a cross-sectional view for comparing the volume of a typical sheath thermocouple.
2 is a view for explaining the relationship between the general thermocouple and the temperature distribution.
3 is a view for explaining a temperature distribution of a general thermocouple.
4 is a diagram for explaining the relationship between the potential distribution and the temperature distribution of a general thermocouple.
FIG. 5 is a diagram for explaining the potential distribution when the middle portion of the thermocouple overcomes high temperature and maintains insulation. FIG.
6 is a diagram for explaining a shunt error generation potential distribution when an intermediate portion of a thermocouple is insulated at a high temperature.
7 is a schematic cross-sectional conceptual view of a sheath thermocouple according to the prior art.
8 is an embodiment of a high-temperature insulation resistance degradation suppression fast response thermocouple according to the present invention.
FIG. 9 is a conceptual view of a portion B (body) in front of FIG. 8.
10 is a perspective conceptual view of the sheath fixing insulator tube embedded in FIG. 8, (a) is a shape before the sheath thermocouple is inserted, (b) is a shape in which the sheath thermocouple is inserted into a single type, and (c) Is a perspective conceptual view showing a shape in which two single type thermocouples inserted in a sheath fixing thermocouple are coupled in series.
11 is another embodiment of the high-temperature insulation resistance degradation suppression fast response thermocouple according to the present invention.
12 is another embodiment of the high-temperature insulation resistance degradation suppression fast response thermocouple according to the present invention.

이하 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8은 본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대의 일 실시예이다. 도 9는 도 8의 B부분(몸체) 정단면 개념도이다. 8 is an embodiment of the high-temperature insulation resistance degradation suppression fast response thermocouple according to the present invention. FIG. 9 is a conceptual view of a portion B (body) in front of FIG. 8.

우선 본 발명의 요지를 살펴보면, 본 발명의 열전대는 시스 열전대(10) 2개를 이용하여 1개의 열전대를 제작 하는 방법이다. 한 개의 시스 열전대(10)에서는 (+)소선을 이용하고, 나머지 한 개의 시스 열전대(10)에서는 (-)소선을 이용하여 1개의 폐회로를 구성한 열전대이다. 사용하지 않게 되는 소선은 제거하여 MgO 및 지르코니아 시멘트로 마감처리 하였다. 또한 2개의 시스 열전대는 절연관으로 고정 하였다. First, the gist of the present invention, the thermocouple of the present invention is a method of manufacturing one thermocouple using two sheath thermocouple (10). One sheath thermocouple 10 uses a positive wire, and the other sheath thermocouple 10 uses a negative wire to form one closed circuit. Unused wires were removed and finished with MgO and zirconia cement. In addition, two sheath thermocouples were fixed with an insulated tube.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대는 한 개의 시스 열전대(10)에서는 (+)소선을, 다른 한 개의 시스 열전대(10)에서는 (-)소선을 제거한 한 쌍의 시스 열전대(10)를 활용하여 만들어진다. 상기 한 쌍의 시스 열전대(10)는 시스 고정용 절연관(20)으로 둘러싸여 내삽 되며, 상기 한 쌍의 시스 열전대(10)와 시스 고정용 절연관(20) 사이의 매우 협소한 공간부에는 공기층이 존재하게 된다. 8 and 9, the high temperature insulation resistance suppression fast response thermocouple according to the present invention removes a positive wire from one sheath thermocouple 10 and a negative wire from another sheath thermocouple 10. It is made using a pair of sheath thermocouples 10. The pair of sheath thermocouples 10 is interposed between the sheath fixing insulator tube 20 and interposed between the pair of sheath thermocouples 10 and the sheath fixing insulator tube 20. In the very narrow space, there is an air layer.

도 10은 도 8에 내장되는 시스 고정용 절연관의 사시 개념도로서, (a)는 시스 열전대가 삽입되기 이전의 형상이고, (b)는 시스 열전대가 싱글타입으로 삽입된 형상이며, (c)는 시스 고정용 열전대에 삽입된 싱글타입의 열전대 2개가 직렬로 결합된 형상을 보여주는 사시 개념도이다.10 is a perspective conceptual view of the sheath fixing insulator tube embedded in FIG. 8, (a) is a shape before the sheath thermocouple is inserted, (b) is a shape in which the sheath thermocouple is inserted into a single type, and (c) Is a perspective conceptual view showing a shape in which two single type thermocouples inserted in a sheath fixing thermocouple are coupled in series.

도 10을 참조하면, 본 발명의 시스 고정용 절연관(20)에는 4개의 삽입공(21)이 형성되어 있다. 본 발명의 요지 중 하나는 고온에서 절연저항이 저하되는 현상을 방지하는 것이다. 고온에서 절연물의 절연성이 약해져 절연저항이 저하되면 + 소선과 -소선이 전기적으로 연결이 되는 일이 발생할 수 있다. 즉, 본 발명에서 절연관이 없을 때 내부 충진재의 충진이 약해져 각 소선과 시스 외피 사이에 리크 전류가 발생할 경우 +소선과 -소선이 연결될 개연성을 배제할 필요가 있으며, 만일 두 소선이 그렇게 연결된다면 일부러 두 개의 시스를 연결하는 의미가 없어지게 된다. 따라서, 도 8과 같은 본 발명에서는, 절연관을 두 시스 사이에 삽입하여 만약 리크(leak) 전류가 발생하더라도 두 소선의 전기적인 연결을 방지하고 있다.Referring to FIG. 10, four insertion holes 21 are formed in the sheath fixing insulating tube 20 of the present invention. One of the gist of the present invention is to prevent the phenomenon that the insulation resistance is lowered at high temperature. If the insulation resistance is weakened at a high temperature and the insulation resistance decreases, the + wire and the-wire may be electrically connected. That is, in the present invention, when there is no insulated tube, the filling of the internal filler is weakened, and if a leakage current occurs between each element and the sheath sheath, it is necessary to exclude the possibility of connecting the + element wire and the-element wire. There is no purpose to connect two sheaths on purpose. Therefore, in the present invention as shown in FIG. 8, an insulating tube is inserted between two sheaths to prevent electrical connection between the two wires even if a leak current occurs.

또한 열전대는 싱글타입, 더블타입 또는 멀티타입으로 구성하는 것이 가능하다. 싱글타입이란 온접점이 하나로 구성된 열전대이다. 본 발명의 경우 하나의 온접점에 두 개의 시스가 필요하므로 시스 고정용 절연관(20)의 삽입공(21)은 최소 2개가 필요하다. 더블타입이란 온접점이 두 개로 구성된 열전대를 말하며, 본 발명의 경우 4개의 시스가 필요하므로 시스 고정용 절연관(20)의 삽입공(21)은 도 10(a)와 같이 최소 4개가 필요하다.In addition, the thermocouple can be configured as a single type, double type or multi type. The single type is a thermocouple composed of one on-contact point. In the case of the present invention, since two sheaths are required at one on-contact point, at least two insertion holes 21 of the sheath fixing insulation tube 20 are required. The double type refers to a thermocouple composed of two on-contact points. In the present invention, since four sheaths are required, at least four insertion holes 21 of the sheath fixing insulation tube 20 are required as shown in FIG. .

멀티타입이란 싱글이나 더블타입의 시스 여러 개를 하나로 묶은 형식의 타입을 말하며, 예를 들면, 한 지점의 온도를 측정하는 다른 길이의 열전대가 필요하다면, 세 개의 열전대를 사용하는 것 보다 길이가 다른 세 열전대를 하나로 묶어서 만들 수 있다. 도 10(c)는 두 개의 열전대를 직렬로 연결한 형태를 보여주고 있다.Multi-type refers to a type in which several sheaths of single or double type are bundled together. For example, if a different length of thermocouple measuring a temperature of one point is required, the length is different from using three thermocouples. Three thermocouples can be bundled together. 10 (c) shows a form in which two thermocouples are connected in series.

부연하면, 싱글타입의 열전대라면 두 개의 삽입공으로 충분하나 더블 타입의 열전대라면 4개의 시스 삽입공이 필요하다. 따라서 본 발명에서는 2개 이상의 삽입공이 형성된 시스 고정용 절연관(20)이 필요하게 된다.In other words, a single type thermocouple requires two insertion holes, but a double type thermocouple requires four sheath insertion holes. Therefore, in the present invention, the sheath fixing insulating tube 20 having two or more insertion holes is required.

또한 상기 시스 고정용 절연관(20)은 금속보호관(30) 속에 내삽되며, 이 금속보호관(30)과 시스 고정용 절연관(20) 사이의 공간부는 역시 절연제로 충전하여 절연관을 고정시키게 된다. 상기 한 쌍의 시스 열전대(10-1, 10-2)에서 인출된 서로 반대극의 소선은 상기 시스 고정용 절연관(20) 끝에서 폐회로를 형성하여 온접점(14)을 구성하게 된다. 상기 금속보호관(30)의 선단은 내열시멘트로 덮여 보호된다.In addition, the sheath fixing insulating tube 20 is inserted into the metal protective tube 30, and the space between the metal protective tube 30 and the sheath fixing insulating tube 20 is also filled with insulation to fix the insulating tube. . The wires of opposite poles drawn out from the pair of sheath thermocouples 10-1 and 10-2 form a closed circuit at the end of the sheath fixing insulating tube 20 to form an on-contact point 14. The tip of the metal protective tube 30 is protected by a heat-resistant cement.

본 발명에서, 상기와 같이 한 쌍의 시스 열전대(10-1, 10-2)의 폐 회로를 구성하면서 제거의 대상이 되는 여분의 소선은 도 11에 나타난 바와 같이 절연체와 내화시멘트로 선단 마감처리 된다. In the present invention, the extra wires to be removed while constituting the closed circuit of the pair of sheath thermocouples 10-1 and 10-2 as described above are finished with insulators and refractory cement as shown in FIG. do.

본 발명에 사용되는 상기 절연체는 내열시멘트 또는 마그네시아 이며, 상기 한 쌍의 시스 열전대(10-1, 10-2)는 금속보호관(30)의 선단으로 돌출되어 보호캡(40)에 의해 보호된다. The insulator used in the present invention is a heat-resistant cement or magnesia, and the pair of sheath thermocouples 10-1 and 10-2 protrude to the tip of the metal protective tube 30 to be protected by the protective cap 40.

본 발명의 캡은 도 11 및 도 12에서와 같이 하나의 캡으로 보호하는 것도 가능하지만, 도 8에서와 같이 캡을 2중으로 설치하여 사용하는 것도 가능하다. 도 8에 있어 보호캡(40)은 내부 절연물의 마감처리 기능 및 각 구성품들의 기계적고정 역할을 겸하고 있으며, 선단캡(40-1)은 직접적으로 온접점을 보호해 줌으로써 온접점의 기계적 및 화학적 마모를 방지해 주는 역할을 하고 있다. 즉, 본 발명에 있어서는 열전대가 사용되는 환경이나 분위기에 따라 하나의 캡을 사용하거나 또는 그 이상의 캡을 선택적으로 사용할 수 있도록 구성되어 있다.Although the cap of the present invention can be protected by one cap as in FIGS. 11 and 12, it is also possible to install and use the cap in duplicate as in FIG. 8. In FIG. 8, the protective cap 40 serves as a finishing function of the internal insulation and a mechanical fixing role of each component, and the tip cap 40-1 directly protects the hot contact by mechanical and chemical wear of the hot contact. It serves to prevent. That is, in this invention, it is comprised so that one cap may be used or more caps can be selectively used according to the environment and atmosphere in which a thermocouple is used.

도 12는 본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대의 또 다른 실시 예이다. 본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대는 도 12에 나타난 바와 같이 별도의 보호캡(40)을 장착하여 기계적 마모도를 향상시킬 수 있으며, 상기 보호캡(40)은 코발트 알로이(UNCO-50)와 같은 내 마모성이 우수한 제품을 가공하여 사용함이 바람직하다.12 is another embodiment of the high-temperature insulation resistance degradation suppression fast response thermocouple according to the present invention. As shown in FIG. 12, the high temperature insulation resistance lowering fast response thermocouple according to the present invention may be equipped with a separate protective cap 40 to improve mechanical wear, and the protective cap 40 may be cobalt alloy (UNCO-50). It is preferable to process and use a product having excellent wear resistance such as).

기존의 션트에러 방지 방법 중 하나인 소선경(소선의 직경)의 크기를 증가시킬 경우 응답속도가 늦어지는 현상이 발생 하였지만, 상기와 같은 본 발명의 구조에서는 소선경을 종래기술에 의한 시스 열전대(도 7)와 동일하게 그대로 유지하므로, 1개의 시스 열전대의 응답속도와 비슷한 응답속도를 유지할 수 있다.Increasing the size of the wire diameter (diameter of the wire), which is one of the conventional methods for preventing shunt errors, the response speed is slowed. However, in the structure of the present invention, the wire diameter according to the prior art sheath thermocouple ( As it is maintained in the same manner as in Fig. 7), a response speed similar to that of one sheath thermocouple can be maintained.

또한 본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대는 시스(11)의 외경은 키우면서, 소선경은 그대로 유지하여 응답성은 기존 시스 열전대(10)와 같이 빠르며, 절연구조의 부피는 늘릴 수 있어 션트에러를 방지할 수 있는 구조이다. In addition, the high-temperature insulation resistance degradation suppression fast response thermocouple according to the present invention, while increasing the outer diameter of the sheath 11, the wire diameter is maintained as it is, the responsiveness is as fast as the conventional sheath thermocouple 10, the volume of the insulating structure can be increased shunt It is a structure that can prevent errors.

상기한 본 발명의 절연구조는, 종래의 시스 열전대(10) 내부의 마그네시아나 알루미나 절연체와, 시스 열전대(10-1, 10-2)와 시스 고정용 절연관(20) 사이의 미세 공기층과, 알루미나 등의 재질인 시스 고정용 절연관(20)으로 구성되며, 단일 소재의 절연체만 존재하는 종래기술의 시스 열전대(10)에 비해 월등한 절연수단을 갖게 된다.The insulation structure of the present invention described above includes a magnesia or alumina insulator in the sheath thermocouple 10, a fine air layer between the sheath thermocouples 10-1 and 10-2 and the sheath fixing insulation tube 20, It is composed of a sheath fixing insulating tube 20 made of alumina or the like, and has superior insulation means compared to the sheath thermocouple 10 of the prior art in which only an insulator of a single material exists.

본 발명의 시스 고정용 절연관(20)은 상기와 같은 절연수단 및 시스 열전대(10-1, 10-2) 간의 절연 및 소선 간의 절연을 위해 사용되며, 금속보호관(30)은 측정환경에서 발생되는 충격 등을 방어하게 된다.The sheath fixing insulation tube 20 of the present invention is used for insulation between the insulation means and the sheath thermocouples 10-1 and 10-2 as described above and between the wires, and the metal protective tube 30 is generated in the measurement environment. To protect against shocks.

본 발명에 의한 고온절연저항 저하억제 속응답 열전대는 종래기술에 의한 기존 일반 시스 열전대(10)에 비하여 소선과 소선 사이의 거리가 멀고, 절연체(13)가 두꺼워져 고온 사용으로 인하여 션트에러가 발생할 경우, 절연이 떨어지는 것을 막을 수 있다. 또한 열전대의 온도를 낮추기 위한 종래의 냉각방법 (냉각수, N2 가스 등)보다 비용이 매우 저렴하게 되며, 기존의 시스 열전대를 활용할 수 있으므로 쉽게 제작이 가능하다.The high temperature insulation resistance drop suppression fast response thermocouple according to the present invention has a far distance between the element wire and the element wire compared to the conventional general sheath thermocouple 10 according to the prior art, the insulator 13 is thickened to generate a shunt error due to high temperature use In this case, the insulation can be prevented from falling. In addition, the conventional cooling method for reducing the temperature of the thermocouple (cooling water, N 2 It is much cheaper than gas) and can be easily manufactured since existing sheath thermocouples can be utilized.

10, 10-1, 10-2: 시스 열전대 11: 시스 12: (열전대) 소선
13: 절연체 14: 온접점 20: 시스 고정용 절연관
21: 삽입공 30: 금속 보호관 40: 보호캡
40-1: 선단캡10, 10-1, 10-2: sheath thermocouple 11: sheath 12: (thermocouple) element wire
13: Insulator 14: On-contact 20: Insulation tube for sheath fixing
21: insertion hole 30: metal protective tube 40: protective cap
40-1: Tip Cap

Claims (7)

한 개의 시스 열전대에서 +소선을 다른 한 개의 시스 열전대에서 -소선을 제거한 한 쌍의 시스 열전대와;
상기 한 쌍의 시스 열전대를 내삽하여서 된 시스 고정용 절연관과;
상기 시스 고정용 절연관을 내삽하며 공간부를 절연체로 충전하여 절연관을 고정시키는 금속보호관과;
상기 한 쌍의 시스 열전대에서 인출된 서로 반대극의 소선이 절연관 끝에서 폐회로를 형성하여서 된 온접점으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 절연저항저하 속응답 열전대.A pair of sheath thermocouples in which one wire is removed from one sheath thermocouple and the other wire is removed from the other sheath thermocouple;
A sheath fixing insulating tube interposed between the pair of sheath thermocouples;
A metal protective tube which inserts the sheath fixing insulating tube and fills a space with an insulator to fix the insulating tube;
The high temperature insulation resistance drop fast response thermocouple, characterized in that the wires of the opposite poles drawn from the pair of sheath thermocouple is composed of a hot contact formed by forming a closed circuit at the end of the insulated tube. 제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 시스 열전대의 폐회로를 형성한 여분의 소선은 절연체와 내화시멘트로 선단 마감처리 된 것을 특징으로 하는 고온 절연저항저하 속응답 열전대.The method of claim 1,
The extra element wire forming the closed circuit of the pair of sheath thermocouple is a high temperature insulation resistance drop fast response thermocouple, characterized in that the front end is finished with an insulator and a refractory cement. 제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 시스 열전대를 내삽하는 절연관은 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 고온 절연저항저하억제 속응답 열전대. The method of claim 1,
The insulating tube for interpolating the pair of sheath thermocouple is a high temperature insulation resistance suppression fast response thermocouple, characterized in that the ceramic material. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 절연체는 내열시멘트 또는 마그네시아인 것을 특징으로 하는 고온 절연저항저하 속응답 열전대.3. The method according to claim 1 or 2,
The insulator is a high-temperature insulation resistance drop fast response thermocouple, characterized in that the heat-resistant cement or magnesia. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 시스 열전대는 금속보호관의 선단에 형성된 보호캡에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 고온 절연저항저하 속응답 열전대.3. The method according to claim 1 or 2,
And the pair of sheath thermocouples is protected by a protective cap formed at the tip of the metal protective tube. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 시스 열전대는 금속보호관의 선단으로부터 돌출되어 형성된 선단캡에 의해 더 보호되는 것을 특징으로 하는 고온 절연저항저하 속응답 열전대.3. The method according to claim 1 or 2,
And the pair of sheath thermocouples is further protected by a tip cap formed by protruding from the tip of the metal protective tube. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 한 쌍의 시스 열전대를 내삽하는 시스 고정용 절연관에는 삽입공이 두 개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 고온 절연저항저하 속응답 열전대.The method according to claim 1 or 3,
A high temperature insulation resistance drop fast response thermocouple, characterized in that two or more insertion holes are formed in the sheath fixing insulating tube for interpolating the pair of sheath thermocouples.
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