KR20160019826A

KR20160019826A - 열전대 온도보상용 단자대

Info

Publication number: KR20160019826A
Application number: KR1020140104680A
Authority: KR
Inventors: 박환기
Original assignee: 주식회사 오토닉스
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2016-02-22
Also published as: US20170131151A1; WO2016024767A1; CN106537105B; JP6603317B2; KR101624105B1; DE112015003239T5; US10281339B2; JP2017521684A; CN106537105A

Abstract

본 발명은 열전대의 정확한 온도보상이 가능하도록 열전대의 보상도선과 회로기판의 제어회로와 연결된 PCB 접촉단자와의 연결을 위한 한 쌍의 만곡 처리된 접속핀을 구비하고 있는 'ㄷ' 형태의 단자부; 상측면의 일단에 칩 형태의 보상용 온도센서가 구비되고 상기 보상용 온도센서의 출력을 전기적으로 연결하는 센서핀부에 납땜 고정하는 상측에 위치한 납땜면과 단자부에 납땜하는 하측에 위치한 납땜면을 구비하는 소형의 보상센서 PCB; '「' 형상이면서, 상기 보상센서 PCB를 상기 단자부와 함께 납땜 고정하고, 보상용 온도센서의 출력을 상기 회로기판의 온도보상회로에 접촉 연결하는 한 쌍의 완곡 처리된 접속핀을 구비하는 센서핀부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전대 온도보상용 단자대를 제공한다.

Description

열전대 온도보상용 단자대{TERMINAL BLOCK FOR TEMPERATURE COMPENSATING OF THERMOCOUPLE}

본 발명은 온도조절기 및 온도측정기에서 열전대(Thermocouple)를 연결하는 단자대에서 발생하는 온도 오차를 보정할 수 있도록 하는 열전대 온도보상용 단자대에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전대를 연결하는 단자대에서 발생하는 온도를 측정하여 열전대의 측정온도에 반영하도록 함으로써 정확하게 온도보상을 할 수 있도록 하는 열전대 온도보상용 단자대에 관한 것이다.

열전대는 서로 다른 두개의 금속을 접합하여 접합부의 온도차에 비례하여 발생되는 열기전력을 이용하여 온도 값을 검출하는 센서이다. (이하에서는 두개의 금속 접합부를 온도 검출부, 온도 검출부에서 연결된 서로 다른 두개의 금속선을 보상도선이라 한다.) 상기 열전대는 그 특성상 온도 검출부를 측정하고자 하는 곳에 위치시켜 온도를 측정하고 두 개의 보상도선은 온도조절기 또는 온도측정기의 단자대에 연결하여 온도를 측정한다.

그러나 상기 보상도선이 단자대에 연결된 경우 단자대와 보상도선의 금속 재질이 달라 상기 단자대의 온도에 비례하는 열기전력이 발생하여 검출부에서 측정한 온도에 단자대의 온도 만큼 감소되어 온도오차가 발생한다. 통상 상기한 온도오차를 보상하기 위하여 열전대의 보상도선이 연결되는 단자대의 온도를 측정하는 별도의 보상용 온도센서를 두고 단자대의 온도 만큼 가산하여 온도오차를 보상한다.

종래 기술의 경우 상기 보상용 온도센서를 단자대에 근접 부착하는 것이 기술적으로 어려워 온도조절기 및 온도측정기의 케이스 내부에 위치하는 회로기판의 특정 위치에 부착하고, 그 부착 위치의 온도를 측정하여 이 측정된 보상온도값과 열전대로부터 측정된 온도값의 차이를 가감하는 방식으로 열전대의 측정온도를 보정하였다.

그러나, 상기 종래 기술의 경우 보상용 온도센서가 보상도선이 연결된 단자대의 위치로부터 멀리 이격되게 설치되어 온도 오차가 커지는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해 도 7에 도시된 바와 같이, 회로기판(300-1) 설계 시 보상용 온도센서(300)가 단자대에 근접하도록 구성하고 있으나, 이 경우 회로기판(300-1) 자체의 발열과 케이스(100) 내부에서 발생하는 열에 의해 보상도선이 연결된 단자대의 온도와 보상용 온도센서가 측정한 온도간에 온도오차가 발생하게 된다. 온도측정기의 전원을 투입후 시간이 경과함에 따라 온도측정기의 내부온도가 증가하기 때문에 보상도선이 연결된 단자대의 온도와 보상용 온도센서의 측정온도간의 온도차로 인해 시간대 별로 오차값이 변화하여 열전대의 측정온도의 보정에 어려움이 있다.

상기 어려움을 해소하기 위한 것으로, 일본 특허공개 제1997-218108호에는 도 6에서 도시한 바와 같이, 소형화가 가능하고 정확한 온도 보상을 실시할 수 있도록 회로기판(40)에 설치되면서 상기 회로기판(40)의 열 전도를 방지하는 홀더(50)를 구비하고, 상기 홀더(50)에 보상용 온도센서(51)를 고정하고, 열전도성이 좋은 재료를 사용한 커버(52)로 상기 보상용 온도센서를 덮어 씌워 보상도선이 연결되는 단자대에 최대한 근접하게 보상용 온도센서(51)를 설치하는 구조가 소개되고 있으나, 그 구조가 복잡하고, 보상용 온도센서를 고정하기 위한 고정 부재를 별도로 제조하여야 하기 때문에 제조비용 및 공정이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 보상용 온도센서(51)가 케이스(20)내에 설치되는 단자대 내부에 배치되어 케이스(20) 내부에서 발생하는 열에 의해 온도오차가 발생할 가능성이 있고, 단자대와 보상용 온도센서가 접촉되도록 되어 있어 단자대와 케이스(20) 및 홀더(50)의 변형으로 보상용 온도센서(51)를 덮어 씌워 고정하는 커버(52)가 상기 단자대에 접촉이 잘되지 않을 경우 온도오차가 커지게 되는 문제점이 있다.

일본 등록특허 제3161317호에는 열전대 온도보상 구조에 관한 기술이 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 구조가 간단하면서 정확한 온도보상이 가능한 열전대 온도보상용 단자대를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 열전대 온도보상 단자대는,

'ㄷ' 형상으로 절곡되어 상측과 하측에 자유단부가 형성됨과 아울러 상측의 자유단부에는 열전대의 보상도선과 회로기판의 제어회로와 연결된 PCB 접촉단자와의 연결을 위해 만곡 처리된 한 쌍의 접속핀을 구비하고 있는 단자부;

상측면의 일단에 칩 형태의 보상용 온도센서가 탑재되어, 상기 보상용 온도센서가 상기 단자부의 노출부측에 위치하도록 상기 단자부의 상측면에 납땜고정되는 소형의 보상센서 PCB;

상기 보상센서 PCB의 상측면에 납땜고정되고, 보상용 온도센서의 출력을 상기 회로기판의 온도보상회로와 연결을 위해 만곡 처리된 한 쌍의 접속핀을 구비하는 센서핀부;를 포함하여 이루어져, 상기 보상용 온도센서가 보상도선과 단자부간의 접속부에 근접되게 설치하여 케이스 내부의 발열에 대한 영향을 최소화하여 온도오차를 감소시켜 정확한 온도측정이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 보상용 온도센서가 열전대의 보상도선이 접속되는 단자대에 최대한 근접 배치되어 보상용 온도센서가 설치되는 장치의 내부 발열에 대한 영향이 최소화되고 이로 인해 온도 오차가 줄어 열전대의 측정온도에 대한 정확한 온도보상이 가능한 장점이 있다. 또한, 보상용 온도센서를 고정하는 복잡한 기구물이 없어 소형화가 가능함과 동시에 유지보수가 용이하고 제조비용 및 공정이 감소되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 열전대 온도보상용 단자대의 전체 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 열전대 보상도선 연결용 단자부를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 보상센서 PCB를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 센서핀부를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 단자대가 케이스에 설치된 모습의 단면도.
도 6은 종래의 단자대 구조를 도시한 사시도.
도 7은 종래의 일반적인 단자대 구조를 도시한 사시도.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열전대 온도보상용 단자대는 열전대의 보상도선 연결을 위한 나사(40)와 와셔(50), 'ㄷ' 형상으로 절곡되어 상측과 하측에 자유단부가 형성됨과 아울러 상측의 자유단부에는 열전대의 보상도선과 회로기판(200)의 제어회로와 연결된 PCB 접촉단자(200-1)와의 연결을 위해 만곡 처리된 한 쌍의 접속핀(10-1)을 구비하고 있는 단자부(10), 상기 단자부(10)의 상측 자유단부의 상측면에 형성된 납땜면(10-6)에 보상센서 PCB(20) 하측면의 납땜면(20-5)이 납땜 고정되고, 상기 보상센서 PCB(20) 상측면의 일단에 칩 형태의 보상용 온도센서(20-1)가 탑재되어 있는 소형의 보상센서 PCB(20), 그리고 상기 보상센서 PCB(20)를 상기 단자부(10)에 함께 적층하여 납땜 고정하고, 보상용 온도센서(20-1)의 출력을 상기 회로기판(200)의 온도보상회로와 연결된 PCB 접촉단자(200-1)와 연결하는 만곡 처리된 한 쌍의 접속핀을 구비하는 센서핀부(30)를 포함하여 구성된다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 단자부(10)는 그 형상이 'ㄷ' 형태로 절곡되어 상측과 하측에 각각 자유단부가 형성되어 있으며, 각 자유단부에는 단자부(10)를 케이스(100)에 고정하기 위한 돌출편(10-3, 10-4)과 상기 보상센서 PCB(20)를 적층 시 위치를 가이드하기 위한 가이드홀(10-5)이 형성되고, 상기 회로기판(200)의 PCB 접촉단자(200-1)와 전기적 접촉을 위한 탄성력을 가진 한 쌍의 접속핀(10-1)을 구비한다, 또한, 상기 접속핀(10-1)은 탄성력을 가지면서 하방 내측으로 만곡되어 상기 회로기판(200)의 접촉단자(200-1)와 안정적으로 접속 된다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 보상센서 PCB(20)는 하측의 납땜면(20-5)을 통해 상기 단자부(10)의 상측에 위치한 납땜면(10-6)에 납땜 고정되어 전기적으로 연결 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보상센서 PCB(20)는 두께가 얇은 직사각 형태의 소형 PCB이며, 상기 단자부(10)와 센서핀부(30)와의 적층을 위한 위치 가이드용 가이드홀(20-4)이 형성되고, 상측면에는 보상용 온도센서(20-1)가 납땜 부착되며 상기 보상용 온도센서(20-1)의 신호를 전송함과 동시에 상기 센서핀부(30)의 하측면에 납땜 고정하기 위한 상측의 납땜면(20-2)을 구비하고, 상기 단자부(10)의 상측에 위치한 납땜면(10-6)에 납땜 고정함과 동시에 상기 단자부(10)와의 전기적 연결을 위한 납땜면(20-5)으로 구성되어 있다. 상기 납땜면(20-5)은 상기 단자부(10) 온도의 전달율을 높이기 위하여 상기 납땜면(20-5)의 하측전면이 상기 단자부(10)의 납땜면(10-6)에 납땜 고정되도록 구성되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 센서핀부(30)는 갈고리 형상으로 이루어져, 상기 보상센서 PCB(20)에 적층하기 위한 가이드홀(30-3)이 형성되고, 상기 보상센서 PCB(20)의 상단에 적층하기 위한 납땜 고정이 가능한 납땜면(30-1)이 구비되고, 상기 납땜면(30-1)을 통해 납땜 고정함과 동시에 상기 보상센서 PCB(20)의 출력을 상기 회로기판(200)의 온도보상회로와 연결된 PCB 접촉단자(200-1)와 접속하는 탄성력을 가진 만곡 처리된 한 쌍의 접속핀(30-2)을 포함하고 있다.

또한, 상기 접속핀(30-2)은 탄성력을 가져 상기 회로기판(200)이 케이스(100)에 삽입되는 경우 탄성력에 의해 상기 회로기판(200)의 PCB 접촉단자(200-1)와 견고하게 접촉이 가능하다.

도 5는 케이스(100)에 장착된 열전대 온도보상용 단자대의 모습을 보여주는 도면으로, 보상용 온도센서(20-1)의 일면이 상기 케이스(100) 외부와 근접하하게 배치되어 내부 발열에 대한 영향이 작아 온도오차가 감소되며 구조가 간단해져 온도조절장치, 온도측정장치 등 열전대가 사용되는 장치의 소형화가 가능하다.

이상에서 설명된 본 발명의 산업용 온도조절 및 측정장치를 위한 열전대 온도보상용 단자대의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 단자부 10-1 : 접속핀
10-2 : 나사홀 10-3 : 10-4 : 돌출편
10-5 : 가이드홀 10-6 : 납땜면
20 : 보상센서 PCB 20-1 : 보상용 온도센서
20-2 : 납땜면 20-3 : 도체 패턴
20-4 : 가이드홀 20-5 납땜면
30 : 센서핀부 30-1 : 납땜면
30-2 : 접속핀 30-3 : 가이드홀
40 : 나사 50 : 와셔
60 : 너트 100 : 케이스
200 : 회로기판 200-1 : PCB 접촉단자
300 : 보상용 온도센서 300-1 : 회로기판

Claims

'ㄷ' 형상으로 절곡되어 상측과 하측에 자유단부가 형성됨과 아울러 상측의 자유단부에는 열전대의 보상도선과 회로기판(200)의 제어회로와 연결된 접촉단자(200-1)와의 연결을 위해 만곡 처리된 한 쌍의 접속핀(10-1)을 구비하고 있는 단자부(10);
상측면과 하측면에 보상용 온도센서(20-1)의 출력을 전기적으로 연결하는 납땜면(20-2, 20-5)이 형성됨과 아울러 상측면의 일단에 칩 형태의 보상용 온도센서(20-1)가 상기 단자부(10)의 노출부측에 위치하도록 납땜고정되는 소형의 보상센서 PCB(20)부;
직선부에 연장되는 한 쌍의 갈고리형상의 접속핀(30-2)으로 이루어져서 직선부위가 상기 보상센서 PCB(20) 위에 납땜고정되고, 접속핀(30-2)은 보상용 온도센서(20-1)의 출력을 상기 회로기판(200)의 온도보상회로에 탄성 접촉하여 연결하도록 된 센서핀부(30);
를 포함하여 구성되는 열전대 온도보상용 단자대.
청구항 1에 있어서,
상기 단자부(10)와 보상센서 PCB(20)와 센서핀부(30)를 적층함에 있어서 상기 단자부(10)와 보상센서 PCB(20)와 센서핀부(30) 각각에 가이드홀(10-5, 20-4, 30-3)이 형성되어 용이하게 적층할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 열전대 온도보상용 단자대.
청구항 1에 있어서,
상기 보상센서 PCB(20)는,
소형의 PCB로 이루어지고, 단자부에 납땜되는 납땜면(20-5)을 통해 상기 단자부(10)에 적층됨과 동시에 센서핀부(30)에 납땜되는 납땜면(20-2)이 상기 센서핀부(30) 하측에 위치한 납땜면(30-1)과 납땜 고정되어 상기 보상용 온도센서(20-1)와 보상도선이 연결되는 나사홀(10-2)의 위치가 멀리 이격되지 않고 근접되어 정확한 온도보상이 가능한 것을 특징으로 하는 열전대 온도보상용 단자대.
청구항 2에 있어서,
상기 보상센서 PCB(20)의 납땜면(20-5)은 상기 보상용 온도센서(20-1)의 한 극과 도체 패턴(20-3)으로 연결되고, 상기 보상센서 PCB(20) 일측면의 일부 표면을 도체 패턴(20-3)으로 덮어씌워 열전도율을 높이는 것을 특징으로 하는 열전대 온도보상용 단자대.
청구항 1에 있어서,
단자부(10)와 보상센서 PCB(20)와 센서핀부(30)가 납땜으로 일체구조로 이루어지며, 단자부(10)의 접속핀(10-1)과 센서핀부(30)의 접속핀(30-2)이 나란히 회로기판(200)의 접촉단자(200-1)에 탄성 접촉되게 한 것을 특징으로 하는 열전대 온도보상용 단자대.