KR910004281B1 - 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치

제 1 도는 본 발명의 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치의 전체 구성도.

제 2 도는 본 발명의 연속된 링형 측정장치의 예시도.

제 3 도는 본 발명의 간격이 있는 C형 측정장치의 예시도.

제 4 도는 본 발명의 외팔보를 갖는 링형 측정장치의 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 용접기전원 2 : 전극봉

3 : 용접물 4 : 자성체

5 : 스트레이게이지 6 : 증폭기

7 : 표시 및 기록장치

본 발명은 저항 용접시 용접물을 실제로 관통하는 전류를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 강철 및 알루미늄 박판을 저항 점 용접하는 용접기(교류 및 직류), 강철 알루미늄 박판을 저항 점 용접하는 용접기(교류 및 직류), 기타 대전류가 흐르는 장치의 전류측정(교류 및 직류)에 이용될 수 있는 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 저항 용접시 용접물에 흐르는 전류는 가압력, 모재의 재질등 용접변수와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 용접부의 품질에 지대한 영향을 준다.

이러한 용접 전류의 측정은 용접 공정에서의 열유동 및 변형해석을 위한 기본적인 데이타를 제공할 뿐아니라 용접 공정의 모니터링과 제어에도 매우 유익하기 때문에 여러가지 측정방법이 개발되어 왔다.

일예로, 그 용접 전류를 측정하는 방법으로서는 환상(Toroidal) 코일을 이용하는 방법과 전류변환기(Current Transformer)를 이용하는 방법, 션트(Shunt)를 이용하는 방법이 알려져 있는 것으로, 그 방법에 대하여 설명한다.

첫째로, 환상코일을 이용하는 방법에 있어서는 용접 전류가 흐르는 전선 또는 전극봉 주위에 환상코일을 설치하면, 그 용접 전류의 변화에 다라 환상코일에 전압강하가 유도되고, 이때 유도되는 전압강하는 전류변화율에 비례하기 때문에 그 측정값을 시간에 대하여 적분하여 용접전류를 결정하게 된다(IEEE Trans. on Industry and General applications, Vol. IGA-6., No. 4, Jul/Aug., 1970, P. 394/405).

그런데, 상기의 방법은 교류전원 또는 정류기를 통과한 뒤에도 교류성분이 남아있는 직류전원의 경우에만 사용될 수 있으며, 측정데이타를 수학적으로 처리하여 용접 전류를 결정하여야 하기 때문에 그 장치가 비교적 복잡하고, 가격이 비싸게 되는 결함이 있었다.

둘째로, 전류변환기를 이용하는 방법에 있어서는 용접 전류가 흐르는 전선의 옆에 코일을 설치하여 두고, 상기와같이 용접 전류의 변화율에 비례하는 전압강하가 코일에 유도되고, 이때의 전압강하를 측정하여 용접전류를 결정하게 된다.(Welding Journal, Dec. 1985, P. 33/38).

그런데, 전류변환기를 이용하는 방법도 교류 용접에만 적용이 가능하며, 측정데이타를 수학적으로 처리하여 용접 전류를 결정하기 때문에 장치가 비교적 복잡하게 되고, 가격이 비싸게 되는 결함이 있었다.

셋째로, 션트를 이용하는 방법에 있어서는 일정한 저항값을 갖는 저항체를 용접 전류가 흐르는 전선에 연결하고, 이때 저항체 양 끝단의 전압강하를 측정하여 용접 전류를 결정하게 된다(Welding Journal, Jan. 1987. P. 18/23).

그런데, 이 션트를 이용하는 방법은 직류 및 교류 용접기의 용접 전류를 모두 측정할 수 있으나, 수 KA의 전류가 흐르는 션트에서 일정한 전기저항값을 유지하기 위해서는 션트의 단면적을 크게하고, 그 션트를 수냉시켜 그의 온도를 일정하게 유지시켜야 하므로 그 제작이 복잡하게 되며, 또, 전류선에 직접 직렬로 연결해야 하므로 현장 적용에 많은 어려움이 수반되는 결함이 있었다.

본 발명은 이와같은 결함을 감안하여, 용접 전류가 흐르는 전선이 자성체로 제작된 링의 내부를 통과하게 한 후 그 링에 작용하는 전자기력을 이용하여 용접전류를 측정함으로써, 장치의 제작이 비교적 간단하고, 용접기에 용이하게 설치되도록 할 뿐아니라 직류와 교류의 모든 전원에 이용될 수 있도록 한 저항 용접 전류측정장치를 창안한 것이다.

이와같은 본 발명은 기존의 대전류 측정장치들의 측정원리와는 전혀 다른 새로운 방법으로서, 전류통선시 전선주위에 발생되는 전기장에 의해 그 전선주위에 설치된 강사성체 링이 그 전선중심방향으로 당겨지는 힘이 작용되고, 이때 그 강자성체 링이 내부로 압축 변형되어 그의 원주방향 길이가 변형되고, 이에따라 그 강자성체 링의 표면에 원주방향으로 스트레인게이지를 고정부착하여, 상기 강자성체 링의 원주방향 변형도를 저항값 변화에 의한 전기적 신호로 검출한 후 그 검출신호를 역산하여 용접 전류를 측정할 수 있게 된다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 본 발명의 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치의 전체 구성도로서, 이에 도시한 바와같이 용접기전원(1)의 양 전극이 전극봉(2)을 통해 용접물(3)에 연결되어 폐회로를 형성하는 용접기에 있어서, 링형 자성체(4)의 외측 원주방향에 스트레인게이지(5)를 고정부착하고, 그 링형 자성체(4)를 상기 전극봉(2)이 그 링형 자성체(4)의 중앙에 위치하게 설치하여, 그 링형 자성체(4)의 원주방향 변형도를 스트레인게이지(5)에 의해 검출하고, 이 스트레인게이지(5)의 검출신호를 증폭기(6)에서 증폭한 후 표시 및 기록장치(7)에 나타내게 구성한 것으로, 표시 및 기록장치(7)에 나타낸 신호는 저항 용접시 용접물(3)을 관통하는 직류 또는 교류 전류의 크기 및 변화에 비례하게 된다.

제 2 도는 제 1 도의 링형 자성체(4)가 연속된 링형으로 구성된 예시도로서, 제 2a 도는 정면도를 나타낸 것이고, 제 2b 도는 측면도를 나타낸 것이다.

여기서, 스트레인게이지(5)의 위치가 변하여도 그 스트레인게이지(5)의 측정값이 일정하게 유지되도록 하기 위해서 원형단면을 갖는 전극봉(2)의 표면으로부터 링형 자성체(4)까지의 거리가 모든 위치에서 균일하게 그 링형 자성체(4)를 설치한다.

제 3 도는 제 1 도의 링형 자성체(4)가 소정간격(d)의 절단부를 갖는 C형으로 구성된 예시도로서, 제 3a 도는 정면도를 나타낸 것이고, 제 3b 도는 측면도를 나타낸 것이다.

여기서, 링형 자성체(4)의 양 끝단 소정간격(d)은 그 링형 자성체(4)에 발생되는 자장의 크기 및 그 결과 나타나는 전자기력의 크기와 밀접한 관계가 있다. 따라서, 주어진 용접 전류에 대해서 스트레인게이지(5)에서 감지되는 변형도를 크게하기 위해서는 상기 소정간격(d)을 가능한 작게 유지하여야 하고, 변형도와 용접 전류와의 일관된 상관관계를 얻기 위해서는 그 소정간격(d)을 일정하게 유지하여야 한다.

제 4 도는 제 1 도의 링형 자성체(4)를 외팔보를 갖게 구성한 예시도로서, 제 4a 도는 원형단면을 갖는 링형 자성체(4)의 중앙에 절결부(11)를 형성하여 전류의 흐름에 직각인 외팔보(12)를 구성한 예시도이고, 제 4b 도는 원형단면을 갖는 링형 자성체(4)의 한쪽면에 절결부(12)를 형성하여 전류의 흐름에 직각인 외팔보(12)를 구성한 예시도이며, 제 4c 도는 링형 자성체(4)의 소정부분을 넓게 형성하여 전류의 흐름에 평행인 외팔보(13)를 구성한 예시도이다.

그리고, 상기 외팔보(12),(13)에 스트레인게이즈(5)를 고정부착하여 그 외팔보(12),(13)의 변형을 스트레인게이지(5)에 의해 측정할 수 있게 구성한 것이다.

그리고, 상기 스트레인게이지(5)는 금속선 또는 박막을 연속하여 일정형태로 배열 연결해 놓은 것으로, 그 스트레인게이지(5)의 내부 금속선이 변형하여 그의 단면적이 변함에 따라 전기저항값이 변하게 되어있다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

전극봉(2)을 링형 자성체(4)의 중앙에 위치시키고, 전극봉(2)을 용접물(3)에 압착시키면 폐회로가 구성되어 용접기전원(1)이 그 전극봉(2) 및 용접물(3)을 통하여 흐르게 된다.

이때 전극봉(2) 및 용접물(3)을 통하여 흐르는 용접 전류 크기에 비례하는 전자기력이 발생되어 링형 자성체(4)의 내측원주방향에 압축응력으로 인가되며, 이에따라 그 링형 자성체(4)는 그 압축응력의 크기에 비례하게 전극봉(2)을 향한 내측으로 압축 변형되어 그 링형 자성체(4)의 직경이 변형전보다 줄어들게 되며, 이때 그 링형 자성체(4)의 표면에 고정부착된 스트레인게이지(5)도 그 링형 자성체(4)의 변형도에 따라 변형되어 그 스트레인게이지(5)의 길이도 줄어들므로 그 스트레인게이지(5)의 저항값이 변화된다.

즉, 이때 전극봉(2) 및 용접물(3)을 통하여 흐르는 용접 전류의 크기에 비례하게 스트레인게이지(5)의 저항값이 변화되므로 그에따른 신호가 그 스트레인게이지(5)에서 검출되어 출력되고, 이 검출신호는 증폭기(6)에서 증폭된 후 표시 및 기록장치(7)에 인가되어 표시 및 기록됨으로써 교류 또는 직류인 용접 전류의 크기 및 변화가 나타내어 진다.

마찬가지로, 링형 자성체(4)가 제 3 도에 도시된 바와같이 C형 자성체로 구성된 경우에는 용접물(3)에 전류가 흐르게 되면, 그 용접 전류의 크기에 비례하여 그 링형 자성체(4)의 끝단 소정간격(d)이 변형되어 줄어들고, 이 소정간격(d)의 변형에 따라 스트레인게이지(5)도 변형되므로 상기 용접 전류의 크기에 비례하는 신호가 그 스트레인게이지(5)에서 검출되어 출력되고, 그 검출신호는 증폭기(6)에서 증폭된 후 표시 및 기록장치(7)에 표시 및 기록되어진다.

또한, 링형 자성체(4)에 제 4 도에 도시한 바와같이 외팔보(12),(13)를 형성하여 그 외팔보(12),(13)에 스트레인게이지(5)를 고정부착하여 놓은 경우에도 상기와 동일하게 동작되어진다. 즉, 용접물(3)에 전류가 흐르게 되면, 그 용접 전류의 크기에 비례하여 그 링형 자성체(4)의 외팔보(12,13)가 전극봉(2)의 중심을 향하여 휨 변형되고, 이 외팔보(12,13)의 변형에 따라 스트레인게이지(5)도 변형되므로 상기 용접 전류의 크기에 비례하는 신호가 그 스트레인게이지(5)에서 검출되고, 그 검출신호는 증폭기(6)에서 증폭된 후 표시 및 기록장치(7)에 표시 및 기록되어진다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이, 본 발명의 용접 전류측정장치는 링형 자성체와 증폭기, 표시 및 기록장치만으로 구성되어지므로 그의 구조가 대단히 간단하고, 제작비용이 절감되어 초대전류, 대전류 측정장치를 염가로 제공할 수 있으며, 또 본 발명의 장치를 기존의 용접기에 설치하는 것도 매우 용이할 뿐아니라 직류와 교류의 모든 전원에 사용될 수 있는 효과가 있게된다.

Claims (4)

1. 용접기전원(1)이 전극봉(2) 및 용점물(3)을 통해 흐르게 한 저항 용접장치에 있어서, 상기 전극봉(2)을 중앙에 위치시켜, 그 전극봉(2)을 통하는 용접 전류에 의하여 발생되는 전자기력에 비례하여 변형되게 한 링형 자성체(4)와, 그 링형 자성체(4)의 표면에 고정부착시켜 그 링형 자성체(4)의 변형도를 검출하는 스트레인게이지(5)와, 그 스트레인게이지(5)의 검출신호를 증폭하는 증폭기(6)와, 그 증폭기(6)의 출력신호를 표시 및 기록하는 표시 및 기록장치(7)로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 링형 자성체(4)가 연속된 링형으로 구성된 것을 특징으로 하는 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 링형 자성체(4)가 소정간격(d)을 갖는 C형 자성체로 구성된 것을 특징으로 하는 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 링형 자성체(4)에 절결부(11)를 두어 외팔보(12)를 형성하고, 그 외팔보(12)에 상기 스트레인게이지(5)를 고정부착하여 구성된 것을 특징으로 하는 링의 변형을 이용한 저항 용접 전류측정장치.

Images