KR20020052869A - Shunt error free sheathed thermocouple - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 새로운 구조의 시스(sheath) 열전대에 관한 것으로서, 특히 열기전력을 이용하여 고온의 피측정체 온도를 계측하는 과정에서 생기는 션트에러를 방지하기 위한 고온측정용 열전대에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sheath thermocouple with a novel structure, and more particularly to a thermocouple for high temperature measurement for preventing shunt error caused in the process of measuring a high temperature target object temperature using thermoelectric power.
일반적으로 열기전력을 이용하여 온도를 측정하는 열전대 온도계는 서로 다른 이종금속의 열전대 소선의 한쪽 끝을 접합시켜 측온접점을 형성시키고, 그 측온접점을 측정할 부위에 위치시킨 다음, 다른쪽 끝을 기준온도로 하여 열기전력을 측정함으로써 측정부위의 온도를 알 수 있게 한 것이다. 이러한 열전대 온도계는 그 구조가 비교적 간단하고 0.5°K의 극저온에서부터 3000℃ 정도의 고온에 이르기까지 넓은 범위의 온도를 측정할 수 있으므로 여러 분야의 온도측정에 널리 사용되고 있다.In general, thermocouple thermometers that measure temperature using thermoelectric power form thermocouples by joining one end of thermocouple wires of different dissimilar metals, and then place the thermocouples in the area to be measured, and then reference the other end. By measuring the thermoelectric power with the temperature, it is possible to know the temperature of the measurement site. Such thermocouple thermometers are widely used for temperature measurement in various fields because they are relatively simple in structure and can measure a wide range of temperatures from a cryogenic temperature of 0.5 ° K to a high temperature of about 3000 ° C.
그런데, 종래의 열전대는 도 4와 같이 금속보호관(5) 내부에 무기절연재(4)와 측온접점(2)이 형성된 열전대 소선(3)으로 구성되어 있다. 열전대의 소선(3)이 금속보호관(5)으로 둘러싸이고, 무기절연재(4)는 열전대 소선(3)과 금속보호관(5) 사이를 절연시키며, 이 세가지 재료들을 압축과정을 통해 일체화시킨다. 이러한 열전대 온도계에 있어서 금속보호관(5)이 고온에 노출되어 무기절연재(4)에 잔존하는 수분의 활동이 활발해짐으로 인해 션트에러가 발생하거나 수분이 완전히 제거되었다 하여도 무기절연재(4)의 순도에 의해 열전대 소선(3)간의 간격에 따라 션트에러가 발생하는 정도가 달라진다. 대체로, 600℃ 대역부터 절연저항이 급격히 떨어지기 시작하여 잔존수분의 영향을 많이 받게 되는데, 1000℃ 이상에서는 잔존수분이 거의 없고 무기절연재의 순도가 아주 높아도 션트에러가 발생할 소지는 커진다. 이것은 금속보호관(5)이 주변환경에 의해 침식되어 손상됨으로써 온도측정이 부정확해지는 것이며, 결국에는 보호관(5)의 기능상실로 인해 열전대로서의 수명을 다하게 된다. 통상 시스 열전대에서는 고온에 노출된 열전대의 길이가 길어질수록, 그리고 금속보호관(5)의 굵기가 가늘수록 션트에러의 발생가능성이 높아진다. 그리고 열전대 선단에 위치하는 온도감지부(1)는 가공시 해당위치의 무기절연재(4)를 적당량 제거하고 측온접점(2)을 용접으로 형성시킨 후, 그 부위에 무기절연재 분말을 다시 충진하여 전용치구로서 다지기 작업을 하고, 금속보호관(5)을 용접하여 밀봉한다. 이렇게 형성된 선단부는 가공전의 무기절연재 충진밀도에 미치지 못하므로 내진동에 대한 측정정도가 떨어질 뿐만 아니라, 비교적 저온에서도 션트에러를 발생시키는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 가진 열전대가 현장에 사용되면 적용장소와 목적에 따라 차이가 있긴 하겠지만, 시간, 경비, 인력 등의 측면에서 많은 손실을 야기시킨다.By the way, the conventional thermocouple consists of the thermocouple element wire 3 in which the inorganic insulating material 4 and the temperature-temperature contact point 2 were formed in the metal protective tube 5 as shown in FIG. The element wire 3 of the thermocouple is surrounded by the metal protective tube 5, and the inorganic insulating material 4 insulates the thermocouple element 3 and the metal protective tube 5 and integrates these three materials through a compression process. In this thermocouple thermometer, the metal protective tube 5 is exposed to high temperature, and the activity of the moisture remaining in the inorganic insulating material 4 becomes active, so that the purity of the inorganic insulating material 4 is obtained even if a shunt error occurs or water is completely removed. The degree to which the shunt error occurs depends on the interval between the thermocouple element wires 3. In general, the insulation resistance starts to drop sharply from the 600 ° C band and is affected by the residual moisture. At 1000 ° C or higher, there is little residual moisture and even if the purity of the inorganic insulating material is very high, the chance of shunt error is increased. This is because the metal protective tube 5 is eroded and damaged by the surrounding environment, resulting in inaccurate temperature measurement, and eventually the life of the thermocouple due to the malfunction of the protective tube 5 ends. Usually, in sheath thermocouples, the longer the length of the thermocouple exposed to high temperature and the thinner the thickness of the metal protective tube 5, the higher the probability of occurrence of shunt error. The temperature sensing unit 1 located at the tip of the thermocouple removes an appropriate amount of the inorganic insulating material 4 at the time of processing and forms the temperature-contacting point 2 by welding, and then refills the inorganic insulating powder in the area. The jig is worked as a jig, and the metal protective tube 5 is welded and sealed. The tip portion formed as described above does not reach the filling density of the inorganic insulating material before processing, and thus the measurement accuracy of vibration resistance is not reduced, and there is a problem of generating a shunt error even at a relatively low temperature. If a thermocouple with such a problem is used on site, it may be different depending on the application location and purpose, but it causes a lot of loss in terms of time, expense, and manpower.
본 발명은 이러한 종래의 고온측정용 열전대가 가진 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 금속보호관의 표면에 단열재를 형성하여 단열기능을 갖게 하고 불꽃에 노출된 열전대가 추가된 자켓 금속관에 의해 금속보호관의 부식을 방지함으로써 고온에서의 션트에러 발생을 억제하며, 온도감지부의 외경을 적절히 압축감면함으로써 내부절연재의 충진밀도를 높여 측정의 정도를 유지함과 동시에 열전대의 사용수명을 연장하려는 것이다.The present invention is designed to improve the problems of the conventional thermocouple for high temperature measurement, by forming an insulating material on the surface of the metal protective tube to have a heat insulating function and corrosion of the metal protective tube by the jacketed metal tube added to the thermocouple exposed to the flame This prevents the occurrence of shunt error at high temperature, and compresses and reduces the outer diameter of the temperature sensing unit appropriately to increase the packing density of the internal insulating material to maintain the accuracy of the measurement and to extend the service life of the thermocouple.
도 1은 본 발명에 의한 열전대의 단면절개도이고,1 is a cross-sectional cutaway view of a thermocouple according to the present invention,
도 2는 본 발명에 의한 열전대의 적용예를 나타내고 있으며,2 shows an application example of a thermocouple according to the present invention,
도 3은 본 발명에 의한 열전대와 기존 열전대의 측정결과 비교예이고,3 is a comparative example of the measurement results of the thermocouple and the conventional thermocouple according to the present invention,
도 4는 기존 열전대의 단면절개도를 나타낸 것이다.4 is a cross-sectional view of a conventional thermocouple.
* 도면 중 주요부분의 부호의 설명 *Explanation of symbols of main parts in drawings
1 : 온도 감지부, 2 : 측온접점,1: temperature sensing unit, 2: RTD,
3 : 열전대 소선, 4 : 무기절연재,3: thermocouple element wire, 4: inorganic insulating material,
5 : 금속보호관, 6 : 내열단열재,5: metal protective tube, 6: heat insulating material,
7 : 자켓 금속보호관7: jacket metal protective tube
본 발명은 열기전력을 이용하여 고온의 피측정체 온도를 계측하는 과정에서 생기는 션트에러의 발생을 방지하기 위한 새로운 구조의 시스(sheath) 열전대에 관한 것이다.The present invention relates to a sheath thermocouple of a novel structure for preventing the occurrence of shunt error caused in the process of measuring the temperature of the subject under high temperature using the thermoelectric power.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 개발된 것으로서, 내부에 측온접점이 형성된 온도감지부와, 상기의 측온접점에서 연결된 2개의 열전대소선과, 그 열전대소선 사이에 충진된 무기절연재와, 이들을 감싸고 보호하는 외부의 금속보호관으로 구성되어 외부의 온도를 감지하는 고온측정용 열전대에 있어서, 상기의 온도감지부는 압착가공하여 그 내부의 무기절연재의 충진밀도를 향상시키고, 상기 금속보호관은 그 위에 내열단열재를 피복하고, 다시 그 위에 자켓 금속보호관(7)을 재피복하여 조립하는 것을 특징으로 하는 고온측정용 열전대를 제공한다.The present invention was developed in order to achieve the above object, the temperature sensing unit formed inside the temperature sensing contact, the two thermocouple wires connected at the above-mentioned temperature contact point, and the inorganic insulating material filled between the thermocouple wires, and wrap them In the thermocouple for high temperature measurement to be configured to the outside of the metal protective tube to protect the outside temperature, the temperature sensing unit is crimped to improve the filling density of the inorganic insulating material therein, the metal protective tube is a heat-resistant insulating material thereon It provides a thermocouple for measuring the high temperature, characterized in that the cover, and to cover again to assemble the jacket metal protective tube (7).
본 발명은 온도감지부의 무기절연재가 고밀도로 충진되어지고 금속보호관이 내열단열재에 의하여 보호되어지고 단열되어지며 또한 외부 자켓 금속보호관이 다시 보호하고 있으므로 션트에러의 발생이 적어지고 수명이 연장되는 효과가 있다.In the present invention, since the inorganic insulating material of the temperature sensing unit is filled with high density, the metal protective tube is protected and insulated by the heat insulating material, and the outer jacket metal protective tube is protected again, thereby reducing the occurrence of shunt errors and extending the life. have.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are only described to more easily disclose the contents of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 고온열전대의 주요부 구성을 설명하기 위하여 제시된 개략적인 단면절개도이다.1 is a schematic cross-sectional view shown to explain the configuration of the main portion of the high temperature thermocouple according to the present invention.
본 발명에 있어서, 열전대의 온도감지부(1)는 그 선단부(1')의 외주면을 압착하여 가공한다. 이 경우, 본 발명의 온도감지부(1)는 그 내부에 충진되어 있는 무기절연재(4)가 압착된 만큼 충진밀도가 향상된다. 이로 인하여, 본 발명은 고밀도로 충진된 무기절연재(4)가 측온접점(2)과 선단부(1')의 금속보호관(4) 사이에서 션트에러의 발생 가능성을 대폭 감소시킴과 동시에, 내진동 특성을 향상시키는 효과를 발휘하여, 온도측정의 정확도를 높일 수 있게 한다.In the present invention, the thermocouple temperature sensing unit 1 compresses and processes the outer peripheral surface of the tip portion 1 '. In this case, the filling density of the temperature sensing unit 1 of the present invention is improved as the inorganic insulating material 4 filled therein is compressed. For this reason, the present invention significantly reduces the possibility of shunt error between the high temperature-filled inorganic insulating material 4 and the metal protective tube 4 of the RTD 1 'and the tip portion 1', and at the same time, vibration resistance characteristics. It is effective to improve the accuracy of the temperature measurement.
본 발명에 있어서, 열전대의 금속보호관(5)은 그 위에 내열단열재(6)를 피복하고, 다시 그 위에 자켓 금속보호관(7)을 재피복하여 조립상태를 견고하게 한다. 이때, 상기의 내열단열재(6)는 외부의 고온환경으로부터 열전대 내부로의 열전달을 방지하거나 지연시킴으로써 션트에러의 발생을 억제하는 기능을 수행하는 것이며, 이와 동시에 금속보호관(5)의 침식에 의한 손상을 방지함으로써 열전대의 장기간 사용을 가능케 하여 제품의 수명연장을 도모할 수 있다. 또한, 상기의 자켓 금속보호관(7)은 고온환경으로부터 그 내부의 요소들을 보호함과 동시에, 노이즈 차폐기능도 갖고 있으므로 온도측정의 안정성을 높이는 역할을 한다. 또한, 상기의 자켓 금속보호관(7)은 열전대의 감지부위가 삽입되는 길이만큼 커터를 이용하여 조정하면서 사용할 수 있다.In the present invention, the metal protective tube 5 of the thermocouple coats the heat-resistant insulating material 6 thereon, and again coats the jacketed metal protective tube 7 thereon to secure the assembled state. At this time, the heat-resistant insulating material 6 is to prevent or delay the heat transfer from the external high temperature environment to the inside of the thermocouple to suppress the occurrence of shunt error, and at the same time damage due to erosion of the metal protective tube (5) This prevents the use of thermocouples for a long time, and extends the life of the product. In addition, the jacket metal protective tube (7) protects the elements therein from a high temperature environment, and also has a noise shielding function, thereby increasing the stability of the temperature measurement. In addition, the jacketed metal protective tube 7 can be used while adjusting by using a cutter to the length that the sensing portion of the thermocouple is inserted.
도 2는 본 발명에 의한 열전대의 사용예들을 개략적으로 보여주고 있다. 이때, 도 2a는 철강제조공정에서 사용되는 경우를 나타낸 것으로서, 보다 구체적으로는 열간압연의 주소재인 슬라브의 가열로 내에서 승온과정을 측정하기 위해 사용된 것이다. 한편, 도 2b는 정유공장의 원유가열공정에서 사용되는 경우를 나타낸 것으로서, 보다 구체적으로는 정유공장의 핵심공정인 원유가열공정에서 원유를 데우는 히트 파이프에 본 발명에 의한 열전대를 용접하여 사용하는 경우를 나타내고 있다. 상기의 도 2에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 열전대는 모두 고온환경에서 사용되고 있으며, 이들 온도는 생산제품의 성능 내지 품질에 직접적으로 영향을 미치고 있으므로, 이들 온도의 콘트롤은 생산공정에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나가 되고 있으며, 이를 위해서는 정확하고 정밀한 온도측정이 필수적인 전제조건이 되는 것이다. 이러한 이유 때문에, 측정온도의 편차로 인해 열전대의 온도계측의 정밀도가 저하되면 올바른 제품을 생산할 수 없게 되는 것이다. 또한, 열전대를 원하는 기간 이상을 사용하지 못하면, 온도제어가 생산공정의 필수적인 요소이므로 당연히 노후된 열전대를 자주 교체하여야 하고, 그 과정에서 관련설비를 운전정지하여야 하는 등 잦은 설비교체로 인해 생산성이 떨어지게 되며, 그로 인하여 제조원가가 상승되는 부담을 안게 된다. 이처럼 온도측정값의 정확성과 신뢰성이 중요한 것은 도 2a와 같은 방식으로 측정된 결과가 제품의 품질뿐만 아니라 제조원가에도 미치므로, 이러한 제반 요인을 고려할 때, 온도측정값이 가열로의 연소제어 패턴을 결정하는데 중요한 기초자료로 사용되기 때문이다.2 schematically shows examples of the use of a thermocouple according to the present invention. At this time, Figure 2a shows the case used in the steel manufacturing process, and more specifically used to measure the temperature rising process in the heating furnace of the slab which is the hot-rolled address material. On the other hand, Figure 2b shows the case used in the crude oil heating process of the refinery, more specifically in the case of using the thermocouple according to the invention welded to the heat pipe for heating the crude oil in the crude oil heating process, the core process of the refinery. Indicates. As can be seen clearly in FIG. 2, the thermocouples are all used in a high temperature environment, and since these temperatures directly affect the performance or quality of the product, control of these temperatures is the most important factor in the production process. In order to do this, accurate and accurate temperature measurement becomes an essential prerequisite. For this reason, if the accuracy of the thermometer side of the thermocouple is deteriorated due to the deviation of the measurement temperature, the correct product cannot be produced. In addition, if the thermocouple cannot be used for more than the desired period, the temperature control is an essential element of the production process, so of course, the old thermocouple must be replaced frequently, and the related equipment must be shut down in the process. As a result, manufacturing costs are increased. As such, the accuracy and reliability of the temperature measurement value are important, as the result measured in the manner as shown in FIG. 2A affects not only the quality of the product but also the manufacturing cost. Therefore, in consideration of these factors, the temperature measurement value determines the combustion control pattern of the furnace. This is because it is used as an important basic data.
도 3은 종래의 열전대와 본 발명에 의한 열전대를 동일한 철강제조공정의 동일한 가열로내에 설치하여 측정한 결과를 나타내고 있다. 다만, 양 제품을 동일한 가열로 내에 설치하되, 서로 다른 위치에 설치하여 측정한 결과를 나타난 것이며, 이는 철강제조공정의 특성상 본 발명의 성능실험을 위하여 가열로를 다시 점화하여 반복실험할 수는 없었으므로, 서로 다른 위치에 설치한 것이었다. 상기의 실험결과에 의하면, 기존 열전대의 경우 1000℃가 넘는 고온 영역에서 측정치가 불안정스럽게 큰 편차를 보이는데 비해, 본 발명에 의한 열전대는 안정된 모습을 보여주고 있다. (한편, 본 발명에 의한 열전대는 실험초기의 저온영역에서 다소 편차를 보이고 있는 것으로 나타났으나, 이는 가열로 내의 위치가 서로 다르므로, 이를 일률적으로 단정할 수는 없다.)Fig. 3 shows the results obtained by measuring the conventional thermocouple and the thermocouple according to the present invention in the same heating furnace in the same steel manufacturing process. However, the two products were installed in the same heating furnace, but the results were measured by installing them at different positions, which was not repeated by igniting the heating furnace again for the performance test of the present invention due to the characteristics of the steel manufacturing process. Therefore, they were installed in different positions. According to the above test results, the thermocouple according to the present invention shows a stable state, while the measured thermocouple shows an unstable large deviation in the high temperature region over 1000 ° C. in the conventional thermocouple. (On the other hand, the thermocouple according to the present invention was shown to show a slight deviation in the low temperature region of the initial experiment, but since the position in the furnace is different from each other, it cannot be uniformly determined.)
본 발명에 의한 열전대는 시스 열전대의 금속보호관에 내열단열재를 도포한 다음 그 위에 자켓 금속보호관을 덧씌운 구조를 가지므로, 화염이나 불꽃과 같은 고온분위기에 노출된 열전대가 내열단열재에 의해 내부로의 열유입을 방지하거나 지연시키는 효과를 발휘함으로써 션트에러의 발생을 방지할 수 있다.Since the thermocouple according to the present invention has a structure in which a heat-resistant insulating material is coated on a metal protective tube of the sheath thermocouple and then overlaid with a jacketed metal protective tube thereon, a thermocouple exposed to a high temperature atmosphere such as a flame or a flame is introduced into the inside by the heat-resistant insulating material. By exhibiting the effect of preventing or delaying heat inflow, it is possible to prevent the occurrence of shunt errors.
또한, 본 발명에 의한 열전대는 최외층에 위치한 자켓 금속보호관이 그 내부의 금속보호관을 외부환경에 의한 부식ㆍ손상으로부터 보호함으로써 열전대 자체의 수명을 연장시키고, 노이즈 차폐기능을 강화시켜 측정온도의 정확성을 크게 높일 수 있다.In addition, the thermocouple according to the present invention has a jacketed metal protective tube located on the outermost layer to protect the inner metal protective tube from corrosion and damage caused by an external environment, thereby extending the life of the thermocouple itself and enhancing the noise shielding function, thereby improving the accuracy of the measurement temperature. Can greatly increase.
또한, 본 발명은 온도감지부인 금속보호관의 선단부를 압착함으로써 무기절연재의 충진밀도와 열전대 소선의 내진동 성능을 향상시켜 션트에러의 발생소지를 억제시킬 수 있게 된다.In addition, the present invention by pressing the front end of the metal protective tube as the temperature sensing unit can improve the packing density of the inorganic insulating material and the vibration resistance of the thermocouple element wire to suppress the occurrence of shunt error.
이상에서 본 발명에 의한 고온측정용 열전대를 첨부된 도면을 들어 상세히설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.The thermocouple for high temperature measurement according to the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but this is only for describing the most preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, anyone of ordinary skill in the art will be able to make various modifications and imitations by the description of the specification of the present invention, but it will be apparent that this is also outside the scope of the present invention.
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