KR101539315B1 - 센서고정부재 및 이를 이용한 프로브 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 프로브 유닛은, 전후방향을 따라 관통된 삽입홀을 가지는 센서고정부재; 상기 삽입홀에 관통 삽입되어 일단이 상기 센서고정부재의 전면으로부터 돌출된 센서부재; 및 개방된 전방측을 통해 상기 센서고정부재가 삽입 장착되어, 상기 센서부재의 상기 일단이 외부로 노출되는 지관을 포함하되, 상기 센서고정부재는, 몸체와 상기 몸체의 전면으로부터 돌출형성되어 상기 몸체보다 작은 단면적을 가지는 돌출부재를 포함하며, 상기 삽입홀은, 상기 몸체 및 상기 돌출부재를 전후방향으로 관통하며, 후방을 향해 단면적이 감소한다.

Description

센서고정부재 및 이를 이용한 프로브 유닛{Sensor sounting structure and probe unit including the sensor mounting structure}
본 발명은 센서고정부재 및 이를 이용한 프로브 유닛에 관한 것이며, 상세하게는 용융금속에 침지되는 센서부재를 프로브 유닛에 효과적으로 고정하는 센서고정부재 및 이를 이용한 프로브 유닛에 관한 것이다.
철 또는 비철금속의 생산 공정에서 용융금속의 온도 및 성분은 제품의 품질을 좌우하는 요소이다. 따라서 주기적으로 용융금속의 온도 및 성분 등의 용융금속상태정보를 측정할 필요성이 있다.
프로브 유닛은 고온의 용융금속에 수초간 침지되어 용융금속을 측온 및 측산하며, 일단에 형성된 샘플실에서 분석용 시료를 채취하는 1회용 측정도구이다.
센서부재는 센서고정부재에 의해 지관의 선단에 고정된다. 지관의 측면에는 용융금속이 유입되는 탕구가 형성되어, 탕구로 유입된 용융금속은 탕도를 거쳐 샘플실로 유입된다.
샘플실에 응고된 시편을 인출하기 위해서는, 외력을 가하여 지관을 꺽어 시편을 지관 외부로 인출해야 한다. 소형 프로브는 그 길이가 짧아서 작업자가 지관에 외력을 가하여 꺽는 것이 용이하지 않다.
센서고정부재의 일단에는 보호캡을 밀착시켜 내화재로 지관과 센서고정부재를 고착시킨다. 보호캡은 고온의 용융금속에서는 용융되는 소재이므로, 보호캡이 밀착되었던 부분에는 틈새가 형성된다. 형성된 틈새를 통해 용융금속이 지관 내부로 유입되는 경우가 있으며, 그에 따라 보상도선 및 센서가 파손되는 문제가 발생한다.
한국등록특허공보 10-0599884 (2006.07.12)
본 발명의 목적은 프로브 유닛으로부터 용이하게 샘플을 인출할 수 있는 센서고정부재 및 이를 이용한 프로브 유닛을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 프로브 유닛은, 전후방향을 따라 관통된 삽입홀을 가지는 센서고정부재; 상기 삽입홀에 관통 삽입되어 일단이 상기 센서고정부재의 전면으로부터 돌출된 센서부재; 및 개방된 전방측을 통해 상기 센서고정부재가 삽입 장착되어, 상기 센서부재의 상기 일단이 외부로 노출되는 지관을 포함하되, 상기 센서고정부재는, 몸체와 상기 몸체의 전면으로부터 돌출형성되어 상기 몸체보다 작은 단면적을 가지는 돌출부재를 포함하며, 상기 삽입홀은, 상기 몸체 및 상기 돌출부재를 전후방향으로 관통하며, 후방을 향해 단면적이 감소한다.
상기 센서고정부재는, 상기 몸체의 외측면을 감싸는 보강부재를 더 포함할 수 있다.
상기 몸체는, 상기 몸체의 후면으로부터 함몰되되, 상기 몸체의 내측면으로부터 상기 몸체의 외측면으로 연장되는 보상도선 삽입홈이 형성되고, 상기 프로브 유닛은, 상기 센서부재에 일단이 연결되어 상기 보상도선 삽입홈에 거치되는 보상도선을 더 포함할 수 있다.
상기 프로브 유닛은, 상기 지관의 일측면에 형성된 탕구; 상기 지관의 내부에서 상기 탕구와 상기 센서고정부재의 사이에 위치하되, 일단에 형성된 유입구와 연통되는 내부공간을 가지는 샘플실; 및 상기 탕구와 상기 유입구를 연통하는 탕도를 더 포함할 수 있다
상기 프로브 유닛은, 상기 돌출부재의 전면과 대향하는 대향면으로부터 함몰형성되어, 상기 센서부재의 상기 일단을 수용하는 보호캡; 및 상기 지관 외부로 노출된 상기 센서고정부재의 일부, 상기 보호캡의 상기 대향면측 일단의 외측면 일부 및 상기 지관의 전단부를 외부로부터 감싸며 고착하는 내화재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 센서고정부재는, 몸체와 상기 몸체의 전면으로부터 돌출형성되어 상기 몸체보다 작은 단면적을 가지는 돌출부재를 포함하며, 상기 몸체 및 상기 돌출부재를 전후방향으로 관통하며, 후방을 향해 단면적이 감소하는 삽입홀이 형성된다.
상기 몸체는, 상기 몸체의 후면으로부터 함몰되되, 상기 몸체의 내측면으로부터 상기 몸체의 외측면으로 연장되는 보상도선 삽입홈이 형성될 수 있다.
상기 센서고정부재는, 상기 몸체의 외측면을 감싸는 보강부재를 더 포함할 수 있다.
상기 센서고정부재는, 주물사를 가열하여 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센서고정부재 및 이를 이용한 프로브 유닛의 효과를 설명하면 다음과 같다.
지관 외부로 돌출된 돌출부재의 외측면 일부 및 보호캡 일부를 내화재로 밀봉하므로, 내화재로 밀봉되는 면적이 넓어진다. 따라서 용융금속이 지관 내부로 침투하는 현상을 방지한다.
센서고정부재의 삽입홀 단면적이 센서부재가 돌출되는 방향으로 넓어지므로, 용융금속 침지시 열변형에 따른 센서부재가 손상 및 이탈을 방지한다.
돌출부재의 구조적 특징에 의해 내화재 도포면적이 넓어지므로, 프로브 유닛 제작시 작업자가 용이하게 내화재를 도포할 수 있다.
센서고정부재의 일단의 보상도선 안착홈에 보상도선을 거치하므로, 보상도선의 결손을 방지하고 프로브 유닛 제작의 안정성을 도모한다.
센서고정부재 몸체의 외주면에 보강부재가 감싸져 있으므로, 지관에 센서고정부재 고정작업시 센서고정부재가 파손되는 위험을 방지한다.
센서고정부재를 취성 파괴가 용이한 소재로 제작하므로, 작업자가 프로브 유닛 선단에 충격을 가하여 분석용 시료를 용이하게 인출한다.
도 1의 (a)는 종래의 센서고정부재를 이용한 프로브 유닛을 개략적으로 나타낸 단면도, (b)는 종래의 센서고정부재를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 프로브 유닛의 지관을 꺽어 시료를 인출한 것을 개략적으로 나타낸 사진이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재를 개략적으로 나타낸 좌, 우측 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재가 장착된 프로브 유닛을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재가 장착된 프로브 유닛에 보상도선이 거치된 것을 개략적으로 나타낸 부분 절개도이다.
본 발명은 센서고정부재 및 이를 이용한 프로브 유닛에 관한 것으로, 이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
일반적으로 프로브 유닛은 철 및 비철금속 등의 생산 공정에서 고온의 용융금속에 침지되어 용융금속의 온도측정, 산소측정 및 성분 분석용 시료를 채취하는 1회용 측정도구이다.
고로 등의 용융금속 제조설비에서 용융금속의 온도 및 성분 관리는 용융금속의 품질에 큰 영향을 미치는 요소이므로, 주기적인 용융금속의 온도측정, 산소측정 및 성분 분석용 시료 채취가 요구된다.
용융금속의 온도 측정과 시료 채취 방법에는 크게 두 가지 방법이 있다. 첫 번째는 작업자가 수작업으로 온도 프로브를 사용하여 온도를 측정하고, 이와는 별도로 국자 모양의 스쿠프를 이용해서 채취한 시료를 몰드를 이용하여 응고시켜서 시료를 채취하는 것이다. 두번째는 자동 측정장치를 이용하여, 온도와 시료를 동시에 측정할 수 있는 프로브 유닛을 사용하는 것이다.
자동 측정장치에 이용되는 프로브 유닛은 그 부피가 크고 길이가 길어서 작업자가 수작업으로 프로브 유닛을 조작하는데 어려움이 있다. 따라서 작업부하 감소 및 안전 사고 방지를 위한 소형화된 프로브 유닛이 요구된다.
도 1의 (a)는 종래의 센서고정부재를 이용한 프로브 유닛을 개략적으로 나타낸 단면도이며, (b)는 종래의 센서고정부재를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2는 종래의 프로브 유닛의 지관을 꺽어 시료를 인출한 것을 개략적으로 나타낸 사진이다.
종래의 센서고정부재(10)는 링 형상으로서 지관(9)의 선단에 장착되어 센서부재(1)를 지관(9)에 고정하는 역할을 수행한다. 프로브 유닛의 지관(9)은 홑겹 또는 수겹의 관으로 형성될 수 있다. 지관(9)의 일측면에는 탕구(3)가 형성되어 있다. 탕구(3)는 지관(9) 내부의 탕도(8)와 연결되며, 탕도(8)는 샘플실(2)과 연통되어 있다. 프로브 유닛이 용융금속에 침지되는 경우, 탕구(3)를 통해 유입된 용융금속은 탕도(8)를 통해 샘플실(2)에 안착된다. 일반적으로 탕도(8)는 용융금속의 이동통로 역할 및 압탕의 역할을 수행한다. 샘플실(2)에 안착된 용융금속은 응고되어 성분 분석을 위한 시료로 이용된다.
지관(9)은 커넥터(4)를 통해 홀더(5)와 전기적 및 물리적으로 연결되며, 홀더(5)는 자동 또는 수동 랜스와 연결된다.
종래 프로브 유닛의 경우, 샘플실(2)에서 응고된 시료를 인출하기 위해서는 탕구(3) 부위에 외력을 가하여 지관(9)을 꺽어 샘플실(2)을 지관(9) 외부로 인출해야 한다. 소형화된 프로브 유닛의 경우 프로브 유닛의 길이가 짧아지므로, 작업자가 탕구(3) 주위의 지관(9)을 꺽어 시료를 프로브 유닛 외부로 용이하게 인출하는데 어려움이 있다.
센서고정부재(10)에 보호캡(6)을 밀착시킨후 내화재(7)로 지관(9)의 선단을 고정한다. 보호캡(6)은 고온에서 녹는 소재이므로, 용융금속에 프로브 유닛 침지시 센서고정부재(10)에 보호캡(6)이 밀착되었던 부분에 틈이 형성되어 직접 용융금속에 접하게 된다. 따라서 보호캡(6)이 밀착되었던 부분을 통해 고온의 용융금속이 지관(9) 내부로 유입되는 경우가 발생하고, 지관(9) 내부로 유입된 고온의 용융금속에 의해 센서부재(1) 및 보상도선(50)이 손상되는 경우가 있다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재를 개략적으로 나타낸 좌, 우측 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 센서고정부재(20)는 몸체(22)와 몸체(22)의 일단으로부터 돌출되는 돌출부재(24)를 포함한다. 센서고정부재(20)에는 몸체(22) 및 돌출부재(24)를 전후방향으로 관통하며, 후방을 향해 단면적이 감소하는 삽입홀(32)이 형성되어있다.
센서고정부재(20)의 후방을 향해 삽입홀(32)의 단면적이 감소하므로, 고온의 용융금속 내에서 센서고정부재(20)의 변형에 따른 센서부재(1)의 파손 및 이탈을 방지한다. 또한 센서고정부재(22)의 변형에 따른 센서부재(1)의 이탈을 방지하여 지관(9) 내부로 고온의 용융금속이 유입되는 것을 방지한다.
돌출부재(24)의 외측면은 몸체(22)의 외측면으로부터 삽입홀(32)을 향해 계단형으로 함몰 형성되므로, 몸체(22)에는 계단턱이 형성된다. 도 3 내지 도 4에는 1단의 계단턱이 형성된 센서고정부재(20)를 도시하였으나, 경우에 따라 2단 이상의 계단턱이 형성될 수 있다.
몸체(22)로부터 돌출부재(24)가 돌출된 구조적 특징에 의해, 보호캡(6)은 센서고정부재(20)에 직접적으로 맞닿지 않게 된다. 따라서 보호캡(6)이 용융금속 내에서 녹는 경우, 센서고정부재(20)가 용융금속에 직접 접하는 것이 방지된다. 따라서 용융금속이 지관(9) 내부로 유입되어 센서부재(1) 및 보상도선(50)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
센서고정부재(20)의 몸체(22) 후면에는, 몸체(22) 후면의 표면으로부터 함몰되는 보상도선 삽입홈(36)이 형성된다. 보상도선 삽입홈(36)은 몸체(22)의 내측면으로부터 외측면으로 연장되어 형성되며, 센서부재(1)에 일단이 연결된 보상도선(50)이 보상도선 삽입홈(36)에 거치된다.
도 2 내지 도 3은 보상도선 삽입홈(36)이 양 방향으로 형성되는 경우를 도시하였으나, 이에 반드시 국한되는 것은 아니다. 프로브 유닛에 사용되는 센서부재(1)의 종류 및 개수에 따라 프로브 유닛에 필요한 보상도선의 종류 및 개수가 결정되며, 이에 따라 삽입홈(36)이 센서고정부재(20)에 적절히 배치될 수 있다.
용융금속에 침지되는 지관(9)의 선단을 통해 시료를 용이하게 인출하기 위해, 센서고정부재(20)는 취성 파괴가 용이하도록 제작한다. 취성 파괴가 용이하게 하기위해, 센서고정부재(20)는 주물사를 가열하여 제조할 수 있으며, 반드시 이에 국한될 것은 아니다.
프로브 유닛으로부터 시료 인출시, 작업자는 지관(9)의 선단에 충격을 가하여 센서고정부재(20)가 파괴되도록 한다. 센서고정부재(20)의 파괴에 따라 샘플실(2)을 지관(9)의 선단을 통해 인출하므로, 종래 지관(9)을 꺽어 시료를 인출하는 것에 비하여 작업자가 용이하게 시료를 인출할 수 있다.
센서고정부재(20)는 취성 파괴가 용이한 소재로 제작되었으므로, 지관에 센서고정부재(20)를 삽입하여 고정하는 작업시 센서고정부재(20)의 파손이 우려된다. 또한 고정핀(도시하지 않음)을 이용하여 지관(9) 외부에서 지관(9)을 관통하여 센서고정부재(20)를 고정할 수 있으며, 이 경우 충격에 의해 센서고정부재(20)가 파손될 수 있다. 따라서 몸체(22)의 외주면을 보강부재(40)로 감싸 센서고정부재(20)에 전달되는 충격을 완화하도록 한다. 보강부재(40)는 예를 들어 셀로판 테이프와 같이 충격 흡수성이 좋은 소재가 사용될 수 있으나, 반드시 셀로판 테이프에 국한될 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재가 장착된 프로브 유닛을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
지관(9)의 개방된 전방측을 통해 센서고정부재(20)가 삽입되어 장착되며, 삽입홀(32)에 삽입된 센서부재(1)의 일단이 지관(9)의 외부로 노출된다. 지관(9) 내부에는 샘플실(20)이 위치한다. 지관(9)의 일측면에는 탕구(8)가 형성되어 탕도(3)를 통해 샘플실(20)로 연통된다. 탕구(8)를 통해 유입된 용융금속은 탕도(3)를 통해 샘플실(20)로 유입되며, 샘플실(20) 내부에서 응고되어 성분분석을 위한 시편이 된다.
프로브 유닛은 돌출부재(24)의 전면과 대향하는 대향면으로부터 함몰 형성되어, 내부에 돌출된 센서부재(1)의 일단을 수용하는 보호캡(6)을 포함한다. 보호캡(6)은 돌출부재(24)를 포함하는 센서고정부재(20)의 구조적 특징에 의해, 직접적으로 센서고정부재(20)에 맞닿지는 않는다. 지관(9) 외부로 노출된 센서고정부재(20)의 일부, 보호캡(6)의 센서고정부재(20)측의 외측면 일부 및 지관(9)의 전단부를 내화재(7)를 도포하여 고착한다.
돌출부재(24)를 포함하는 센서고정부재(20)의 구조적 특징에 의해, 종래 프로브 유닛에 비해 내화재(7)가 센서고정부재(20)에 접하는 면적이 증가한다. 또한 보호캡(6)이 용융금속에서 녹는 경우라도, 센서고정부재(20)가 직접적으로 용융금속에 맞닿지 않는 구조적 특징에 의해 지관(9) 내부로 용융금속이 유입되는 것을 방지한다.
종래에는 지관(9)의 선단 내부에 센서고정부재(10) 및 보호캡(6)을 거치한 후 내화재(7)를 도포하였는바, 작업자가 정확한 위치에 내화재(7)를 도포하는 데 어려움이 있었다. 하지만 본 발명의 일 실시예에 의한 프로브 유닛의 제작의 경우, 돌출부재(24)가 지관(9) 외부로 돌출되는 구조적 특징에 의해 작업자가 보다 용이하게 내화재(7)를 도포할 수 있다.
내화재(7)로는 시멘트가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 국한될 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 센서고정부재가 장착된 프로브 유닛에 보상도선이 거치된 것을 개략적으로 나타낸 부분 절개도이다.
센서부재(1)에 일단이 연결된 보상도선(50)은 센서고정부재(20)의 보상도선 삽입홈(36)을 통해 지관(9) 내벽측으로 안내된다. 종래에는 센서고정부재(20)와 샘플실(2) 사이에 보상도선(20)이 맞닿게 거치되었다. 따라서 보상도선(50) 손상에 따른 보상도선(20) 단선 우려가 있었다.
센서고정부재(20)에 보상도선 삽입홈(36)이 형성되어, 보상도선 삽입홈(36)에 보상도선(50)을 거치하므로 보상도선(50)의 단선을 방지할 수 있다. 또한 프로브 유닛 제작시 보상도선 삽입홈(36)에 보상도선(50)을 거치하여 프로브 유닛 제작의 안성성이 도모된다.
또한 보강부재(40)가 센서고정부재(20)의 외측면을 감싸므로, 프로브 유닛 제작시 센서고정부재(20)가 파손되는 위험이 감소한다.
도3 내지 6에서 지관(9)을 원통형으로 도시하였으나, 지관(9)의 형상은 원통형에 한정되지 않으며 모든 관 형상을 모두 포함할 수 있다. 또한 지관(9)은 홑겹 또는 수겹으로 이루질 수 있다. 센서고정부재(20) 역시 지관(9)의 내측면에 대응하는 링 형상으로 도시하였으나, 반드시 링 형상에 한정될 것은 아니며, 지관(9)의 내측면 형상과 대응할 수 있는 모든 형상을 포함한다.
본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
1: 센서부재 2: 샘플실
3: 탕구 4: 커넥터
5: 홀더 6: 보호캡
7: 내화재 8: 탕도
9: 지관 10: 종래 센서고정부재
20: 센서고정부재 22: 몸체
24: 돌출부재 32: 삽입홀
36: 보상도선 삽입홈 40: 보강부재
50: 보상도선

Claims (9)

  1. 전후방향을 따라 관통된 삽입홀을 가지며, 몸체와 상기 몸체의 전면으로부터 돌출형성되어 상기 몸체보다 작은 단면적을 가지는 돌출부재를 포함하는 센서고정부재;
    상기 삽입홀에 관통 삽입되어 일단이 상기 센서고정부재의 전면으로부터 돌출된 센서부재;
    개방된 전방측을 통해 상기 센서고정부재가 삽입 장착되어, 상기 센서부재의 상기 일단이 외부로 노출되는 지관;
    상기 센서부재에 일단이 연결되는 보상도선;
    상기 돌출부재의 전면과 대향하는 대향면으로부터 함몰형성되어, 상기 센서부재의 상기 일단을 수용하는 보호캡; 및
    상기 지관의 외부로 인출된 상기 돌출부재, 상기 보호캡의 상기 대향면측의 외측면 일부 및 상기 지관의 전단부를 외부로부터 감싸며 고착하는 내화재를 포함하되,
    상기 몸체는 후면으로부터 함몰된 보상도선 삽입홈을 가지며,
    상기 보상도선 삽입홈은 상기 몸체의 내측면으로부터 상기 몸체의 외측면으로 연장되어 상기 보상도선이 거치되는, 프로브 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서고정부재는,
    상기 몸체의 외측면을 감싸는 보강부재를 더 포함하는, 프로브 유닛.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 프로브 유닛은,
    상기 지관의 일측면에 형성된 탕구;
    상기 지관의 내부에서 상기 탕구와 상기 센서고정부재의 사이에 위치하되, 일단에 형성된 유입구와 연통되는 내부공간을 가지는 샘플실; 및
    상기 탕구와 상기 유입구를 연통하는 탕도를 더 포함하는, 프로브 유닛.
  5. 전후방향을 따라 관통된 삽입홀을 가지며, 몸체와 상기 몸체의 전면으로부터 돌출형성되어 상기 몸체보다 작은 단면적을 가지는 돌출부재를 포함하는 센서고정부재;
    상기 삽입홀에 관통 삽입되어 일단이 상기 센서고정부재의 전면으로부터 돌출된 센서부재;
    개방된 전방측을 통해 상기 센서고정부재가 삽입 장착되어, 상기 센서부재의 상기 일단이 상기 전방측을 통해 외부로 인출되는 지관;
    상기 돌출부재의 전면과 대향하는 대향면으로부터 함몰형성되어, 상기 센서부재의 상기 일단을 수용하는 보호캡; 및
    상기 지관의 외부로 인출된 상기 돌출부재, 상기 보호캡의 상기 대향면측의 외측면 일부 및 상기 지관의 전단부를 외부로부터 감싸며 고착하는 내화재를 포함하는, 프로브 유닛.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 삽입홀은 후방을 향해 단면적이 감소하는, 프로브 유닛.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서고정부재는,
    주물사를 가열하여 제조된 것을 특징으로 하는, 프로브 유닛.
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