KR20010040576A - Thermoelement and device for contactless measuring temperature on moving machine parts - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 물질로 되어 있는 모터의 크랭크 축(3) 혹은 피스톤 연결봉(4)과 같은 기계부의 축받이(2) 영역의 온도 관측을 위한 열전소자에 관한 것이다. 연결선의 일단부(6)는 축받이(2) 가까이에 위치하고, 타단부(7)는 기계부에 위치하며, 상기 단부(7)는 전도성 물질로 된 연결부에 위치하는 축받이에서 가까운 단부(6)와 전기적으로 연결되어 기계부 옆에 있는 폐 전기적 전류망을 이루는 전기적 연결선(5)으로 구성된다.The present invention relates to a thermoelectric element for temperature observation in the bearing 2 region of a mechanical part, such as a crank shaft 3 or a piston connecting rod 4 of a motor made of a conductive material. One end 6 of the connecting line is located near the bearing 2, the other end 7 is located in the mechanical part, and the end 7 is connected to the end 6 close to the bearing which is located in the connection part of the conductive material. It is composed of an electrical connection line 5 that is electrically connected to form a closed electrical current network next to the mechanical part.
Description
여러 가지 금속을 포개어 만든 전선망에서 한 접촉점과 전류망의 나머지 부분 사이에 발생하는 온도차 즉, 전기 모터의 힘에 따라 변하는 온도차에 의하여 전류(電流)가 발생한다.In a wire network made of various metals, electric current is generated by a temperature difference generated between a contact point and the rest of the current network, that is, a temperature difference that varies with the power of an electric motor.
따라서, 공지된 열전소자는 서로 다른 물질(열쌍: 熱雙 thermal pair)로 된 두 전도체로 이루어지며, 상기 전도체의 일측은 주(主)납땜부와 연결되며, 타측은 열전소자로부터 분리된 측정장치와 연결되거나 또는 대부분 0。C로 일정한 온도로 유지되는 부(附)납땜부와 연결된다. 후자의 경우, 주납땜부와 부납땜부 사이에 측정기를 연결하여 측정할 수 있는 열전압(熱電壓)이 나타난다. 열 전도 쌍의 각각의 전선들은 열박(熱拍: thermal thigh)이라 하며, 이들은 0.1∼3mm 두께의 둥근 전선으로 되어 있다. 일반적으로, 열쌍으로 Fe-콘스탄탄, NiCr-Ni, 및 PtRh-Pt 등이 사용되며, 상기 콘스탄탄은 약 53% Cu, 45% Ni, 약간의 Mn, Al 및 Si이 혼합된 합금이다.Therefore, the known thermoelectric element is composed of two conductors of different materials (thermal pair), one side of the conductor is connected to the main soldering portion, the other side is a measuring device separated from the thermoelectric element Or soldered parts which are mostly maintained at a constant temperature of 0 ° C. In the latter case, a thermal voltage that can be measured by connecting a measuring device between the main soldering portion and the soldering portion appears. Each wire in the heat conduction pair is called a thermal thigh, which is a round wire of 0.1 to 3 mm thick. Generally, ten pairs of Fe-Constantan, NiCr-Ni, PtRh-Pt, and the like are used, and the Constantan is an alloy of about 53% Cu, 45% Ni, some Mn, Al, and Si.
상기 공지된 열전소자를 이용하여 특히 주기적으로 움직이는 기계부(機械部)의 온도를 외부에서 측정하기 위하여, 기계부 옆에 상기 열전소자를 부착시키고 열전소자의 양쪽 열박 사이에 작용하는 열전압을 밖으로 유도함으로써, 필요한 전기 전선이 기계부의 움직임에 방해가 되지 않도록 한다. 특히 회전하는 기계부에서는 복잡하고 낭비적인 전기적 결선이 요구된다.In order to measure the temperature of the mechanical part moving periodically, especially by using the known thermoelectric element, the thermoelectric element is attached to the side of the mechanical part and the thermal voltage acting between both heat foils of the thermoelectric element is out. By inducing, the necessary electrical wires do not interfere with the movement of the mechanical part. Especially in the rotating machinery, complicated and wasteful electrical connection is required.
그러므로 본 발명은 처음에 언급한 열전소자를 이용하여 가능한 한 간단한 방법으로 측정한 온도 정보를 변경하지 않고 기계 밖으로 유도할 수 있어야 하며 또한 여기에 적당한 측정 장비가 있어야 한다.Therefore, the present invention should be able to guide out of the machine without changing the temperature information measured in the simplest way possible using the first-mentioned thermoelectric element, and there should also be suitable measuring equipment.
본 발명은 전도물로 이루어진 열전소자 및 온도 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모터의 크랭크 축과 피스톤의 연결봉과 같은 기계부의 축받이부분의 온도를 관측하기 위한 열전소자 및 온도 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric element and a temperature measuring device made of a conductive material, and more particularly, to a thermoelectric element and a temperature measuring device for observing the temperature of the bearing portion of the mechanical part, such as the connecting rod of the crank shaft and the piston of the motor will be.
도 1은 본 발명, 열전소자를 갖고 있는 피스톤 연결봉축의 온도를 관측하기 위한 측정기며,1 is a measuring device for observing the temperature of the piston connecting rod shaft having a thermoelectric element of the present invention,
도 2는 발명에 관계된 열전소자의 두 번째 형태이며,2 is a second form of the thermoelectric element according to the invention,
도 3은 자계 측정기와 열전소자가 있는 또 다른 측정기이고,3 is another meter having a magnetic field meter and a thermoelectric element,
도 4는 도 3에서 보인 피스톤 연결축의 온도를 관측하기 위한 측정기의 사용 예이다.4 is an example of use of a measuring device for observing the temperature of the piston connecting shaft shown in FIG.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기계부에 전기적으로 연결된 전선을 가지며, 상기 전선의 일측은 축받이 가까운 부분에 위치하며 타측은 기계부에 위치하며, 전기적으로 연결되어 폐전류망(閉電流網)을 이룬다. 상기 연결선은 전도가 잘되는 물질(구리)로 이루어진다. 이러한 기계부(피스톤 연결부)의 재료와 연결선(구리)의 재료 사이에 존재하는 편차 열전소자는 기계부의 뜨거운 부분(내부)으로부터 찬(외부) 부분으로 연결되는 곳에 넓은 단면적으로 인하여 저항이 낮아서 발생한다. 이 열쌍이 1。C당 발생하는 전압이 적음에도 불구하고 편차 열전소자를 통해 발생하는 전류는 자계(磁界)처럼 매우 크다. 따라서, 연결선은 공지된 열전소자에 비하여 전류 혹은 자계를 증폭시키기 위한 코일이 불필요하므로, 연결선은 코일을 사용하지 않음으로써, 납작하게 만들 수 있다.The present invention has a wire that is electrically connected to the mechanical part, in order to solve this problem, one side of the wire is located near the bearing and the other side is located in the mechanical part, the electrical current is connected to the closed current network (閉 電流)網) is achieved. The connecting line is made of a conductive material (copper). The deviation thermoelectric element existing between the material of the mechanical part (piston connection part) and the material of the connecting line (copper) is caused by the low resistance due to the large cross-sectional area connected from the hot part (inner) to the cold (outer) part of the mechanical part. . Although the heat pair generates less voltage per 1 ° C, the current generated through the deviation thermoelectric element is very large as a magnetic field. Therefore, since the connection line does not require a coil for amplifying the current or the magnetic field as compared with the known thermoelectric element, the connection line can be made flat by not using the coil.
다른 물질로 서로 겹쳐 놓은 두 연결부 사이의 두 연결 구간은 열전소자의 두 개의 열박을 만들어 낸다. 축받이에 가까운 부분의 연결부와 축받이에서 멀리 떨어진 연결부 사이의 온도차는 열전압을 발생시키며, 연결선 안으로 전류를 흘려 보낸다. 기계부의 열적 질량이 매우 크기 때문에, 축받이에 나타난 온도 변화는 축받이에서 멀리 떨어진 연결부보다 축받이 가까이에서 매우 빨리 나타난다. 즉, 연결부의 축받이 가까이에 있는 부분이 축받이에서 멀리 떨어진 부분보다 더 빨리 가열된다. 이 두 연결부 사이의 온도차가 크면 클수록 전류와 자계는 더욱 더 커진다. 그러므로 자계의 크기는 두 연결부 사이의 온도차의 크기로 표현될 수 있다.The two connecting sections between two connections overlapping each other with different materials create two hot foils of thermoelectric elements. The temperature difference between the connection near the bearing and the connection far away from the bearing generates a thermal voltage and flows current into the connection. Since the thermal mass of the mechanical parts is very large, the temperature change seen on the bearings appears much faster near the bearings than on the connections farther from the bearings. That is, the portion near the bearing of the connection heats up faster than the portion away from the bearing. The larger the temperature difference between these two connections, the greater the current and magnetic field. Therefore, the magnitude of the magnetic field can be expressed as the magnitude of the temperature difference between the two connections.
본 발명의 장점은 철로 되어 있는 기계부(피스톤 연결부)의 단면(斷面) 전체를 전기적인 회귀전로(回歸電路)로 사용할 수 있다는 것이다. 그러므로 전기적 저항은 극히 작으며 구리로 된 연결선로로 "철-구리"의 작은 열전도효과에도 불구하고 큰 전류가 흐르게 된다. 이러한 커다란 전류/자계 덕분에 전류를 복잡하게 측정하는 수고를 덜 수 있으며, 연결선과 계측기와의 비교적 먼 거리를 문제없이 도달할 수 있다.An advantage of the present invention is that the entire cross section of the mechanical part (piston connection part) made of iron can be used as an electric return converter. Therefore, the electrical resistance is extremely small and a large current flows in spite of the small thermal conduction effect of "iron-copper" in the copper connection line. This large current / magnetic field saves the complexity of measuring current and allows for relatively long distances between the connection line and the instrument.
본 발명의 바람직한 형태는 연결선 전체를 구리, 알루미늄, 은 또는 백금으로 하는 것이다. 연결선의 단면적이 크면 클수록 온도차에 의해 흐르는 전류 역시 커진다. 아주 간단한 경우에는, 연결선을 철사나 구리로 된 선을 사용하면 된다.In a preferred embodiment of the present invention, the entire connecting line is made of copper, aluminum, silver or platinum. The larger the cross-sectional area of the connecting line, the larger the current flowing due to the temperature difference. In very simple cases, the connecting wire can be a wire or copper wire.
연결선의 열전도성이 기계부의 열전도성에 비해 크면 클수록 축받이에서 멀리 떨어진 연결부로 열이 늦게 전달되며, 열전소자에 전류가 오래 흐른다.The larger the thermal conductivity of the connection line is, the higher the thermal conductivity of the mechanical part is, the later the heat is transferred to the connection part away from the bearing, and the current flows in the thermoelectric element for a long time.
이러한 전류를 가능한 한 밖에서 측정하려면 연결선을 기계부의 외면(外面)에 설치하는 것이 바람직하다.In order to measure this current as far as possible, it is preferable to install the connecting line on the outer surface of the mechanical part.
바람직한 형태는 관측되어야 되는 축받이에 가능한 한 가까이 접근할 수 있도록 기계부에 구멍을 뚫어 이 구멍 안으로 연결선의 끝을 삽입하여 축받이 가까이 까지 접근시킴으로써, 축받이에서 발생하는 온도 변화를 딜레이(delay)없이 측정할 수 있도록 한다. 그와 동시에 축받이에서 발생하는 온도를 측정하기 위하여 연결선의 축받이 쪽의 단부의 절연을 벗겨내고 상기 단부부터 타단부까지의 기계부 연결선은 절연되어야 한다.The preferred form is to drill a hole in the mechanical part so as to get as close as possible to the bearing to be observed, inserting the end of the connecting line into the hole and approaching the bearing close to it, so that the temperature change occurring in the bearing can be measured without delay. To be able. At the same time, in order to measure the temperature occurring in the bearing, the insulation at the end of the bearing side of the connecting line shall be stripped off and the mechanical connecting line from the end to the other end shall be insulated.
축받이에서 멀리 떨어진 단부는 기계부 외면에 나사로 고정되거나 또는 용접된다.The end away from the bearing is screwed or welded to the outer surface of the machine.
본 발명은 움직이는 기계부, 특히 피스톤 연결봉의 축받이 혹은 모터의 크랭크 축의 온도에 관한 정보를 측정하고, 측정된 온도정보를 계속 전달하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring information about the temperature of the bearing of a moving mechanical part, in particular of a piston rod or of a crankshaft of a motor, and continuously conveying the measured temperature information.
상기 열전소자가 있는 기계부와 열전소자가 움직이는 활동 영역안에 자계-측정장치가 있는 경우에 위에서 서술한 과제는 해결될 수 있다.The above-mentioned problem can be solved when there is a magnetic field-measuring device in the mechanical part with the thermoelectric element and in the active region in which the thermoelectric element is moved.
두 연결부에서 서로 다른 온도가 야기될 경우, 기계부가 자계-측정기 옆을 지날 때마다 열전소자에 흐르는 전류에 의하여 발생하는 자계로 인하여 자계-측정기안에 열전소자에 의해 생기는 온도차의 크기로 간주되는 신호가 발생된다.If different temperatures occur at the two connections, a signal is considered to be the magnitude of the temperature difference produced by the thermoelectric element in the magnetic field meter due to the magnetic field generated by the current flowing through the thermoelectric element each time the mechanical section passes by the magnetic field meter. Is generated.
측정기의 바람직한 형태는 링(ring)전류가 흐르는 반대 방향으로 있을 경우, 분산자계의 방해 영향을 작게 하기 위하여 열전소자의 연결선이 자계-측정기방향 앞에 배치되는 형태이다.The preferred form of the meter is that in which the ring current is in the opposite direction through which the connecting current of the thermoelectric element is arranged in front of the magnetic field-meter direction in order to reduce the disturbing influence of the dispersion magnetic field.
본 발명은 또한, 서로 인접해 있는 두 개의 열박이 있는 열전소자에 관한 것이다.The invention also relates to a thermoelectric element with two hot foils adjacent to each other.
여러 가지 금속을 포개어 만든 전선망에서 한 접촉점과 전류망의 나머지 부분의 온도차 즉, 전기 모터의 힘에 따라 변하는 온도차에 의해 전류가 발생한다.In a wire network made of various metals, current is generated by a temperature difference between a contact point and the rest of the current network, that is, a temperature difference that varies with the power of an electric motor.
그러므로 공지된 열전소자는 서로 다른 물질(열쌍: 熱雙 thermal pair)로 된 두 전도체로 이루어지며, 이 전도체의 일측은 주(主)납땜부와 연결되고 타측은 열전소자로부터 분리된 측정장치와 연결되거나 또는 대부분 0。C로 일정한 온도로 유지되는 부(附)납땜부와 연결된다. 후자의 경우 주납땜부와 부납땜부 사이에 측정기를 연결하여 측정할 수 있는 열전압이 나타난다. 열 전도 쌍의 각각의 전선들은 열박(熱拍: thermal thigh)이라 하며, 이들은 0.1∼3mm 두께의 둥근 전선으로 되어 있다. 거의 대부분 열쌍으로 Fe-콘스탄탄, NiCr-Ni, 및 PtRh-Pt 등이 사용되며, 상기 콘스탄탄은 약 53% Cu, 45% Ni, 약간의 Mn, Al 및 Si이 혼합된 합금이다.The known thermoelectric element therefore consists of two conductors of different materials (thermal pairs), one side of which is connected to the main soldering part and the other to a measuring device separated from the thermoelectric element. Or it is connected to a secondary solder, which is usually kept at a constant temperature of 0 ° C. In the latter case, there is a thermal voltage that can be measured by connecting a meter between the main and solder parts. Each wire in the heat conduction pair is called a thermal thigh, which is a round wire of 0.1 to 3 mm thick. Almost ten pairs of Fe-Constantan, NiCr-Ni, PtRh-Pt and the like are used, which is an alloy of about 53% Cu, 45% Ni, some Mn, Al and Si.
상기 열전소자를 이용하여 주기적으로 움직이는 기계부(機械部)의 온도를 외부에서 측정하기 위하여, 기계부 옆에 상기 열전소자를 부착시키고 열전소자의 양쪽 열박 사이에 작용하는 열전압을 밖으로 유도함으로써, 필요한 전기 전선이 기계부의 움직임에 방해가 되지 않도록 한다. 특히 회전하는 기계부에서는 복잡하고 낭비적인 전기적 결선이 요구된다.In order to externally measure the temperature of a mechanical part moving periodically using the thermoelectric element, by attaching the thermoelectric element next to the mechanical part and inducing a thermal voltage acting between both heat foils of the thermoelectric element, Make sure that the necessary electrical wires do not interfere with the movement of the machine. Especially in the rotating machinery, complicated and wasteful electrical connection is required.
이러한 단점은 두 개의 경계면이 붙어있는 열박이 있는 열전소자로 해결될 수 있는데, 두 열박의 끝이 서로 연결되어 폐 전기 전류망을 이루며 열전소자는 열적으로 접촉되는 접촉면을 가지며, 상기 접촉면과 두 열박 사이의 접경면과의 열 저항이 상이(相異)하다.These shortcomings can be solved by thermoelectric elements with hot foils having two interfaces attached to each other. The ends of the hot foils are connected to each other to form a closed electric current network, and the thermoelectric elements have contact surfaces which are in thermal contact with each other. The thermal resistance with the interface between them differs.
외부 접촉면을 통해 열의 입출력이 본 발명의 열전소자에서 일어나면, 서로 다른 열저항으로 인하여 양쪽 접경면(납땜 부분)이 상이한 속도로 가열되거나 냉각된다. 이 온도가 접경면을 통해 흐르는 전류에 따라 그리고 열전소자에 흐르는 외부에서 비접촉으로 자계를 측정하여 증명할 수 있는 링전류에 따라 상이하게 높게 나타난다. 양쪽 접경면의 온도가 동일할 경우, 열전소자에는 전류가 흐르지 않는다. 두 접경면의 온도차가 크면 클수록 링전류와 자계가 크므로, 그로 인하여 자계의 세기는 두 접경면 사이의 온도차의 크기로 서술된다.When heat input and output through the external contact surface occurs in the thermoelectric element of the present invention, both contact surfaces (solder portions) are heated or cooled at different rates due to different thermal resistance. This temperature is different depending on the current flowing through the interface and the ring current which can be proved by measuring the magnetic field non-contact from the outside flowing in the thermoelectric element. When the temperatures of both contact surfaces are the same, no current flows through the thermoelectric element. The larger the temperature difference between the two interface planes, the larger the ring current and the magnetic field. Therefore, the strength of the magnetic field is described as the magnitude of the temperature difference between the two interface planes.
바람직하게는, 열적으로 유효한 접촉 가능한 외부 접촉면과 두 접경면의 간격을 상이하게 길게 한다. 이러한 형태로 특히 두 열박의 재료가 거의 같은 열전도성을 갖을 경우, 두 경계면은 서로 상이한 속도로 가열 또는 냉각된다.Preferably, the distance between the thermally effective contactable outer contact surface and the two contact surfaces is lengthened differently. In this form, especially when the materials of the two hot foils have approximately the same thermal conductivity, the two interfaces are heated or cooled at different rates from each other.
본 발명의 장점은 접촉가능한 접촉면이 단 하나의 열박만을 갖는 것이다. 접촉 가능한 접촉면의 온도변화는 열박 전체에서 발생하며, (예를 들어, 서로 다른 열적으로 유효한 간격) 서로 다른 속도로 두 접경면 방향으로 퍼져나간다. 그와 함께 특히 이 접촉 가능한 열박은 높은 열전도성이 있는 물질로 되어야 하며 그로 인해 온도변화가 가능한 한 빨리 그리고 손실 없이 접경면에 다다를 수 있어야 한다.An advantage of the present invention is that the contactable contact surface has only one hot foil. The change in temperature of the contactable contact surface occurs throughout the hot foil (for example in different thermally effective intervals) and spreads out in two directions at different speeds. At the same time, this contactable hot foil should be made of a material with high thermal conductivity so that the temperature change can be reached as soon as possible and without loss.
접촉면의 양면에 있는 접촉면을 이루는 열박의 횡단면이 서로 다른 경우 상기의 바람직한 형태에서 열적 유효 간격을 거의 같게 만들면 두 접경면의 가열이나 냉각이 현저하게 딜레이된다. 접촉면의 양면 중 어느 한 면만 횡단면을 다른 면보다 작게 하면 상기 면이 다른 면보다도 열저항이 적게 된다. 즉, 양면에 서로 다른 열저항을 만든다.If the cross sections of the hot foils forming the contact surfaces on both sides of the contact surfaces are different from each other, the heating or cooling of the two contact surfaces is significantly delayed by making the thermal effective intervals approximately equal. If only one of both surfaces of the contact surface has a cross section smaller than the other surface, the surface has less thermal resistance than the other surface. That is, different heat resistances are made on both sides.
또 다른 바람직한 발명의 형태는 두 열박의 열전도성을 다르게 하는 것이다. 상기 이유로 가능한 한 높은 열전도성을 갖는 물질로 된 접촉면을 이루는 열박에 반하여 적은 열전도성을 갖는 또 다른 열박은 내부의 따뜻한 경계면에서 찬 경계면으로 전도열이 천천히 퍼진다. 이로써 온도차에 의해 두 경계면 사이에 일치한 온도의 조정을 지연시킴으로써 발생한 온도변화를 조금 더 오래 증명할 수 있다.Another preferred form of invention is to vary the thermal conductivity of the two hot foils. For this reason, another heat foil with less thermal conductivity, as opposed to a heat foil forming a contact surface made of a material having as high thermal conductivity as possible, slowly spreads the conduction heat from the inner warm interface to the cold interface. This makes it possible to prove a little longer the temperature change caused by delaying the adjustment of the temperature consistent between the two interfaces due to the temperature difference.
접촉면의 가열을 가능한 빠르게 그리고 적은 열 손실로 경계면의 한 쪽 혹은 양쪽으로 계속 전달하기 위하여 열박 특히 최소한 열박의 접촉면은 구리로 되어야 한다. 구리의 높은 전도성으로 인한 온도차에 의하여 열전도 소자에 상대적으로 높은 전류를 흐르게 할 수 있다.The contact surface of the hot foil, in particular at least the hot foil, should be made of copper in order to continue the heating of the contact surface as quickly as possible and with little heat loss to one or both sides of the interface. Due to the temperature difference due to the high conductivity of copper, it is possible to flow a relatively high current through the thermally conductive element.
특히 접촉면이 열박에 최소한의 면적으로 접촉되는 경우에는 콘스탄탄으로 되어야 한다. 콘스탄탄은 철 또는 Ni와 열쌍을 이루는 잘 알려진 온도에 덜 민감한 저항 합금이다. 구리(-4mV/100。C)에 비해 열 전기적 모터 힘(EMK)이 크기 때문에, 본 발명에서 구리-콘스탄탄의 혼합으로 된 열전소자가 특히 경제적인 이유로 적당하다.In particular, if the contact surface is in contact with hot foil with a minimum area, it should be constantan. Constantan is a well-known, less temperature sensitive, resistive alloy paired with iron or Ni. Since the thermoelectric motor force (EMK) is large compared to copper (-4 mV / 100 ° C.), thermoelectric elements with a mixture of copper-constantane in the present invention are suitable for economic reasons, in particular.
그러나 일반적으로 공지된 열쌍의 재료들의 혼합물도 본 발명의 열전소자로 사용 가능하다.However, generally known mixtures of ten pairs of materials can be used as the thermoelectric device of the present invention.
본 발명은 서로 상대적으로 움직이는 부분의 온도에 대한 정보를 측정하고, 상기 측정된 온도 정보를 다른 부위로 전달하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring information on the temperature of a portion moving relative to each other, and transmitting the measured temperature information to another portion.
위에서 언급한 문제는 상기에서 설명한 정지 상태의 열전소자가 있는 열 접촉면을 통한 부분과 이 부분과 관련이 있는 운동 궤적 영역에 있는 자계-측정장치와 같은 장치로 해결할 수 있다.The above-mentioned problem can be solved by a device such as a magnetic field-measuring device in the region through the thermal contact surface with the thermoelectric element in the stationary state described above and in the motion trajectory region associated with this portion.
어느 한 부분의 온도 변화는 접촉면을 통해 열전소자와 그 경계면으로 전달된다. 자계-측정기의 옆으로 한 부분이 지나갈 때마다 두 경계면에 서로 다른 온도가 나타나고 열전소자에 발생하는 온도차의 크기라고 할 수 있는 신호가 열전소자의 주위에 발생하는 자계를 통해 자계-측정기에 신호로써 나타난다.The temperature change of any part is transmitted through the contact surface to the thermoelectric element and its interface. Each time a part of the magnetic field meter passes, a different temperature appears at the two interfaces and a signal, which is the magnitude of the temperature difference occurring in the thermoelectric element, is a signal to the magnetic field meter through a magnetic field generated around the thermoelectric element. appear.
링전류가 흐르는 반대 방향으로 있을 경우, 생성되는 자계의 방해 영향을 작게 하기 위하여 바람직하게는, 열전소자가 최소한 부분적이라도 자계-측정기방향 앞에 있어야 한다.If the ring current is in the opposite direction of flow, the thermoelectric element should preferably be at least partially ahead of the field-measuring direction in order to reduce the disturbing influence of the generated magnetic field.
자계-측정기를 지나는 열전소자는 전류를 유기시킨다. 가능한 높은 측정 감도를 갖기 위하여 바람직하게는 자계-측정기를 홀탐침으로 구성한다.Thermoelectric elements passing through the magnetic field-meters induce current. In order to have the highest possible measurement sensitivity, the magnetic field meter is preferably configured with a hole probe.
또 다른 측정기의 형태는 축받이 온도변화에 대한 정보를 비접촉으로 자계-측정기에 계속 전달하기 위하여 움직이는 축받이 옆 특히 모터의 크랭크 축받이나 피스톤 연결부에 열전소자가 위치해야 한다.Another type of measuring device requires a thermoelectric element to be placed next to the moving bearing, in particular the crank bearing or the piston connection of the motor, in order to continuously convey information about bearing temperature changes to the magnetic field meter in a non-contact manner.
본 발명의 또 다른 장점은 도면의 설명 부분에 나타내었다. 앞에서 언급하고 계속 제시할 특징들은 하나 혹은 여러 개의 임의의 혼합(combination)적인 사용으로 나타난다. 여기서 제시하고 설명한 형태들은 결론적인 것이 아니고 오히려 본 발명의 설명을 위해 예시적인 특징을 든 것이다.Further advantages of the invention are shown in the description of the drawings. The above mentioned and continuing features appear as one or several arbitrary combinations of uses. The forms presented and described herein are not consequential, but rather illustrative of the features of the invention.
도 1에서 1은 측정기로, 모터의 피스톤 연결봉(4) 또는 크랭크 축(3)의 축받이(2) 부위에서 발생하는 온도를 관측하기 위한 것이다. 여기에 피스톤 연결봉(4)의 외면에 구리로 된 옷걸이 모양의 전기적 연결선(5)가 있고 그 연결선의 일단부 (6)는 관측될 축받이(2)에 위치하며 타단부(7)는 피스톤 연결봉(4)에 위치하며, 피스톤 연결막대는 전기적으로 전도되어 연결되어 있다. 피스톤 연결봉(4) 역시 전도성 물질(예로 주물 철)로 되어있으며 폐 전기적 전류망을 이룬다.1 to 1 are measuring instruments for observing the temperature occurring in the bearing 2 area of the piston connecting rod 4 or the crankshaft 3 of the motor. On the outer surface of the piston connecting rod (4) there is a copper hanger-shaped electrical connecting line (5), one end of which is located on the bearing (2) to be observed and the other end (7) is a piston connecting rod ( Located in 4), the piston connecting rod is electrically conductively connected. The piston connecting rod 4 is also made of a conductive material (eg cast iron) and forms a closed electrical current network.
축받이로부터 떨어진 단부(7)가 피스톤 연결봉(4)의 외면 위에 위치되는 반면, 축받이 가까이 있는 단부(6)는 피스톤 연결봉(4)의 축받이 중앙으로 구멍을 통해 축받이(2)에 가깝게 놓인다. 그와 동시에 축받이에 가까운 단부(6)는 절연(8)이 벗겨지는 반면, 반대쪽 단부는 피스톤 연결봉(4)의 연결부까지 절연된다.The end 7 away from the bearing is located on the outer surface of the piston connecting rod 4, while the end 6 close to the bearing lies close to the bearing 2 through the hole in the center of the bearing of the piston connecting rod 4. At the same time, the end 6 close to the bearing is stripped of the insulation 8, while the opposite end is insulated up to the connection of the piston connecting rod 4.
이렇게 구리로 된 연결선(5)은 하나의 열박을 만들고 다른 물질로 된 피스톤 연결봉(4)으로부터 열전소자의 또 다른 열박이 만들어진다. 축받이에 가까운 부분의 연결부와 축받이에서 멀리 떨어진 연결부 사이의 온도차는 열전압을 만들어내고 연결선(5) 안으로 전류를 흘려 보낸다. 피스톤 연결봉(4)의 열적 질량이 매우 크기 때문에 축받이(2)에 나타나는 온도 변화는 축받이에서 멀리 떨어진 연결부보다 축받이 가까이에서 매우 빨리 나타난다.This copper connection line 5 makes one hot foil and another hot foil of the thermoelectric element is made from the piston connecting rod 4 of different material. The temperature difference between the connection near the bearing and the connection away from the bearing creates a thermal voltage and directs current into the connection line 5. Since the thermal mass of the piston connecting rod 4 is so large, the temperature change appearing in the bearing 2 appears much faster near the bearing than the connection farther from the bearing.
피스톤 연결봉(4)과 함께 화살표 방향(9)으로 회전하는 연결선(5)의 궤적 근처에 검사 소자(10) (예를 들어, 홀- 또는 자기 저항 센서)가 고정된다. 열전소자가 검사 소자(10)의 옆을 지날 때마다 전류에 의하여 발생되는 자계로 인하여 신호가 발생되고 이것은 열전소자 안에서 발생하는 온도차의 크기와 움직이는 기계부의 온도차와 같다. 연결선(5)에서 발생되는 온도차는 비접촉방식으로 측정되고 처리된다.The inspection element 10 (for example a hole- or magnetoresistive sensor) is fixed near the trajectory of the connecting line 5 which rotates in the direction of the arrow 9 together with the piston connecting rod 4. Whenever the thermoelectric element passes by the inspection element 10, a signal is generated due to the magnetic field generated by the current, which is equal to the magnitude of the temperature difference generated in the thermoelectric element and the temperature difference of the moving mechanical part. The temperature difference generated at the connecting line 5 is measured and processed in a non-contact manner.
도 2에 또 다른 열전소자의 형태가 도시되어 있는데, 연결선(5')은 축받이로부터 떨어진 단부(7')가 피스톤 연결막대 옆에 있는 것이 아니고 피스톤 연결봉(4)의 축받이 중심 근처에 있다. 축받이(2)에서 축받이로부터 떨어진 끝(7')의 거리는 분명히 축받이(2)에서 축받이 가까이 있는 끝(6')의 거리보다 멀다. 그러므로 축받이(2)에서 발생하는 온도 변화가 축받이로부터 떨어진 연결부 보다 축받이 가까운 곳에 더 빨리 다다르게 된다.Another thermoelectric element is shown in FIG. 2, where the connecting line 5 ′ is not near the end of the bearing 7 ′ next to the piston connecting rod but near the bearing center of the piston connecting rod 4. The distance of the end 7 'away from the bearing in the bearing 2 is clearly farther than the distance of the end 6' near the bearing in the bearing 2. Therefore, the temperature change occurring in the bearing 2 comes closer to the bearing than the connection away from the bearing.
도 3에서 101는 측정기로 열전소자(102)와 홀탐침(Hall 探針)(103) 형태의 자계 측정기를 포함한다. 밖으로 퍼진 타원형의 열전소자(102)는 회전축(104)를 중심으로 회전하는 기계부(105)의 측면에 부착되며 함께 회전하는 열전소자(102)의 움직이는 궤적 근처에 두 번째 기계부(106)의 측면에 홀탐침(103)이 고정된다.In FIG. 3, reference numeral 101 denotes a magnetic field meter in the form of a thermoelectric element 102 and a Hall probe 103. The elliptical thermoelectric element 102 that is spread out is attached to the side of the mechanical part 105 that rotates about the rotational axis 104 and the second mechanical part 106 near the moving trajectory of the rotating thermoelectric element 102. The hole probe 103 is fixed to the side.
환(環)형의 열전소자(102)는 양단에 구리나 콘스탄탄으로 된 두 개의 열박 (107, 108)을 가지며, 상기 열박들은 서로 인접하여 하나의 닫혀진 전기적 전류망을 이룬다. 제시한 형태에서 두 열박(107, 108)의 단면적은 약 10mm2이며, 동일하다.The annular thermoelectric element 102 has two hot foils 107, 108 made of copper or constantan at both ends, which are adjacent to each other to form a closed electric current network. In the form shown, the cross-sectional areas of the two hot foils 107 and 108 are about 10 mm 2 and are the same.
구리로 된 열박(107)은 첫 번째 기계부(105)와 둘러 싼 부위(109)와 열적으로 접촉이 있다. 제시한 형태에서 이 둘러 싼 부위(109)는 첫 번째 기계부(105)의 측면에 고정용 나사(110)로 고정된다.The hot foil 107 of copper is in thermal contact with the first mechanical part 105 and the surrounding area 109. In the form shown, this enclosed portion 109 is fixed to the side of the first machine part 105 with a fixing screw 110.
서로 접해 있는 열박들(107, 108)에 의해 만들어진 접경면(接境面)(111, 112)은 접촉면(109)에 의해 거리적으로 상이한 열적 작용이 있다. 회전하는 기계부(105)의 온도가 상승하면, 접촉면(109)과 또한 열박(107)이 가열된다. 이 온도 상승은 다른 접경면(112)보다 접촉면(109)에 더 가까이 있는 접경면(111)에 더 빨리 전해진다. 이렇게 두 접경면(111, 112)에 발생하는 온도차로 인하여 열전소자 (102)에 자계 B에 의하여 둘러싸여진 링전류 I가 흐른다. 열전소자(102)가 홀탐침 (103)의 옆을 지날 때마다, 열전소자(102)의 주위에 있는 자계 B에 의하여 신호가 발생되며 이것은 열전소자(102) 내에서 발생하는 온도차의 크기와 기계부(105)에서 발생하는 온도차와 동일하다.The contact surfaces 111 and 112 made by the hot foils 107 and 108 in contact with each other have thermally different thermal effects by the contact surface 109. When the temperature of the rotating mechanical part 105 rises, the contact surface 109 and also the hot foil 107 are heated. This temperature rise is transmitted to the contact surface 111 closer to the contact surface 109 than the other contact surface 112. Thus, the ring current I surrounded by the magnetic field B flows in the thermoelectric element 102 due to the temperature difference occurring at the two contact surfaces 111 and 112. Each time the thermoelectric element 102 passes by the hole probe 103, a signal is generated by the magnetic field B around the thermoelectric element 102, which indicates the magnitude and temperature of the temperature difference occurring within the thermoelectric element 102. It is equal to the temperature difference generated in the unit 105.
도 4의 사용 예에서는 피스톤 연결봉(114)과 맞물려있는 한 모터의 크랭크 축(115)의 축받이(113)의 온도를 관측하는 계측기를 나타내었다. 움직이는 궤적의 근처에 열전소자(102)가 있는 모터 케이스(117) 안에 고정된 홀탐침(103)과 축받이 (113)의 영역 안에 화살표 방향(116)으로 회전하는 피스톤 연결 막대(114)의 측면에 열전소자(102)가 있다. 상기에서 설명한 바와 같이 축받이(113)의 온도상승에 의하여 열전소자(102) 주위에 홀탐침(103)에 의해 증명될 수 있고 축받이(113)의 온도 변화 크기를 측정할 수 있는 자계가 형성된다.In the use example of FIG. 4, a measuring instrument for observing the temperature of the bearing 113 of the crankshaft 115 of the motor is engaged with the piston connecting rod 114. On the side of the piston connecting rod 114 which rotates in the direction of the arrow 116 in the area of the hole probe 103 and the bearing 113 fixed in the motor case 117 with the thermoelectric element 102 near the moving trajectory. There is a thermoelectric element 102. As described above, the magnetic field is formed by the hole probe 103 around the thermoelectric element 102 by the temperature rise of the bearing 113 and can measure the magnitude of temperature change of the bearing 113.
상기 열전소자 또는 측정기는 특히 꽉 조여지거나 빨리 회전하는 축의 축받이의 관찰에 적당하다.The thermoelectric element or measuring device is particularly suitable for the observation of bearings of a tightly or rapidly rotating shaft.
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