KR100276595B1 - 탄성식압력계자동교정장치및자동교정방법 - Google Patents

탄성식압력계자동교정장치및자동교정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업체의 공정제어에 사용되는 탄성식 압력계의 자동교정장치 개발에 관한 것으로, 피교정 탄성식 압력계의 지시눈금의 교정 압력값을 마우스 입력장치 및 가상의 압력계기판을 이용하여 기존의 실수눈금 판독에서 정수눈금 판독이 가능토록 함으로써 기준센서와 피교정센서를 동일 시각에 자동 비교교정이 가능하도록 하였고, 수동으로 동작되는 교정의 전과정을 자동화시켰으며, 자동화로 인한 교정시간 단축과 개인오차를 제거할 수 있어 교정정확도를 증대시켰다.

Description

탄성식 압력계 자동 교정 장치 및 자동 교정 방법
본 발명은 탄성식 압력계 자동교정장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 수동소자인 탄성식 압력계를 자동교정할 수 있는 자동교정방법을 창안하여 시스템에 적용시킨 것이다.
산업체의 공장자동화 및 공정제어에서 사용되는 탄성식 압력계는 물리적인 특성 변화로 인해 정기적인 교정이 반드시 필요하며, 탄성식 압력계 교정장치(elastic pressure calibrator)란 이러한 압력계를 교정하기 위해 장치로서, 표준 정압력(standard static pressure)을 제공하며, 반복 재현성을 가져야 한다.
종래의 탄성식 압력계 교정장치는 분동압력계를 교정압력원으로 사용하였기 때문에자동화를 실현할 수 없어 수동조작 및 교정장치의 운용절차가 복잡할 뿐만 아니라, 교정오차 요인들이 많아 정확도가 떨어지고, 교정시간(1개당 약 5시간)이 매우 긴 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 교정정확도 및 교정 효율이 증대된 탄성식 압력계 자동 교정 장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 본발명에 따른 탄성식 압력계 자동교정장치 개략도.
도 2 는 도 1에 나타난 탄성식 압력계 자동교정장치중 탄성식 압력계 자동교정수단의 구성도.
도 3은 도 2의 자동교정수단의 동작순서도.
도 4는 도 1에 나타난 탄성식 압력계 자동교정장치중 신호획득부 블록다이어그램.
도 5는 도 1에 나타난 탄성식 압력계 자동교정장치의 자동교정수단의 프로그램 흐름도.
도 6은 도 1에 나타난 탄성식 압력계 자동교정장치중 자동 압력제어기의 구성도.
도 7은 본발명의 탄성식 압력계 자동교정장치를 이용하여 작성한 탄성식 압력계 교정성적서.
본 발명은 탄성식 압력계 자동교정장치에 관한 것으로, 마우스 입력장치 및 가상의 압력계기판을 이용해서 기존의 탄성식 압력계 실수눈금 판독에서 정수눈금 판독방법 구현 및 자동압력제어를 통해 기준압력센서와 피교정 탄성식 압력계를 동일 시각에 읽을 수 있는 자동교정방법을 창안하여 자동화된 탄성식 압력계를 개발한 것이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본발명에 따른 탄성식 압력계 자동교정장치의 전체 구성도로써 제어수단(10), 데이터획득카드(20), 인터페이스카드(30), 탄성식 압력계 교정수단(40), 및 출력수단(50)으로 구성되어 있다.
제어수단(10)에는 종래의 분동식 압력계를 가지고 교정한 압력값이 표준소급되어 있는 기준센서가 장착되어 있어 피교정센서를 통해 입력된 압력값과 기준센서의 압력값을 비교하여 상이하면 인터페이스카드(30)를 통해 탄성식 압력계 교정수단(40)에 제어신호를 보내어 제어용 밸브들을 제어한다. 또한 제어수단(10)에서는 탄성식 압력계 교정수단(40)의 시스템 상태를 모니터하고, 데이터 획득카드(20)를 통해 피교정센서들로부터 입력된 데이터와 탄성식 압력계 교정수단(40)으로부터 입력된 데이터를 처리하며, 최종적으로는 압력교정 성적서를 작성하여 출력수단(50)으로 출력한다.
데이터 획득 카드(20) 및 인터페이스 카드(30)는, 피교정센서로부터 입력된 압력값을 증폭하고 A/D 변환하여 제어수단(10)으로 송신하며, 제어수단(10)의 제어신호를 탄성식 압력계 교정수단(40)에 송신하고 탄성식 압력계 교정수단(40)에서 교정된 압력값을 증폭하고 A/D 변환하여 제어수단(10)으로 송신하는 중계역할을 한다. 인터페이스 카드 및 데이터 획득 카드는 필요에 따라 하나의 신호 획득 수단으로 구성될 수도 있고 독립적으로 존재할 수도 있다. 탄성식 압력계 교정수단(40)은 도 4에 상세히 나타나 있다.
탄성식 압력계 교정수단(40)은 교정장치의 시스템 상태를 인터페이스 카드(30)를 통해 제어수단(10)에 송신하고, 제어수단(10)의 제어신호에 따라 압력값을 교정한다. 탄성식 압력계 교정수단(40)은 도 2에 상세히 나타나 있다.
도 1을 데이터의 흐름에 따라 설명하면, 피교정센서들로부터 발생된 데이터가 데이터 획득 카드(20) 및 인터페이스카드(30)에서 증폭 및 A/D 변환되어 제어수단(10)으로 송신된다. 제어수단(10)에서는 입력된 압력값과 기준센서의 압력값을 비교하여 상이하면 인터페이스카드(30)를 통해 탄성식 압력계 교정수단(40)에 제어신호를 보내고 탄성식 압력계 교정수단(40)에서는 제어용 밸브들을 제어하여 기준센서에 입력되어 있는 압력값에 따라 압력을 교정하여 교정된 압력값을 피교정 센서로 인가한다. 기준압력센서와 피교정 센서의 교정된 압력을 동시에 읽어 데이터 획득 카드(20) 및 인터페이스 카드(30)를 통해 제어수단(10)으로 입력한다. 제어수단(10)에서는 최종적으로 압력계의 교정성적서를 작성하고 출력수단(50)을 통해 출력한다.
도 2 는 본발명에 따른 탄성식 압력계 교정수단(40)의 구성도이다 .
탄성식 압력계 교정수단(40)은 압력 공급원(401, 예를 들면, 질소탱크), 1차압력 조절 장치(402, 예를들면, 밸브등), 필터(403), 압력지시용 압력계(404), 부피 탱크(405, volume tank), 솔레노이드 밸브들(406), 미세 압력 조절기(407), 피교정용 탄성식 압력계가 장착된 센서 어댑터(408), 압력 표시계가 장착된 기준 센서(409),풋 스위치(410, foot switch)로 구성되어 있다.
즉, 압력 공급원인 질소탱크(401)로부터 인가된 압력을 1차압력 조절 장치(402, 예를들면, 밸브등)를 통해 적절한 압력으로 조절하고, 질소매질에 섞여 있는 각종 이물질을 필터(403)로 제거한 후, 부피 탱크(405, volume tank)를 이용해 압력부피의 변화를 최소화하며, 제어용 솔레노이드 밸브들(406)을 사용하여 교정압력을 만들고 압력 조절기(407)로 교정용 압력을 미세 조절한다. 교정압력이 피교정압력계에 인가되는 순간에 센서 출력 신호를 제어기가 읽을 수 있도록, 풋 스위치(409, foot switch)가 트리거 신호를 발생한다.
교정수단에서는 컴퓨터로 밸브들을 제어하고 원하는 교정압력을 만들어내며, 최적의 조건이 되었을 때 피교정센서에 압력을 인가하고, 동시에 센서들로부터 발생된 신호를 받아 처리한다. 압력교정 과정에서 기준압력을 발생시키는 기준압력계와 피교정 탄성식 압력계를 동시에 읽도록 하므로써 밸브의 부피 변화와 압력누설등으로 인한 오차요인들을 제거하여 준다.
도 3은 본발명에 따른 압력교정장치의 동작 순서 흐름도이다. 초기상태에서 교정변수인 교정범위, 교정구간, 교정횟수, 센서모델 및 S/N, 교정자 이름등이 입력되면 제어밸브는 설정된 교정압력에 도달할 때까지 자동제어 된다. 이때 압력값에 따라 밸브의 온/오프(On/Off) 시간이 다르게 설정된다. 교정 압력값에 도달하면 압력파동을 제거하기위해 안정시간(약 10초)을 준 후 마우스 입력장치를 이용하여 탄성식 압력계의 압력지시 바늘이 설정된 교정압력 표시눈금과 항상 일치된 순간에 압력값이 기존의 실수눈금 판독이 아닌 정수눈금 판독으로 읽혀지도록 교정화면에 가상의 탄성식 압력계를 구현하였다. 기준압력센서와 가상의 탄성식 압력계로부터 동시에 데이타를 읽어들여 데이타를 처리한후 최종적으로 교정성적서를 작성한다. 작성된 교정성적서는 파일저장과 동시에 프린터로 출력된다.
도 4는 신호획득장치의 구성도이다.
기준압력 센서에서 출력되는 신호는 신호 조절장치(Signal Conditioner)에서 증폭 및 여과되고 A/D 변환된후 마우스로 입력된 피교정 탄성식 압력계의 교정점 압력값과 함께 풋 스위치에 의한 트리거 신호에 의해서 동시에 PC로 읽혀져 데이타 처리된다.
도 5는 교정 자동화를 위한 프로그램 흐름도이다.
동압력 교정시스템의 전체적인 프로그램 구성은 동작 기능에 따라 시스템의 초기변수 설정단계(S1), 교정단계(S2) 및 교정성적서 작성단계(S3)로 나누어 진다.
초기변수 설정단계(S1)에서는 제어밸브들의 초기상태 지정, 교정자 이름, 교정 날짜 및 시간, 피교정센서 모델 및 일련번호, 초기화면 제어 및 표시 아이콘 초기화등 교정시스템의 초기화면에서 센서교정에서 요구되는 초기변수들에 대한 초기값을 설정해 준다.
교정단계(S2)는, 교정압력범위, 교정구간, 교정횟수 등의 초기변수가 입력되고(S21), 밸브 A의 압력을 높이고 밸브 C, D의 압력을 낮춤으로써 프로그램에 의해 압력을 조절하고(S22), 기준 압력계를 읽어 현재의 압력을 모니터하고(S23), 현재의 압력이 미리 설정된 압력값과 비교하여 ±5% 오차 범위내인지 확인하여(S24), 범위내가 아니면 S22단계로부터 순차적으로 반복하고, 범위내이면 마우스로 입력된 피교정 탄성식 압력계의 교정점을 읽고(S25), 기준압력센서의 압력값과 피교정 탄성식 압력계의 교정 압력값을 동시에 읽어(S26) 현재 압력이 최대압력보다 큰지를 확인한다(S27). 현재 압력이 최대압력보다 작은 경우에는 S22단계로부터 순차적으로 다시 반복하고, 현재 압력이 최대압력보다 큰 경우에는 교정 데이터를 처리하여(S28), 교정 성적서를 저장하고 출력한다(S29).
도 6은 자동 압력제어수단의 구성도로서 동작원리는 다음과 같다.
먼저 종래의 분동식 압력계를 가지고 교정한 압력값을 입력하고, 장착피교정 센서에 인가되는 압력값에 따라 솔레노이드 밸브 동작시간(action time)을 결정하며, 지연시간(100ms)가 지났을 때 기준 변화기로부터 전압을 읽고 전압을 압력으로 전환시킨 후 이 압력값과 미리 입력된 교정 압력값을 비교하여 ±5% 범위안에 들어오면 제어를 종료하고, ±5% 범위안에 있지 않은 경우에는 ±5% 범위안에 들도록 솔레노이드 밸브들을 제어한다. 이때 압력을 증가시키기 위해서 밸브(A)를 열고 밸브(C,D)는 닫으며, 압력을 감소시키기 위해 밸브(C,D)를 열고 밸프(A)를 닫는다. 압력제어가 입력된 입력값의 ±5%안에 만족하면 압력파동을 제거하기 위한 안정시간(약 10초)을 준 후 피교정 센서로부터 교정신호를 읽어 처리한다.
도 7은 본발명에 따른 탄성식 압력계 교정장치를 이용하여 작성한 교정성적서이다. 본발명에 의한 탄성식 압력계 교정장치로 여러 구간에 걸쳐 원하는 교정눈금에 대한 각각의 교정값을 구할 수 있다. 교정점의 압력값이 다른 교정점에 대하여 상이한 압력값을 나타낼 수 있기 때문에, 측정시 측정압력값에 가장 가까운 교정점의 압력값을 적용해야 한다.
교정시 생길 수 있는 교정오차는 마우스 입력장치를 이용한 탄성식 압력계의 실수눈금 판독에서 정수눈금 판독방법 및 자동압력제어를 통해 기준압력센서와 피교정 탄성식 압력계를 동일 시각에 읽을 수 있는 자동교정방법을 구현할 수 있도록 설계/제작된 탄성식 압력계(교정범위, 0∼35kg/cm2) 자동교정장치에 의해서 대부분 제거될 수 있어 시스템의 불확도에 영향을 미치지 않을 정도로 작은 값이기 때문에 불확도 계산에서 무시될 수 있다. 실험결과 불확도의 대부분은 교정자의 탄성식 압력계의 눈금판독 오차인 것으로 밝혀져, 판독방법을 기존의 실수눈금 판독에서 정수눈금 판독으로 개선하여 눈금판독 오차를 개선하였다.
본발명의 탄성식 압력계 교정장치는 종래의 수동조작에서 발생되는 교정오차 요인들을 제거하여 교정정확도를 높였으며, 교정효율을 향상시켰다. 특히 수동소자인 탄성식 압력계를 자동교정할 수 있는 교정장치 개발은 종래방법보다 획기적으로 교정효율을 개선시켜 압력계 생산성증대 및 산업현장에서의 표준소급성 보급에 크게 기여할 수 있다.

Claims (5)

  1. 제어수단(10), 데이터획득카드(20), 인터페이스카드(30), 탄성식 압력계 교정수단(40), 및 출력수단(50)으로 구성된 탄성식 압력계 자동 교정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단(10)은 종래의 분동식 압력계를 가지고 교정한 압력값이 입력되어 있는 기준센서가 장착되어 있어 피교정센서를 통해 입력된 압력값과 기준센서의 압력값을 비교하여 상이하면 제어용 밸브들을 제어하는 것을 특징으로하는 탄성식 압력계 자동 교정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 탄성식 압력계 교정수단(40)은 압력 공급원(401), 1차압력 조절 장치(402), 필터(403), 압력지시용 압력계(404), 부피 탱크(405), 솔레노이드 밸브들(406), 미세 압력 조절기(407), 피교정용 탄성식 압력계가 장착된 센서 어댑터(408), 압력 표시계가 장착된 기준 센서(409) 및 풋 스위치(410)로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성식 압력계 자동 교정 장치.
  4. 시스템의 초기변수 설정단계(S1), 교정단계(S2) 및 교정성적서 작성단계(S3)로 구성된 압력 자동 교정 방법에 있어서, 상기 교정단계가 초기변수가 입력되는 단계(S21); 밸브의 압력을 조절하는 단계(S22); 기준 압력계를 읽어 현재의 압력을 모니터하는 단계(S23), 현재의 압력이 미리 설정된 압력값과 비교하여 5% 오차 범위내인지 확인하는 단계(S24); 범위내가 아니면 상기 밸브의 압력 조절 단계로부터 순차적으로 반복하고, 범위내이면 마우스로 입력된 피교정 탄성식 압력계의 교정점을 읽는 단계(S25); 기준압력센서의 압력값과 피교정 탄성식 압력계의 교정 압력값을 동시에 읽는 단계(S26); 현재 압력이 최대압력보다 큰지를 확인하는 단계(S27); 현재 압력이 최대압력보다 작은 경우에는 상기 밸브의 압력 조절 단계로부터 순차적으로 다시 반복하고, 현재 압력이 최대압력보다 큰 경우에는 교정 데이터를 처리하는 단계(S28); 및 교정 성적서를 저장하고 출력하는 단계(S29)로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 자동 교정 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기준압력센서의 압력값과 피교정 탄성식 압력계의 교정 압력값을 동시에 읽는 단계(S26)에서, 마우스 입력장치를 이용하여, 탄성식 압력계의 압력지시 바늘이 설정된 교정압력 표시눈금과 항상 일치된 순간에, 압력값을 정수눈금 판독으로 읽혀지도록 교정화면에 가상의 탄성식 압력계를 구현하는 것을 특징으로 하는 압력 자동 교정 방법.
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