KR100284161B1 - 분동식 압력계의 비접촉식 피스톤 낙하거리 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분동식 압력계의 피스톤 낙하거리를 비접촉식으로 측정할 수 있도록 구성된 분동식 압력계의 피스톤 낙하거리 측정장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 분동식 압력계는 프레임(1)의 일측에 압력조절장치(2)가 구비되고, 프레임(1)의 상면 일측에는 내부에 실린더와 피스톤이 내장되고 외주면에는 분동(4)이 얹혀지는 원통형의 분동인가벨(3)이 형성되며, 프레임(1)의 상면 타측에는 압력계 장착니플(6)이 형성된 분동식 압력계에 있어서, 피스톤(9)의 외주면에 코어 링(10)이 외삽되며, 코어 링(10)의 주위에는 1,2차 코일로 구성된 코일(13)이 설치되는 한편 프레임(1)의 일측 상면에는 상기 코일(13)로부터의 출력을 인가받아 피스톤의 이동거리 및 낙하율등을 표시하는 디스플레이(15)가 설치되어 이루어진 구조이다.

본 발명의 피스톤 낙하거리 측정장치에서는 피스톤에 투사율이 높은 코어 링을 끼우고 그 외부에는 LVDT 원리에 의한 1,2차 코일을 감아 코어 링의 위치이동에 의한 2차측 출력을 감지하여 디스플레이상에 피스톤의 위치, 낙하율, 낙하감도등을 표시하는 방식의 비접촉식 구조임에 따라 피스톤의 실제 이동거리등을 오차없이 매우 정밀하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

Description

분동식 압력계의 비접촉식 피스톤 낙하거리 측정장치

본 발명은 분동식 압력계의 피스톤 낙하거리 측정장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 피스톤의 주위에 투사율이 큰 코어 링을 결합하고 코어 링의 외주면으로부터 일정한 간격만큼 떨어진 주위에 코일을 감아서 피스톤과 함께 움직이는 코어 링의 위치이동을 감지함으로써 피스톤의 현재위치, 낙하율 및 낙하거리를 디지털 디스플레이상에 표시하도록 구성한 분동식 압력계의 비접촉식 피스톤 낙하거리 측정장치에 관한 것이다.

분동식 압력계는 압력의 기본원리, 즉 단위면적당 작용하는 힘의 크기에 의해서 직접 압력을 측정하는 이른바 1차압력계(primary pressure gauge)로서 기본 원리가 간단하고 재현도(repeatablity)와 장기 안정도(long term stability)가 우수하기 때문에 시험실이나 산업현장에서 사용되는 2차 압력계에 대한 기준기나 표준기로 널리 사용되어 오고 있다.

이와같은 분동식 압력계는 사용되는 유체의 종류에 따라 크게 유압식과 공압식으로 구분되며, 피스톤/실린더 장치, 압력발생 장치, 압력제어 장치 및 분동을 주요 구성으로 하고 있다.

도1은 일반적인 분동식 압력계의 전체 구조를 보인 사시도로서, 도시된 바와같이 분동식 압력계는 사각함체상으로 이루어진 프레임(1)의 일측 정면에 핸들(2a)이 구비된 압력조절장치(2)가 장착되고, 프레임(1)의 상면 일측에는 내부에 실린더와 피스톤이 내장된 원통형의 분동인가벨(3)이 피스톤과 함께 승강이동이 가능하도록 형성되며, 분동인가벨(3)의 외주면에는 소정의 분동(4)이 다단으로 얹혀짐과 아울러 프레임(1)의 상면 타측에는 측정대상 압력계(5)가 압력계 장착니플(6)상에 결합되는 구조로 이루어져 있다. 도면중 미설명 부호 7은 피스톤 위치검출을 위한 눈금이 새겨진 막대이다.

이와같은 구조로 이루어진 분동식 압력계에서의 압력측정 과정은 다음과 같다. 먼저 압력조절장치(2)의 핸들(2a)를 회동시켜 유체저장조(도면 미도시)에 저장된 유체가 피스톤의 하단부 및 압력계 장착니플(6)측으로 연통된 유체관로를 통해서 소정의 유압이 가해지도록 한다.

이와같이 피스톤의 하부에 유압이 가해지게 되면 피스톤은 수직상방으로 상승하게 되고, 이와함께 분동이 올려진 분동인가벨(3)도 함께 상승하게 되며 피스톤의 밑면에 작용하는 유압에 의한 힘과 분동의 무게가 평형이 될 때 피스톤은 원래의 위치보다 상승된 위치에 정지하게 된다. 이때, 측정대상 압력계(5)가 결합된 압력계 장착니플(6)을 통해서도 상기 피스톤에 가해진 압력과 동일한 압력의 유압이 전해지게 된다.

한편, 분동식 압력계의 압력은 분동인가벨(3)에 올려진 분동(4)에 의해서 또는 분동의 무게를 피스톤의 단면적으로 나눈 값에 의해서 그 압력값이 정해지게 되므로 그 정해진 압력값과 측정대상 압력계(5)의 인디케이터가 가르키고 있는 압력값을 비교하여 압력계(5)의 보정을 행하게 된다.

이와같은 분동식 압력계에서는 압력을 측정하는 동안 피스톤의 동작 범위내에서 피스톤의 수직위치를 관찰하고 결정할 수 있는 장치를 구비하여야 하는 바, 전세계적인 정부간 기구인 국제법정계량기구(OIML)에서 분동식 압력계의 피스톤 낙하율과 관련한 국제권고안에 의하면 피스톤의 낙하율은 제작회사의 사양서에 따르되 사양서가 없는 경우에 피스톤의 낙하율은 아래의 표1에 주어진 값을 초과해서는 않된다고 규정하고 있다.

표 1

압력전달 매질	측정범위상한값(Mpa)	정확도 등급에 대한 하강율(mm/min)
		0.005 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2
기체기체액체액체	0.1에서 1 이하1 초과0.6에서 6 이하6초과 500 이하	1 1 1 2 2 -2 2 2 3 3 -0.4 0.4 0.4 1 2 31.5 1.5 1.5 1.5 3 3

따라서, 분동식 압력계에서 정확한 압력의 측정을 위해서는 피스톤의 위치를 검출하고 피스톤의 운동상태를 관찰(monitering)할 수 있도록 하는 장치를 필요로 하게 되는 데, 이러한 종래의 피스톤 위치검출 장치로는 다음과 같은 세가지 종류가 알려지고 있다.

먼저, 첫 번째 종류로는 도1의 장치에 나타나 있는 바와같이 분동이 올려지는 피스톤 주위에 눈금이 새겨진 막대를 수직으로 장착하여 눈금과 분동의 수평위치를 비교하여 피스톤의 위치 및 낙하상태를 육안으로 관찰하는 방식이다. 그러나 이와같이 눈금이 새겨진 막대를 이용하는 방식에서는 피스톤의 미세한 거리변화를 관찰할 수 없다는 단점이 있다.

두 번째 종류로는 분동인가벨의 하단부에 금속재 링을 형성하고, 일단부에 눈금을 가리키는 포인터(지시침)가 구비된 막대를 지렛대 원리를 이용하여 피스톤 주위에 회동가능하게 설치한 상태에서 상기 막대의 회동중심과 포인터 사이에 그 단부가 상기 금속재 링에 접촉하는 마그네트를 설치함으로써 분동인가벨의 승강이동에 따라 막대의 회동이 일어나서 막대의 단부에 구비된 포인터가 가르키는 눈금이 변화되도록 한 방식이다.

그러나, 이와같이 마그네트와 지렛대 원리를 이용하는 방식에서는 미세한 힘이 분동인가벨에 가해지게 됨으로써 피스톤의 민감한 거동을 측정하는 데 어려움이 따르게 된다.

세 번째 종류로는 피스톤의 직상부에 레이저 발생기를 장착하여 그 레이저 발생기로부터 피스톤의 상면에 레이저를 발사함으로써 레이저 발생기와 피스톤 상면과의 거리측정 결과를 통해서 피스톤의 승강이동 상황을 관찰하는 레이저 거리 측정방식이다.

그러나, 이와같은 레이저 거리측정 방식에서는 피스톤의 상면으로 조사된 레이저의 난반사가 발생하게 되어 거리측정의 오차가 크고 또한 레이저 측정 장치의 설치비용이 많이 들 뿐 아니라 프레임의 외부에 별도로 설치되어야 하기 때문에 장치의 복잡화가 초래되는 단점이 지적되고 있다.

본 발명은 종래 분동식 압력계의 피스톤 낙하거리 측정장치에서 지적되고 있는 상기의 제반 단점과 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 피스톤의 주위에 투사율이 큰 코어 링을 결합하고 코어 링의 외주면으로부터 일정한 간격만큼 떨어진 주위에 LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 원리에 의한 1,2차 코일을 감아서 피스톤과 함께 움직이는 코어 링의 위치이동을 감지함으로써 피스톤의 현재위치, 낙하율 및 낙하거리를 디지털 디스플레이상에 표시하도록 구성한 분동식 압력계의 비접촉식 피스톤 낙하거리 측정장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 피스톤의 낙하거리 측정을 위한 구성 부품이 장치의 외부로 드러나지 않고 분동인가벨 내부에 설치되도록 함으로써 장치의 단순화를 도모하는 한편 측정된 피스톤의 현재위치, 낙하율 및 낙하감도등에 관한 측정결과가 프레임상에 장착된 디스플레이상에 표시되도록 함으로써 손쉽게 측정결과의 인식이 가능하도록 한 분동식 압력계의 비접촉식 피스톤 낙하거리 측정장치를 제공하는 데 있다.

도1은 일반적인 분동식 압력계의 전체 구조를 보인 사시도.

도2는 본 발명의 일실시예 분동식 압력계의 전체 구조를 보인 사시도.

도3은 본 발명 분동식 압력계의 요부에 대한 종단면도.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

1. 프레임 2. 압력발생장치

3. 분동인가벨 4. 분동

8. 실린더 9. 피스톤

10. 코어 링 12. 지지너트

13. 코일 15. 디스플레이

본 발명의 상기 목적은 하부에 유체의 압력이 가해지는 피스톤과, 피스톤의 주위에 설치되어 피스톤의 수직 승강이동을 안내하는 실린더와, 피스톤의 상부에 결합되어 피스톤과 함께 이동하는 분동인가벨과, 피스톤의 외주면에 끼워지는 코어 링과, 코어 링 주위에 권회되어 코어 링의 위치이동에 의한 2차측 출력을 감지해 내는 코일 및 상기 코일로부터의 2차측 출력의 감지결과에 의해 피스톤의 위치, 낙하율, 낙하감도등을 표시하는 디스플레이로 이루어진 구조에 의해서 달성된다.

본 발명의 피스톤 낙하거리 측정장치에서는 피스톤과 일체로 형성된 코어 링과 코어 링 주위의 고정된 위치에 설치되는 코일을 통해서 비접촉식으로 0.1mm 이하 수준의 미세한 거리 변화를 측정할 수 있는 기술적 특징이 있다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에따른 작용효과에 대한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도2는 본 발명의 일실시예 분동식 압력계의 전체 구조를 보인 사시도이고, 도3은 본 발명 분동식 압력계의 요부에 대한 종단면도이다. 도면중 종래와 동일한 부분에 대해서는 도1에서와 동일한 부호를 부여하였다.

도시된 바와같이 본 발명에 의한 분동식 압력계는 사각함체상으로 이루어진 프레임(1)의 일측 정면에 핸들(2a)이 장착된 압력조절장치(2)가 구비되고, 프레임(1)의 상면 일측에는 내부에 실린더와 피스톤이 내장된 원통형의 분동인가벨(3)이 피스톤과 함께 승강이동이 가능하도록 형성되며, 분동인가벨(3)의 외주면에는 소정 개수의 분동(4)이 다단으로 얹혀짐과 아울러 프레임(1)의 상면 타측에는 측정대상 압력계(5)가 압력계 장착니플(6)상에 결합되어 이루어진 분동식 압력계에 있어서, 실린더(8)에 의해서 수직 승강이동이 안내되며 하단부상에 압력조절장치(2)에 의해서 발생된 유압이 작용하는 피스톤(9)의 외주면에 투사율이 높은 코어 링(10)이 외삽되며, 상기 실린더(8)를 지지하는 메인 프레셔 하우징(11)의 상부에 너트결합되는 지지너트(12)의 내주면상에 1,2차 코일로 구성된 코일(13)이 장착되는 한편 프레임(1)의 일측 상면에는 상기 코일(13)로부터의 출력을 인가받아 피스톤의 이동거리 및 낙하율등을 표시하는 디스플레이(15)가 설치되어 이루어진 구조이다.

이때, 상기 코어 링(10)은 투사율이 큰 재질, 일예로 순철과 같은 재질로 이루어진 원통형으로서 피스톤(9)에 외삽된 상태로 고정되며, 코어 링(10) 외측의 지지너트(12) 내측에 설치되는 코일(13)은 도면에는 도시되어 있지 않지만 리드 선을 통해서 디스플레이(15)와 연결되어 그 출력값을 디스플레이(15)로 인가하도록 구성된다.

상기 메인 프레셔 하우징(12)의 중앙에는 피스톤(9)의 하부가 삽입되고 유압발생장치(2)와 연통되어 피스톤(9)에 유압을 작용하는 유압통로(16)가 구비되며, 메인 프레셔 하우징(12)과 분동인가벨(3) 사이의 공간에는 일측 상부에 롤러핀(17)이 돌출형성된 구동 슬리브(18)가 설치된다.

이때, 구동 슬리브(18)의 하부에는 도2에 도시된 바와같이 풀리(18a)가 일체로 형성되어 모터(도면 미도시)로부터 전해지는 회동구동력에 의해서 구동 슬리브(18)의 회전이 이루어지게 되고, 이와같은 구동 슬리브(18)의 회전력은 상기 롤러핀(17)을 통해서 분동인가벨(3)의 상부에 결합된 캐리어(19)상에 고정된 접촉핀(20)으로 전해져서 결국 분동(4)이 얹혀진 분동인가벨(3)을 회전시키게 구성되어 있다.

이와같이, 분동(4)이 탑재된 분동인가벨(3)을 회전시키는 이유는 피스톤(9)이 부상했을 때 피스톤(9)의 회전상태에 있게 함으로써 두 부재간의 마찰부위가 정지마찰이 아닌 운동마찰 상태가 유지되도록 해서 마찰에 의한 오차를 줄여주기 위함이다.

상기 피스톤(9)의 상단부는 캐리어(19)의 중앙에 수직으로 형성된 관통공에 삽입됨과 함께 상기 관통공의 상부로부터 체결되는 T볼트(21)의 하단부와 접촉한 상태로 고정되며, 케리어(19)의 하부 외주면과 하단부에는 각각 슬리브(22) 및 스톱퍼(23)가 장착되고, 상기 슬리브(22)의 상부 외측에는 베어링 홀더(24)에 의해 지지되는 베어링(25)이 설치되어 있다.

따라서, 피스톤(9)의 수직 승강이동 거리는 ″D″만큼으로 정해지게 되며, 피스톤(9)의 승강이동시에는 이에 결합된 코어 링(10), 캐리어(19), T볼트(21), 분동인가벨(3) 및 분동(4)이 함께 승강이동되며, 이들 구성부품은 구동슬리브(18)의 회동에 의해서 일정한 회전속도로 회전상태가 유지되어 진다.

이와같이, 피스톤(9)을 포함한 상기 부품들은 승강이동 및 회전상태로의 전환이 가능하도록 설치됨에 비해 실린더(8)를 포함한 메인 프레셔 하우징(11), 지지너트(12), 코일(13), 베어링 홀더(24) 및 베어링(15)은 항시 고정된 위치를 유지하게 된다.

이와같은 구조로 이루어진 본 발명 분동식 압력계의 피스톤 낙하거리 측정장치의 피스톤 낙하거리 측정과정은 다음과 같다.

먼저, 유압발생장치(2)의 구동에 의해서 피스톤(9) 하부의 유압통로(16)를 통해서 유압이 가해지는 경우 또는 피스톤(9)이 유압에 의해서 상승되었다가 시간이 경과하는 경우 피스톤(9)은 상승 또는 하강이동을 하게 되고, 이같은 피스톤(9)의 이동에 따라 이에 결합된 코어 링(10)도 함께 이동된다.

이와같이 코어 링(10)이 이동되면 그 주위에 설치된 코일(13)과 코어 링(13)간의 상대적인 위치변화가 일어나게 되어 유도기전력의 변화가 발생된다.

이와같은 유도기전력의 변화는 프레임(1)상에 설치된 디스플레이(15)로 전해져서 디스플레이상에 피스톤의 위치, 낙하율, 낙하감도등의 결과값으로 표시되어 진다.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명 분동식 압력계의 피스톤 낙하거리 측정장치에서는 피스톤에 투사율이 높은 코어 링을 끼우고 그 외부에는 LVDT 원리에 의한 1,2차 코일을 감아 코어 링의 위치이동에 의한 2차측 출력을 감지하여 디스플레이상에 피스톤의 위치, 낙하율, 낙하감도등을 표시하는 방식의 비접촉식 구조임에 따라 피스톤의 실제 이동거리등을 오차없이 매우 정밀하게(0.1mm 이하의 수준) 측정할 수 있다는 장점을 지니고 있다.

또한, 본 발명의 장치는 코어 링과 코일이 분동인가벨 내부에 장착됨에 따라 장치 자체의 단순화 및 제조비용의 절감을 도모할 수 있는 이점도 아울러 지니고 있다.

Claims (1)

1. 분동식 압력계에 있어서, 피스톤의 주위에 외삽되는 투사율이 높은 원통형 코어 링과, 코어 링의 주위에 코어 링과는 일정간격을 유지한 상태로 고정설치되는 1,2차 코일로 이루어진 코일 및 코어 링의 이동에 의해 코일에서 발생되는 출력을 인가받아 피스톤의 위치정보를 표시하는 디스플레이로 이루어짐을 특징으로 하는 분동식 압력계의 비접촉식 피스톤 낙하거리 측정장치.