KR100739821B1

KR100739821B1 - 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치

Info

Publication number: KR100739821B1
Application number: KR1020050055185A
Authority: KR
Inventors: 우삼용; 최인묵; 김부식
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-07-13
Also published as: US7392686B2; KR20060135301A; US20060288758A1

Abstract

본 발명은 1 토르, 10 토르, 100 토르 겸용 진공게이지 교정장치에 관한 것이다. 이를 위해, 압력용기(120)의 내부에 표준압력계(140, 142)가 설치되어 모니터용 압력계(560)를 교정하기 위한 진공게이지 교정장치에 있어서, 압력용기(120)의 내부에 수직으로 설치되고, 복수개의 분동 거치대(138)가 축선을 따라 소정간격으로 형성되며, 하부에 표준압력계(140, 142)가 연결된 분동거치축(134); 분동 거치대(138) 사이 마다 설치되고, 복수개의 분동이 한 세트를 이루는 복수의 분동세트; 복수의 분동세트를 구성하는 각 분동을 분동 거치대(138)로부터 개별적으로 들어올리거나 분동 거치대(138)에 거치시키도록 하는 승강수단; 및 외부 명령에 따라 승강수단의 동작을 제어하는 제어수단이 제공된다.

진공, 압력, 게이지, 분동, 토르, 승강, 스텝모터, 거치축, 거치대

Description

1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치{Vacuum gauge calibration device for 1, 10, 100 torr}

도 1은 종래 및 본 발명이 적용될 수 있는 진공게이지 교정장치의 전체적인 시스템 구성도,

도 2는 종래의 분동교환장치(10)를 탑재한 진공게이지 교정장치의 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치의 개략적인 구성도,

도 4는 도 3에 도시된 교정장치의 평면도,

도 5는 도 2에 도시된 교정장치중 분동세트와 분동승강장치만을 도시한 측단면도,

도 6a은 도 5에 도시된 분동세트중 제 1 분동세트(210)와 이송헤드(130a)만의 개략도로서, 분동거치대(138)에 분동의 하중이 작용하지 않는 상태를 나타내는 측단면도,

도 6b는 도 6a의 상태에서 1 g짜리 분동(215)만이 하강되어 분동거치대(138)에 거치되는 상태를 나타내는 측단면도,

도 6c는 도 6a의 상태에서 1 g짜리 분동(215)과 9 g짜리 분동(213)만이 하강 되어 분동거치대(138)에 거치됨으로서 총 10 g의 분동이 가해지는 상태를 나타내는 측단면도,

도 6d는 도 6a의 상태에서 1 g짜리 분동(215), 9 g짜리 분동(213) 및 90 g짜리 분동(211)이 하강되어 분동거치대(138)에 거치됨으로서 총 100 g의 분동이 가해지는 상태를 나타내는 측단면도,

도 7은 특정 레벨의 진공게이지를 교정하기 위하여 순차적으로 분동을 거치시켜 압력표준계를 가압하고 그 다음 감압하는 과정을 나타내는 그래프,

도 8a는 1토르, 10토르, 100토르의 각 진공게이지를 교정하기 위한 초기단계로서, 각 분동세트(210, 220, 230, 240, 250)가 해당 분동거치대(138) 위에 승강되어 있는 초기 준비상태의 측단면도,

도 8b는 1토르의 진공게이지를 교정하는 단계에서, 일예로 2 g(225), 8 g(245), 3.332 g(255)의 분동들이 표준압력계(140, 142)에 작용되는 상태의 측단면도,

도 8c는 10토르의 진공게이지를 교정하는 단계에서, 일예로 2 g(225), 18 g(223), 8 g(245), 72 g(243), 3.332 g(255), 29.990 g(253)의 분동들이 표준압력계(140, 142)에 작용되는 상태의 측단면도,

도 8d는 100토르의 진공게이지를 교정하는 단계에서, 일예로 3.332 g(255), 8 g(245), 29.990 g(253), 72 g(243), 180 g(221), 2 g(225), 18 g(223), 299.902 g(251), 720 g(241)의 분동들이 표준압력계(140, 142)에 모두 작용되는 상태의 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

10 : 진공게이지 교정장치, 12 : 스텝모터,

14 : 로터리 모션 피드쓰루, 20 : 압력용기,

22 : 제 1 개구, 24 : 제 2 개구,

26 : 내부공간, 28 : 리드 스크류,

29 : 이송축, 30 : 이송헤드,

32 : 승강아암, 34 : 분동 거치축,

36 : 분동, 40 : 피스톤,

42 : 실린더, 44 : 베이스,

46 : 지시편, 48 : 제 1 리미트 스위치,

50 : 제 2 리미트 스위치, 100 : 진공게이지 교정장치,

112a, b, c, d, e : (제 1 ~ 제 5) 스텝모터,

114 : 로터리 모션 피드쓰루, 120 : 압력용기,

122a : 제 1 개구, 122b : 제 2 개구,

124a : 제 3 개구, 124b : 제 4 개구,

126 : 내부공간,

128a, b, c, d, e : (제 1 ~ 제 5) 리드 스크류,

129 : 이송축,

130a, b, c, d, e : (제 1 ~ 제 5) 이송헤드,

132 : 승강아암, 134 : 분동 거치축,

138 : 분동 거치대, 140 : 피스톤,

142 : 실린더, 144 : 베이스,

146 : 지시편, 148 : 제 1 리미트 스위치,

150 : 제 2 리미트 스위치, 160 : 리프터,

210 : 제 1 분동세트, 211 : 90 g 분동,

213 : 9 g 분동, 215 : 1 g 분동,

220 : 제 2 분동세트, 221 : 180 g 분동,

223 : 18 g 분동, 225 : 2 g 분동,

230 : 제 3 분동세트, 231 : 360 g 분동,

233 : 36 g 분동, 235 : 4 g 분동,

240 : 제 4 분동세트, 241 : 720 g 분동,

243 : 72 g 분동, 245 : 8 g 분동,

250 : 제 5 분동세트, 251 : 299.902 g 분동,

253 : 29.990 g 분동, 255 : 3.332 g 분동,

530 : 진공 게이지, 532 : 게이지 밸브,

540 : 가스공급관, 542 : 가스공급밸브,

544 : 가변체적밸브, 550 : 제 1 진공펌프,

552 : 트랩, 554 : 펌프밸브,

560 : 모니터용 압력계, 570 : 가스배출관,

572 : 벤트밸브, 574 : 니들밸브,

580 : 제 2 진공펌프, 582 : 트랩,

584 : 차단밸브.

본 발명은 진공게이지의 교정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1 토르, 10 토르, 100 토르 겸용 진공게이지 교정장치에 관한 것이다.

최근 환경산업과 공정산업의 발달로 인하여 미압측정에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 여기서 미압측정이란 수천 Pa 이하 영역의 압력범위를 말하는데 대기압이 약 100 kPa(100,000 Pa)임을 감안한다면 대기압의 수백분의 일 또는 수천분의 일(저진공) 상태에 있는 압력을 측정하는 것을 의미한다.

이와 같은 미압측정을 위해 국제적으로는 수은 혹은 오일형 미압게이지를 개발 혹은 개발중에 있다. 그리고, 미압을 측정하기 위한 진공게이지는 상용범위에 따라 1 토르, 10 토르, 100 토르 용량의 진공 게이지로 나눌 수 있고, 이러한 진공게이지가 전체 진공게이지의 95 %를 차지하고 있다.

도 1은 종래의 진공게이지 교정장치의 전체적인 시스템 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 진공게이지 교정장치는 대략적으로 진공게이지 교정장치(100), 가스공급장치, 모니터용 압력계(560) 및 가스 배출장치로 구분될 수 있다.

가스공급장치는 일정한 압력을 가스공급관(540)을 통해 추후 설명하는 피스톤으로 공급하기 위하여 가스공급밸브(542), 가변체적밸브(544) 및 제 1 진공펌프 (550)등으로 구성되어 있다. 특히, 제 1 진공펌프(550)는 로터리식 펌프를 사용하므로 펌프밸브(554)와 오일의 역류를 방지하기 위한 트랩(552)이 함께 구성된다. 또한 가스공급관(540)의 일부는 분지되어 모니터용 압력계(560)와 연결된다.

가스 배출장치는 진공게이지 교정장치(100) 내부를 진공으로 만들기 위한 것으로 제 2 진공펌프(580), 동일한 구성의 트랩(582) 및 차단밸브(584)가 연결되어 있으며, 가스배출관(570)의 끝단에는 니들밸브(574)와 벤트밸브(572)가 설치되어 있다.

이하에서는 도 1중 진공게이지 교정장치(100)의 종래기술에 대해 설명하기로 한다. 도 2는 종래의 분동교환장치를 탑재한 진공게이지 교정장치(10)의 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압력용기(20)의 내부에는 분동 거치축(34)이 수직방향으로 거치되어 있고, 그 하부에는 실린더/피스톤형 표준압력계(40, 44)가 구비되어 있다. 그리고, 분동거치축(34)에는 서로 다른 질량의 분동들(36a, b, c, d, e)이 끼워져 있다. 이러한 분동(36a, b, c, d, e)은 승강아암(32)에 의하여 선택적으로 승강될 수 있다. 그리고, 분동(36a, b, c, d, e)은 피교정 진공게이지의 용량(예를 들어, 1토르짜리, 10토르짜리, 100토르짜리 등)에 따라 질량이 달라진다. 참고로, 도 2에서는 이해를 돕기 위해 하나의 리드스크류(28)에 4개의 이송헤드(30)와 승강아암(32)을 표시하고, 또 다른 리드스크류(28)에서 이송헤드(30)와 승강아암(32)을 표시하였다. 그러나, 실제로는 분동거치축(34)의 둘레로 5개의 리드스크류(28)가 균일하게 설치되어 있고, 각 리드스크류(28)마다 한개씩의 스텝모터(12), 이송헤드(30)와 승강아암(32)이 조립되어 있다.

그리고, 압력용기(20)의 상단에는 복수개의 스텝모터(12)가 구비되어 있고, 회전축은 로터리 모션 피드쓰루(14)를 통해 내부와 연결되어 있다. 로터리 모션 피드쓰루(14)의 단부에는 리드스크류(28)가 회전 가능하게 연결되어 있다.

이하에서는 상기와 같은 종래의 구성을 갖는 진공게이지 교정장치(10)의 동작에 관해 간략히 설명하기로 한다.

우선, 도 1과 같은 연결상태에서 내부를 원하는 정도의 진공상태를 유지한 다음, 스텝모터(12)를 회전시켜 원하는 질량만큼의 분동(36a, b, c, d, e)을 분동거치축(34)위에 올려 놓는다. 그리고, 나머지 분동(36a, b, c, d, e)들은 분동거치축(34)에 끼워진 채로 승강아암(32)에 의해 들려져 있게 된다. 따라서, 들려져 있는 분동(36a, b, c, d, e)의 하중은 분동거치축(34)에 작용하지 않는다.

이와 같은 과정을 통해 분동거치축(34)에 올려놓은 분동의 질량을 조금씩 변경할 수 있고, 이로부터 피교정 진공게이지의 특성(예를 들어, 히스테리시스 등)을 파악할 수 있게 된다.

그런데, 지금까지의 최신 기술에 따르면, 1 토르 수준의 진공 게이지는 1 토르형 진공 게이지 교정장치에서 교정을 받았고, 10 토르 수준의 진공 게이지는 10 토르형 진공 게이지 교정장치에서 교정을 받았으며, 100 토르 수준의 진공 게이지는 100 토르형 진공 게이지 교정장치에서 별도의 교정을 받았다. 이는 측정장비마다의 정밀도 차이에 기인한 것이었다. 그리고, 압력이 낮을 수록(예를 들어 1 토르) 측정과 교정에 상당한 어려움이 있다.

보다 구체적인 교정 방법으로서 수은 압력계를 이용하거나 수은의 높이를 레 이저나 초음파로 측정하는 방식이 사용되었다. 그러나, 이러한 방식은 장치와 측정방법이 번거롭고 700만원 내지 1,000만원의 고액 교정비용이 발생하는 등 현실적이지 못했다. 따라서, 지금까지는 하나의 진공게이지를 교정받은 후 이를 다시 교정표준으로 삼아 다른 진공게이지를 교정하곤 하였다. 그러나, 이와 같은 방식은 교정 불확도가 증가하는 단점이 있다. 그리고, 교정주기(예를 들어 6개월)마다 계속적인 교정이 필요함에도 불구하고 이와 같은 교정룰이 지켜지지 않아 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

그리고, 1 토르형, 10 토르형, 100 토르형 진공 게이지를 각각 별개의 교정장치에서 교정함에 따라 교정의 어려움과 비경제성이 컸다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 1 토르형 진공게이지, 10 토르형 진공게이지, 100 토르형 진공게이지를 하나의 장치 내에서 교정할 수 있도록 한 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

우선, 설명에 앞서 본 명세서에서 동일한 아라비아 숫자의 부재번호(예를 들어, 112a, 112b,...)는 동일한 부재 또는 동일한 기능을 하는 여러 부재의 상징적 부재(예를 들어, 112)를 나타낸다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 압력용기(120)의 내부에 표준압력계(140, 142)가 설치되어 피교정진공게이지를 교정하기 위한 진공게이지 교정장치에 있어서,

압력용기(120)의 내부에 수직으로 설치되고, 복수개의 분동 거치대(138)가 축선을 따라 소정간격으로 형성되며, 하부에 표준압력계(140, 142)가 연결된 분동거치축(134);

분동 거치대(138) 사이 마다 설치되고, 복수개의 분동이 한 세트를 이루는 복수의 분동세트;

복수의 분동세트를 구성하는 각 분동을 분동 거치대(138)로부터 개별적으로 들어올리거나 분동 거치대(138)에 거치시키도록 하는 승강수단; 및

외부 명령에 따라 승강수단의 동작을 제어하는 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 분동 거치대(138)는 5개가 형성되고, 복수의 분동세트는 5세트인 것이 가능하다.

아울러, 분동세트는,

1g, 9g, 90g 질량의 분동 3개로 구성된 제 1 분동세트(210);

2g, 18g, 180g 질량의 분동 3개로 구성된 제 2 분동세트(220);

4g, 36g, 360g 질량의 분동 3개로 구성된 제 3 분동세트(230);

8g, 72g, 720g 질량의 분동 3개로 구성된 제 4 분동세트(240);

3.332g, 29.990g, 299.902g 질량의 분동 3개로 구성된 제 5 분동세트(250);인 것이 가장 바람직하다.

또한, 승강수단은,

압력용기(120)의 외부에 설치된 서보모터(112);

일측이 서보노터(112)와 각각 연결되어 압력용기(120)의 내부로 회전력을 전달하는 로터리 모션 피드쓰루(114);

각 로터리 모션 피드쓰루(114)마다 수직으로 연결되어 회전 가능하게 설치된 리드스크류(128);

리드스크류(128)와 소정간격으로 이격된 채 평행하게 설치된 이송축(129);

리드스크류(128)와 이송축(129)에 공통으로 연결되어 리드스크류(128)의 회전에 따라 상하로 승강하는 이송헤드(130); 및

이송헤드(130)로부터 분동세트까지 연장되어 분동을 선별적으로 들어올릴 수 있는 아암(132);으로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 분동거치축(134)은 압력용기(120)의 중앙에 설치되고,

리드스크류(128)와 이송축(129)은 분동거치축(134) 둘레에 등간격으로 설치되며,

각 분동세트(210, 220, 230, 240, 250)내의 3개의 분동은 중력방향에 대해 질량에 따라 내림차순으로 정렬되는 것이 가장 바람직하다.

또한, 각 분동세트(210, 220, 230, 240, 250)내의 3개의 분동은 중력방향에 대해 직경에 따라 내림차순으로 정렬되는 것도 가능하다.

그리고, 서보모터(112)는 스텝모터, 브러쉬리스 CD 서보모터 등이 될 수 있다.

아울러, 승강수단의 최저 및 최고 승강량을 검출하는 검출수단을 더 포함하고, 검출수단의 검출신호는 제어수단으로 전송되며, 제어수단은 검출신호에 기초하여 승강수단의 동작을 멈추거나 또는 계속하게 하는 것이 가능하다.

뿐만 아니라, 검출수단은, 승강 최고 높이에 설치된 제 1 리미트 스위치(148); 승강 최저 높이에 설치된 제 2 리미트 스위치(150); 및 승강수단의 동작과 연동하여 제 1, 2 리미트 스위치(148, 150) 사이를 왕복할 수 있는 지시편(146)으로 구성될 수 있다.

그리고, 표준압력계는 압력용기(120)내에 고정되고, 일단으로 가스공급수단이 연결되는 실린더(142); 및 상부로 분동이 놓여지며, 실린더(142) 내에서 상하로 이송 가능한 피스톤(140);으로 구성될 수 있다.

이하 본 발명에 따른 저진공게이지의 교정장치 및 교정방법에 관하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 진공게이지 교정장치의 전체적인 시스템 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 진공게이지 교정장치는 대략적으로 진공게이지 교정장치(100), 가스공급장치, 모니터용 압력계(560) 및 가스 배출장치로 구분될 수 있다.

가스공급장치는 일정한 압력을 가스공급관(540)을 통해 추후 설명하는 피스톤으로 공급하기 위하여 가스공급밸브(542), 가변체적밸브(544) 및 제 1 진공펌프(550)등으로 구성되어 있다. 특히, 제 1 진공펌프(550)는 로터리식 펌프를 사용하므로 펌프밸브(554)와 오일의 역류를 방지하기 위한 트랩(552)이 함께 구성된다. 또한 가스공급관(540)의 일부는 분지되어 모니터용 압력계(560)와 연결된다.

이하에서는 도 1중 진공게이지 교정장치(100)의 구체적인 내부구성에 대해 설명하기로 한다. 우선, 도 3은 본 발명에 따른 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치(100)의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 교정장치의 평면도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 교정장치(100)는 크게 압력용기(120)의 상부에 설치된 5개의 스텝모터(112), 원통형 압력용기(120) 및 압력용기(120)를 지탱하는 베이스(144)로 구성되어 있다.

5개의 스텝모터(112)는 제 1, 2, 3, 4, 5 스텝모터(112a, 112b, 112c, 112d, 112e)이며, 압력용기(120)의 상부에 등간격으로 설치되어 있다. 그리고, 스텝모터(112)는 양단으로 회전축(번호 미부여)가 돌출된 형태이다. 따라서, 일단의 회전축은 로터리 모션 피드쓰루(114)를 통해 압력용기(120)의 내부로 회전력을 전달하고, 타단의 회전축은 직선운동으로 바뀌어서 지시편(146)을 상하로 승강운동하게 한다. 지시편(146)은 모터의 회전에 따라 최고점과 최저점 사이를 왕복할 수 있고, 이러한 최고점과 최저점에는 각각 제 1 리미트 스위치(148)와 제 2 리미트 스위치(150)가 설치되어 있다. 이러한 리미트 스위치(148, 150)는 포토센서이고, 지시편(146)은 포토센서를 지남에 따라 빛을 통과시키거나 차단하여 현재 위치를 인지하게 한다.

로터리 모션 피드쓰루(114)는 압력용기(120) 내부의 진공상태를 유지하면서도 회전력을 압력용기(120) 내부로 전달하는 기계부품이다. 이러한 로터리 모션 피드쓰루(114)의 구체적인 구성은 당업자에게 널리 알려진 공지기술임으로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 로터리 모션 피드쓰루(114)는 5개의 스텝모터(112)마다 설치되어 있고, 그 단부에는 커플링을 통해 리드스크류(128)가 연결된다. 즉, 제 1 스텝모터(112a)에는 제 1 로터리 모션 피드쓰루(114a)와 제 1 리드스크류(128a)가 연결되고, 제 2 스텝모터(112b)에는 제 2 로터리 모션 피드쓰루(114b)와 제 2 리드스크류(128b)가 연결되는 구성이다. 참고로, 도 3에서는 이해를 돕기 위해 2개의 스텝모터(112a, b)와 2개의 리드스크류(128a, b)만을 표시하였다.

이송축(129)은 5개가 구비되고, 각각은 각 리드스크류(128)의 인근에 평행하게 배치된다. 이러한 이송축(129)는 이송헤드(130)가 리드스크류(128)의 회전에 따라 직선 이송을 하도록 하기 위함이다.

각 리드스크류(128)에는 한개씩의 이송헤드(130)가 연결되어 있다. 즉, 하나의 이송헤드(130)는 리드스크류(128)와 이송축(129)에 동시에 연결되어 있다. 도 3에서는 이해를 돕기 위해 하나의 이송스크류(128)에 5개의 이송헤드(130)를 도시하 였다. 실제로, 이송헤드(130)는 분동 주위로 나선궤적을 따라 위치하게 된다.

분동거치축(134)는 압력용기(120)의 중심에 위치하고, 소정의 높이를 가지며, 하단에는 실린더/피스톤형 압력표준계(140, 142)가 구비된다. 이러한 분동거치축(134)에는 축선방향을 따라 5개의 분동거치대(138)가 돌출되어 있다. 이러한 분동거치대(138)는 분동이 내려와서 거치됨으로서, 분동의 하중을 압력표준계(140, 142)에 전달하는 구성을 갖는다.

분동은 분동거치축(134)에 끼워져 있으며, 각 분동거치대(138) 사이마다 위치한다. 보다 구체적으로는 1g, 9g, 90g 질량의 분동 3개로 구성된 제 1 분동세트(210), 2g, 18g, 180g 질량의 분동 3개로 구성된 제 2 분동세트(220), 4g, 36g, 360g 질량의 분동 3개로 구성된 제 3 분동세트(230), 8g, 72g, 720g 질량의 분동 3개로 구성된 제 4 분동세트(240), 3.332g, 29.990g, 299.902g 질량의 분동 3개로 구성된 제 5 분동세트(250)로 구성되어 있다. 이를 표로 구성하면 다음과 같다.

분동세트	제 1 분동 (윗쪽 분동)	제 2 분동 (중간분동)	제 3 분동 (아래쪽 분동)
제 1 분동세트	90 g	9 g	1 g
제 2 분동세트	180 g	18 g	2 g
제 3 분동세트	360 g	36 g	4 g
제 4 분동세트	720 g	72 g	8 g
제 5 분동세트	299.902g	29.990g	3.332g

승강아암(132)는 일단이 이송헤드(130)에 고정되어, 이송헤드(130)의 승강에 따라 일체로 승강하게 된다. 그리고, 승강아암(132)의 타단은 자유단으로서, 각 분동의 하부를 지지하게 된다. 승강아암(132)의 구체적인 구성은 추후 하기로 한다.

원통형 압력용기(120)는 금속으로 제작되며, 중간영역에 4개의 개구(제 1 개구(122a), 제 2 개구(122b), 제 3 개구(124a), 제 4 개구(124b))가 형성되어 있다. 이러한 개구들(122, 124)은 압력용기(120) 내부의 진공을 유지하거나 소정의 가스를 공급하기 위해 사용되며, 투명창으로 막아서 내부를 육안으로 볼 수 있도록 하기도 한다.

도 5는 도 2에 도시된 교정장치중 분동세트와 분동승강장치만을 도시한 측단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 분동세트(210)는 1g(215), 9g(213), 90g (211) 질량의 분동 3개로 구성되고, 제 2 분동세트(220)는 2g(225), 18g(223), 180g(221) 질량의 분동 3개로 구성되고, 제 3 분동세트(230)는 4g(235), 36g(233), 360g(231) 질량의 분동 3개로 구성되고, 제 4 분동세트(240)는 8g(245), 72g(243), 720g(241) 질량의 분동 3개로 구성되고, 제 5 분동세트(250)는 3.332g(255), 29.990g(253), 299.902g(251) 질량의 분동 3개로 구성된다.

각 분동세트(210, 220, 230, 240, 250)는 3개의 분동으로 구성되며, 각각은 대략 디스크 형상이며, 무게 차이에 따라 직경에 차이를 두고 있다. 이는 하나의 승강아암(132)을 이용하여 높이차에 따라 3개 분동의 적재 여부를 결정하도록 구성하였기 때문이다.

아울러, 도 5에서는 동작원리에 대한 이해를 돕기 위해 하나의 리드스크류(128)에 5개의 승강헤드(130)를 도시하였다. 그러나, 실제로는 제 1, 2, 3, 4, 5 리드스크류(128a, b, c, d, e,)가 분동거치축(134) 둘레를 에워싸는 형상이고, 각각의 리드스크류(128)로부터 하나의 승강헤드(130)가 나선궤적을 따라 연결되어 있는 구성이다.

도 6a은 도 5에 도시된 분동세트중 제 1 분동세트(210)와 이송헤드(130a)만의 개략도로서, 분동거치대(138)에 분동의 하중이 작용하지 않는 상태를 나타내는 측단면도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 1 g 분동(215)의 상면으로는 9g 분동(213)의 하면이 겹쳐질 수 있는 맞춤 형상이고, 9g 분동(213)의 상면으로는 90 g 분동(211)의 하면이 겹쳐질 수 있는 맞춤 형상이다.

그리고, 승강아암(132)의 자유단측 단부에는 리프터(160)가 고정되어 있다. 리프터(160)는 3개의 단차가 형성되어 있는데 각각은 1 g 분동(215), 9 g 분동(213) 및 90 g 분동(211)의 하면 테두리와 동시에 접할 수 있는 높이를 갖는다. 즉, 도 6a와 같이, 승강헤드(130a)가 상승하여 승강아암(132)과 리프터(160)가 상승하면, 리프터(160)에 의해 1 g 분동(215), 9 g 분동(213) 및 90 g 분동(211)이 동시에 들어올려진다.

도 6b는 도 6a의 상태에서 1 g 분동(215)만이 하강되어 분동거치대(138)에 거치되는 상태를 나타내는 측단면도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 리드스크류(128a)가 회전하여 제 1 승강헤드(130a)가 하강하면, 승강아암(132)과 리프터(160)가 일체로 하강하게 된다. 이 때 하강높이는 1 g 분동(215)만이 분동거치대(138)에 거치될 정도면 족하다. 즉, 도 6b와 같은 상태에서는 압력표준계(140, 142)에 1 g의 하중이 가해지는 것이다.

도 6c는 도 6a의 상태에서 1 g 분동(215)과 9 g 분동(213)만이 하강되어 분동거치대(138)에 거치됨으로서 총 10 g의 분동이 가해지는 상태를 나타내는 측단면도이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 제 1 리드스크류(128a)가 추가로 회전하여 제 1 승강헤드(130a)가 추가로 하강하면, 승강아암(132)과 리프터(160)가 일체로 추가 하강하게 된다. 이 때 하강높이는 1 g 분동(215)과 9 g 분동(213)만이 분동거치대(138)에 거치될 정도면 족하다. 즉, 도 6c와 같은 상태에서는 압력표준계(140, 142)에 총 10 g의 하중이 가해지는 것이다. 도 6c와 같은 상태에서는 1 g 분동(215)과 9 g 분동(213)이 밀착되어 분동거치대(138)에 거치되고, 90 g 분동(211)은 리프터(160)에 의해 지지된다.

도 6d는 도 6a의 상태에서 1 g 분동(215), 9 g 분동(213) 및 90 g 분동(211)이 하강되어 분동거치대(138)에 거치됨으로서 총 100 g의 분동이 가해지는 상태를 나타내는 측단면도이다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 제 1 리드스크류(128a)가 추가로 회전하여 제 1 승강헤드(130a)가 추가로 하강하면, 승강아암(132)과 리프터(160)가 일체로 추가 하강하게 된다. 이 때 하강높이는 1 g 분동(215)과 9 g 분동(213) 및 90 g 분동(211)이 분동거치대(138)에 모두 거치될 정도면 족하다. 즉, 도 6d와 같은 상태에서는 압력표준계(140, 142)에 총 100 g의 하중이 가해지는 것이다. 도 6d와 같은 상태에서는 1 g 분동(215), 9 g 분동(213) 및 90 g 분동(211)이 밀착되어 분동거치대(138)에 거치되고, 리프터(160)에는 분동의 하중이 작용하지 않는다.

도 6a 내지 도 6d로 부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 리드스크류(128a)의 회전에 따라 제 1 이송헤드(130a)는 도 6a과 같은 상태에서 최고점이 되고, 도 6d와 같은 상태에서 최저점이 된다. 이러한 최고점과 최저점 위치는 제 1 스텝모터(112a)의 반대측(도 3의 기준으로 상부 회전축)에서도 비례적으로 나타난다. 따라서, 제 1 리미트 스위치(148)는 최고점 위치에 설치되고, 제 2 리미트 스위치(150)는 최저점 위치에 설치된다. 따라서, 작동 초기에 각 이송헤드의 위치를 초기화하는 과정에서 지시편(146)은 최고점인 제 1 리미트 스위치(148) 또는 최저점인 제 2 리미트 스위치(150)를 지나게 된다. 이로서, 현재 위치가 정확히 기준 위치로 설정될 수 있다.

비록, 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에서는 도 6a 내지 도 6d를 통해 제 1 분동세트(210)의 승강 동작에 대해 설명하였으나, 이러한 구조와 승강동작은 제 2, 3, 4, 5 분동세트(220, 230, 240, 250)에 대해서도 동일한 방식으로 그리고 상호 독립적인 방식으로 수행되어진다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치가 각 진공 레벨에서 어떻게 분동 조합을 이끌어내는지에 대해 설명하기로 한다.

우선 1 토르 레벨의 진공게이지를 교정하기 위한 분동조합에 대해 설명한다. 압력변환의 관점에서 볼 때, 1 토르는 133.32 Pa에 해당하고, 1 토르 레벨을 교정하기 위해서는 10 Pa, 20 Pa, 30 Pa, .... 120 Pa, 133.32 Pa 의 분동조합이 필요하다. 이러한 압력단계별 분동조합을 표로 나타내면 다음과 같다.

압력	분동 조합
10 Pa	1 g
20 Pa	2 g
30 Pa	1 g + 2 g
40 Pa	4 g
50 Pa	1 g + 4 g
60 Pa	2 g + 4 g
70 Pa	1 g + 2 g + 4 g
80 Pa	8 g
90 Pa	1 g + 8 g
100 Pa	2 g + 8 g
110 Pa	1 g + 2 g + 8 g
120 Pa	4 g + 8 g
130 Pa	1 g + 4 g + 8 g
133.32 Pa(= 1 torr)	2 g + 8 g + 3.332 g
140 Pa	2 g + 4 g + 8 g
150 Pa	1 g + 2 g + 4 g + 8 g
160 Pa	1 g + 2 g + 4 g + 9 g

즉 [표 2]로부터 알 수 있는 바와 1 토르 레벨의 진공 게이지를 교정하기 위하여 구비된 분동을 적절히 조합함으로써 0 Pa ~ 160 Pa 까지 단계적 압력변화가 가능할 뿐만 아니라 1 토르(133.32 Pa)의 압력도 정확히 재현하여 교정할 수 있다. [표 2]와 같이 단계별 압력이 필요한 이유는 1 토르의 진공게이지를 교정하기 위해서 10 Pa, 20 Pa, 30 Pa, .... 120 Pa, 133.32 Pa, 140 Pa, 150 Pa, 160 Pa의 압력순서로 단계적으로 상승시켰다가, 160 Pa, 150 Pa, 140 Pa, 133.32 Pa, 120 Pa, .... 30 Pa, 20 Pa, 10 Pa, 0 Pa 의 압력순서로 단계적으로 감소시키면서 압력표준계(140, 142)와 피교정 진공게이지(미도시) 사이의 압력값 차이를 모니터링하기 위함이다. 도 7은 진공게이지를 교정하기 위하여 순차적으로 분동을 거치시켜 압력표준계를 가압하고 그 다음 감압하는 과정을 나타내는 그래프이다. 도 7의 그래프중 수평축은 시간(sec)을 나타내고, 수직축은 분동에 의해 가해지는 압력(Pa)을 나타낸다. ,

이하에는 10 토르 레벨의 진공게이지를 교정하기 위한 분동조합에 대해 설명한다. 압력변환의 관점에서 볼 때, 10 토르는 1333.2 Pa에 해당하고, 10 토르 레벨을 교정하기 위해서는 100 Pa, 200 Pa, 300 Pa, .... 1200 Pa, 1332 Pa 의 분동조합이 필요하다. 이러한 압력단계별 분동조합을 표로 나타내면 다음과 같다.

압력	분동 조합
100 Pa	1 g + 9 g
200 Pa	2 g + 18 g
300 Pa	1 g + 2 g + 9 g + 18 g
400 Pa	4 g + 36 g
500 Pa	1 g + 4 g + 9 g + 36 g
600 Pa	2 g + 4 g + 18 g + 36 g
700 Pa	1 g + 2 g + 4 g + 9 g + 18 g + 36 g
800 Pa	8 g + 72 g
900 Pa	90 g
1000 Pa	1 g + 9 g + 90 g
1100 Pa	2 g + 18 g + 90 g
1200 Pa	1 g + 2 g + 9 g + 18 g + 90 g
1300 Pa	4 g + 36 g + 90 g
1333.2 Pa (= 10 torr)	1 g + 3.332 g + 9 g + 29.990 g + 90 g
1400 Pa	1 g + 4 g + 9 g + 36 g + 90 g
1500 Pa	2 g + 4 g + 18 g + 36 g + 90 g
1600 Pa	1 g + 2 g + 4 g + 9 g + 18 g + 36 g + 90 g

즉 [표 3]로부터 알 수 있는 바와 10 토르 레벨의 진공 게이지를 교정하기 위하여 구비된 분동을 적절히 조합함으로써 0 Pa ~ 1600 Pa 까지 단계적 압력변화가 가능할 뿐만 아니라 10 토르(1333.2 Pa)의 압력도 정확히 재현하여 교정할 수 있다. [표 3]과 같이 단계별 압력이 필요한 이유는 1 토르때의 측정과 같다.

이하에는 100 토르 레벨의 진공게이지를 교정하기 위한 분동조합에 대해 설명한다. 압력변환의 관점에서 볼 때, 100 토르는 13332.24 Pa에 해당하고, 100 토르 레벨을 교정하기 위해서는 1000 Pa, 2000 Pa, 3000 Pa, .... 12000 Pa, 13332.24 Pa의 분동조합이 필요하다. 이러한 압력단계별 분동조합을 표로 나타내면 다음과 같다.

압력	분동 조합
1000 Pa	1 g + 9 g + 90 g
2000 Pa	2 g + 18 g + 180 g
3000 Pa	1 g + 2 g + 9 g + 18 g + 90 g + 180 g
4000 Pa	4 g + 36 g + 360 g
5000 Pa	1 g + 4 g + 9 g + 36 g + 90 g 360 g
6000 Pa	2 g + 4 g + 18 g + 36 g + 180 g + 360 g
7000 Pa	1 g + 2 g + 4 g + 9 g + 18 g + 36 g + 90 g + 180 g + 360 g
8000 Pa	8 g + 72 g + 720 g
9000 Pa	180 g + 720 g
10000 Pa	8 g + 72 g + 180 g + 720 g
11000 Pa	2 g + 18 g + 360 g + 720 g
12000 Pa	1 g + 2 g + 9 g + 18 g + 90 g + 360 g + 720g
13000 Pa	4 g + 36 g + 180 g + 360 g + 720 g
13332.24 Pa (= 100 torr)	3.332 g + 8 g + 29.990 g + 72 g + 180 g + 299.902 g + 720 g
14000 Pa	1 g + 2 g + 4 g + 8 g + 9 g + 18 g + 36 g + 72 g + 90 g + 180 g + 360 g + 720 g

즉 [표 4]로부터 알 수 있는 바와 100 토르 레벨의 진공 게이지를 교정하기 위하여 구비된 분동을 적절히 조합함으로써 0 Pa ~ 14000 Pa 까지 단계적 압력변화가 가능할 뿐만 아니라 100 토르(13332.24 Pa)의 압력도 정확히 재현하여 교정할 수 있다. [표 4]와 같이 단계별 압력이 필요한 이유는 1 토르때의 측정과 같다.

이하에서는 상기와 같은 구성과 분동의 조합을 이용하여 실제로 진공게이지를 교정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 8a는 1토르, 10토르, 100토르의 각 진공게이지를 교정하기 위한 초기단계로서, 각 분동세트(210, 220, 230, 240, 250)가 해당 분동거치대(138) 위에 승강되어 있는 초기 준비상태의 측단면도이다. 따라서, 도 8a의 상태에서는 분동하중이 전달되지 않는다.

도 8b는 1 토르의 진공게이지를 교정하는 단계이다. 1 토르( = 133.32 Pa)를 작용시키기 위한 분동조합은 [표 2]에서 보는 바와 같이, 2 g + 8 g + 3.332 g 이다. 따라서, 도 8b에서는 2 g(225), 8 g(245), 3.332 g(255) 분동이 분동 거치대(138)에 거치되고, 나머지 분동들은 승강아암(132)에 의해 떠 있는 상태이다.

도 8c는 10 토르의 각 진공게이지를 교정하는 단계이다. 10 토르( = 1333.2 Pa)를 작용시키기 위한 분동조합은 [표 3]에서 보는 바와 같이, 1 g + 3.332 g + 9 g + 29.990 g + 90 g 이다. 따라서, 도 8c에서는 1 g(215), 9 g(213), 90 g(211), 3.332 g(255), 29.990 g(253) 분동이 분동 거치대(138)에 거치되고, 나머지 분동들은 승강아암(132)에 의해 떠 있는 상태이다.

도 8d는 100 토르의 각 진공게이지를 교정하는 단계이다. 100 토르( = 13332.24 Pa)를 작용시키기 위한 분동조합은 [표 4]에서 보는 바와 같이, 3.332 g + 8 g + 29.990 g + 72 g + 180 g + 299.902 g + 720 g이다. 따라서, 도 8d에서는 3.332 g(255), 8 g(245), 29.990 g(253), 72 g(243), 180 g(221), 299.902 g(251), 720 g(241)분동이 분동 거치대(138)에 거치되고, 나머지 분동들은 승강아암(132)에 의해 떠 있는 상태이다.

비록, 본 발명에서는 승강헤드와 승강아암의 승강작용을 위하여 회전 가능한 리드스크류와 고정된 이송축을 사용하였다. 그러나, 이는 일예에 불과한 것으로서, 리니어 모터, 캠과 캠축, 랙과 피니언, 각종 링크기구 등을 사용하여 모터의 회전력을 직선방향의 승강작용으로 변환하여 적용시킬 수 있다. 이러한 기구적 변환 역시 본 발명의 권리범위내에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

비록, 본 발명에서는 1 토르, 10 토르 및 100 토르 레벨의 진공게이지를 대상으로 하였으나, 당업자 수준에서 일부 압력레벨을 생략하는 것 역시 가능하다. 예를 들어, 분동의 갯수와 질량을 조절하여 1 토르와 10 토르 레벨의 진공게이지 교정장치로 변형할 수도 있고, 10 토르와 100 토르 레벨의 진공게이지 교정장치로 변형할 수도 있다. 이와 같은 변형예 역시 본 발명의 권리범위내임은 물론일 것이다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 이송축은 리드스크류의 사이마다 설치할 수도 있고, 3개를 설치하여 하나의 이송축에 대해 2개의 이송헤드가 서로 다른 높이에서 연결되도록 할 수도 있다. 이 경우, 이송헤드의 왕복 위치가 서로 다르기 때문에 간섭을 일으킬 염려는 없다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치에 의하면, 1 토르형 진공게이지, 10 토르형 진공게이지, 100 토르형 진공게이지를 하나의 장치 내에서 교정할 수 있다.

따라서, 교정비용을 절약하고, 교정시간을 단축할 수 있다. 이는 교정의 경제성과 효율성 향상을 의미하기 때문에 보다 다양한 압력 수준의 진공 게이지를 신속히 교정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 동일조건에서 같은 압력을 반복적으로 가해 히스테리시스 등을 알 수 있는 반복 재현성이 높다. 반면, 수은압력계인 경우에는 같은 압력을 반복하여 재현하기 어렵다.

또한, 본 발명에 따른 교정장치는 장치외관이 컴팩트하여 책상위에도 설치가 가능하다. 따라서, 작은 공간만을 차지하면서도 높은 정밀도의 교정이 가능하다. 예를 들어, 수은압력계인 경우 크기가 커서 설치, 운영, 측정 등이 매우 비경제적이었다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

압력용기(120)의 내부에 표준압력계(140, 142)가 설치되어 피교정진공게이지를 교정하기 위한 진공게이지 교정장치에 있어서,

상기 압력용기(120)의 내부에 수직으로 설치되고, 복수개의 분동 거치대(138)가 축선을 따라 소정간격으로 형성되며, 하부에 상기 표준압력계(140, 142)가 연결된 분동거치축(134);

상기 분동 거치대(138) 사이 마다 설치되고, 복수개의 분동이 한 세트를 이루는 복수의 분동세트;

상기 복수의 분동세트를 구성하는 각 분동을 상기 분동 거치대(138)로부터 개별적으로 들어올리거나 상기 분동 거치대(138)에 거치시키도록 하는 승강수단; 및

외부 명령에 따라 상기 승강수단의 동작을 제어하는 제어수단으로 이루어지고,

상기 분동세트는,

1g, 9g, 90g 질량의 분동 3개로 구성된 제 1 분동세트(210);

2g, 18g, 180g 질량의 분동 3개로 구성된 제 2 분동세트(220);

4g, 36g, 360g 질량의 분동 3개로 구성된 제 3 분동세트(230);

8g, 72g, 720g 질량의 분동 3개로 구성된 제 4 분동세트(240);

3.332g, 29.990g, 299.902g 질량의 분동 3개로 구성된 제 5 분동세트(250);인 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 승강수단은,

상기 압력용기(120)의 외부에 설치된 서보모터(112);

일측이 상기 서보노터(112)와 각각 연결되어 상기 압력용기(120)의 내부로 회전력을 전달하는 로터리 모션 피드쓰루(114);

상기 각 로터리 모션 피드쓰루(114)마다 수직으로 연결되어 회전 가능하게 설치된 리드스크류(128);

상기 리드스크류(128)와 소정간격으로 이격된 채 평행하게 설치된 이송축(129);

상기 리드스크류(128)와 이송축(129)에 공통으로 연결되어 상기 리드스크류(128)의 회전에 따라 상하로 승강하는 이송헤드(130); 및

상기 이송헤드(130)로부터 상기 분동세트까지 연장되어 상기 분동을 선별적으로 들어올릴 수 있는 아암(132);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
제 4 항에 있어서,

상기 분동거치축(134)은 상기 압력용기(120)의 중앙에 설치되고,

상기 리드스크류(128)와 이송축(129)은 상기 분동거치축(134) 둘레에 등간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 분동세트(210, 220, 230, 240, 250)내의 3개의 분동은 중력방향에 대해 질량에 따라 내림차순으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 각 분동세트(210, 220, 230, 240, 250)내의 3개의 분동은 중력방향에 대해 직경에 따라 내림차순으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
제 4 항에 있어서, 상기 서보모터(112)는 스텝모터인 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 승강수단의 최저 및 최고 승강량을 검출하는 검출수단을 더 포함하고,

상기 검출수단의 검출신호는 상기 제어수단으로 전송되며,

상기 제어수단은 상기 검출신호에 기초하여 상기 승강수단의 동작을 멈추거나 또는 계속하게 하는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
제 9 항에 있어서, 상기 검출수단은,

승강 최고 높이에 설치된 제 1 리미트 스위치(148);

승강 최저 높이에 설치된 제 2 리미트 스위치(150); 및

상기 승강수단의 동작과 연동하여 상기 제 1, 2 리미트 스위치(148, 150) 사이를 왕복할 수 있는 지시편(146)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 표준압력계는,

상기 압력용기(120)내에 고정되고, 일단으로 가스공급수단이 연결되는 실린더(142); 및

상부로 상기 분동이 놓여지며, 상기 실린더(142) 내에서 상하로 이송 가능한 피스톤(140);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 1토르, 10토르, 100토르 겸용 진공게이지 교정장치.