KR100856480B1 - 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템 - Google Patents

압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템

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Abstract

본 발명은 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은 중공형 파이프(14)를 통하여 압력 소스(11)로부터 압력 입력을 받고 그리고 압력을 모든 압력 트랜스듀서에 고르게 분배시키는 장착 수단상에 장착된 복수개의 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)를 구비하며, 상기 복수개의 압력 트랜스듀서는 압력 트랜스듀서의 온도를 변화시키기 위하여 용기(15)의 내측에 배치되고 장착 수단상에 장착되며, 상기 압력 소스는 표준의 압력 트랜스듀서(17)에 연결되고 표준 압력 트랜스듀서의 온도는 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)의 온도와 같은 레벨로 유지된다.

Description

압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템{An improved system for calibration of pressure transducers}
본 발명은 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은 복수개의 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)를 구비하는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 복수개 압력 트랜스듀서의 온도에 의존하는 감도(sensitivity)의 조사를 용이하게 하는 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은 압력 트랜스듀서가 그것에 대하여 캘리브레이션되어야 하는 표준 압력 트랜스듀서의 온도 감도를 우회하는 수단을 제공함으로써 캘리브레이션의 정확성을 향상시킨다. 또한 시스템은 압력 트랜스듀서를 근접한 압력 간격에서 캘리브레이션하는 수단을 제공함으로써 캘리브레이션 분해능을 향상시키며, 상기 시스템은 또한 트랜스듀서에서의 압력 입력에 대한 안정화 시간을 최소화시키며, 그에 의해서 캘리브레이션에 필요한 시간을 감소시킨다.
지금까지 알려진 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 시스템(P.N. 모디 및, S.M. 세츠의 "유압 및 그것의 측정" 수력학 및, 유체 역학 1392 pp (1981))은 데드 웨이트 압력 게이지(Dead Weight Pressure Gauge)를 설명하고 있는데, 이것은 원통형 플런저가 오일로 채워진 수직의 공동 실린더내에서 미끄러지는 것이다. 캘 리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서는 데드-웨이트 게이지와 평행하게 설정된다. 점성 오일은 느리게 실린더 안으로 펌핑된다 (그리고 상기 압력 트랜스듀서의 압력 유입구가 캘리브레이션된다). 압력하에 실린더에 들어가는 오일은 플런저상에 힘을 가하여, 플런저를 들어올리고 그것을 오일 압력에 대하여 평형화시킨다. 이러한 힘은 플런저의 상부에 부하가 걸린 중량에 의해서 평형화된다. 오일 압력과 중량이 평형을 이룰때, 오일 압력은 중량과 풀런저의 직경으로부터 알려진다. 따라서 오일의 압력이 알려지면, 부착된 압력 트랜스듀서가 캘리브레이션될 수 있다. 플런저는 다양한 공지의 중량으로써 부하를 받을 수 있으며, 압력 트랜스듀서는 대응하는 압력 값에 대해서 캘리브레이션될 수 있다. 이러한 장치의 단점은 실린더내 플런저의 운동에 부여되는 마찰 저항에 기인하여 평가된 오일 압력에 포함될 수 있는 에러(error)이다. 이러한 에러는 플런저가 실린더내에서 가장 적은 허용 간극으로써 맞추어지도록 주의 깊게 연마되면 최소화될 수 있지만, 완전하게 제거되지는 않는다. 더욱이, 전체적인 덩어리는 리딩(reading)이 이루어지기 전에 손으로 회전될 필요가 있다. 다른 단점은 데드 웨이트 시험기로 이용될 수 있는 캘리브레이션된 중량의 수가 제한되며, 그에 의해서 근접한 압력 간격에서의 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 방해한다.
다른 시스템(T.G. 벡위드 및, N. L. 벅크, "압력의 측정", 기계적 측정, 에디슨 웨슬리 출판사, 642 pp (1969))은 캘리브레이션 목적을 위해서 정압의 소스로서 공통적으로 사용되는 데드 웨이트 시험기를 설명하며, 이것은 기본적으로 압력 발생 및, 압력 측정 장치로서, 결과적인 압력은 가해진 중량과 피스톤 면적의 인식으로부터 평가된다. 이러한 장치에서, 캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서는 유체(오일)로 충전된 챔버에 연결되며, 그것의 압력은 일부 유형의 펌프와 블리이드 밸브(bleed valve)에 의해서 조절될 수 있다. 챔버는 또한 수직의 피스톤 실린더와 연결되는데, 피스톤 실린더에 대하여 다양한 표준 중량이 적용될 수 있다. 압력은 피스톤과 중량이 "부유"하는 것으로 보일때까지 느리게 쌓이게 되는데, 부유하는 지점에서 유체 "게이지" 압력(즉, 대기압 이상의 압력)은 피스톤 면적에 의해서 나뉘어진, 피스톤에 의해 지지되는 데드웨이트(deadweight)와 같아야 한다. 이러한 방법의 단점은 고도의 정밀한 결과를 달성하는데 다수의 세밀한 측정과 보정이 필요하다는 것이다. 실린더와 피스톤 사이의 마찰력은 최소로 감소되어야 하거나 그리고/또는 그것을 위해서 보정되어야 한다. 다른 단점은 피스톤과 실린더의 면적에 대한 온도의 효과, 공기와 압력 매체의 부력 효과, 국부적인 중력 조건 및, 캘리브레션되고 있는 압력 트랜스듀서를 위한 기준 지점과 피스톤의 하단부 사이의 높이 편차들에 대한 보정이 필요하다는 것이다. 더욱이, 피스톤 조립체 자체는 중량을 가지므로, 종래의 데드 웨이트 게이지는 피스톤 중량/면적 비율 보다 낮은 압력을 측정할 수 없다.
다른 시스템(E.O. 도벨린, "압력 및, 음향 측정", 측정 시스템: 적용 및, 디자인 (3 판, 국제 학생판), pp 404-462(1983))은 U 튜브 압력계를 개시하는데, 이것의 작동은 공지된 식인 P=hρg 에 기초하여, 미지의 압력(P)을 중력(g)과 비교하는 것에 근거하고 있으며, 여기에서 h 는 튜브내의 액체 기둥의 높이이고, ρ 는 액체의 밀도이다. (균일하지 않을지라도) 튜브의 단면적은 영향이 없다. 주어진 위 치에서 (g 의 값이 주어지면) 감도는 압력계 유체의 밀도에만 의존한다. 이러한 장치의 장점은 그것이 자체 평형되며 단계적인 출력이 아닌 연속적인 출력을 가진다는 것이다. 그러나, 이러한 장치의 단점은 긴 액체 기둥이 관련되기 때문에 높은 압력에서 다루기 힘들게 된다는 점이다. 또한, 압력계로써 높은 정확도를 구현하려면, 종종 다수의 보정이 적용될 필요가 있다. 높이(h)의 시각적인 리딩(reading)이 채용될때, 새겨진 눈금의 온도 팽창이 고려되어야만 한다. 온도에 대한 압력계 유체의 ρ 값의 변화가 보정되어야 하며 g 의 국부적인 값이 결정되어야 한다. 다른 에러의 원인이 수직이 아닌 튜브에서 발견되었으며 모세관에 의해서 형성된 요철 때문에 h 를 리딩하는데 곤란이 있다.
다른 시스템(S. 반나기, "압력 캘리브레이션 시스템과 제어 밸브 조립체" 미국 특허 제 4,698,998 호 (콘솔리데이티드 콘트롤즈 코포레이션에 양도됨)은 고압 트랜스듀서를 캘리브레이션하고 그리고 시스템을 측정하는 압력 캘리브레이션 시스템을 설명한다. 상기 압력 캘리브레이션 시스템은 압력 실린더를 구비하는데, 이것은 충전 포트를 통해서 압축된 질소 개스로 충전된다. 압력 실린더는 압축된 질소의 외부 탱크로부터, "압력 케이블" 호스와 복수개의 압력 레귤레이터 밸브들, 압력 격리 밸브들, 벤트 밸브들, 벤트 격리 밸브들, 측면 포트, 단부 포트, 버니어(vernier) 평형화 도관 및, 노브(knob)를 통해서 그것들을 유압적으로 연결시킴으로써 충전된다. 압력 캘리브레이션 시스템의 전방 패널상에 장착된 "공급 압력" 게이지는 내부 저장 탱크내의 압력을 나타낸다. 캘리브레이션 시스템의 전방 패널상에 제공된 시험 포트는 캘리브레이션되어야 하는 압력 장비의 연결을 위한 수단을 제공한다. 압력 트랜스듀서/게이지의 캘리브레이션은 자체 캘리브레이션되는 압력 트랜스듀서에 대하여 수행된다. 이러한 발명의 시스템의 장점은 그것이 자체적으로 포함되며 휴대용이고, 제어 밸브와 격리 밸브를 구비하여, 극히 낮은 토크의 작동과 조합된 능동적인 차단을 제공함으로써, 캘리브레이션 압력의 정밀한 수동 조절을 허용한다는 것이다. 이러한 시스템의 다른 장점은 진공으로부터 10,000 psi 에 이르는 작동 범위에 걸쳐서 압력 캘리브레이션을 제공할 수 있다는 점이다. 그러나 이러한 시스템의 단점은, 압력 캘리브레이션이 그에 대하여 수행되는 압력 표준의 온도 감도에 의해서 캘리브레이션의 정밀도가 제한된다는 점이다. 이러한 시스템의 다른 제한은 캘리브레이션되는 압력 트랜스듀서의 온도 의존성을 조사하는 수단이 제공되지 않는다는 점이다. 이러한 시스템의 다른 단점은 동시에 캘리브레이션될 수 있는 압력 트랜스듀서의 수가 2 개로 제한된다는 점이다.
본 발명의 주 목적은 복수개의 압력 트랜스듀서를 동시에 캘리브레이션하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 캘리브레이션되어야할 모든 압력 트랜스듀서들이 동시에 같은 압력을 받도록 균일한 압력 분포를 위한 설비를 가진 장착 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 매체의 온도가 주어진 설정의 입력 압력 값에 있을 동안에는 주어진 소망의 값으로 일정하게 유지될 수 있으며 캘리브레이션중에 필요한 바인 차후 설정의 입력 압력 값에 있을 동안에는 다른 일정한 온도로 변경될 수 있는 매체내에 있는 공통의 장착 수단으로써 압력 트랜스듀서를 함께 위치시킴으로써 압력 트랜스듀서의 온도 의존적인 감도의 조사를 용이하게 하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압력 트랜스듀서가 그에 대하여 캘리브레이션되는 압력 표준의 온도 감도를 우회함으로써, 시스템의 캘리브레이션 정확도를 향상시키는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압력 트랜스듀서를 근접한 압력 간격으로 캘리브레이션하는 수단을 제공함으로써, 캘리브레이션 분해능을 향상시키는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입력된 압력이 안정화되는데 필요한 시간을 최소화시키는 수단을 제공함으로써, 캘리브레이션에 필요한 시간 기간을 증가시키는 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템을 제공하는데, 상기 시스템은 중공형 파이프(14)를 통해서 압력 소스(11)로부터 압력 입력을 받으며 압력을 모든 압력 트랜스듀서에 고르게 분배하는 장착 수단(12)상에 장착된 복수개의 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)를 구비하고, 상기 복수개의 압력 트랜스듀서는 압력 트랜스듀서의 온도를 변화시키기 위하여 장착 수단상에 장착되고 용기(15)의 내측에 배치되며, 상기 압력 소스는 표준 압력 트랜스듀서(17)에연결되며 상기 표준 압력 트랜스듀서의 온도는 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)의 온도와 같은 레벨로 유지된다.
본 발명의 다른 구현예에서, 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)를 장착하기 위한 장착 수단(12)은 링크(31)를 통하여 중공형 파이프(14)에 연결된 입력 채널(30)과 압력을 받는 어댑터(32)를 가진 실린더형 동체를 구비하고, 상기 실린더형 동체에는 복수개의 채널(26.1 내지 26.n)이 그것의 반경을 따라서 그리고 압력을 모든 압력 트랜스듀서에 대하여 동등하게 분배하기 위하여 그것의 외주(外周)에서 종료(終了)되도록 주조되고, 상기 채널들에는 압력 트랜스듀서들의 유입부를 수용하도록 실린더의 중심으로부터 등거리의 지점에 슬롯(29.1 내지 29.n)이 제공되며 상기 채널들은 플러그(27.1 내지 27.n)와 누설 방지 워셔(28.1 내지 28.n)을 사용하여 외주에서 폐쇄된다.
본 발명의 다른 구현예에서, 압력 트랜스듀서(13.1 내지 n)의 입력은, 압력 소스(11)에 의해서 적용되고 있는 압력이 채널(26.1 내지 26.n)을 통하여 가능한한 최소의 시간에 모든 트랜스듀서 유입부에 동등하게 전달되도록 위치된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 캘리브레이션(13.1 내지 13.n)되어야 하는 압력 트랜스듀서의 유입부는 슬롯(29.1 내지 29.n)의 저부와 교차한다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 압력 트랜스듀서에 적용되고 있는 압력은 처음에 채널(30)을 통하여 실린더의 중심을 향해 배향되며 다음에 채널(26.1 내지 26.n)을 통하여 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)의 입력에 배향되어 입력 압력에서의 변화 이후에 모든 트랜스듀서들이 동시에 안정화될 수 있게 한다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 압력 소스(11)는 압력 전달 매체를 유지하는 챔버를 구비하는데, 상기 챔버는 압력 전달 매체내의 압력을 구성하도록 상부로 부터의 표준 중량으로써 부하를 받으며, 핸들을 통하여 일 단부에서 블리이드 핸들(bleed handle)에 부착된 조절 가능한 피스톤은 압력 전달 매체내의 미세한 압력 조절을 위해서 다른 단부에서 상기 챔버에 부착된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 압력 전달 매체는 액체이다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 액체는 오일 또는 물이다.
본 발명의 구현예에 있어서, 복수개의 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)는 압력 트랜스듀서로부터의 압력 출력을 디스플레이하거나 또는 기록하도록 디스플레이 또는 기록 매체(20)에 연결된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 디스플레이 또는 기록 매체(20)는 컴퓨터 또는 그 어떤 다른 종래의 디스플레이 메카니즘이다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 용기(15)에는 압력 트랜스듀서의 온도를 변화시키도록 온수/냉수를 공급하는 수단이 제공된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 용기(15)에는 물의 온도를 정확하게 디스플레이하기 위한 디스플레이 수단(22)과 물의 온도를 측정하는 온도 측정 수단(16)이 선택적으로 제공된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 온도 측정 수단(16)은 써모메터이다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 디스플레이 수단(22)은 디지털 또는 아날로그 디스플레이 유니트일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 표준의 압력 트랜스듀서는 미리 캘리브레이션된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 표준의 압력 트랜스듀서는 압전기 트랜스듀서이거나 또는 높은 정확도를 가진 그 어떤 다른 종래의 트랜스듀서이다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 표준의 압력 트랜스듀서는 용기(18)내에 유지되고 중공형 파이프(21)를 통하여 압력 소스(source)에 연결된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 용기(18)에는 표준 압력 트랜스듀서의 온도를 변화시키도록 온수/냉수 공급 수단이 제공된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 용기(18)에는 선택적으로 물의 온도를 정확하게 측정하기 위한 온도 측정 수단(23)과 그것을 디스플레이하기 위한 디스플레이 수단(24)이 제공된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 온도 측정 수단(23)은 써모메터이다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 디스플레이 수단(24)은 디지털 또는 아날로그 디스플레이 유니트이다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 표준의 압력 트랜스듀서(17)는 압력 출력을 디스플레이하거나 또는 기록하도록 디스플레이 또는 기록 매체(19)에 연결된다.
본 발명의 구현예에 있어서, 중공형 파이프(14,21)의 길이는 캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)에 가해지는 압력이 표준의 압력 트랜스듀서(17)에도 가해지도록 되어 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 데드 웨이트 시험기로부터 표준 압력 트랜스듀서와 캘리브레이션되어야 하는 트랜스듀서로의 전체 거리는 같다.
본 발명의 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템은 다음과 같은 점을 제공한다.
1. 캘리브레이션되어야 하는 모든 압력 트랜스듀서들이 동시에 같은 압력을 받도록 균일한 압력 분포를 위한 설비를 가진 장착 수단상에 압력 트랜스듀서를 위치시킴으로써 다중의 압력 트랜스듀서들의 동시 캘리브레이션을 위한 수단이 제공된다. 본 발명의 시스템은 원형의 장착 수단을 제공하는데, 여기에서 평탄한 표면상에 제공된 다수의 동등하게 이격된 슬롯들은 캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서의 압력 유입부를 위치시키도록 사용된다. 이러한 슬롯들은 상기 시스템의 측벽으로부터 그것의 중심 축으로 반경 방향으로 드릴(drill)된 내부 채널을 통하여 상기 원형 장착 수단의 중심 축에 유압으로 연결되는데, 이것은 다시 분리된 내부 채널을 통하여 압력 소스에 유압으로 연결된다.
2. 매체의 온도가 주어진 설정의 입력 압력 값에 있는 동안에 주어진 소망의 값으로 일정하게 유지될 수 있는 매체내에 공통의 장착 수단과 함께 압력 트랜스듀서를 위치시킴으로써 다중의 압력 트랜스듀서의 온도 감도를 조사한다. 공통의 장착 수단과 함께 압력 트랜스듀서는 적절한 크기의 용기내에 위치하는데, 여기에는 충분한 양의 물이 유지되어서 압력 트랜스듀서를 소망의 레벨로 잠기게 함으로써 트랜스듀서를 소망의 일정한 온도에 유지시킨다. 모든 압력 트랜스듀서를 둘러싸는 물 매체의 온도는 시차(視差)의 에러 없이 온도 리딩을 위한 캘리브레이션된 디지탈 써모메터로써 모니터되며, 소망하는 일정한 온도는 적절한 양의 냉수/온수를 부가하고 다음에 격렬하게 교반함으로써 주어진 캘리브레이션을 통해서 유지된다. 상이한 설정의 캘리브레이션은 다양한 소망의 일정 온도에서 수행될 수 있다.
3. 압력 트랜스듀서가 그에 대하여 캘리브레이션되는 압력 표준의 온도 감도를 우회하는 수단을 제공함으로써 캘리브레이션 정확도를 향상시킨다. 현재 이용 가능한 압력 표준들 중에서, 가장 정밀한 압력 분해능을 제공하는 것은, J.M. 파로스("디지털 압력 트랜스듀서" 미국 특허 제 4,455,874 호 (1984))에 의해서 보고되고, 그리고 R. B. 웨언, 쥬니어와 J.M. 파로스("고 분해능 석영 크리스탈 압력 트랜스듀서를 이용한 데드 웨이트 테스터 성능의 측정", 인스트루먼트 소사이어티 오브 아메리카, 8pp, (1988))에 의해서 보고된 바와 같이, 최적의 일정한 주위 온도에서 작동되는 석영 압력 트랜스듀서이다. 본 발명 시스템의 캘리브레이션 정확도는 유체 매체의 온도가 최상의 결과를 제공하는 온도인 최적의 온도에서 일정하게 유지될 수 있는 유체 매체내에 석영 압력 트랜스듀서(압력-표준)를 위치시킴으로써 향상된다.
4. 압력 트랜스듀서/트랜스듀서들을 근접한 압력 간격에서 캘리브레이션하는 수단을 제공함으로써 캘리브레이션 분해능이 향상된다. 본 발명의 시스템에 있어서, 압력 표준은 석영 압력 트랜스듀서인데, 이것의 출력은 디지털 포맷이며, J.M. 파로스("디지털 압력 트랜스듀서" 측정& 데이타, 제 10 권, 제 2 호 6p (1976)); D.W. 부세("공기 데이타 적용을 위한 디지털 석영 압력 트랜스듀서" pp V-7-1 내지 V-7-15 (1978)); R.B. 웨언과 N. G. 라슨("디지쿼츠 압력 트랜스듀서의 감도 측정 및, 편차" 심해 연구, 제 29 A, pp111-134 (1982)); D.W. 부세("압력하의 정밀 석영 트랜스듀서" 기계 공학, 제 109 권, 제 5 호, 5p, (1987)); 및, T. 샤드("기압계의 장시간 안정에 대한 11 년간 시험", www.paroscientific.com/11/yeartest.htm (2000))이 보고한 미세한 압력 분해능 및, 그것의 출력의 디지탈 디스플레이를 위한 성능을 제공한다.
도 1 은 캘리브레이션 압력 트랜스듀서를 위한 종래의 시스템을 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템의 도면을 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 압력 트랜스듀서의 장착 수단에 대한 중간 평면 단면도이다.
도 4 는 상승하는 입력 압력 단계에서 본 발명의 캘리브레이션 시스템을 사용하여 6 개의 상이한 주위 온도에서 동시 캘리브레이션을 수행함으로써 획득된, 2 개의 압력 트랜스듀서에 대한 압력 감도를 나타낸다.
도 5 는 강하하는 입력 압력 단계에서 본 발명의 캘리브레이션 시스템을 사용하여 6 개의 상이한 주위 온도에서 동시 캘리브레이션으로부터 획득된, 2 개의 압력 트랜스듀서의 온도 감도를 나타낸다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참고로 상세하게 설명될 것인데, 이것은 단지 본 발명의 이해의 목적으로 주어진 것이며, 여기에서는 그 어떤 방식이던 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
도 1 은 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션에 사용되는 선행 기술의 통상적인 데드 웨이트 시험기 시스템을 나타내는, 전형적인 디자인 예를 도시하는데, 이것은 기본적으로 챔버(1), 수직 실린더(2), 통상적인 압력 전달 매체인 오일(5)내에 압력을 구성하도록 그에 대하여 다양한 표준 중량(4)이 적용되는 피스톤(3), 오일의 압력을 나타내는 다이알 게이지(6), 캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서(7), 핸들(9)을 가진 조절 가능 피스톤(8) 및, 오일 압력의 미세 조절을 위한 블리이드 밸브(10)로 이루어진다.
도 2 는 본 발명의 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템의 등가예인데, 이것은 기본적으로 도 1 에 도시된 것과 유사한, 다이알 게이지(25)를 가진 데드-웨이트 시험기인 압력 소스(11), 다중의 압력 트랜스듀서(13.1)....(13.n)를 수용할 수 있는 압력-트랜스듀서-장착 수단, 장착 수단(12)에 대한 압력 전달을 위한 중공형 파이프(14), 캘리브레이션될 다중의 압력 트랜스듀서 둘레에 온도가 제어된 물을 유지하는 용기(15), 상기 용기(15)내 물의 온도를 감지하는 써모메터(16), 용기(15)내의 물의 온도를 디지털 디스플레이하기 위한 온도 디스플레이 유니트(22), 압력 표준으로서 사용되는 정밀 압력 트랜스듀서(17), 온도 제어된 물을 압력 표준(17)의 둘레에 유지하는 용기(18), 압력 표준의 압력 출력을 디스플레이/기록하는 디스플레이/기록용 매체(19), 용기(18)내 물의 온도를 감지하는 써모메터(23), 용기(18)내 물의 온도를 디지털 디스플레이하기 위한 온도 디스플레이 유니트(24) 및, 동시에 캘리브레이션되어야 하는 다중의 압력 트랜스듀서의 출력을 디스플레이/기록하는 컴퓨터 수단(20)으로 이루어진다. 본 발명의 시스템에 있어서, 데드-웨이트 시험기인 압력 소스(11)는 단지 유체 압력을 변화시키기 위한 도구로서만 사용되며 압력 캘리브레이터로서 사용되지 않는다. 압력 표준으로서 (즉, 압력 캘리브레이터로서) 사용되는 정밀 압력 트랜스듀서(17)와 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)으로 각각 압력 채널을 형성하는 중공형 파이프(14,21)의 길이는, 데드 웨이트 시험기로부터 압력 캘리브레이터와 캘리브레이션되어야 하는 트랜스듀서로의 압력 채널의 전체 길이가 서로에 대하여 근접하도록 되어 있으며, 그에 의해서 입력 압력의 단계 변화 이후에 최소한의 안정화 시간을 달성한다.
도 3 은 등가 유형으로 도시된, 본 발명의 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)의 중간 평면 단면도인데, 여기에서는 압력이 채널(26.1...26.n)을 통해서 최소한으로 가능한 시간에 상기 모든 트랜스듀서에 동등하게 전달되도록 다중의 압력 트랜스듀서(13.1)....(13.n)들이 위치될 수 있으며, 그에 의해서 입력 압력에서의 단계 변화 이후에 최소한의 안정화 시간을 달성한다. 이러한 채널은, 구리 워셔(washer)(28.1)...(28.n)를 사용하여 누설 방지된 플러그(27.1)...(27.n)를 사용하여 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)의 외주에서 폐쇄된다. 캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서(13.1)...(13.n)의 압력 유입부는 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)상에 위치된 슬롯(29.1)...(29.n)의 저부에서 교차된다. 링크(31)와 어댑터(32)는 중공형 파이프(14)와 압력 트랜스듀서 장착 수단(12) 사이에서 우수한 압력 밀폐 조인트를 함께 용이하게 한다. 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)에 있어서, 압력은 처음에 채널(30)을 통해서 중앙 부분으로 전환되고 다음에 장착 수단의 중앙 부분으로부터 등거리에 있는 트랜스듀서의 압력 부분내로 전환됨으로써, 모든 트랜스듀서들이 동시에 안정화될 수 있게 한다.
도 4 는 본 발명의 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템의 유용성을 나타내는 전형적인 예를 나타내는데, 여기에서 2 개의 압력 트랜스듀서의 온도 감도는 상승하는 입력 압력 단계에 있어서 6 개의 상이한 주위 온도들에서 동시적인 캘리브레이션으로부터 획득되었던 것이다. 이러한 트랜스듀서들은, 비록 그 어떤 다른 유형의 압력 튜랜스듀서들이 본 발명의 범위를 제한하지 않을지라도, A. 조셉("해수면 측정의 현대 기술", 마이크로컴튜터의 백과사전, 마르셀 데커 Inc. 뉴욕, 제 23 권, pp. 314-344(1999))에 의해서 개시된 바와 같은 스트레인 게이지(strain gauge)이며, 부분적으로 온도 보상된 것이다.
도 5 는 2 개의 스트레인 게이지 압력 트랜스듀서의 온도 의존성을, 하강하는 입력 압력 단계에 있어서 본 발명의 캘리브레이션 시스템을 사용하여 6 개의 상이한 주위 온도에서 동시적인 캘리브레이션으로부터 달성된 바로서 나타낸다.
본 발명은 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 위한 향상된 시스템을 제공하는데, 이것은 다이얼 게이지(25)를 가진 데드 웨이트 시험기인 압력 소스(11), 다중의 압력 트랜스듀서(13.1)...(13.n)를 수용할 수 있는 압력 트랜스듀서 장착 수단(12), 장착 수단(12)에 대한 압력 전달용 중공형 파이프(14), 캘리브레이션되어야할 다중의 압력 트랜스듀서 둘레에 온도 제어된 물을 유지하는 용기(15), 상기 용기(15)내의 물의 온도를 감지하는 써모메터(16), 용기(15)내 물의 온도를 디지털 디스플레이하는 온도 디스플레이 유니트(22), 압력 표준으로서 사용되는 정밀 압력 트랜스듀서(17), 온도 제어된 물을 압력 표준(17)의 둘레에 유지하는 용기(18), 압력 표준의 압력 출력을 감지하는 써모메터(23), 용기(18)내 물의 온도를 디지털 디스플레이하는 온도 디스플레이 유니트(24) 및, 캘리브레이션되어야하는 다중의 압력 트랜스듀서의 출력을 동시에 디스플레이/기록하는 컴퓨터(20)로 이루어진다. 데드 웨이트 시험기인 압력 소스(11)는 단지 유체 압력을 변화시키는 도구로서만 사용되며, 압력 캘리브레이터(calibrator)로서 사용되지 않는다.
압력 표준(즉, 압력 캘리브레이터)으로서 사용되는 정밀 압력 트랜스듀서(17)와 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)으로의 압력 채널을 각각 형성하는 중공형 파이프(14,21)의 길이는, 데드 웨이트 시험기로부터 압력 캘리브레이터 및, 트랜스듀서로의 압력 채널의 전체 길이가 서로 근접하도록 됨으로써, 입력 압력에서의 단계 변화 이후에 최소한의 안정화 시간을 달성한다.
다중의 압력 트랜스듀서(13.1)...(13.n)들은, 압력이 채널(26.1...26.n)을 통해서 상기 모든 트랜스듀서에 최소한의 가능한 시간에 동등하게 전달되도록 되어 있어서, 입력 압력에서의 단계 변화 이후에 최소한의 안정화 시간을 달성한다. 이러한 채널들은, 구리 워셔(28.1)...(28.n)들을 사용하는 누설 방지된 플러그(27.1)...(27.n)들을 사용하여 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)의 외주에서 폐쇄된다. 캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서(13.1)...(13.n)의 압력 유입부는 압력 트랜스듀서 장착 수단(12)상에 위치된 슬롯(29.1)...(29.n)의 저부에서 교차된다. 링크(31)와 어댑터(32)는 함께 중공형 파이프(14)와 압력 트랜스듀서 장착 수단(12) 사이에서 우수한 압력 밀폐 조인트를 용이하게 한다.
압력 트랜스듀서 장착 수단(12)에 있어서, 압력은 처음에 채널(30)을 통하여 중앙 부분으로 전환되어서 다음에 장착 수단의 중앙 부분으로부터 등거리에 있는 트랜스듀서의 압력 포트내로 전환됨으로써, 모든 트랜스듀서들이 동시에 안정화될 수 있다.
본 발명의 장치는 비록 그 어떤 다른 유형의 압력 트랜스듀서들이 본 발명의 범위를 제한하지 않을지라도, 해수면 게이지에서 사용되는 스트레인 게이지 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션을 성공적으로 이행하였다. 여기에 있어서, 각 설정의 캘리브레이션은 이들 트랜스듀서의 온도 감도를 조사하도록 다양하게 미리 계획된 온도들에서 수행되었다. 본 발명의 장치는 효과적으로 그 어떤 문제 없이 작동하였다는 점이 관찰되었다.
본 발명의 주요한 장점은 다음과 같다.
1. 다중의 압력 트랜스듀서들을 균일한 압력 분포를 위한 편의성을 가진 장착 수단상에 위치시킴으로써 다중의 압력 트랜스듀서들의 동시 캘리브레이션을 위한 수단을 제공한다.
2. 매체의 온도가 주어진 설정의 입력 압력 값에 있는 동안에는 주어진 소망의 값에서 일정하게 유지될 수 있고, 그리고 캘리브레이션중에는 소망하는 바대로 차후 설정의 입력 압력 값에 있는 동안에 다른 일정한 온도 값으로 변경될 수 있는 매체 내에, 그들의 공통적인 장착 수단과 함께 압력 트랜스듀서를 위치시킴으로써 압력 트랜스듀서의 온도 감도를 용이하게 조사할 수 있다.
3. 압력 트랜스듀서가 그에 대하여 캘리브레이션되는 압력 표준의 온도 감도를 우회하는 수단을 제공하고, 매체의 온도가 최고의 결과를 제공하는 최적의 온도에서 일정하게 유지될 수 있는 매체내에 상기 압력 표준을 위치시킴으로써 캘리브레이션 정확도를 향상시킨다.
4. 압력 트랜스듀서들을 근접한 압력 간격으로 캘리브레이션하는 수단을 제공하고, 미세한 압력 분해능을 가진 정확한 압력 표준의 사용과 그것의 출력을 디지털 디스플레이할 수 있는 성능을 사용함으로써 캘리브레이션 분해능을 향상시킨다.
본 발명은 압력 트랜스듀서의 캘리브레이션에 사용될 수 있다.

Claims (25)

  1. 복수개의 압력 트랜스듀서들을 캘리브레이션하는 시스템으로서, 상기 시스템은 링크(31)를 통하여 중공형 파이프(14)에 연결된 입력 채널(30)을 가진 실린더형 동체를 구비하는 장착 수단(12)에 장착된 복수개의 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n) 및 압력을 수용하는 어댑터(32)를 구비하고, 상기 실린더형 동체는 실린더형 동체의 반경을 따라서 복수개의 채널(26.1 내지 26.n)들과 함께 주조되며, 상기 복수개의 채널은 모든 압력 트랜스듀서들에 동등하게 압력을 분포시키도록 실린더형 동체의 외주(外周)에서 끝나고, 상기 채널들에는 압력 트랜스듀서들의 유입부를 수용하도록 실린더의 중심으로부터 등간격의 지점에 슬롯(29.1 내지 29.n)들이 제공되며, 상기 채널들은 플러그(27.1 내지 27.n)와 누설 방지된 워셔(28.1 내지 28.n)를 이용하여 외주에서 폐쇄되고, 상기 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)들은 중공형 파이프(14)를 통하여 압력 소스(11)로부터의 압력 입력을 수용하고 압력을 모든 압력 트랜스듀서들에 균일하게 분포시키며, 상기 복수개의 압력 트랜스듀서들은 장착 수단에 장착되어 압력 트랜스듀서들의 온도를 변화시키기 위하여 용기(15) 안에 배치되며, 상기 압력 소스는 표준 압력 트랜스듀서(17)에 연결되며, 표준 압력 트랜스듀서의 온도는 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)의 온도와 같은 레벨로 유지되는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    압력 소스(11)에 의해서 부가되는 압력이 채널(26.1 내지 26.n)을 통해서 최소한의 가능한 시간에 모든 트랜스듀서 유입부에 동등하게 전달되도록, 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)의 입력부는 실린더형 동체의 외주에 위치되며, 채널(26.1 내지 26.n)은 실린더형 동체의 중심으로부터 외주로 연장되는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)의 유입부는 슬롯(29.1 내지 29.n)의 저부에서 교차하는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    압력 트랜스듀서에 가해지고 있는 압력은 처음에 채널(30)을 통하여 실린더의 중심을 향하여 배향되고 다음에 채널(26.1 내지 26.n)을 통하여 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)의 입력으로 배향되어 입력 압력에서의 변화 이후에 모든 트랜스듀서들이 동시에 안정화될 수 있는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    압력 소스(11)는 압력 전달 매체를 유지하는 챔버를 구비하고, 상기 챔버에는 압력 전달 매체내에 압력을 구성하도록 상부로부터 표준의 웨이트(weight)로써 부하를 받으며, 핸들을 통해서 일 단부에서 블리이드 핸들(bleed handle)이 부착된 조절 가능한 피스톤은 압력 전달 매체에서의 압력의 미세한 조절을 위해서 다른 단부에서 상기 챔버에 부착되는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    압력 전달 매체는 액체인 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 액체는 오일 또는 물인 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    복수개의 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)들은 압력 트랜스듀서로부터의 압력 출력을 디스플레이하고 기록하도록 디스플레이 또는 기록 매체(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    디스플레이 또는 기록 매체(20)는 컴퓨터 또는 그 어떤 다른 종래의 디스플레이 메카니즘인 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    용기(15)에는 압력 트랜스듀서의 온도를 변화시키도록 온수/냉수를 공급하는 수단이 제공된 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    용기(15)에는 물의 온도를 정확하게 측정하는 온도 측정 수단(16)과 그것을 디스플레이하는 디스플레이 수단(22)이 선택적으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    온도 측정 수단(16)은 써모메터인 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    디스플레이 수단(22)은 디지털 또는 아날로그 디스플레이 유니트일 수 있는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    표준 압력 트랜스듀서는 미리 캘리브레이션되어 있는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    표준 압력 트랜스듀서는 압전기 트랜스듀서이거나 또는 높은 정확도를 가진 그 어떤 다른 통상적인 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    표준 압력 트랜스듀서를 내측에 유지하는 용기(18) 및, 표준 압력 트랜스듀서를 압력 소스에 연결시키는 중공형 파이프(21)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    용기(18)에는 표준 압력 트랜스듀서의 온도를 변화시키도록 온수/냉수를 공급하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    용기(18)에는 물의 온도를 정확하게 측정하는 온도 측정 수단(23)과 그것을 디스플레이하는 디스플레이 수단(24)이 선택적으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    온도 측정 수단(23)은 써모메터인 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    디스플레이 수단(24)은 디지털 또는 아날로그 디스플레이 유니트일 수 있는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    표준 압력 트랜스듀서(17)는 압력 출력을 디스플레이 또는 기록하도록 디스플레이 또는 기록 매체(19)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  23. 제 17 항에 있어서,
    중공형 파이프(14, 21)의 길이는, 캘리브레이션되어야 하는 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n)에 가해지고 있는 압력이 표준 압력 트랜스듀서(17)에도 가해지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    압력 소스(11)로부터 표준 압력 트랜스듀서와 캘리브레이션되어야 하는 트랜스듀서까지의 압력 채널들의 전체 거리는 같은 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
  25. 제 17 항에 있어서,
    중공형 파이프(14,21)의 길이는, 최소한의 안정화 시간이 입력 압력에서의 단계 변화 이후에 달성되도록 하기 위하여, 압력 소스(11)와 표준 압력 트랜스듀서(17) 사이의 압력 채널의 거리가 압력 소스(11)와 압력 트랜스듀서(13.1 내지 13.n) 사이의 거리에 근접하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 복수개의 압력 트랜스듀서를 캘리브레이션하는 시스템.
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