KR100887660B1

KR100887660B1 - 밀도측정장치

Info

Publication number: KR100887660B1
Application number: KR1020070094240A
Authority: KR
Inventors: 민병렬; 여인환; 인기호; 조남욱; 안재홍; 최태진; 전기수; 전준표
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2009-03-11

Abstract

본 발명은 시료의 밀도를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 수용공간의 부피가 확인된 측정상자(100); 상기 측정상자(100)의 하부에 설치되어 질량을 측정하는 로드셀(200); 밀도측정에 사용되는 비드가 보관되는 비드함(300); 상기 비드함(300) 하부 일측과 상기 측정상자(100) 상부 일측을 연결하여 상기 비드함(300)에 보관된 비드를 상기 측정상자(100)로 공급하는 통로가 되는 비드공급관(400); 상기 측정상자(100) 하부 일측과 상기 비드함(300)의 상부 일측을 연결하여 상기 측정상자(100)의 비드를 상기 비드함(300)으로 배출하는 통로가 되는 비드배출관(500); 및, 상기 비드공급관(400) 내부에 압축공기를 상기 측정상자(100) 방향으로 분사하는 공기압장치(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

측정상자, 로드셀(load cell), 비드공급관, 비드배출관, 공기압장치, 비드함

Description

밀도측정장치{Density Measuring Instrument}

본 발명은 간 산업의 기초적인 품질시험으로 빈번히 이루어지는 시료의 밀도측정에 사용되는 장치에 관한 것으로서, 시료의 형상에 관계없이 편리하게 밀도를 측정하여 산업현장에서 사용되는 재료의 품질관리가 지속적이고 효과적으로 이루어지도록 한다.

각 산업 분야에서 사용되고 특히 건설산업 분야에서는 가장 기초적인 시험으로 이루어지고 있는 재료의 밀도측정(시험)은 가장 기초적이면서도 매우 중요한 품질이 요구됨에도 불구하고 현재 국내에서는 적절한 밀도측정 장비가 구비되지 못하여 재료의 형상에 따라 밀도를 측정하지 못하거나 신뢰성이 많이 저하되는 결과를 산출하여 산업 현장에 적용하고 있는 것이 현실이다. 이는 산업 현장에서는 큰 부실공사로 이어질 위험이 있는 바, 신뢰성과 신속성을 확보할 수 있는 밀도측정 장비가 산업 현장에서 요구되고 있다.

현재 건설산업 현장에서 수행하고 있는 밀도측정(시험)은 아래와 같은 근거 에 의해서 수행되고 있다.

가) 건설기술관리법 제26조(품질시험 및 검사의 실시의뢰 등)

나) 건축물의 피난방화구조 등의 기준에 관한규칙 제3조(내화구조)

다) 건설분야의 한국산업규격(KS) 표시허가 인증 업체 시험장비

라) 그 외 건설현장 등

또한, 각 산업 현장에서 현재 측정하고 있는 밀도 시험방법은 아래와 같다.

가) 현재 밀도시험법

○ 고체의 측정방법

· 메스실린더에 물을 반쯤 채우고 부피를 측정한 다음, 고체를 물속에 완전히 잠기도록 집어넣은 후의 물의 부피를 측정하고 그 차를 구하면 고체의 부피가 된다.

· 저울로 고체의 질량을 측정한다.

· 고체의 부피와 질량으로 고체의 밀도를 계산한다.

· 필요장비: 건조기, 저울, 측정자 등으로 재료의 밀도의 측정하고 있다.

○ 시료의 측정방법

· 시료를 기건 상태까지 건조시킨다.

· 시료의 표면을 평활하게 가공한다.(측정자로 측정이 가능하도록)

· 시료의 가로×세로×두께를 측정하여 부피(㎥)를 산출한다.

· 시료의 무게를 측정하여 밀도를 산출한다.

나) 문제점

· 시료의 밀도는 기건 상태를 유지한 후 측정하여야 하는 바, 수분을 흡수하는 시료의 밀도 측정은 불가하다.

· 재료의 평활작업은 일정하지 않으므로 부피의 신뢰성을 저하시킨다.

· 작은 크기의 시료에 대하여 가공 후 측정이 어렵다.

· 큰 시료의 중앙부분의 두께 측정이 불가하다.

다) 해결방안

위와 같은 문제점을 해결하고자 한국산업규격(KS F 2901)에서 비 발포폴리스틸렌 및 납 구슬로 구성되는 비드(bead)를 이용한 시험방법이 2003년에 제정되어 물을 흡수하는 재료나 불균질한 재료에 대해서도 밀도 측정을 수행할 수 있도록 하였는데, 본 발명은 이러한 한국산업규격에서 규정한 시험방법에 적용될 수 있는 밀도측정장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 시료의 형상에 상관없이 신뢰할 수 있는 측정결과를 제시하는 밀도측정장치를 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.

둘째, 한국산업규격 (KS F 2901)에 따른 비드를 이용한 밀도측정방법을 적용할 수 있는 장치를 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

셋째, 컴퓨터와 연결하여 측정 결과를 신속히 확인할 수 있는 밀도측정장치를 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.

본 발명은 시료의 밀도를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 부피가 확인된 측정상자(100); 상기 측정상자(100)의 하부에 설치되어 무게를 측정하는 로드셀(200); 밀도측정에 사용되는 비드가 보관되는 비드함(300); 상기 비드함(300) 하부 일측과 상기 측정상자(100) 상부 일측을 연결하여 상기 비드함(300)에 보관된 비드를 상기 측정상자(100)로 공급하는 통로가 되는 비드공급관(400); 상기 측정상자(100) 하부 일측과 상기 비드함(300)의 상부 일측을 연결하여 상기 측정상자(100)의 비드를 상기 비드함(300)으로 배출하는 통로가 되는 비드배출관(500); 및, 상기 비드공급관(400) 내부에 압축공기를 상기 측정상자(100) 방향으로 분사하 는 공기압장치(600);를 포함하여 구성된다.

본 발명의 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 한국산업규격 (KS F 2901)에 따른 비드를 이용한 밀도측정방법을 적용할 수 있다.

다시 말하면, 측정상자(100)에 질량을 알고 있는 시료를 넣은 후 측정상자(100)의 나머지 공간을 밀도를 알고 있는 비드로 채운 후, 측정상자의 질량을 측정하는 방식으로 시료의 밀도를 측정할 수 있다. 즉, 측정상자(100)를 비드만으로 채운 경우의 질량과 시료(질량을 알고 있는 시료)와 함께 넣은 경우의 질량의 차이와 비드의 밀도를 이용하여 시료의 부피를 산출할 수 있으며 시료의 밀도는 질량을 부피로 나누어서 쉽게 구할 수 있다.

둘째, 시료의 형상에 상관없이 신뢰할 수 있는 측정결과를 산출할 수 있다.

다시 말하면, 작은 입자 형태의 비드를 시료의 부피 산출에 사용함으로써, 시료의 형상이 달라지더라도 신뢰할 수 있는 결과를 도출할 수 있다.

셋째, 컴퓨터와 연결하여 측정 결과를 신속히 확인할 수 있다.

다시 말하면, 측정상자(100)의 하부에 설치되는 로드셀(200)을 컴퓨터(700)와 연결하여 로드셀(200)에서 측정되는 질량이 바로 컴퓨터(700)로 입력되고, 컴퓨터(700)에 저장된 수식에 따라 시료의 부피 및 밀도가 즉시 산출되어 확인할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

측정상자(100)는 수용공간의 부피가 결정되어 있다. 따라서, 측정상자(100)에 가득찬 물질의 질량만 측정하면 즉시 해당 물질의 밀도(질량/부피)를 산출할 수 있다.

측정상자(100) 상부에는 분진을 배출하는 분진배출구(110)가 구비되어 상부스크린(310)에서 걸러지지 않는 미세 분진을 외부로 배출할 수 있다.

첨부도면에는 별도로 도시하지 않았으나 분진배출구(110)는 별도의 집진 장치와 연결하여 배출되는 분진이 비산되지 않도록 함이 바람직하다.

측정상자(100)의 하부에는 질량을 측정하는 로드셀(200)이 구비된다. 따라서 측정상자(100)에 담겨진 물질의 질량을 즉시 확인할 수 있다.

도1에 로드셀(200)을 저울로 도시하였는데, 로드셀(200)이 저울 형태인 것을 의미하는 것은 아니며 질량측정에 사용된다는 의미에서 개념적으로 도시한 것이다. 실재 로드셀(200)의 형태는 저울과는 다르다. 본 발명에서 로드셀(200) 자체의 형태는 중요한 요소가 아닌 바, 별도의 상세한 도시는 생략한다.

밀도측정에 사용되는 비드(bead)는 비드함(300)에 보관된다. 비드는 비발포폴리스틸렌 및 납으로 된 구슬이 사용되는데, 비발포폴리스틸렌의 경우 공칭지름이 1㎜, 납으로 된 구슬의 경우 지름이 2.286㎜인 것을 사용하도록 한국산업규격(KS)에 규정되어 있다. 그러나 규격에서 요구하는 지름보다 작은 것으로 측정할 경우 보다 정확하게 밀도를 측정할 수 있으므로 비드의 크기는 가능한 작은 것이 바람직하다.

비드공급관(400)은 비드함(300) 하부 일측과 측정상자(100) 상부 일측을 연결하여 비드함(300)에 보관된 비드를 측정상자(100)로 공급하는 통로가 된다.

비드배출관(500)은 측정상자(100) 하부 일측과 비드함(300)의 상부 일측을 연결하여 측정상자(100)의 비드를 비드함(300)으로 배출하는 통로가 된다.

따라서 비드함(300), 비드공급관(400), 측정상자(100), 및 비드배출관(500)의 순서로 순환경로가 완성된다.

비드배출관(500)과 연결되는 측정상자(100) 하부 일측의 출구에는 슬라이딩 방식으로 개폐되는 슬라이딩차단막(44)이 구비되고, 측정상자(100)의 바닥면은 비드배출관(500) 방향으로 하향 경사를 이루게 된다.

이러한 슬라이딩차단막(44)은 측정상자(100)에 비드를 채우는 과정과 로드셀(200)을 이용하여 질량을 측정하는 과정에서는 닫힌 상태를 유지하여 비드가 측정상자(100)에서 빠져 나오지 못하도록 한다.

질량 측정이 완료되면 슬라이딩차단막(44)을 개방하는데, 슬라이딩차단막(44)을 개방하면 측정상자(100)를 채우고 있던 비드가 비드배출관(500)으로 밀려 나오게 되어 비드배출관(500)을 통과하여 비드함(300)으로 떨어지게 된다.

이 경우 측정상자(100) 바닥면이 비드배출관(500)을 향하여 하향 경사를 이루고 있으므로 비드의 배출이 보다 신속하게 이루어진다.

만약 이러한 방식만으론 측정상자(100)의 비드가 완벽하고 신속하게 비드함(300)으로 떨어지지 않는다면 비드공급관(400)에 설치되는 공기압장치(600)와 유사한 공기압장치를 비드배출관(500)에 설치하여 측정상자(100) 내부의 비드를 신속하게 비드함(300)으로 배출시킬 수도 있다.

공기압장치(600)는 비드공급관(400) 내부에 압축공기를 측정상자(100) 방향으로 분사하여 비드가 상기 순환경로를 따라 순환될 수 있도록 한다.

공기압장치(600)는 압축공기를 생성하는 에어컴퓨레셔(610)와 에어컴퓨레셔(610)에서 생성된 압축공기를 비드공급관(400) 내부로 분사하는 분사구(620)를 포함하여 구성된다.

비드공급관(400)의 양측 단부 및 비드배출관(500)의 양측 단부 각각에는 도1에 도시된 바와 같이 비드의 진행방향으로만 회동되어 개방되고 역방향으로는 회동되지 않는 역류방지막(11)이 구비되어 비드의 역행을 방지한다.

다시 말하면, 슬라이딩차단막(44)이 닫힌 상태에서 공기압장치(600)의 분사구(620)를 통하여 압축공기를 분사하면 비드공급관(400)의 양측 단부에 구비된 역류방지막이 측정상자(100) 방향으로 회동하여 개방되고 비드함(300)의 비드가 비드공급관(400)을 타고 올라가 측정상자(100)를 채우게 된다.

비드공급관(400)에 설치된 역류방지막(11)은 측정상자(100)를 향하는 진행방향으로는 회동을 하나 그 반대로 비드함(300)을 향하는 방향으로는 회동되지 않고 비드공급관(400)을 차단하게 된다.

따라서 비드가 역류하여 비드공급관(400)을 통하여 다시 비드함(300)으로 되 돌아 가지는 않으며, 일단 측정상자에 들어간 비드가 다시 비드공급관(400)으로 역류하여 나올 수도 없다.

비드배출관(500)의 양측 단부에 설치되는 역류방지막(11)은 비드함(300)을 향하는 진행방향으로만 회동하여 개방되고 그 역방향으로는 회동되지 않고 비드배출관(500)을 차단하게 된다.

따라서 슬라이딩차단막(44)을 개방하면 측정상자(100)의 비드가 비드배출관(500)을 타고 비드함(300)으로 떨어질 수는 있으나 역으로 비드함(300)의 비드가 역류하여 비드배출관(500)으로 들어가거나 비드배출관(500) 내부의 비드가 역류하여 측정상자(100)로 들어갈 수는 없다.

비드함(300)의 내측 상부에는 격자형태의 상부스크린(310)이 구비되어 비드보다 큰 입자를 걸러준다. 격자의 규격은 비드의 크기를 고려하여 비드가 통과될 수 있도록 격자의 크기를 결정한다.

이러한 상부스크린(310)은 1개만 설치될 수도 있으나 , 도1에 도시된 바와 같이 2개가 설치되어 2차에 걸쳐 입자를 걸러줄 수도 있다. 경우에 따라서는 2개 이상의 상부스크린(310)이 높이에 따라 단계별로 설치될 수도 있다.

아울러 격자형태의 하부스크린(320)이 비드함(300)의 바닥면에 설치되어 비드의 크기보다 작은 분진이나 입자를 비드함(300)의 외부로 배출한다.

이러한 하부스크린(320)의 격자 규격도 비드의 크기 및 입자의 크기를 고려하여 비드는 통과되지 않고 분진이나 입자만 통과될 수 있도록 결정한다.

하부스크린(320)의 경우에도 분진배출구(110)와 마찬가지로 별도의 집진장치 와 연결되도록 하여 분진의 비산을 방지하는 것이 바람직하다.

비드공급관(400)과 측정상자(100)의 연결부분 및 비드배출관(500)과 측정상자(100)의 연결부분은 휘어짐이 자유로운 연질호스(22)가 구비되어 있다

또한, 측정상자(100)가 횡방향으로 기울어지는 것은 방지하나 측정상자(100)의 수직방향 움직임은 간섭하지 않는 측정상자지지대(33)가 측정상자(100) 둘레에 설치된다.

따라서 측정상자(100)에 작용하는 수직방향의 하중이 주변부로 전달되는 것을 최소화하고 로드셀(200)에서 보다 정확하게 측정상자(100)에 채워진 내용물의 질량을 측정할 수 있다.

이와 같이 측정상자(100)가 측정상자지지대(33) 사이에 삽입되고 비드공급관(400) 및 비드배출관(500) 각각에 연질호스(22)를 통하여 결합되면, 로드셀(200)의 눈금을 조절(영점 조절)하여 측정상자(100)에 담겨지는 내용물의 질량이 정확하게 측정될 수 있도록 한다.

컴퓨터(700)는 로드셀(200)과 유선 또는 무선으로 연결되어 로드셀(200)에서 측정되는 질량이 전송되고, 다음과 같은 자료 및 과정을 통하여 밀도를 계산한다.

컴퓨터(700)는 로드셀(200)에서 측정된 비드의 질량(M)과 이미 알고 있는 측정상자(100)의 부피(V)를 이용하여 비드의 밀도(D)를 계산한다.

D = M/V

D:비드의 밀도

M:측정상자(100)를 비드만으로 채운 경우 로드셀(200)에서 측정된 질량

V:이미 확인된 측정상자(100)의 부피

여기서, 측정상자(100)의 부피(V)를 입력하면 로드셀(200)에서 측정된 질량(M)이 전송되어 비드의 밀도(D)가 자동 계산된다.

시료의 질량(M₁)를 측정하여 미리 확인한 후 측정상자(100)에 질량을 알고 있는 시료를 넣은 후 비드를 투입하여 측정상자(100)를 채운 후, 로드셀(200)에서 측정된 혼합물의 질량(M')을 측정하고 이를 이용하여 시료의 밀도(D₁)을 계산한다.

D ₁ = M ₁ / [V-( M' - M ₁ )/D]

D₁:시료의 밀도

V:이미 확인된 측정상자(100)의 부피

M':질량을 알고 있는 시료와 비드로 측정상자(100)를 채운 경우 로드셀(200)에서 측정된 질량

M₁:미리 알고 있는 시료의 질량

D:비드의 밀도

미리 알고 있는 시료의 질량(M₁)을 입력하면, 이미 입력된 측정상자(100)의 부피(V), 이미 계산된 비드의 밀도(D), 및 로드셀(200)에 측정되어 전송된 시료 및 비드의 질량(M')을 이용하여 시료의 밀도(D₁)이 자동 계산된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였 으나 본 발명의 보호범위가 이러한 실시예에만 한정되는 것을 의미하지는 않으며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 주지관용 기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

도1은 본 발명의 전체 구성을 도시하는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:측정상자

110:분진배출구

200:로드셀(load cell)

300:비드함

310:상부스크린

320:하부스크린

400:비드공급관

500:비드배출관

600:공기압장치

610:에어컴퓨레셔

620:분사구

700:컴퓨터

11:역류방지막

22:연질호스

33:측정상자지지대

44:슬라이딩차단막

Claims

시료의 밀도를 측정하는 장치에 관한 것으로서,

수용공간의 부피가 확인된 측정상자(100);

상기 측정상자(100)의 하부에 설치되어 질량을 측정하는 로드셀(200);

밀도측정에 사용되는 비드가 보관되는 비드함(300);

상기 비드함(300) 하부 일측과 상기 측정상자(100) 상부 일측을 연결하여 상기 비드함(300)에 보관된 비드를 상기 측정상자(100)로 공급하는 통로가 되는 비드공급관(400);

상기 측정상자(100) 하부 일측과 상기 비드함(300)의 상부 일측을 연결하여 상기 측정상자(100)의 비드를 상기 비드함(300)으로 배출하는 통로가 되는 비드배출관(500); 및,

상기 비드공급관(400) 내부에 압축공기를 상기 측정상자(100) 방향으로 분사하는 공기압장치(600);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제1항에서, 상기 공기압장치(600)는,

압축공기를 생성하는 에어컴퓨레셔(610); 및,

상기 에어컴퓨레셔(610)에서 생성된 압축공기를 상기 비드공급관(400) 내부로 분사하는 분사구(620);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제2항에서,

상기 비드공급관(400)의 양측 단부 및 상기 비드배출관(500)의 양측 단부 각각에는 비드의 진행방향으로만 회동되어 개방되고 역방향으로는 회동되지 않는 역류방지막(11);

이 구비되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제3항에서, 상기 비드함(300)은,

내측 상부에 비드보다 큰 입자를 걸러주는 격자형태의 상부스크린(310);

이 구비되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제4항에서, 상기 상부스크린(310)은 높이에 따라 단계별로 다수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제4항에서,

상기 비드공급관(400)과 상기 측정상자(100)의 연결부분 및 상기 비드배출관(500)과 상기 측정상자(100)의 연결부분은 휘어짐이 자유로운 연질호스(22);

가 구비되고,

상기 측정상자(100)가 횡방향으로 기울어지는 것은 방지하나 상기 측정상 자(100)의 수직방향 움직임은 간섭하지 않는 측정상자지지대(33);

가 상기 측정상자(100) 둘레에 설치되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제6항에서,

상기 비드함(300)의 바닥면에 설치되어 비드의 크기보다 작은 분진이나 입자를 비드함(300)의 외부로 배출하는 격자형태의 하부스크린(320);

이 구비되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제7항에서,

상기 측정상자(100)의 바닥면은 상기 비드배출관(500) 방향으로 하향 경사를 이루고 있고,

상기 비드배출관(500)으로 연결되는 상기 측정상자(100)의 출구에는 슬라이딩 방식으로 출구를 개폐하는 슬라이딩차단막(44);

이 설치되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제8항에서,

상기 로드셀(200)과 연결되어 상기 로드셀(200)에서 측정되는 질량이 전송되는 컴퓨터(700);

가 더 구비되고,

상기 컴퓨터(700)는,

상기 로드셀(200)에서 측정된 비드의 질량(M)과 이미 알고 있는 상기 측정상자(100)의 부피(V)를 이용하여 아래와 같이 비드의 밀도(D)를 계산하고,

D = M/V

D:비드의 밀도

M:측정상자(100)를 비드만으로 채운 경우 로드셀(200)에서 측정된 질량

V:이미 확인된 측정상자(100)의 부피

상기 측정상자(100)에 질량을 알고 있는 시료를 넣은 후 비드를 투입하여 상기 측정상자(100)를 채운 후 상기 로드셀(200)에서 측정된 혼합물의 질량(M')를 이용하여,

D ₁ = M ₁ / [V-( M' - M ₁ )/D]

D₁:시료의 밀도

V:이미 확인된 측정상자(100)의 부피

M':무게를 알고 있는 시료 및 비드로 측정상자(100)를 채운 경우 로드셀(200)에서 측정된 질량

M₁:미리 알고 있는 시료의 질량

D:비드의 밀도

의 과정으로 시료의 밀도를 산출하는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.
제4항 내지 제9항 가운데 어느 한 항에서,

상기 측정상자(100) 상부에 분진을 배출하는 분진배출구(110);

가 구비되는 것을 특징으로 하는 밀도측정장치.