KR100943668B1 - 압력 미세 안정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정배관의 온도를 제어하는 것에 의하여 압력을 안정화시켜 압력조절기의 성능을 크게 향상시킬 수 있도록, 표준 압력계와 교정대상 압력계가 연결되는 측정배관과 연결되는 압력 유입관과, 압력 유입관에 설치되어 측정배관의 압력을 측정하는 압력 측정부와, 압력 유입관에 설치되어 가열 또는 냉각을 행하는 열전소자로 이루어지는 온도 발생부와, 압력 측정부에서 측정되는 압력값과 사용자가 입력한 압력값을 비교하여 압력차이에 대응하는 온도값으로 상기 온도 발생부의 온도 발생을 제어하는 압력-온도제어부를 포함하는 압력조절장치를 제공한다.

압력계측기, 검정, 검사, 압력, 안정화, 장치, 설비, 열전소자

Description

압력 미세 안정화 장치{Pressure Stabilizing Device for Pressure Measurement Instrument}

본 발명은 압력 미세 안정화 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 주변 온도에 의해 안정화되지 않는 압력값을 열전소자를 사용하여 안정화시키므로 압력계측기의 측정품질을 크게 향상시킬 수 있는 압력 미세 안정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압력계측기는 유압 또는 공압으로 작동하는 모든 기계 설비나 부품, 유로를 통하여 이동하는 기체나 액체 등의 압력을 측정하기 위한 기기로 사용하며, 압력계측기의 신뢰성을 확보하기 위하여 주기적으로 검사 및 교정을 받고 있다.

종래 압력계측기를 측정 및 교정하기 위하여 사용하는 수동압력조절장치는 압력 매질에 따라 통상 유압식(Hydraulic)과 통상 공압식(Gas)으로 구분되며, 유압식은 사용자가 직접 핸들을 조작하여 압력을 발생시키는 피스톤-스크류 방식으로 대부분 이루어지고, 공압식은 압축가스 압력원으로부터 전달되는 공압을 압력원으로 사용하는 방식이다.

현재 상용화되어 사용하는 수동 유압조절장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 압력을 조절하기 위한 핸들(3)이 설치된 가압실린더부(2)와, 상기 가압실린더부(2)의 핸들(3) 반대쪽에 연결되고 2곳으로 분기되는 측정배관(4)과, 상기 측정배관(4)의 한쪽에 연결되고 압력매체인 오일을 공급하는 오일탱크(6)로 이루어진다.

상기 측정배관(4)의 다른 쪽에는 표준 압력계(8)와 교정대상 압력계(9)가 병렬로 연결되고, 상기 측정배관(4)의 한쪽 및 다른 쪽에는 각각 개폐밸브(5), (7)가 설치된다.

상기와 같이 구성되는 종래 압력조절장치는, 양 개폐밸브(5), (7)를 개방한 상태에서 오일탱크(6)로부터 압력매체인 오일을 공급하고, 상기 가압실린더부(2)의 핸들(3)은 피스톤이 최대로 후퇴하는 상태로 조작하여 측정배관(4) 전체와 가압실린더부(2)에 오일을 가득 충전시킨다.

상기와 같은 상태에서 오일탱크(6)쪽 개폐밸브(5)를 폐쇄하고, 상기 핸들(3)을 조작하여 피스톤을 전진시키는 것에 의하여 상기 표준 압력계(8)와 교정대상 압력계(9)에 동시에 압력이 작용하도록 하며, 표준 압력계(8)에 준하여 교정대상 압력계(9)의 오차 등을 측정하여 교정하도록 이루어진다.

상기에서 핸들(3)의 조작에 따라 상기 표준 압력계(8) 및 교정대상 압력계(9)에 작용하는 압력을 단계적으로 조절하는 것이 가능하다.

상기와 같이 구성되고 작동되는 종래 압력조절장치는 가압실린더부(2)의 유효 체적이 작거나 측정배관(4) 내부의 기포에 의해 압력이 정확히 전달되지 않기 때문에, 핸들(3)을 최대로 조작하여 가압실린더부(2)의 피스톤을 최대로 전진시키 는 경우에도 표준 압력계(8) 및 교정대상 압력계(9)에 작용하는 압력이 측정 가능한 최대 압력값에 미달하는 경우가 발생하며, 이 경우에는 충분한 검사 및 교정이 이루어지지 않게 된다.

그리고 작용하는 압력을 핸들(3)을 회전시키는 조작에 의하여 조절하므로, 정확한 압력을 작용시키는 것이 매우 어려우며, 이는 검사 및 교정의 신뢰성을 불안정하게 하는 요인이 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0706857호에는 상기와 같은 종래 압력조절장치의 문제점을 해결하기 위하여 벨로우즈 미세조절펌프와 조이스틱 밸브로 이루어지는 미세조절기를 적용한 압력조절장치가 공개되어 있다.

상기 압력조절장치는 압력발생기로부터 발생된 기본압력과 벨로우즈 미세조절펌프로부터 발생된 압력의 합을 이용하여 검사 및 교정을 행하며, 벨로우즈 미세조절펌프 내부의 벨로우즈 단면적과 가압 피스톤의 단면적을 서로 다르게 구성하여 상대적으로 작은 압력을 가하는 경우에도 큰 압력을 발생시킬 수 있고, 2개의 조이스틱 밸브를 적절하게 조작하는 것에 의하여 작용하는 압력을 미세하게 조절하는 것이 가능하도록 구성된다.

종래 압력조절장치에 있어서 계측을 위한 압력을 발생시켜 전달하는 방법으로 완전 자동방식과 수동방식이 있다.

상기에서 완전 자동방식의 경우에는 사용자가 원하는 압력을 입력하면, 압력의 발생은 물론 원하는 측정점에 자동으로 도달하고 장비(장치)가 가능한 최대 성능까지 안정화하는 작업까지 동시에 이루어지도록 구성되는 반면에, 제조원가가 매 우 고가라는 단점이 있다.

반면에 수동방식의 경우에는 제조원가는 저렴하지만, 사용자가 직접 원하는 측정점까지 압력을 발생시켜 올려야 하며, 동시에 미세조절까지 행하여 원하는 측정점에서 안정화를 시켜야한다.

그런데 수동방식의 경우 아무리 사용자가 밸브, 배관 등에 누압(leak)을 방지하여 처리한 경우라도, 압력은 주변 환경에 아주 민감한 특성을 가지고 있으므로, 순간적으로 안정화를 이루었다 하더라도 곧바로 압력값이 변하게 되어 정확한 측정이 매우 어렵다.

특히 압력은 주변 온도에 따라 비례적으로 심하게 변하며, 이를 방지하기 위한 항온, 항습을 완벽하게 유지하기 위해서는 많은 비용이 소요된다. 그러나, 항온, 항습실의 경우에도 사람의 움직임 등에 의한 공기의 흐름에도 온도 등이 변할 수 있으므로, 궁극적으로 압력이 100% 안정화되는 것은 거의 불가능하다.

본 발명은 온도에 따른 압력변화율은 현재의 압력 매질과 밀도에 따라 다르지만, 압력을 받고 있는 상태에서 압력시스템의 주변 온도(특히 배관 온도)를 안정화시킬 수 있는 수준의 제어만 가능하다면 충분히 전체적인 시스템의 압력을 안정화시킬 수 있는 점을 발견하고, 이 점에 착안하여 이루어진 것이다.

본 발명의 목적은 열전소자를 이용하여 배관의 온도를 안정화시키는 것에 의하여 압력을 안정화시키므로 압력계측기의 측정품질을 크게 향상시킬 수 있는 압력 미세 안정화 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 압력 미세 안정화 장치는 표준 압력계와 교정대상 압력계가 연결되는 측정배관과 연결되는 압력유입관과, 상기 압력유입관에 설치되어 측정배관의 압력을 측정하는 압력측정부와, 상기 압력유입관에 설치되어 가열 또는 냉각을 행하는 온도발생부와, 상기 압력측정부에서 측정되는 압력값과 사용자가 입력한 압력값을 비교하여 압력차이에 대응하는 온도값으로 상기 온도발생부의 온도 발생을 제어하는 압력-온도제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 온도발생부는 펠티에효과를 이용한 열전소자를 이용하여 구성한다.

상기 온도발생부를 구성하는 열전소자는 압력유입관의 단면에 있어서, 압력유입관 외주의 1/2 정도는 열전소자의 냉각부가 접하도록 설치하고, 압력유입관 외주의 나머지 1/2 정도는 열전소자의 가열부가 접하도록 설치한다.

본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치에 의하면, 사용자가 특정 압력값을 압력-온도제어부에 입력하면 압력-온도제어부에서 압력측정부에서 측정되는 압력값과의 차이에 대응하여 온도발생부인 열전소자에 전원을 공급하므로, 측정배관 내의 압력값을 항상 일정하게 안정화시키는 것이 가능하다.

그리고 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치에 의하면, 측정배관에 압력유입관을 연결하는 것에 의하여 설치가 완료되므로, 필요에 따라 수시로 장착 및 탈거가 가능하며, 현장에서의 적응성이 우수하다.

다음으로 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 일실시예는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 측정배관(4)과 연결되는 압력유입관(22)과, 압력을 측정하는 압력측정부(24)와, 상기 압력유입관(24)을 가열 또는 냉각하는 온도발생부(26)와, 상기 온도발생부(26)를 제어하는 압력-온도제어부(28)를 포함하여 이루어진다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 측정배관(4)에는 표준 압력계(8)와 교정대상 압력계(9)가 병렬로 연결 설치된다.

또 상기 측정배관(4)에는 상기 표준 압력계(8)와 교정대상 압력계(9)에 측정 압력을 가하는 압력발생기 및 미세조절기(10)가 연결 설치되고, 상기 압력발생기 및 미세조절기(10)와 별도로 상기 측정배관(4)에 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치(20)의 실시예가 연결 설치된다.

상기 압력발생기 및 미세조절기(10)는 상기 표준 압력계(8)와 교정대상 압력계(9)에 소정의 압력을 발생시켜 전달하고, 이를 미세하게 조절하여 전달하도록 이루어진다.

상기에서 압력발생기 및 미세조절기(10)는 상기한 대한민국 등록특허공보 제10-0706857호 및 종래 다양한 압력조절장치에 사용되는 구성을 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 압력유입관(22)은 금속재질의 튜브로 형성하고, 상기 압력측정부(24)를 설치하기 위한 압력포트가 연장되어 구성된다.

상기 압력측정부(24)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 압력유입관(22)의 압력을 측정하도록 이루어진다. 여기에서 압력유입관(22)이 측정배관(4)과 연통되어 있으므로, 압력유입관(22)의 압력은 측정배관(4)의 압력과 동일하며, 압력유입관(22)의 압력을 측정하는 것은 측정배관(4)의 압력을 측정하는 것과 같다.

상기 압력측정부(24)는 측정된 압력을 사용자가 판독하기 쉽도록 디지털로 표시되는 디지털압력계 등을 사용하여 구성하는 것이 편리하다.

상기 압력-온도제어부(28)는 상기 압력측정부(24)에서 측정되는 압력값과 사용자가 입력한 압력값을 비교하여 그 압력차이에 대응하는 온도값의 제어신호를 상기 온도발생부(26)로 전송하도록 구성된다.

따라서 도면에 나타내지 않았지만, 상기 압력-온도제어부(28)에는 사용자가 필요한 압력값을 입력할 수 있도록 다수의 키버튼 등의 입력장치가 연결 설치된다.

상기 온도발생부(26)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 펠티에효과를 이용한 열전소자를 이용하여 구성하는 것이 편리하다.

상기에서 펠티에효과를 이용한 열전소자는 전기를 공급받으면 발열 또는 흡열 작용을 하는 소자로서, 하나의 소자로 가열과 냉각을 선택하여 반복적으로 행하는 것이 가능하다는 특징이 있다. 따라서 특정 부위에서 가열과 냉각이 동시에 필요한 경우에는 매우 효과적이며, 부피면에서도 아주 소형으로 제작하는 것이 가능하고, 온도 대역폭도 상당히 크고, 특별한 부가 장치를 필요로 하지 않고 단순히 전원을 공급하는 것만으로도 온도제어 기능을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

상기 온도발생부(26)를 구성하는 열전소자는 압력유입관(22)의 단면에 있어서, 압력유입관(22) 외주의 1/2 정도는 열전소자의 냉각부(25)가 접하도록 설치하고, 압력유입관(22) 외주의 나머지 1/2 정도는 열전소자의 가열부(27)가 접하도록 설치한다.

즉 상기 압력유입관(22)의 외주를 1/2로 나누어 한쪽에는 압력유입관(22)과 접하도록 냉각부(25)가 안쪽에 위치하고 가열부(27)가 바깥쪽에 위치하는 쌍으로 열전소자를 설치하고, 다른쪽에는 압력유입관(22)과 접하도록 가열부(27)가 안쪽에 위치하고 냉각부(25)가 바깥쪽에 위치하는 쌍으로 열전소자를 설치한다.

상기 압력-온도제어부(28)와 온도발생부(26) 사이에는 상기 열전소자의 각 쌍에 선택적으로 전원을 공급하는 전원장치(29)를 설치한다.

상기 압력-온도제어부(28)에서는 압력측정부(24)에서 측정한 압력값이 사용자가 입력한 압력값보다 높은 경우에는 상기 전원장치(29)에 냉각부(25)가 압력유 입관(22)과 접한 쌍의 열전소자에 전원을 인가하도록 제어신호를 전송한다.

반대로 상기 압력-온도제어부(28)에서는 압력측정부(24)에서 측정한 압력값이 사용자가 입력한 압력값보다 낮은 경우에는 상기 전원장치(29)에 가열부(27)가 압력유입관(22)과 접한 쌍의 열전소자에 전원을 인가하도록 제어신호를 전송한다.

다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 작동과정을 설명한다.

먼저 사용자는 표준 압력계(8)와 교정대상 압력계(9)를 측정배관(4)에 설치한 상태에서, 상기 압력발생기 및 미세조절기(10)를 통하여 측정하고자 하는 압력 단계에 맞추어 압력을 발생시키고, 이 압력을 수동으로 미세하게 조절하면서 상기 표준 압력계(8)와 교정대상 압력계(9)쪽으로 전달하여 작용시킨다.

상기와 같이 사용자가 수동으로 미세 조절을 행하여 원하는 압력값에서 어느 정도 압력 안정화가 이루어진 것을 확인하면, 원하는 압력값을 상기 압력-온도제어부(28)에 입력한다.

상기 압력-온도제어부(28)에서는 입력된 압력값을 목표값으로 인식하고, 상기 압력 측정부(24)에서 측정된 압력값을 입력된 압력값과 비교하고, 발생하는 압력차이에 대응하는 제어신호를 전원장치(29)로 전송하고, 상기 온도 발생부(26)에 대한 제어를 행한다.

상기와 같이 온도 발생부(26)를 제어하여 압력 유입관(22)의 온도가 상승 또는 하강함에 따라 압력 유입관(22)의 압력이 상승 또는 하강하게 되고, 압력 유입관(22)과 측정배관(4)이 서로 연통되어 있으므로 자연스럽게 측정배관(4)의 압력이 상승 또는 하강하게 된다. 여기에서 측정배관(4)의 압력이 상승 또는 하강하는 변화분은 실제 설정된 압력값(안정화시키고자 하는 압력값)과의 차이에 대응하는 것이며, 주변 온도 등의 영향에 의하여 안정화시킨 압력값에 변화가 생긴 것을 보정하게 되는 것이다.

일반적으로 압력계측기기의 실험작업은 전체 100% 구간에서 약 10∼20% 구간씩 단계별로 압력을 가압 또는 감압의 방식으로 행하는데, 이 경우 측정하고자 하는 측정점에 표준 압력계와 교정대상 압력계의 압력값의 안정화를 확인한 다음 데이터를 기록하고, 다음 단계의 실험 진행이 이루어진다. 수동의 경우에는 이때의 압력값의 안정화가 매우 어렵다. 즉 측정배관의 누압을 100% 방지하였다 하더라도 주변 환경(특히 온도)의 영향 때문에 압력값이 안정화를 찾지 못하게 된다.

그런데 현재 압력이 가해져 있는 측정배관(4)의 일부에 직접적인 방법으로 온도를 제어하면 안정화에 많은 도움을 주게 된다. 그 이유는 이상기체 상태 방정식으로부터 알 수 있다. 이상기체 상태 방정식은 PV=nRT=w/m RT=ZnRT(여기에서, Z는 압축계수를 나타내고, P는 절대압력을 나타내고, V는 부피를 나타내고, n은 몰수를 나타내고, R은 기체상수(0.082)를 나타내고, T는 절대온도를 나타낸다)로 나타내어지는데, 이로부터 압력과 온도가 서로 비례함을 알 수 있다. 따라서 온도를 제어함으로써 압력을 제어하는 것이 가능함을 알 수 있다.

일반적인 압력계측기의 교정 및 측정 실험에 있어서, 측정 압력 점에서의 측정압력의 안정화라 함은 반드시 원하는 측정 점에서의 정확한 압력 값의 도달 및 안정화가 아니라 그 부근에서의 안정화 수준이라 생각하면 된다. 이에 본 압력 미 세 안정화 장치는 일반 수동 압력조절장치와 더불어 사용되며, 이때의 압력의 안정화는 측정에 필요한 전체 압력의 크기를 의미하는 것이 아니라, 사용자가 압력발생기 및 미세조절기(10)를 통하여 안정화시킨 상태에서 주변 환경(특히 온도)에 의해서 안정화되지 못하는 부분을 보완해준다는 의미이므로, 실제 압력 안정화를 행하는 압력의 범위는 전체 크기의 범위 중 극히 일부의 크기에 해당된다.

결국 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 실시예에 있어서, 열전소자로 구성되는 온도발생부(26)의 온도제어에 의해 변화하는 압력유입관(22)의 압력변화만으로도 측정점(원하는 단계의 압력값)에서의 안정화를 이루는 것이 가능하다. 즉 작은 범위의 온도제어로 미세 압력 제어가 가능하고, 본 발명은 압력 전체 범위가 아니라 주변 환경에 의해 변할 수 있는 압력범위 수준에서 전체 시스템에 무리를 주지 않으면서 사용하기에 충분한 압력 미세 안정화 장치를 제공하는 것이 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 종래 압력조절장치의 일예를 나타내는 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 일실시예를 적용한 압력조절장치를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 따른 압력 미세 안정화 장치의 일실시예에 있어서 온도발생부를 나타내는 단면도이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 표준 압력계와 교정대상 압력계가 연결되는 측정배관과 연결되는 압력 유입관과,

   상기 압력 유입관에 설치되어 측정배관의 압력을 측정하는 압력 측정부와,

   상기 압력 유입관에 설치되어 가열 또는 냉각을 행하는 온도 발생부와,

   상기 압력 측정부에서 측정되는 압력값과 사용자가 입력한 압력값을 비교하여 압력차이에 대응하는 온도값으로 상기 온도 발생부의 온도 발생을 제어하는 압력-온도 제어부를 포함하는 압력 미세 안정화 장치에 있어서,

   상기 온도 발생부는 펠티에 효과를 이용한 열전소자로 구성하고,

   상기 온도 발생부를 구성하는 열전소자는 상기 압력 유입관의 외주를 1/2로 나누어 한쪽에는 압력 유입관과 접하도록 냉각부가 안쪽에 위치하고 가열부가 바깥쪽에 위치하는 쌍으로 설치하고, 다른 쪽에는 압력유입관과 접하도록 가열부가 안쪽에 위치하고 냉각부가 바깥쪽에 위치하는 쌍으로 설치하는 압력 미세 안정화 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 압력-온도 제어부와 온도 발생부 사이에는 상기 압력-온도 제어부의 제 어신호에 따라 상기 열전소자의 각 쌍에 선택적으로 전원을 공급하는 전원장치를 설치하는 압력 미세 안정화 장치.

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