KR101091648B1 - 표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법 - Google Patents

표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항상 신속하고 정확하게 압력을 측정하는 것이 가능하고 편의성을 증대시킬 수 있는 표준압력 자동계산 분동식 압력계를 제공한다.
본 발명은 유체의 압력이 작용하도록 구성되는 압력계 본체와, 상기 압력계 본체에 조립되는 1~5개의 피스톤-실린더 모듈 및 다수의 분동이 보관되고 각 피스톤-실린더 모듈 및 분동에 대응하여 감지센서가 설치되는 분동테이블과, 압력계 본체 주변의 환경에 대한 측정을 행하는 주위환경 측정장치와, 분동테이블의 감지센서로부터 입력되는 신호와 주위환경 측정장치로부터 입력되는 측정값을 이용하여 표준압력을 자동으로 계산하여 표시하는 계산장치를 포함하여 이루어진다.
분동식 압력계, 표준압력, 계산, 피스톤, 분동, 측정, 감지센서

Description

표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법 {Standard Pressure Automatic Calculation Deadweight Pressure Gauge and Standard Pressure Automatic Calculation Method of The Same}
본 발명은 표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 분동테이블에 감지센서를 설치하여 사용되는 분동 및 피스톤-실린더 모듈을 자동으로 감지하여 입력하는 것에 의하여 표준압력을 자동으로 계산하여 측정의 정확도를 향상시키고 편의성을 증대시킨 표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법에 관한 것이다.
일반적으로 압력계는 액체 또는 기체의 압력을 재는 기구로서, 액주식 압력계, 분동식 압력계, 기계적, 전기적 변형계기 등으로 나뉘어진다.
상기에서 분동식 압력계는 힘의 평형상태를 이용하여 압력을 측정하는 방법을 이용하며, 유압 및 공압 측정에서 1차 표준기(교정용 표준기 또는 표준압력 발생기)로 사용되고 있는 압력계이다.
분동식 압력계는 피스톤과 그 위에 올려지는 분동의 질량과 실린더에 가해지 는 유체의 압력 사이의 평형상태를 이용하여 압력을 측정하며, 표준압력(PS)의 계산은 다음의 수학식 1에 의하여 계산된다.
Figure 112008082996613-pat00001
상기 수학식 1에 있어서, PS는 표준압력(단위:Pa)을 나타내고, ΣM은 피스톤 질량을 포함하여 피스톤에 부하된 분동 질량의 합(단위:kg)을 나타내고, g는 지역 중력가속도(단위:㎨)를 나타내고, ρM은 분동의 밀도(단위:㎏/㎥)를 나타내고, ρα은 공기의 밀도(환경측정 즉 대기온도, 습도, 대기압을 이용하여 실시간으로 산출됨, 단위:㎏/㎥)를 나타내고, γ는 유체의 표면장력계수(단위:N/m)를 나타내고, C는 피스톤의 원둘레(단위:m)를 나타내고, A0는 피스톤-실린더의 기준 단면적(단위:㎡)을 나타내고, α는 피스톤과 실린더의 열팽창계수의 합(단위:℃-1)을 나타내고, t는 측정 시 주위 온도(단위:℃)를 나타내고, tγ는 기준 온도(통상 20℃ 또는 23℃)를 나타내고, b는 압력변화에 따른 단면적의 변화율인 압력계수(단위:Pa-1)를 나타내고, 측정 점 압력 P는 측정 점의 명목압력(단위:Pa)을 나타낸다.
그리고 상기 수학식 1에 있어서, 분자 항 중에 있는 ‘ΣM ’인자를 제외한 다른 모든 항은 주위환경 측정 장치로부터 측정되는 값 또는 상수이다. ΣM 항의 경우에는 압력의 크기(측정 점)에 따라 조합되는 경우로, 전체 합이 측정 점에 따라 각기 다르게 설정된다.
일반적으로 분동식 압력계의 경우, 압력범위(측정범위)는 상기 수학식 1(표준압력 계산식)의 분모항의 피스톤-실린더의 단면적(A0)과 분자항의 피스톤과 분동 질량의 총합(ΣM)으로 나타난다.
또한 일반적으로 분동식 압력계 1세트에는 피스톤-실린더의 단면적(A0)이 다른 피스톤-실린더 모듈이 1~5개 정도 구성되고, 압력측정범위도 1~5가지의 측정범위로 이루어진다.
따라서 동일한 질량의 총합(ΣM)인 경우에도, 피스톤-실린더 모듈이 달라지면(단면적(A0)이 달라지면), 측정 가능한 최대 압력의 크기(범위)도 달라진다. 그리고, 선택된 동일한 피스톤-실린더 모듈(단면적(A0)) 조건하에서도, 압력측정 점의 크기는 피스톤 위에 올리는 질량의 조합(ΣM)으로 결정된다.
종래 분동식 압력계에 있어서는, 측정하고자 하는 압력을 계산장치에 입력하면, 조합해야 하는 질량의 총합(ΣM)이 모니터에 제시되고, 사용자는 정해진(제공되는) 로직(logic)에 의해 제시된 질량의 총합(ΣM)만큼 피스톤 위에 분동을 올려놓도록 구성된다.
또 다른 분동식 압력계에 있어서는, 측정하고자 하는 압력을 계산장치에 입력하면, 피스톤 위에 올려 질 분동의 고유 식별번호(각 질량에 식별번호를 표시함)들이 모니터에 나열되고, 사용자는 이 식별번호를 보고 분동을 조합하여 피스톤 위 에 올려놓도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래 분동식 압력계의 경우에는 모니터에 제시되는 안내에 따라 사용자가 정확하게 분동을 선택하여 피스톤 위에 올려놓아야 정확한 압력의 측정이 가능하다는 문제가 있다. 즉 사용자가 제시된 분동 조합과 다르게 선택하는 경우에는 측정값을 신뢰할 수 없다는 문제가 있다.
따라서 사용자는 모니터에서 제시하는 값 또는 번호와 분동을 여러 번에 걸쳐 거듭 확인하여야 하는 부담이 있으며, 이는 신속하고 정확한 측정에 걸림돌로 작용하게 된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분동테이블에 감지센서를 설치하여 사용자가 선택하는 피스톤-실린더 모듈 및 분동을 미리 감지하여 이를 계산장치에 자동으로 입력되도록 구성하는 것에 의하여 항상 신속하고 정확하게 압력을 측정하는 것이 가능한 표준압력 자동계산 분동식 압력계를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용자가 분동테이블에서 선택하는 피스톤-실린더 모듈 및 분동의 해당 값을 자동으로 계산장치에 입력하고 주위환경(대기습도, 대기온도, 대기압, 피스톤-실린더의 온도) 측정 장치에서 측정하여 입력된 값을 이용하여 자동으로 표준압력을 계산하여 제공하므로 측정의 정확도를 향상시키고 편의성을 증대시킨 분동식 압력계의 표준압력 자동계산방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 표준압력 자동계산 분동식 압력계는 압력이 작용하도록 구성되는 압력계 본체와, 상기 압력계 본체에 조립되는 피스톤-실린더 모듈 및 다수의 분동이 보관되고 각 피스톤-실린더 모듈 및 분동에 대응하여 감지센서가 설치되는 분동테이블과, 상기 압력계 본체 주변의 환경에 대한 측정을 행하는 주위환경(대기습도, 대기온도, 대기압, 피스톤-실린더의 온도) 측정 장치와, 상기 분동테이블의 감지센서로부터 입력되는 신호와 상기 주위환경 측정장치로부터 입력되는 측정값을 이용하여 표준압력을 자동으로 계산하여 표시하는 계산장치를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 분동식 압력계의 표준압력 자동계산방법은 압력계 본체의 주변에 설치된 주위환경(대기습도, 대기온도, 대기압, 피스톤-실린더의 온도) 측정 장치를 통하여 표준압력의 계산에 필요한 측정값을 측정하여 계산 장치로 입력하고, 사용자가 분동테이블에서 피스톤-실린더 모듈 또는 분동을 꺼낼 때마다 해당 감지센서를 이를 감지하여 계산 장치로 입력하고, 상기 계산 장치에서는 상기 감지센서로부터 입력되는 신호와 상기 주위환경(대기습도, 대기온도, 대기압, 피스톤-실린더의 온도) 측정 장치로부터 입력되는 측정값을 이용하여 표준압력 계산식으로부터 표준압력을 계산하여 모니터에 표시하는 과정을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법에 의하면, 사용자가 선택하는 피스톤-실린더 모듈 및 분동에 대응하여 계산장치에서 자동으로 표준압력을 연산하여 표시하므로, 사용자가 피스톤-실린더 모듈 또는 분동을 잘못 선택하여 측정값이 변경되는 일을 방지하는 것이 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법에 의하면, 사용자가 임의의 조합으로 피스톤-실린더 모듈과 분동을 선택하는 경우에도 정확한 표준압력을 계산하여 제공하는 것이 가능하므로, 사용자가 분동 등을 선택함에 있어 수차례 반복하여 확인하는 과정이 필요 없고, 신속하고 정확한 측정값을 얻는 것이 가능하다.
다음으로 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계의 일실시예는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 압력계 본체(10)와, 분동테이블(40)과, 주위환경 측정 장치(70)와, 계산장치(80)를 포함하여 이루어진다.
상기 압력계 본체(10)는 유체의 압력이 작용되도록 구성된다.
상기 압력계 본체(10)는 일반적으로 널리 알려진 분동식 압력계의 구성을 적용하여 실시하는 것도 가능하며, 본 발명에서는 분동식 압력계(10)의 구성에 의하여 좌우되는 것이 아니므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 분동테이블(40)에는 상기 압력계 본체(10)에 조립되는 1~5개의 피스톤-실린더 모듈(20) 및 다수의 분동(30)이 보관된다.
상기 각 피스톤-실린더 모듈(20)은 서로 대응되는 한 쌍의 피스톤(22)과 실린더(24)로 이루어진다.
상기 분동테이블(40)에는 각 피스톤-실린더 모듈(20) 및 분동(30)에 대응하여 감지센서(50)가 설치된다.
상기 감지센서(50)는 감지신호를 상기 계산 장치(80)로 전송하도록 구성한다.
상기 감지센서(50)로는 적외선센서, 레이저센서, 초음파센서, 로드셀, 접점 식 센서 등의 다양한 센서를 적용하여 구성하는 것이 가능하다.
상기 감지센서(50)는 해당되는 위치에 보관되는 각각의 피스톤-실린더 모듈(20) 또는 분동(30)의 존재 유무를 감지하고, 그 감지신호를 상기 계산 장치(80)로 전송할 수 있도록 각각마다 대응하여 설치한다.
그리고 상기 계산 장치(80)에서 각 감지센서(50)의 감지신호에 따라 어느 피스톤-실린더 모듈(20) 또는 분동(30)이 분동테이블(40)에서 분리되어 옮겨졌는지를 확인할 수 있도록, 각 감지센서(50)를 식별할 수 있는 구성으로 설치한다.
예를 들면, 각 감지센서(50) 마다 고유의 식별신호를 감지신호와 함께 전송하도록 구성하거나, 각 감지센서(50)마다 상기 계산 장치(80)의 특정 포트에 할당하여 연결하는 것으로 구분하도록 구성한다.
상기 주위환경 측정 장치(70)는 상기 압력계 본체(10) 주변의 환경에 대한 측정을 행하도록 구성한다.
예를 들면, 상기 주위환경 측정 장치(70)는 상기 수학식 1에 있어서, 측정 시 분모항에 포함된 피스톤-실린더 모듈의 온도와 분모항의 공기밀도를 결정하는 주위 대기온도. 습도. 대기압을 측정하고, 그 측정값을 상기 계산 장치(80)로 전송하도록 구성한다.
상기 계산 장치(80)는 상기 분동테이블(40)의 감지센서(50)로부터 입력되는 신호와 상기 주위환경 측정 장치(70)로부터 입력되는 측정값을 이용하여 표준압력을 자동으로 계산하여 표시하도록 구성한다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계의 일실시를 이용하여 표준압력을 자동으로 계산하는 과정을 설명한다.
본 발명에 따른 분동식 압력계의 표준압력 자동계산방법의 일실시예는 상기 계산장치(80)에 상기 수학식 1에 있어서 상수인 지역 중력가속도(g), 분동의 밀도(ρM),상기 압력계 본체(10)에 작용하는 유체의 표면장력계수(γ), 피스톤과 실린더의 열팽창계수의 합(α), 기준온도(tγ), 압력계수(b) 등을 먼저 입력한다.
그리고 상기 압력 체 본체(10)의 주변에 설치된 주위환경 측정 장치(70)를 통하여 표준압력의 계산에 필요한 피스톤-실린더 모듈의 온도(t),공기밀도(ρα) 등을 측정하여 계산 장치(80)로 자동으로 입력되도록 한다.
사용자가 분동테이블(40)에서 피스톤-실린더 모듈(20) 또는 분동(30)을 꺼낼 때마다 해당 감지센서(50)는 이를 감지하여 계산 장치(80)로 자동으로 입력하도록 한다.
상기에서 분동테이블(40)에서 특정 피스톤-실린더 모듈(20)이 선택된 것이 감지되어 감지신호가 계산 장치(80)로 입력되면, 상기 계산 장치(80)에서는 상수인 피스톤의 원둘레(C)와 피스톤-실린더의 기준 단면적(A0) 등이 자동으로 입력되고, 선택된 피스톤(22)의 질량을 변수인 ΣM에 가산한다.
그리고 상기 분동테이블(40)에서 특정 분동(30)이 선택된 것이 감지되어 감지신호가 계산 장치(80)로 입력되면, 상기 계산 장치(80)에서는 해당 분동(30)의 질량을 변수인 ΣM에 가산한다.
즉 상기 계산 장치(80)에서는 상기 감지센서(50)로부터 입력되는 감지신호와 상기 주위환경 측정 장치(70)로부터 입력되는 측정값을 이용하면, 상기 수학식 1에 나타낸 표준압력 계산식으로부터 표준압력(PS)을 계산하는 것이 가능하다.
상기 계산 장치(80)에서는 계산된 표준압력(PS)을 모니터(도면에 나타내지 않음)에 표시한다.
상기와 같이 계산되어 표시됨에 따라 사용자는 표준 압력 값을 미리 알 수 있어 사용에 있어서 편리함과 안전성이 확보된다. 즉 사용자의 분동조합 오류에 따른 압력 값의 혼란을 미연에 방지하는 것이 가능하다.
그리고 상기 주위환경 측정 장치(70)로부터 실시간으로 측정값을 입력받아 계산하므로, 보다 더 정확한 표준압력을 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계 및 표준압력 자동계산방법의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것도 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 1은 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계의 일실시예를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계의 일실시예에 있어서 압력체 본체에 피스톤-실린더 모듈과 분동이 올려진 상태를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계의 일실시예에 있어서 분동테이블에 피스톤-실린더 모듈 및 분동이 보관된 상태를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 표준압력 자동계산 분동식 압력계의 일실시예에 있어서 분동테이블에 분동이 보관된 상태를 개념적으로 나타내는 측면도이다.

Claims (4)

  1. 유체의 압력이 작용하도록 구성되는 압력계 본체와, 상기 압력계 본체에 조립되는 피스톤-실린더 모듈 및 다수의 분동이 보관되고 각 피스톤-실린더 모듈 및 분동에 대응하여 감지센서가 설치되는 분동테이블과, 상기 압력계 본체 주변의 환경(대기온도, 습도, 대기압)에 대한 측정을 행하는 주위환경 측정장치와, 상기 분동테이블의 감지센서로부터 입력되는 측정에 사용된 각 피스톤-실린더 모듈 및 분동에 대한 신호와 상기 주위환경 측정장치로부터 입력되는 측정값을 이용하여 표준압력(PS)을 다음의 수학식 1을 이용하여 자동으로 계산하여 표시하는 계산장치를 포함하고,
    상기 감지센서는 각 피스톤-실린더 모듈 또는 분동의 존재 유무에 대한 감지신호를 상기 계산장치로 전송하도록 구성하는 표준압력 자동계산 분동식 압력계.
    <수학식 1>
    Figure 112011067416561-pat00006
    (상기 수학식 1에 있어서, PS는 표준압력(단위:Pa)을 나타내고, ΣM은 피스톤 질량을 포함하여 피스톤에 부하된 분동 질량의 합(단위:kg)을 나타내고, g는 지역 중력가속도(단위:㎨)를 나타내고, ρM은 분동의 밀도(단위:㎏/㎥)를 나타내고, ρα은 공기의 밀도(단위:㎏/㎥)를 나타내고, γ는 유체의 표면장력계수(단위:N/m)를 나타내고, C는 피스톤의 원둘레(단위:m)를 나타내고, A0는 피스톤-실린더의 기준 단면적(단위:㎡)을 나타내고, α는 피스톤과 실린더의 열팽창계수의 합(단위:℃-1)을 나타내고, t는 측정시 주위 온도(단위:℃)를 나타내고, tγ는 기준 온도(20℃ 또는 23℃)를 나타내고, b는 압력변화에 따른 단면적의 변화율인 압력계수(단위:Pa-1)를 나타내고, P는 측정 점의 명목압력(단위:Pa)을 나타냄)
  2. 삭제
  3. 압력계 본체의 주변에 설치된 주위환경 측정장치를 통하여 표준압력(PS)의 계산에 필요한 측정값(대기온도, 습도, 대기압)을 측정하여 계산장치로 입력하고,
    사용자가 분동테이블에서 피스톤-실린더 모듈 또는 분동을 꺼낼 때마다 해당 감지센서는 이를 감지하여 계산장치로 입력하고,
    상기 계산장치에서는 상기 감지센서로부터 입력되는 측정에 사용된 피스톤-실린더 모듈 및 분동에 대한 신호와 상기 주위환경 측정장치로부터 입력되는 측정값(대기온도, 습도, 대기압)을 이용하여 다음의 수학식 1과 같은 표준압력 계산식으로부터 표준압력(PS)을 계산하여 모니터에 표시하는 과정을 포함하는 분동식 압력계의 표준압력 자동계산방법.
    <수학식 1>
    Figure 112011067416561-pat00007
    (상기 수학식 1에 있어서, PS는 표준압력(단위:Pa)을 나타내고, ΣM은 피스톤 질량을 포함하여 피스톤에 부하된 분동 질량의 합(단위:kg)을 나타내고, g는 지역 중력가속도(단위:㎨)를 나타내고, ρM은 분동의 밀도(단위:㎏/㎥)를 나타내고, ρα은 공기의 밀도(단위:㎏/㎥)를 나타내고, γ는 유체의 표면장력계수(단위:N/m)를 나타내고, C는 피스톤의 원둘레(단위:m)를 나타내고, A0는 피스톤-실린더의 기준 단면적(단위:㎡)을 나타내고, α는 피스톤과 실린더의 열팽창계수의 합(단위:℃-1)을 나타내고, t는 측정시 주위 온도(단위:℃)를 나타내고, tγ는 기준 온도(20℃ 또는 23℃)를 나타내고, b는 압력변화에 따른 단면적의 변화율인 압력계수(단위:Pa-1)를 나타내고, P는 측정 점의 명목압력(단위:Pa)을 나타냄)
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 계산장치에는 표준압력 계산식의 상수(지역 중력가속도(g), 분동의 밀도(ρM),상기 압력계 본체(10)에 작용하는 유체의 표면장력계수(γ), 피스톤과 실린더의 열팽창계수의 합(α), 기준온도(tγ), 압력계수(b))가 미리 입력되고,
    상기 계산장치에서는 사용자가 분동테이블에서 피스톤-실린더 모듈 또는 분동을 꺼낼 때마다 해당되는 상수(피스톤의 원둘레(C)와 피스톤-실린더의 기준 단면적(A0))가 입력됨과 동시에 해당 질량을 가산하는 분동식 압력계의 표준압력 자동계산방법.
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