KR101093816B1 - 전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단수 혹은 복수의 표면 접촉식 프로브 성능 개량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬 형태의 복수의 전기저항 측정 코어와 시편 표면과의 접촉 비동등성(non-equivalency) 문제를 해결하기 위하여 개발된 정압력 전기저항 측정 프로브 장치(국내 특허등록 제10-0981677호 및 PCT 특허출원 KR2009-006449)의 활용, 성능 향상과 구조적 간략화를 위해 전압을 인가하는 방식을 채택하고 리드선이 공압조를 수직으로 관통하도록 리드선 결선구조를 개량하는 것이다.

Description

전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치{PROBE APPARATUS FOR MEASURING RESISTANCE}
본 발명은 단수 혹은 복수의 표면 접촉식 프로브 성능 개량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬 형태의 복수의 전기저항 측정 코어와 시편 표면과의 접촉 비동등성(non-equivalency) 문제를 해결하기 위하여 개발된 정압력 전기저항 측정 프로브 장치(국내 특허등록 제10-0981677호 및 PCT 특허출원 KR2009-006449)의 활용, 성능 향상과 구조적 간략화를 위해 전압을 인가하는 방식을 채택하고 리드선이 공압조를 수직으로 관통하도록 리드선 결선구조를 개량하는 것이다.
소재 표면의 전기저항 정보는 대상 소재가 놓인 매질과 표면 간의 상호작용에 대한 정보를 포함하거나 혹은 소재 내의 불순물, 결함, 미세조직 정보는 물론 장기간 손상을 입을 수 있는 환경에서 사용되었을 때는 열화손상 정도를 나타내는 정량적인 지표가 된다.
도1은 종래의 전기저항 측정 프로브 장치의 개략적 구성도이다.
도1의 (a) 및 도1의 (b)를 참조하면 전기저항 측정 프로브(10, 20, 30, 40)는 튜브 형태의 가이드(11, 21, 31, 41)를 가진다. 각각의 전기저항 측정 프로브(10, 20, 30, 40)는 서로 동일한 구조를 가지며, 시편(S)과 공고한 전기적 접촉을 유지하기 위하여 튜브 형태의 가이드(11, 21, 31, 41) 안쪽에 실제 전기적 접촉을 이루는 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)가 존재하고, 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42) 후단부에 스프링(도면 미도시)이 삽입된다.
도1을 참조하면 시편(S)의 표면 저항 측정을 위해 4개의 전기저항 측정 프로브(10, 20, 30, 40)가 시편(S) 표면에 접촉을 형성하게 된다. 이때 도1의 (a)를 참조하면 22, 32번의 전기저항 측정 코어에 전압을 인가하면서 12, 42번의 전기저항 측정 코어에서 전류를 측정하는 모드를 사용하거나, 도1의 (b)를 참조하면 22, 42번의 전기저항 측정 코어에 전압을 인가하면서 12, 32번 전기저항 측정 코어에서 전류를 측정하는 모드를 사용할 수 있다.
전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)의 하측 첨단을 시편(S) 표면에 밀착시킬 경우 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)는 튜브 형태의 가이드(11, 21, 31, 41) 상측단 방향으로 밀려나므로 상기 스프링(도면 미도시)에 압축이 발생한다. 따라서 상기 스프링(도면 미도시)에는 강성과 압축변위에 대응하는 복원력이 발생하여 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)는 시편(S) 표면에 밀착되게 된다.
이와 같은 시편(S) 표면부의 전기적 접촉의 완성도가 전기저항 측정 정밀도에 큰 영향을 미치며, 시편(S) 표면에 빈번히 발생하는 표면 단차는 4개의 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)가 시편(S) 표면에 접촉하는 접촉상태의 동등성을 저해하여 전기저항 측정 정밀도를 떨어뜨리는 주요한 이유가 된다.
즉 대상 시편(S) 표면에 단차가 존재할 경우 한꺼번에 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)를 표면에 밀착시킨다 해도 4개 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42) 중에 표면과의 이격이 적었던 일부 코어는 상기 스프링(도면 미도시)의 복원력에 의한 큰 압축력이 작용하고, 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42) 중 표면과 멀리 떨어져 있었던 나머지에는 상기 스프링(도면 미도시)의 복원력에 의한 작은 압축력이 작용할 수 있다.
즉, 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)에 내장된 상기 스프링(도면 미도시) 중 압축이 작은 스프링은 복원력이 낮아서 해당 전기저항 측정 코어와 시편(S) 표면과의 사이에 약한 접촉이 발생하고, 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)에 내장된 상기 스프링(도면 미도시) 중 압축이 큰 스프링은 복원력이 커서 해당 전기저항 측정 코어와 시편(S) 표면과의 사이에 강한 접촉이 발생하게 된다.
이와 같은 기계 스프링식 접촉의 비동등성(non-equivalency) 문제를 해결하기 위해 정압식 4점 전기저항 측정 코어(12, 22, 32, 42)를 구비하는 정압력 전기저항 측정 프로브 장치(국내 특허등록 제10-0981677호 및 PCT 특허출원 KR2009-006449)가 개발되었다.
도2는 귀원이 직접 특허출원을 통하여 특허권을 부여받은 정압력 전기저항 측정 프로브 장치(국내 특허등록 제10-0981677호 및 PCT 특허출원 KR2009-006449)의 개략적 구성도이다.
하지만 도2를 참조하면 전기저항 측정 프로브가 제대로 작동하기 위해서는 공압이나 유압선(120, 130, 140)이 공압조(150)에 연결되어 있어야 하고, 전기저항 측정 코어(153)는 리드선(171)에 연결되어 있어야 한다. 이로 인해 전기저항 측정 프로브 운용 중에 선(120, 130, 140, 171)이 꼬이는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 밀폐된 구조로 되어 있는 공압조 내부에 미리 압력(pre-pressure)을 인가해 두고 이에 다수의 전기저항 측정 코어 모두 전방으로 밀려난 상태에서 프로브 장치 전체를 시편에 대고 눌러서 서로 접촉할 수 있게 하고, 리드선을 전기저항 측정 코어 후단부에 수직으로 설치한다. 압력선 제거를 통해 독립 구동이 가능한 전기저항 측정 프로브를 채용함으로써 전기저항 측정 프로브 운용 중에 발생하는 선 꼬임으로 인한 문제를 해결할 수 있다. 공압이나 유압선을 압력선이라 한다.
본 발명은 전기저항 측정 프로브 운용 중에 발생하는 선 꼬임으로 인한 문제를 해결하기 위하여 외부에서 인가하는 압력 대신에 밀폐형 구조로 된 공압조에 전압을 인가하는 방식을 채택하고 리드선이 공압조를 수직으로 관통하도록 리드선 결선구조를 개량하는 전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 공기 또는 유압유가 저장되는 공압조; 일측단이 상기 공압조의 타측단에 연통되도록 연결되는 실린더 하우징, 상기 실린더 하우징 내부 압력에 따라 이동하도록 둘레면이 상기 실린더 하우징 내측면에 접촉하며 설치되는 피스톤 팁, 상기 피스톤 팁에 연결되어 상기 실린더 하우징의 타측단으로 노출되는 전기저항 측정 코어를 구비하는 동일한 구조와 형상을 갖는 다수개의 실린더; 일측단이 상기 전기저항 측정 코어 후단부에 연결되며 타측단이 상기 공압조의 일측단에 연통되도록 연결되는 리드선(electrical wire);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치에 관한 것이다.
본 발명은 일측단이 상기 공압조에 연결되며 상기 공압조 내부 압력을 측정하는 압력 게이지;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 공압조는 절연성 물질로 제작될 수 있다.
본 발명은 복수의 정압식 전기저항 측정 코어를 이용함으로써 측정 정밀도가 향상되는 것은 물론 외부 인가전압에 대응되는 압력을 밀폐형 구조로 된 공압조에 가하는 방식을 채택함으로써 공압이나 유압선, 즉, 압력선을 제거할 수 있고 리드선을 전기저항 측정 코어 후단부로 인출함으로써 리드선을 공압조 내부에 위치시킬 수 있다. 즉, 복잡하게 결선되어 있는 것을 제거하기 때문에 전기저항 측정 프로브 운용이 용이한 것은 물론 고밀도로 다수의 전기저항 측정 코어를 형성할 수 있다.
도1은 종래의 전기저항 측정 프로브 장치의 개략적 구성도.
도2는 귀원이 직접 특허출원을 통하여 특허권을 부여받은 정압력 전기저항 측정 프로브 장치(국내 특허등록 제10-0981677호 및 PCT 특허출원 KR2009-006449)의 개략적 구성도.
도3은 본 발명의 일실시예의 구성도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
일실시예는 본 발명에 따른 전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치에 관한 것이다. 도3은 일실시예의 구성도를 나타낸다.
도3을 참조하면 일실시예는 공압조(210)를 가진다. 공압조(210)에는 공기 또는 유압유가 저장된다. 공압조(210)는 절연성 물질로 제작된다.
공압조(210)에는 가압장치(도면 미도시)가 연결된다. 상기 가압장치(도면 미도시)는 공압조(210)에 영구적으로 연결되어 있는 것이 아니라 일시적으로 연결된다. 즉, 상기 가압장치(도면 미도시)는 1회 가압 이후로 공압조(210)로부터 탈착 제거된다.
상기 가압장치(도면 미도시)는 1회 전압(pre-pressure) 형성을 목적으로 사용되며, 이후 전기저항 측정 프로브 운용에서 탈착된다.
도3을 참조하면 일실시예는 4개의 실린더(230)를 가진다. 각각의 실린더(230)는 동일한 구조와 형상을 가진다. 각각의 실린더(230)는 실린더 하우징(231), 피스톤 팁(232), 전기저항 측정 코어(233)를 가진다.
도3을 참조하면 각각의 실린더 하우징(231)의 상측단은 공압조(210)에 연통되도록 연결된다. 실린더 하우징(231)의 상측단이 공압조(210)에 연결된다. 피스톤 팁(232)은 실린더 하우징(231) 내부 압력에 따라 상하로 이동하도록 둘레면이 실린더 하우징(231) 내측면에 접촉하며 설치된다.
전기저항 측정 코어(233)는 상측단이 피스톤 팁(232)에 연결되어 타측단이 실린더 하우징(231)의 하측단 밖으로 노출 가능하도록 설치된다. 한편, 전기저항 측정 코어(233)는 W-Cu와 같은 고강도 전기접점 재료를 채용함으로써 다수 시험에서 마모 거동에 따른 성능 저하를 최소화시킬 수 있다. 또한 전기저항 측정 코어(233)의 하측 첨단은 동등하고 예리한 각을 갖는 원뿔 형태로 가공함으로써 기계적 및 전기적으로 동등한 접촉을 유지할 수 있는 동시에 시편(S) 표면의 산화막이나 오염막을 침투하여 시편(S) 고유의 전기적 물성을 획득할 수 있게 된다.
도3을 참조하면 각각의 전기저항 측정 코어(233) 후단부에는 리드선(electrical wire)(271)이 연결된다. 리드선(electrical wire)(271) 중 2개의 리드선(electrical wire)(271)은 전압인가부(도면 미도시)에 연결되고, 나머지 2개의 리드선(electrical wire)(271)은 전류측정부(도면 미도시)에 연결된다.
이하, 상기한 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
먼저 각각의 전기저항 측정 코어(233)가 시편(S)에 접촉하는 경우에 대하여 설명한다. 전기저항 측정 코어(233)를 시편(S)에 접촉시키기 위하여는 상기 가압장치(도면 미도시)를 작동시켜 공압조(210)에 압력을 가한다. 상기 가압장치(도면 미도시)의 작용으로 공압조(210) 내에 압력의 상승이 생긴다. 상기 가압장치(도면 미도시)가 작동하면 공압조(210) 내에 저장된 작동유인 공기 또는 유압유가 저절로 압축된다.
공압조(210)에서 압축된 공기 또는 유압유는 실린더 하우징(231) 내부로 유입되고, 따라서 피스톤 팁(232)이 하측으로 이동한다. 피스톤 팁(232)이 하측으로 이동함에 따라 전기저항 측정 코어(233)의 하측 첨단이 시편(S)에 접촉한다. 공압조(210)에 저장된 공기 또는 유압유는 상기 가압장치(도면 미도시)에 의하여 동일한 압력(정압력)을 받고, 또한 각각의 실린더(230)는 동일한 구조 및 형상을 가지므로 각각의 전기저항 측정 코어(233)는 동일한 힘으로 시편(S) 표면과 전기적 접촉을 이루어 높은 정밀도의 전기저항 측정이 가능하게 된다.
이때 시편(S) 표면에 단차가 심하더라도 각각의 피스톤 팁(232)에 정압력이 작용하므로 각각의 전기저항 측정 코어(233)는 동일한 힘으로 시편(S) 표면과 전기적 접촉을 이루어 높은 정밀도의 전기저항 측정이 가능하게 된다.
즉, 밀폐된 공압조(210)의 내부에 상기 가압장치(도면 미도시)로 압력을 가하면서 처음 공압조(210) 안에 있었던 작동유가 압축되어 피스톤 팁(232)에 압력이 가해진다.
반대로 전기저항 측정 코어(233)를 시편(S) 표면으로부터 이탈시킬 경우에는 상기 가압장치(도면 미도시)를 작동시켜 공압조(210) 내의 압력을 하강시킨다. 따라서 전기저항 측정 코어(233)가 시편(S) 표면으로부터 이탈된다.
상술한 바와 같이, 귀원이 직접 특허출원을 통하여 특허권을 부여받은 정압력 전기저항 측정 프로브 장치(국내 특허등록 제10-0981677호 및 PCT 특허출원 KR2009-006449)에 따르면, 전기저항 측정 프로브가 동일한 압력으로 대상 표면과 접촉을 이루기 위해서는 전기저항 측정 코어가 하나의 공압조에서 서로 평행하게 위치하는 실린더 형태를 갖추게 되고, 후단부의 압축기나 진공펌프로 공압조에 공압이나 유압을 인가 또는 제거함에 따라 전기저항 측정 프로브를 구동하게 된다.
하지만, 상기한 전기저항 측정 프로브는 항상 공압이나 유압선이 공압조에 연결되어 있어야 작동하고, 전기저항 측정 코어는 전기적 신호를 얻기 위한 리드선에 연결되어 있어야 함으로 인해 전기저항 측정 프로브의 운용 중에 공압이나 유압선, 리드선이 꼬이는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 밀폐된 구조로 되어 있는 공압조(210) 내부에 미리 압력(pre-pressure)을 인가해 두고 이에 다수의 전기저항 측정 코어(233) 모두 전방으로 밀려난 상태에서 프로브 장치 전체를 시편(S)에 대고 눌러서 서로 접촉할 수 있게 하고, 리드선(271)을 전기저항 측정 코어(233) 후단부에 수직으로 설치한다.
특히 외부 인가전압에 의해 밀려난 전기저항 측정 코어(233)를 누를 경우 실린더(230) 후단의 공압조(210) 내압이 상승하게 되고, 공압조(210)에는 다이아프램 형식의 압력 게이지(240)가 연결돼 공압조(210) 내압이 지정된 수치에 도달했을 때 전기적 신호를 측정하는 것으로 전기저항 측정 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다.
이상과 같이 일실시예는 매뉴얼 타입이나 기계 스프링식으로 설비 표면에 비파괴 전기저항 측정 코어를 접촉시켜야 하는 상황을 대체하여 전기저항 측정 코어에 정압력을 인가하여 표면 접촉을 형성하는 모든 비파괴 측정영역으로 확장될 수 있다.
즉, 동일한 정압력으로 전기저항 측정 코어와 시편 표면이 접촉하게 함으로써 인적 측정오류를 최소화하고, 인적 측정오류의 포함으로 인해 시험자나 시험환경에 따라 달라질 수 있는 표면 접촉 오류를 제거함으로써 정압력이 지원되는 동일센서를 활용한 측정결과에 있어서는 객관적이고, 정량적인 비파괴 시험신호의 직접 비교가 가능하게 된다.
210:공압조
230:실린더
231:실린더 하우징
232:피스톤 팁
233:전기저항 측정 코어
S:시편
240:압력 게이지
271:리드선

Claims (3)

  1. 공기 또는 유압유가 저장되는 공압조;
    일측단이 상기 공압조의 타측단에 연통되도록 연결되는 실린더 하우징, 상기 실린더 하우징 내부 압력에 따라 이동하도록 둘레면이 상기 실린더 하우징 내측면에 접촉하며 설치되는 피스톤 팁, 상기 피스톤 팁에 연결되어 상기 실린더 하우징의 타측단으로 노출되는 전기저항 측정 코어를 구비하는 동일한 구조와 형상을 갖는 다수개의 실린더;
    일측단이 상기 전기저항 측정 코어 후단부에 연결되며 타측단이 상기 공압조의 일측단을 관통하도록 연결되는 리드선(electrical wire);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    일측단이 상기 공압조에 연결되며 상기 공압조 내부 압력을 측정하는 압력 게이지;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공압조는 절연성 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 전압인가 밀폐형 접촉식 프로브 장치.
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