KR101136211B1 - 공기구동기의 유효단면적 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기구동기의 유효단면적을 편리하고 용이하게 측정하면서 측정의 정확성을 제고시킬 수 있는 공기구동기의 유효단면적 측정장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 공기구동밸브에 연결되도록 복수의 연결다리(12) 및 스템(13)이 구비된 공기구동기(10)에 있어서, 상기 공기구동기(10)의 연결다리(12)를 분리가능하게 고정시킨 상태에서 스템(13)에 작용하는 힘의 변형을 측정하도록 힘측정소자(110)가 구비된 측정기대(100), 상기 공기구동기(10) 내로 압축공기의 공급량을 변화시키면서 공급하는 공기공급부(200), 상기 공기공급부(200)에서 공급되는 압축공기에 의해 공기구동기(10) 내의 압력 변화를 측정하도록 연결된 압력측정센서(300), 상기 압력측정센서(300) 및 힘측정소자(110)로부터 입력된 측정신호를 분석 및 데이터 처리화하여 공기구동기(10)의 유효단면적을 획득하는 데이터획득유닛(400)을 포함하여 구성하는 것이다.
공기구동기, 공기구동밸브, 스템, 힘측정소자, 압력측정센서, 측정기대.

Description

공기구동기의 유효단면적 측정장치{EFFECTIVE-AREA MEASUREMENT FOR AIR-OPERATED ACTUATOR}
본 발명은 공기구동기의 유효단면적 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기구동기의 유효단면적을 편리하고 용이하게 측정하면서 측정의 정확성을 제고시킬 수 있는 공기구동기의 유효단면적 측정장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 공기구동기는 공기구동밸브로 큰 압축공기를 전달하는 것으로서, 이러한 공기구동기에는 공기구동밸브에 연결되는 스템이 구비되고, 상기 스템을 복원시키도록 스프링이 내장된다.
상술한 공기구동기는 유효단면적에 대한 파라미터의 값을 정확히 알아야 적합한 공기구동밸브에 연결하여 사용할 수 있는데, 공기구동기의 유효단면적에 대한 파라미터의 값이 없거나 제공되지 않은 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 공기구동기(10)의 하우징 내경(D)을 측정하여 아래의 식 1에 대입하는 과정을 통해 유효단면적을 계산하였다.
(식 1)
Figure 112009076202909-pat00001
그러나, 이러한 공기구동기(10)의 유효단면적 측정방법은 상기 하우징 내부의 굴곡부와 탄성적으로 변형되는 다이어프램의 접촉면에 대한 측정오차로 인해 유효단면적의 측정값이 정확하지 못한 문제점이 있었다.
또한, 공기구동기(10)의 하우징 내경을 측정하는 과정이 복잡하고 번거로울 뿐만 아니라 측정하더라도 그 측정값이 정확하지 않을 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 공기구동기의 유효단면적을 편리하고 용이하게 측정하면서 측정의 정확성을 제고시킬 수 있는 공기구동기의 유효단면적 측정장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 공기구동밸브에 연결되도록 복수의 연결다리(12) 및 스템(13)이 구비된 공기구동기(10)에 있어서, 상기 공기구동기(10)의 연결다리(12)를 분리가능하게 고정시킨 상태에서 스템(13)에 작용하는 힘의 변형을 측정하도록 힘측정소자(110)가 구비된 측정기대(100), 상기 공기구동기(10) 내로 압축공기의 공급량을 변화시키면서 공급하는 공기공급부(200), 상기 공기공급부(200)에서 공급되는 압축공기에 의해 공기구동기(10) 내의 압력 변화를 측정하도록 연결된 압력측정센서(300), 상기 압력측정센서(300) 및 힘측정소자(110)로부터 입력된 측정신호를 분석 및 데이터 처리화하여 공기구동기(10)의 유효단면적을 획득하는 데이터획득유닛(400)을 포함하여 구성하는 것이다.
여기서 상기 측정기대(100)는, 상기 스템(13)이 상하로 작동되도록 작동공(122)이 천공되어 공기구동기(10)의 연결다리(12)를 분리가능하게 고정수단으로 고정시키는 시트플레이트(120), 상기 시트플레이트(120)를 지면으로부터 지지하는 스탠드(130), 상기 작동공(122) 하부에 배치되도록 시트플레이트(120)에 연결된 서 포트플레이트(140), 상기 서포트플레이트(140)에 승강가능하게 장착된 승강부재(150), 상기 승강부재(150)와 스템(13) 사이에 연결되어 스템(13)에서 작용하는 힘의 변화를 측정하는 힘측정소자(110)로 구성된다.
그리고 상기 고정수단은, 상기 공기구동기(10)의 연결다리(12) 하단부에 구비된 제1수나사(12a), 상기 제1수나사(12a)가 관통되도록 시트플레이트(120)에 형성된 관통공(124), 상기 관통공(124)으로 관통된 제1수나사(12a)에 나사결합되어 연결다리(12)를 분리가능하게 고정시키는 제1암나사(12b)로 이루어진다.
또한 상기 승강부재(150)는, 상기 서포트플레이트(140)에 승강가능하게 장착되어 힘측정소자(110)의 저면을 지지하는 리드스크류(152), 상기 리드스크류(152)를 고정시키도록 나사결합되는 스크류너트(154)로 구성된다.
특히, 상기 힘측정소자(110)는 로드셀로 이루어지며, 상기 로드셀의 하면에는 리드스크류(152)의 상단부에 결합되도록 제1결합홈(112)이 형성되고, 상기 로드셀의 상면에는 스템(13)의 하단부에 결합되도록 제2결합홈(114)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 공기공급부(200)는, 압축공기를 발생시키는 압축기(210), 상기 압축기(210)에서 발생된 압축공기의 공기압을 데이터획득유닛의 신호에 따라 변화시키면서 공기구동기(10)로 공급하도록 연결된 레귤레이터(220)로 구성된다.
상기와 같은 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 공기구동기를 측정기대에 올려놓은 상태에서 압력측정센서와 힘측정소자로부터 수신된 신호에 의해 데이터획득유닛이 유효단면적을 편리하고 용이하게 측정하므로, 공기구동기의 유효단면적에 대한 측정의 정확성을 제고시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
또한 본 발명은, 승강부재의 승강에 따라 공기구동기의 스템의 위치가 R상태 또는 E상태 중 어떠한 상태를 이루어도 공기구동기의 유효단면적을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 공기구동기의 유효단면적 측정장치는, 공기구동기(10)의 연결다리(12)를 분리가능하게 고정시킨 상태에서 스템(13)에 작용하는 힘의 변형을 측정하도록 힘측정소자(110)가 구비된 측정기대(100), 공기구동기(10) 내로 압축공기의 공급량을 변화시키면서 공급하는 공기공급부(200), 공기공급부(200)에서 공급되는 압축공기에 의해 공기구동기(10) 내의 압력 변화를 측정하도록 연결된 압력측정센서(300), 압력측정센서(300) 및 힘측정소자(110)로부터 입력된 측정신호를 분석 및 데이터 처리화하여 공기구동기(10)의 유효단면적을 획득하는 데이터획득유닛(400)을 포함하여 구성된 것을 기술적인 사상으로 한다.
먼저, 공기구동기(10)의 하부 중심에는 공기구동밸브(도시생략)에 연결되도록 수직의 스템(13)이 돌출되게 구비되어 상하로 작동되는데, 본 명세서에서는 스템(13)이 상부로 작동되어 하우징(11)의 내부로 완전히 수축된 상태를 R(Retracted)상태로, 스템(12)이 하부로 작동되어 하우징(11)의 외부로 완전히 인 출된 상태를 E(Extended)상태로 정의한다. 그리고 공기구동기(10)의 하면 언저리에는 복수의 연결다리(12)가 소정간격으로 구비되어 측정기대(100)에 고정되며, 각각의 연결다리(12) 하단부에는 제1수나사(12a)가 구비된다.
측정기대(100)는 스템(13)에서 작용하는 힘의 변형을 측정하도록 공기구동기(10)를 견고히 고정되게 올려놓는 것으로서, 이러한 측정기대(100)는, 스템(13)이 상하로 작동되도록 작동공(122)이 천공되어 연결다리(12)를 분리가능하게 고정수단으로 고정시키는 시트플레이트(120), 시트플레이트(120)를 지면으로부터 지지하는 스탠드(130), 작동공(122) 하부에 배치되도록 시트플레이트(120)에 연결된 서포트플레이트(140), 서포트플레이트(140)에 승강가능하게 장착된 승강부재(150), 승강부재(150)와 스템(13) 사이에 연결되어 스템(13)에서 작용하는 힘의 변화를 측정하는 힘측정소자(110)로 구성된다.
시트플레이트(120)는 공기구동기(10)의 하우징(11)에 부합되도록 적절한 크기의 원판형상으로 형성되어 중앙에는 상하로 연이어져 통하도록 작동공(122)이 천공되고, 그 둘레에는 복수의 관통공(124)이 형성되어 공기구동기(10)의 연결다리(12)가 관통되며, 이같이 관통공(124)으로 관통된 연결다리(12)의 제1수나사(12a)에는 제1암나사(12b)가 나사결합되어 연결다리(12)를 시트플레이트(120)에 견고히 고정시킨다. 즉, 상술한 제1수나사(12a), 관통공(124), 제1암나사(12b)는 연결다리(12)를 분리가능하게 고정시키는 고정수단을 구현하는 구성요소를 이루게 된다.
스탠드(130)는 시트플레이트(120)를 지면으로부터 소정 높이를 이루도록 지지하는 것으로서, 이러한 스탠드(130)는 시트플레이트(120)의 저면을 지지하는 복수의 지지다리(132), 지지다리(132)의 하단부에 장착되어 지지다리(132)의 좌우 또는 전후 유동을 방지하는 유동방지링(134)으로 구성된다. 수직으로 배치된 지지다리(132)의 상단부는 시트플레이트(120)의 저면에 연결되고, 하단부에는 소정의 두께를 형성하는 링형상의 유동방지편(134)이 연결되며, 유동방지편(134)에 의해 지지다리(132), 더 나아가서는 시트플레이트(120)가 사방으로 유동되는 현상이 방지된다.
서포트플레이트(140)는 시트플레이트(120)의 직경보다 작게 형성되어 작동공(122)의 하부에 배치되는데, 이를 위해 서포트플레이트(140)에는 복수의 슬리브(142)가 형성되어 시트플레이트(120)의 하부에 연결된 복수의 스터드볼트(144)가 끼워지며, 슬리브(142)를 관통하는 스터드볼트(144)의 하단부에는 고정너트(146)가 나사결합되어 서포트플레이트(140)를 시트플레이트(120)에 견고히 고정시킨다. 그리고 서포트플레이트(140)의 중앙에는 상하로 연이어져 통하도록 가이드너트(148)가 구비된다.
승강부재(150)는 서포트플레이트(140)에 승강가능하게 장착되어 힘측정소자(110)의 높낮이를 조절하는 것으로서, 이러한 승강부재(150)는 서포트플레이트(140)의 가이드너트(148)에 나사결합되어 힘측정소자(110)의 저면을 지지하는 리드스크류(152), 승강된 리드스크류(152)를 서포트플레이트(140)에 고정시키도록 나사결합되는 스크류너트(154)로 구성된다. 따라서, 리드스크류(152)는 가이드너 트(148)에 나사결합되고, 그 상단부는 힘측정소자(110)의 저면에 형성된 제1결합홈(112)에 결합되어 힘측정소자(110)의 저면을 지지하며, 하단부에서는 스크류너트(154)가 나사결합되어 힘측정소자(110)의 높낮이를 조절한 리드스크류(152)를 견고히 고정시킨다. 즉, 리드스크류(152)의 회전에 따라 힘측정소자(110)는 상승 또는 하강되는 것이다.
힘측정소자(110)는 승강부재(150)의 리드스크류(152)와 스템(13) 사이에 개재되어 스템(13)에서 작용하는 힘의 변화를 측정하게 되는데, 이러한 힘측정소자(110)는 로드셀로 구현되는 것이 바람직하며, 상기 로드셀의 저면에는 제1결합홈(112)이 형성되어 리드스크류(152)의 상단부가 결합되며, 상면에는 제2결합홈(114)이 형성되어 스템(13)의 하단부가 결합된다. 그리고 제1결합홈(112)의 하단부 외면은 리드스크류(152)의 상단부에 나사결합된 서포트너트(156)에 의해 보다 견고히 지지된다.
상기 공기공급부(200)는 공기구동기(10) 내로 압축공기를 공급하는 것으로서, 이러한 공기공급부(200)는 압축공기를 발생시키는 압축기(210), 압축기(210)에서 발생된 압축공기의 공기압을 변화시키면서 공기구동기(10)로 배출시키는 레귤레이터(220)로 구성된다. 레귤레이터(220)는 압축기(210)에서 공급된 압축공기를 데이터획득유닛(400)에서 출력된 신호에 따라 저압에서 고압 또는 고압에서 저압으로 변화시키면서 배출하게 된다.
상기 데이터획득유닛(400)은 압력측정센서(300) 및 힘측정소자(110)로부터 입력된 측정신호를 분석 및 데이터 처리화하여 공기구동기(10)의 유효단면적을 획득하는 것으로서, 이러한 데이터획득유닛(400)은 Data Acquisition System(DAS)으로 구현되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 DAS는 전류신호를 4~20㎃ 범위 내에서 변화시키면서 레귤레이터(220)로 인가하여 공기구동기(10)의 내부로 압력을 0에서부터 기설정된 압력(psi)까지 공급하며, 이를 기초로 압력측정센서(300) 및 힘측정소자로(110)부터 입력된 측정신호를 분석 및 데이터 처리화하여 수치화된 데이터를 출력하는 것이다. 이때, 압력측정센서(300)로부터 입력된 측정신호의 거동은 도 5의 (a)에서와 같이 나타나고, 힘측정소자(110)로부터 입력된 측정신호의 거동은 도 5의 (b)에서와 같이 나타난다. 상기와 같이 입력된 압력측정신호와 힘측정신호의 선형구간을 추출하면 도 6에서와 같은 분산형 그래프로 변환되며, 따라서 이러한 그래프의 기울기는 곧 공기구동기(10)의 유효단면적임을 나타낸다. 여기서 도 6의 (a)는 공기구동기(10)의 스템(13)이 R상태에서 공기압을 공급할 때의 유효단면적을, (b)는 공기구동기(10)의 스템(13)이 R상태에서 공기압을 배출할 때의 유효단면적을 나타낸 그래프이며, 도 6의 (a)는 230.65(in2)를, 도 6의 (b)는 230.67(in2)의 유효단면적을 나타내었다.
이와 같이 구성된 본 발명의 전체적인 작동관계를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공기구동기(10)의 연결다리(12)를 시트플레이트(120)의 관통공(124)으로 관통시킨 후 제1수나사(12a)에 제1암나사(12b)를 나사결합하여 공기구동기(10)를 고정시킨 다음, 힘측정소자(110)의 제2결합홈(114)으로 스템(13)을 결합한다.
이어서, 승강부재(150)인 리드스크류(152)를 회전시키면서 힘측정소자(110)의 제1결합홈(112)으로 결합하여 힘측정소자(110)를 상부와 하부에서 견고히 고정시킨다.
여기서, 도 7을 살펴보면, (a)는 앞서 언급한 공기구동기(10) 스템(13)의 R상태에서 공기구동기(10)의 유효단면적을 측정하도록 나타낸 단면도이고, (b)는 공기구동기(10) 스템(13)의 E상태에서 공기구동기(10)의 유효단면적을 측정하도록 나타낸 단면도인데, 본 발명에서는 이런 방법으로 공기구동기(10)의 유효단면적을 측정할 수 있음을 분명히 밝혀둔다.
이러한 상태에서 데이터획득유닛(400)을 작동시키면, 전류신호를 4~20㎃ 범위 내에서 변화시키면서 레귤레이터(220)로 인가하여 공기구동기(10)의 내부로 압력을 0에서부터 기설정된 압력(psi)까지 공급하고, 이를 기초로 압력측정센서(300) 및 힘측정소자로(110)부터 입력된 측정신호를 분석 및 데이터 처리화하여 수치화된 데이터를 도 6에서와 같이 출력하게 된다.
본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 개량, 변경, 대체, 부가할 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체, 부가에 의한 실시가 이하의 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것임은 자명하다.
도 1은 일반적인 공기구동기의 단면도.
도 2는 본 발명의 분해단면도.
도 3은 본 발명의 결합단면도.
도 4는 본 발명의 블럭도.
도 5는 본 발명의 측정신호의 거동을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 공기구동기의 유효단면적을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 스템의 R상태 및 E상태를 도시한 단면도.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
10 : 공기구동기 13 : 스템
100 : 측정기대 110 : 힘측정소자
120 : 시트플레이트 122 : 작동공
130 : 스탠드 140 : 서포트플레이트
150 : 승강부재 152 : 리드스크류
200 : 공기공급부 210 : 압축기
220 : 레귤레이터 300 : 압력측정센서
400 : 데이터획득유닛

Claims (6)

  1. 공기구동밸브에 연결되도록 복수의 연결다리(12) 및 스템(13)이 구비된 공기구동기(10)에 있어서,
    상기 공기구동기(10)의 연결다리(12)를 분리가능하게 고정시킨 상태에서 스템(13)에 작용하는 힘의 변형을 측정하도록 힘측정소자(110)가 구비된 측정기대(100), 상기 공기구동기(10) 내로 압축공기의 공급량을 변화시키면서 공급하는 공기공급부(200), 상기 공기공급부(200)에서 공급되는 압축공기에 의해 공기구동기(10) 내의 압력 변화를 측정하도록 연결된 압력측정센서(300), 상기 압력측정센서(300) 및 힘측정소자(110)로부터 입력된 측정신호를 분석 및 데이터 처리화하여 공기구동기(10)의 유효단면적을 획득하는 데이터획득유닛(400)을 포함하며;
    상기 측정기대(100)는, 상기 스템(13)이 상하로 작동되도록 작동공(122)이 천공되어 공기구동기(10)의 연결다리(12)를 분리가능하게 고정수단으로 고정시키는 시트플레이트(120), 상기 시트플레이트(120)를 지면으로부터 지지하는 스탠드(130), 상기 작동공(122) 하부에 배치되도록 시트플레이트(120)에 연결된 서포트플레이트(140), 상기 서포트플레이트(140)에 승강가능하게 장착된 승강부재(150), 상기 승강부재(150)와 스템(13) 사이에 연결되어 스템(13)에서 작용하는 힘의 변화를 측정하는 힘측정소자(110)로 구성된 것을 특징으로 하는 공기구동기의 유효단면적 측정장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정수단은,
    상기 공기구동기(10)의 연결다리(12) 하단부에 구비된 제1수나사(12a), 상기 제1수나사(12a)가 관통되도록 시트플레이트(120)에 형성된 관통공(124), 상기 관통공(124)으로 관통된 제1수나사(12a)에 나사결합되어 연결다리(12)를 분리가능하게 고정시키는 제1암나사(12b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기구동기의 유효단면적 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 승강부재(150)는,
    상기 서포트플레이트(140)에 승강가능하게 장착되어 힘측정소자(110)의 저면을 지지하는 리드스크류(152), 상기 리드스크류(152)를 고정시키도록 나사결합되는 스크류너트(154)로 구성된 것을 특징으로 하는 공기구동기의 유효단면적 측정장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 힘측정소자(110)는 로드셀로 이루어지며,
    상기 로드셀의 하면에는 리드스크류(152)의 상단부에 결합되도록 제1결합 홈(112)이 형성되고, 상기 로드셀의 상면에는 스템(13)의 하단부에 결합되도록 제2결합홈(114)이 형성된 것을 특징으로 하는 공기구동기의 유효단면적 측정장치.
  6. 삭제
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