KR101211635B1

KR101211635B1 - 차압계 교정 장치 및 압력계 교정장치

Info

Publication number: KR101211635B1
Application number: KR1020100094125A
Authority: KR
Inventors: 성대진; 김정형; 유신재; 신용현; 임인태
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-12-18
Also published as: KR20120032675A

Abstract

본 발명은 차압계 교정 장치, 차압계 교정 방법, 압력계 교정 장치, 및 압력계 교정 방법을 제공한다. 이 차압계 교정 장치는 제1 용기, 제1 용기에 이격되어 배치된 제2 용기, 제1 용기의 일측에 배치된 체적 변조부, 및 제1 용기 및 제2 용기에 연결된 차압계를 포함한다. 체적 변조부는 시간에 따라 제1 용기의 체적을 변화시키고 차압계의 측정 신호를 교정한다.

Description

차압계 교정 장치 및 압력계 교정장치{The Apparatus For Calibration Of The Differential Pressure Gauge And Apparatus for Calibration Of The Pressure Gauge }

본 발명은 차압계 및 압력계의 교정 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 압력 진동을 주어 차압계 및 압력계를 교정하는 장치에 관한 것이다.

압력계의 교정은 일반적으로 기준 압력계를 이용하거나 정의에 의한 힘과 면적의 관계로부터 압력 눈금을 정의하게 된다.

한편, 차압계는 두 공간(용기)의 압력 차이를 측정한다. 각 용기의 압력은 불문하고, 상기 차압계는 상대적인 압력 차이만을 측정한다. 상기 차압계는 주로 미세한 압력 차이를 측정하고자 할 때 유용하게 사용된다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 차압계의 한쪽 용기에 인위적인 압력진동을 주어 차압계의 상태를 빠른 속도로 진단 및 교정하는 차압계 교정 장치에 관한 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 차압계의 한쪽 용기에 인위적인 압력진동을 주어 차압계의 상태를 빠른 속도로 진단 및 교정하는 차압계 교정 방법에 관한 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 압력계의 용기에 인위적인 압력진동을 주어 압력계의 상태를 빠른 속도로 진단 및 교정하는 압력계 교정 장치에 관한 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 압력계의 용기에 인위적인 압력진동을 주어 압력계의 상태를 빠른 속도로 진단 및 교정하는 압력계 교정 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차압계 교정 장치는 제1 용기, 상기 제1 용기에 이격되어 배치된 제2 용기, 상기 제1 용기의 일측에 배치된 체적 변조부, 및 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기에 연결된 차압계를 포함한다. 상기 체적 변조부는 시간에 따라 상기 제1 용기의 체적을 변화시키고 상기 차압계의 측정 신호를 교정한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력계 교정 장치는 제1 용기, 상기 제1 용기의 일측에 배치된 체적 변조부, 및 상기 제1 용기에 연결된 압력계를 포함한다. 상기 체적 변조부는 시간에 따라 상기 제1 용기의 체적을 변화시키고 상기 압력계의 측정 신호를 교정한다.

종래의 압력계의 교정은 대부분 기준압력계를 사용하거나 힘과 면적으로부터 계산된 압력값을 이용하여 교정하게 된다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력계 교정 방법은 정확도가 우수하고 저비용과 짧은 시간에 손쉽고도 간단하게 교정 및/또는 진단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차압계 교정 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차압계의 측정값과 이론값을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차압계의 측정값과 이론값을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력계 교정 장치를 설명하는 도면이다.

차압은 임의 어느 두 공간의 압력차를 말한다. 즉, 차압계는 두 공간의 압력값에 관계없이 각 각의 압력 차이만을 측정한다. 상기 차압계는 하나의 압력센서로 측정이 가능하다. 특히, 두 공간의 압력 차이가 미세할 경우, 상기 차압계는 두 개의 압력계를 사용하는 것보다 더 좋은 분해능으로 압력 차이를 측정할 수 있다.

두 압력에 미소한 차이가 있는 경우, 압력계는 읽는 값에 비해 차이가 너무 작아 오직 측정기의 감도 한도 내에서 만이 구별이 가능하다. 또한, 압력계는 정확히 교정되어야 한다.

한편, 차압계를 사용할 경우, 예측되는 차압의 범위에 맞게 센서의 감도는 조절되어, 상기 차압계는 미소한 압력 차이를 쉽게 측정할 수 있다.

미소한 압력 차이를 측정하기 위해, 상기 차압계는 일반 압력계와 마찬가지 방법으로 교정될 수 있다. 하지만, 상기 차압계의 교정은 매우 복잡한 과정을 거친다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차압계 교정 장치는 차압계의 한 쪽 용기에 인위적으로 압력 진동을 준다. 상기 차압계 교정 장치는 상기 차압계의 기준점 및/또는 차압계의 정확성 여부를 제공할 수 있다. 즉, 주어진 체적을 진동시키고, 나타나는 반응을 차압계로 측정하여, 상기 차압계는 쉽게 교정될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차압계 교정 장치를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하여, 상기 차압계 교정 장치는 제1 용기(110), 상기 제1 용기(110)에 이격되어 배치된 제2 용기(120), 상기 제1 용기(110)의 일측에 배치된 체적 변조부(140), 및 상기 제1 용기(110) 및 상기 제2 용기(120)에 연결된 차압계(138)를 포함한다. 상기 체적 변조부(140)는 시간에 따라 상기 제1 용기(110)의 체적을 변화시키고 이에 따라 상기 차압계(138)의 측정 신호를 교정한다.

본 발명의 동작 원리를 설명한다.

상기 차압계 교정 장치는 등온 상태 또는 단열 상태에서 동작할 수 있다. 단열 상태의 경우에서, 체적 변화에 따른 온도 변화가 발생할 수 있으나, 이 온도 변화는 무시할 수 있다.

상기 체적 변조부(140)의 진폭이 v₀이고, 상기 체적 변조부(140)가 사인 함수(sine function)의 형태로 시간에 따라 상기 진폭을 구동시킬 수 있다. 상기 체적 변조부의 시간에 따라 변하는 체적(v(t))은 다음과 같이 주어진다.

여기서, ω는 각주파수이다. 상기 제1 용기(110)의 시간(t)에 따른 부피(V₁(t))는 다음과 같이 주어진다. 상기 각주파수에 대응하는 주파수는 수 Hz 이하일 수 있다.

여기서, V₁₀은 상기 제1 용기(110)의 초기 상태의 부피이다. 상기 제1 용기(110)의 시간에 따른 압력(P₁(t))은 다음과 같이 주어진다.

여기서, 제1 용기(110)의 초기 압력(P₁₀)과 제2 용기(120)의 초기압력(P₂₀)은 P₀로 동일한 것으로 가정한다. P₀는 대기압, 대기압 이상, 또는 대기압 이하의 압력일 수 있다. 또한, 상기 제1 용기(110)의 초기 부피는 V₁₀이고, 상기 제2 용기(120)의 초기 부피는 V₂₀이다.

v₀가 V₁₀보다 충분히 작은 경우, 수학식 3은 다음과 같이 근사될 수 있다.

또한, 제1 용기(110)의 초기 부피(V₁₀)와 제2 용기(120)의 초기 부피(V₂₀)가 V₀로 동일한 경우, 압력 차이는 수학식 4로부터 다음과 같이 표시될 수 있다.

수학식 5를 이용하여, 차압계(138)의 실제 측정값과 이론값의 차이를 확인하면, 상기 차압계(138)는 교정 및/또는 진단될 될 수 있다. 상기 체적 변조부(140)의 진폭(v₀)은 변경되고, 상기 차압계(138)는 다시 교정될 수 있다. 상기 차압계(138)의 감도 및 지연 시간이 조절되어, 상기 차압계(138)는 교정될 수 있다.

수학식 5는 v₀ << V₁₀ 조건과 V₁₀ = V₂₀ = V₀ 조건을 이용하였다. 그러나, 위의 두 조건을 충족하지 않는 경우에도 위에서 설명한 동작원리는 유사하게 적용될 수 있다.

교정 또는 진단속도를 중요시하는 경우, 이 방법은 매우 유용하다. 특히 제1 용기(110)와 제2 용기(120)의 체적 차이가 미소하고, 체적 변조부(140)의 진폭(v₀)가 V₁₀ 의 1 퍼센트 정도이면, 수학식 5의 근사는 이론값에 크게 영향을 미치지 않는다.

상기 제1 용기(110)는 고정된 체적을 가지고 있는 한 다양한 형태 또는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 제1 가스 공급라인(114)은 상기 제1 용기(110)에 가스를 주입할 수 있다. 제1 가스 공급 밸브(112)는 상기 제1 가스 공급라인(114) 중간에 배치되어 상기 제1 가스 공급 라인(114)을 개폐할 수 있다. 상기 제1 용기(110)에 공급되는 가스는 공기, 질소, 아르콘, 헬륨 가스 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 용기(120)는 고정된 체적을 가지고 있는 한 다양한 형태 또는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 제2 가스 공급라인(124)은 상기 제2 용기(120)에 가스를 주입할 수 있다. 제2 가스 공급 밸브(122)는 상기 제2 가스 공급라인(124) 중간에 배치되어 상기 제2 가스 공급 라인(124)을 개폐할 수 있다. 상기 제2 용기(120)에 공급되는 가스는 공기, 질소, 아르콘, 헬륨 가스 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

연결 파이프(134)는 상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연결할 수 있다. 연결 밸브(132)는 상기 연결 파이프(132)를 개폐할 수 있다.

상기 제1 가스 공급 밸브(112)를 개방하여 소정의 가스는 상기 제1 용기(110)에 주입된다. 이어서, 상기 제1 가스 공급 밸브(112)는 폐쇄된다. 이어서, 상기 연결 밸브(132)가 개방되어, 상기 제1 용기(110)의 압력과 상기 제2 용기(120)의 압력은 일치될 수 있다. 이어서, 상기 연결 밸브(132)는 폐쇄된다.

체적 변조부(140)는 피스톤 또는 주름관을 포함할 수 있다. 상기 체적 변조부(140)는 상기 제1 용기(110)의 체적을 주기적으로 변화시킬 수 있는 한 다양하게 변형될 수 있다. 상기 체적 변조부(140)가 피스톤을 포함하는 경우, 상기 체적 변조부(140)는 피스톤(142), 상기 피스톤(142)이 직선 운동하도록 안내하는 가이드부(144), 및 상기 피스톤(142)에 직선 운동을 제공하는 구동부(146)를 포함할 수 있다. 상기 구동부(146)는 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 크랭크 구조를 포함할 수 있다. 상기 가이드부(144)는 상기 제1 용기(110)에 장착될 수 있다. 상기 피스톤(142)은 상기 가이드부(144) 내에서 가스의 누출없이 직선 운동할 수 있다.

상기 체적 변조부(140)는 시간에 따라 직선형, 단계형 또는 사인 함수형을 제공할 수 있다. 상기 체적 변조부(140)는 시간에 따라 상기 제1 용기(110)의 체적을 변화시키고, 상기 차압계(138)는 차압을 측정한다. 상기 차압계(138)의 측정신호는 이론치와 일치되도록, 상기 차압계(138)의 차압의 세기 또는 시간 지연 등이 교정될 수 있다. 예를 들어, 상기 차압계(138)의 차압의 세기는 이론치와 측정값이 서로 표로 표시되거나, 이론치와 측정값을 서로 연결하는 함수로 표시될 수 있다. 또는 상기 차압계(138)의 차압의 세기는 이론치와 일치하도록 이득이 수정될 수 있다.

차압계(138)는 판막(diaphram)을 이용할 수 있다. 상기 차압계(138)의 방식은 다양하게 변형될 수 있다. 차압계(138)는 상기 제1 용기(110)에 제1 파이프(134)를 통하여 연결되고, 상기 차압계(138)는 상기 제2 용기(120)에 제2 파이프(136)를 통하여 연결될 수 있다.

제1 펌핑 라인(154)과 제1 펌핑 밸브(152)는 상기 제1 용기(110)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 펌핑 라인(164)과 제2 펌핑 밸브(162)는 상기 제2 용기(120)에 연결될 수 있다. 상기 제1 펌핑 밸브(152) 및/또는 상기 제2 펌핑 밸브(162)는 개방되어, 상기 제1 용기(110) 및/또는 제2 용기(120)는 진공 상태로 배기될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차압계의 측정값과 이론값을 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 체적 변조부(140)의 체적은 소정의 진폭(v₀)을 가지고 시간에 따라 사인함수로 진동한다. 측정값(예측)과 이론값 사이의 시간 지연 및 진폭의 차이가 측정될 수 있다. 상기 체적 변조부의 진폭(v₀) 및/또는 각주파수는 점차적으로 증가되면서, 상기 측정값이 측정될 수 있다. 상기 측정값과 이론값은 테이블화되거나, 함수화될 수 있다. 또는, 차압계의 이득이 변경되어 상기 측정값은 이론값에 일치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차압계의 측정값과 이론값을 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 체적 변조부(140)의 체적은 소정의 진폭(v₀)을 가지고 시간에 따라 진동한다. 측정값(예측)과 이론값의 세기는 동일하나 기울기가 다를 수 있다. 상기 측정값과 이론값은 테이블화되거나, 함수화될 수 있다. 또는, 차압계의 이득이 변경되어 상기 측정값은 이론값에 일치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력계 교정 장치를 설명하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 압력계 교정 장치는 제1 용기(110), 상기 제1 용기(110)의 일측에 배치된 체적 변조부(140), 및 상기 제1 용기(110)에 연결된 압력계(139)를 포함한다. 상기 체적 변조부(140)는 시간에 따라 상기 제1 용기(110)의 체적을 변화시키고 상기 압력계(139)의 측정 신호를 교정한다.

상기 제1 용기(110)의 부피의 시간에 따른 변조는 피스톤 또는 주름관을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 체적 변조부(140)는 주름관(141) 및 구동부(147)를 포함할 수 있다. 상기 주름관(141)은 상기 구동부(147)에 의하여 체적이 가변될 수 있다. 상기 구동부(147)는 회전 운동을 직선운동으로 변경하는 수단을 포함할 수 있다.

상기 압력계(139)는 대기압 이상에서 사용되는 압력계 또는 대기압 이하에 사용되는 진공 압력계일 수 있다. 상기 진공 압력계가 장착되는 경우, 제1 펌핑 라인(154) 및 제1 펌핑 밸브(152)는 상기 제1 용기(110)에 장착될 수 있다. 상기 제1 펌핑 밸브(152)는 개방되어, 상기 제1 용기(110)는 진공 상태로 배기될 수 있다. 상기 압력계(139)는 상기 제1 용기(110)에 제1 파이프(134)를 통하여 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력계 교정 방법은 제1 용기(110)의 부피 및 압력을 측정하는 단계, 상기 제1 용기(110)의 부피를 시간에 따라 변조하는 단계, 상기 제1 용기(110)의 압력을 압력계(139)로 측정하는 단계, 및 상기 압력계(139)를 교정하는 단계를 포함한다. 상기 압력계(139)로 측정한 압력은 이론치와 동일하도록 교정될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

110: 제1 용기
120: 제2 용기
140: 체적 변조부
138: 차압계

Claims

제1 용기;
상기 제1 용기에 이격되어 배치된 제2 용기;
진폭을 가지고 내부의 체적을 주기적으로 변경하고 상기 제1 용기의 일측에 배치된 체적 변조부; 및
상기 제1 용기 및 상기 제2 용기에 연결된 차압계를 포함하고,
상기 체적 변조부는 상기 진폭을 가지고 시간에 따라 제1 주기를 가지고 상기 제1 용기의 체적을 변화시키고,
상기 차압계의 감도 및 상기 체적 변조부의 체적 변화와 상기 차압계의 측정 신호 사이의 지연 시간이 조절되어, 상기 차압계의 측정 신호를 교정하고,
상기 체적 변조부의 상기 진폭 및 상기 제1 주기는 변경되어, 다시 상기 차압계의 측정 신호를 교정하는 것을 특징으로 하는 차압계 교정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 체적 변조부는 주름관을 사용하는 것을 특징으로 하는 차압계 교정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 체적 변조부는 시간에 따라 직선형, 또는 사인 함수형인 것을 특징으로 하는 차압계 교정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 용기와 상기 제2 용기를 연결하는 연결 파이프;및
상기 연결 파이프를 개폐하는 연결 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차압계 교정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 용기에 가스를 공급하는 제1 가스 공급라인;
상기 제1 가스 공급 라인을 개폐하는 제1 가스 공급 밸브;
상기 제2 용기에 가스를 공급하는 제2 가스 공급라인;
상기 제2 가스 공급 라인을 개폐하는 제2 가스 공급 밸브;
상기 제1 용기를 배기하는 제1 펌핑 라인;
상기 제1 펌핑 라인을 개폐하는 제1 펌핑 밸브;
상기 제2 용기를 배기하는 제2 펌핑 라인; 및
상기 제2 펌핑 라인을 개폐하는 제2 펌핑 밸브 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차압계 교정 장치.
제1 용기 및 제2 용기의 부피 및 압력을 측정하는 단계;
상기 제1 용기의 부피를 시간에 따라 제1 주기를 가지고 변조하는 단계;
상기 제1 용기와 상기 제2 용기의 압력의 차이를 차압계로 측정하는 단계;
상기 제1 용기와 상기 제2 용기의 압력의 차이를 차압계로 측정하고, 상기 차압계의 감도 및 지연 시간이 조절되어 상기 차압계가 교정되는 단계; 및
상기 제1 용기의 부피의 변조되는 진폭 및 상기 제1 주기를 변경하여, 상기 제1 용기와 상기 제2 용기의 압력의 차이를 차압계로 측정하고, 상기 차압계의 감도 및 지연 시간이 조절되어 상기 차압계가 교정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차압계 교정 방법.
제6 항에 있어서,
상기 제1 용기의 부피의 시간에 따른 변조는 피스톤 또는 주름관을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 차압계 교정 방법.
제6 항에 있어서,
제1 용기 및 제2 용기를 연결하는 연결하는 연결관에 배치된 연결 밸브를 개방하여 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기의 압력을 동일하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 차압계 교정 방법.
제1 용기;
상기 제1 용기의 일측에 배치된 체적 변조부; 및
상기 제1 용기에 연결된 압력계를 포함하고,
상기 체적 변조부는 시간에 따라 제1 주기 및 진폭을 가지고 상기 제1 용기의 체적을 변화시키고 상기 압력계의 측정 신호를 교정하고,
상기 압력계의 감도 및 상기 체적 변조부의 체적 변화와 상기 압력계의 측정 신호 사이의 지연 시간이 조절되어, 상기 압력계의 측정 신호를 교정하고,
상기 체적 변조부의 상기 진폭 및 상기 제1 주기는 변경되어, 다시 상기 압력계의 측정 신호를 교정하는 것을 특징으로 하는 압력계 교정 장치.
제9 항에 있어서,
상기 제1 용기의 부피의 시간에 따른 변조는 피스톤 또는 주름관을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 압력계 교정 장치.
제1 용기의 부피 및 압력을 측정하는 단계;
상기 제1 용기의 부피를 시간에 따라 제1 주기 및 진폭을 가지고 변조하는 단계;
상기 제1 용기의 압력을 압력계로 측정하는 단계;
상기 압력계의 감도 및 상기 진폭과 상기 압력계의 측정 신호 사이의 지연 시간이 조절되어, 상기 압력계의 측정 신호를 교정하는 단계; 및
상기 진폭 및 상기 제1 주기는 변경되어, 다시 상기 압력계의 측정 신호를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력계 교정 방법.