KR101225987B1 - 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속의 측온, 측산 등 정보 수집 시의 계측 연산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속용 계측기에서 센서 데이터가 유효한 시간까지 데이터를 측정하고, 데이터의 산포도를 확인하여 판단 구간내의 데이터의 안정도가 가장 좋은 구간의 데이터 값의 평균을 구하여 신뢰성이 있는 측정값을 얻을 수 있도록 하는 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법에 관한 것이다.
본 발명인 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법은, 프로브가 용탕에 침지하여 측정된 신호를 PC 내에서 용융금속용 계측 프로그램을 통해 데이터의 안정도를 판단하는 연산 방법에 있어서, 설정된 초기값 이상의 입력신호에 의해 측정을 시작하여 설정된 측정시간 동안 데이터를 수집하는 단계; 상기 수집된 데이터를 일정 시간 단위로 표준 편차를 계산하는 단계; 상기 계산된 표준편차가 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 갖는 것을 선별하는 단계; 선별된 표준편차들의 최소값을 구하는 단계; 상기 표준편차의 최소값에 해당하는 시간 단위의 데이터 평균값을 구하는 단계; 상기 데이터 평균값을 측정값으로 지시하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 용융금속용 계측연산 방법에 의하면, 더 안정적인 측정값을 얻을 수 있고, 측정실패의 확률을 줄일 수 있어, 용융금속 처리 시 발생할 수 있는 측정 불편사항을 효과적으로 개선 할 수 있다.

Description

데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법{A Method of Measuring and Calculating Molten Metal with Superb Data Stability}

본 발명은 용융금속의 측온, 측산 등 정보 수집 시의 계측 연산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속용 계측기에서 센서 데이터가 유효한 시간까지 데이터를 측정하고, 데이터의 산포도를 확인하여 판단 구간내의 데이터의 안정도가 가장 좋은 구간의 데이터 값의 평균을 구하여 신뢰성이 있는 측정값을 얻을 수 있도록 하는 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법에 관한 것이다.

일반적으로 종래기술에 의한 용융금속의 계측에 있어서는 측정시간과 허용 오차범위를 정하고 측온, 측산 등 데이터 확보를 위한 계측을 실시한다. 즉 측정을 위하여는 설정된 시간 동안의 측정된 데이터 값이 허용오차 범위 (DATA max - DATA min ≤ △ 안정 폭) 이내에 있을 경우에는 이를 측정값으로 판단하고 종료한다.

구체적으로 보면, 용융금속용 계측기는 프로브를 용탕에 침지하여 측정된 열전대의 기전력을 홀더로부터 계측기까지 보상도선을 통해 전달한다. 열전대의 기전력은 mV의 작은 기전력이기 때문에 AD 컨버터로 변환하기 어렵다. 따라서 계측기 내부의 신호변환기(Transmitter)를 이용하여 증폭시킨다. 증폭된 신호를 Analog Input 보드에서 AD컨버터 처리하여 PC내에서 용융금속용 계측 프로그램을 통해 연산한다.

통상적인 용융금속용 계측기 연산방법은 프로브가 용탕에 침지되어 설정된 측정 시간 동안 측정하여 측정된 값이 유효하다고 판단되는 허용오차범위를 설정하여 그 범위에 들어오는 안정된 구간을 찾아 측정한다. 또한 일반적인 용융금속용 계측기의 경우 측정 중에 허용오차범위 내에 데이터 값이 들어오면 안정된 구간이라고 판단을 하고 측정을 종료한다.

도 5는 종래기술에 의한 용융금속 계측에서 안정구간 채택 방식을 설명하는 그래프이다. 도 5에서 설정된 최대 측정시간이란 센서가 용융금속에 침지되어 온도 등의 신호를 발생하는 실제 시간을 의미한다. 여기서 상단부에 확대하여 보여주고 있는 시간적 안정구간은 1.2초이며, 온도 안정폭은 3℃ (일반적인 측정조건) 기준이다.

그러나 상기와 같은 측정 판단 이후에도 더 안정된 구간이 있는 경우에는 상기 측정값이 잘못된 값을 나타내게 된다. 또한 허용오차 범위는 구간내의 데이터의 최대값과 최소값만으로 안정폭을 판단하기 때문에 허용오차 범위 구간내의 데이터 안정도를 판단하는 데에는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 측정시간과 허용오차 범위를 전제로 하는 종래의 용융금속 계측방법에 대신하여, 측정된 신호를 판단하는 연산처리에 있어서 데이터 측정시간 중에서 가장 안정되고 일정한 값을 갖는 지점을 찾을 수 있도록 하는 새로운 방법을 제시하여 데이터 안정도가 우수한 용융금속 계측연산 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법은, 프로브가 용탕에 침지하여 측정된 신호를 PC 내에서 용융금속용 계측 프로그램을 통해 데이터의 안정도를 판단하는 연산 방법에 있어서, 설정된 초기값 이상의 입력신호에 의해 측정을 시작하여 설정된 측정시간 동안 데이터를 수집하는 단계; 상기 수집된 데이터를 일정 시간 단위로 표준 편차를 계산하는 단계; 상기 계산된 표준편차가 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 갖는 것을 선별하는 단계; 선별된 표준편차들의 최소값을 구하는 단계; 상기 표준편차의 최소값에 해당하는 시간 단위의 데이터 평균값을 구하는 단계; 상기 데이터 평균값을 측정값으로 지시하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 상기 표준편차를 계산하는 단계는 일정 시간단위 마다 입력된 값을 10 내지 15개 마다 1그룹으로 하여 그룹 단위로 계산하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 상기 표준편차가 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 선별하는 단계는, 각각의 표준편차 그룹 중에서 가장 작은 값을 갖는 표준편차에 해당하는 입력값을 측정그룹으로 선별하는 것을 특징으로 하고, 상기 표준편차의 최소값은 측정그룹의 평균값으로 하는 것을 특징으로 하며, 상기 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 선별하는 단계는, 2개 이상의 레벨로 준비된 표준편차 하한에 의한 2개 이상의 단계에 의해 선별하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 용융금속용 계측연산 방법에 의하면, 더 안정적인 측정값을 얻을 수 있고, 측정실패의 확률을 줄일 수 있어, 용융금속 처리 시 발생할 수 있는 측정 불편사항을 효과적으로 개선 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 용융금속 측정값 계산방법의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 용융금속 계측 연산의 일 예를 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명에 의한 다른 방법의 용융금속 계측 연산의 일 예를 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 4는 본 발명에 의한 용융금속 온도 입력값을 측정하는 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 종래기술에 의한 용융금속 계측에서 안정구간 채택 방식을 설명하는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 용융금속 측정값 계산방법의 일 예를 설명하는 도면이다. 도 2는 본 발명에 의한 용융금속 계측 연산의 일 예를 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 도 3은 본 발명에 의한 다른 방법의 용융금속 계측 연산의 일 예를 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

본 발명은 측정시간과 허용오차 범위를 전제로 하는 종래의 용융금속 계측방법 대신에, 측정된 신호를 판단하는 연산처리를 할 때 데이터가 측정시간 중에서 가장 안정되고 일정한 값을 가지는 지점을 찾아 내는 것이다. 이를 위하여는 용융금속용 계측기에서 센서 데이터가 유효한 시간까지 데이터를 측정하고, 데이터의 산포도를 나타내는 표준편차를 이용하여 판단 구간내의 데이터의 안정도가 가장 좋은 구간 (표준편차 값이 가장 작은 구간)의 데이터 값의 평균을 구하면 신뢰성이 있는 측정값을 얻을 수 있다.

따라서 설정된 측정시간까지 데이터를 측정한 후 구간 내의 데이터 값들의 표준편차를 구하면, 평균에서 흩어짐 정도를 알 수 있어 안정한 정도를 판단 할 수 있다. 즉 표준편차가 가장 작은 구간이 데이터들이 가장 안정도가 좋은 구간이다. 따라서 안정된 구간내의 평균값을 구하여 가장 신뢰성이 있는 측정값을 얻을 수 있다는 점에 착안한 것이다.

이를 위하여 본 발명의 용융금속의 계측 연산방법은, 프로브를 용탕에 침지시켜 측정된 신호를 PC 내에서 용융금속용 계측 프로그램을 통해 데이터의 안정도를 판단하는 연산 방법에 있어서, 설정된 초기값 이상의 입력신호에 의해 측정을 시작하여 설정된 측정시간 동안 데이터를 수집하는 단계와, 상기 수집된 데이터를 일정 시간 단위로 표준 편차를 계산하는 단계와, 상기 계산된 표준편차가 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 갖는 것을 선별하는 단계와, 선별된 표준편차들의 최소값을 구하는 단계와, 상기 표준편차의 최소값에 해당하는 시간 단위의 데이터 평균값을 구하는 단계와, 상기 데이터 평균값을 측정값으로 지시하는 단계로 구성된다.

도 1은 본 발명에 의한 용융금속 계측 연산방법의 하나의 실시예로서, 여기서는 0.1초 마다 입력된 값(data)를 5개 마다 표준편차를 내어 표준편차 그룹 중에 가장 작은 값을 갖는 표준편차에 해당하는 입력 값(data)을 측정 그룹으로 하고, 측정그룹의 평균값을 측정값으로 출력한다.

그러나 상기 도 1은 본 발명 설명의 편의를 위하여 작성된 것일 뿐, 실제 조업에 있어서 상기 표준편차를 계산하는 단계에서는 통상 일정 시간단위 (예: 상기 도 1과 같은 0.1초 단위, 또는 달리 결정된 시간단위) 마다 입력된 값을 10개 내지 15개 사이에서 선정된 갯수만큼 모아서, 그 갯수 마다를 1그룹으로 하여 그룹 단위로 계산하여 산출한다. 또한 상기 그룹에 포함되는 일정 시간단위의 입력 값의 갯수도 필요에 따라서는 이를 10개 미만, 또는 15개 이상으로 하는 것도 가능하다. 그러나 바람직하게는, 10개 내지 15개 사이에서 선정하는 것이 좋다. 왜냐하면, 10개 미만의 데이터 취합 시에는, 안정구간의 데이터 수량이 적어 그 신뢰도에 문제가 될 수 있으며, 또한 15개 초과시에는 안정구간을 찾기가 어려워 측정실패의 확률이 높아질 수 있기 때문이다.

본 발명에 있어 상기 표준편차가 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 선별하는 단계에서는, 각각의 표준편차 그룹 중에서 가장 작은 값을 갖는 표준편차에 해당하는 입력값을 측정그룹으로 선별한다. 그리고 상기 표준편차의 최소값은 측정그룹의 평균값으로 하고, 상기 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 선별하는 단계에서는, 2개 이상의 레벨로 준비된 표준편차 하한에 의한 2개 이상의 단계에 의해 선별하게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 용융금속 계측 연산의 일 예를 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 도 2에 나타난 바와 같이 본 발명은 1250℃ 이상의 용융금속에 프로브를 침지하여 데이터 수집에 들어가며, 지연시간을 소진한 후에 표준편차 계산에 들어가 표준편차 하한 이하의 값을 선별해 낸다. 그 후 최소값을 선별하고, 평균값을 계산하여 측정값을 지시하게 된다.

도 3은 본 발명에 의한 다른 방법의 용융금속 계측 연산의 일 예를 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 도 3에서는 다른 절차는 도 2와 같으나, 표준편차 계산 후의 표준편차 하한 이하의 값을 선별하는 단계에 있어서는, 1단계 표준편차로 안정구간을 찾지 못하면 2단계 표준 편차에 의한 표준편차 이하의 값을 선별하고, 그 후에도 찾지 못하면 3단계 표준 편차에 의한 표준편차 이하의 값 선별을 통하여 데이터 안정도를 판단함으로써 도 2와 같은 1단계 선별 방식에 비하여 측정 실패를 현저히 줄일 수 있다. 또한 도 3에서는 3단계까지의 표준편차 이하 값 선별 과정 만을 예시하고 있지만, 보다 정밀한 데이터의 안정도 및 신뢰성이 필요한 경우에는 이 선별 회수를 4단계 내지 10단계, 또는 그 이상으로 증가시켜도 무방하다.

도 4는 본 발명에 의한 온도 입력값을 측정하는 하나의 예이다. 도 4의 그래프에서 x축은 100ms 단위의 측정시간이며, 측정온도(섭씨)를 나타낸다. 종래방식에 의하면, 4.3℃의 편차를 가짐으로써, 일반적인 기준의 안정폭(3℃)을 벗어나 측정실패를 출력할 수 밖에 없으나, 본 발명에 의하면, 표준편차 1.13℃로 안정폭(±1.5℃)으로 평균 1450.8℃의 출력을 할 수 있다.

아래의 <표 1>은 본 발명의 방식(표준편차)에 따른 측정값 테스트 결과를 종래방식(Real time)에 의한 테스트 결과와 비교한 것이다.

<표 1>

상기 테스트에서는 1580℃에서 1670℃ 대역의 용강(molten steel)에서 열전대와 산소센서를 이용하여 온도와 기전력(EMF)을 측정하여 입력된 값을 두 개의 계측 시스템으로 비교 분석하였다. '판단구간'이란, 측정시작에서부터 측정값을 리딩(reading)하기까지 걸린 시간을 의미하며, 'X'는 측정실패 즉, 안정구간을 채택하지 못 한 것을 의미한다. 이를 살펴보면 종래방식에서 측정할 수 없었던 측정실패 부분도 본 발명의 방식으로는 측정이 가능함을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 프로브가 용탕에 침지하여 측정된 신호를 PC 내에서 용융금속용 계측 프로그램을 통해 데이터의 안정도를 판단하는 연산 방법에 있어서,
   설정된 초기값 이상의 입력신호에 의해 측정을 시작하여 설정된 측정시간 동안 데이터를 수집하는 단계;
   상기 수집된 데이터를 일정 시간단위로 표준 편차를 계산하는 단계;
   상기 계산된 표준편차가 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 갖는 것을 선별하고, 선별된 표준편차들 중에서 최소값을 갖는 표준편차에 해당하는 입력값을 측정그룹으로 선별하는 단계;
   상기 표준편차의 최소값에 해당하는 시간 단위의 데이터 평균값을 구하는 단계;
   상기 데이터 평균값을 측정값으로 지시하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법
2. 제1항에 있어서,
   상기 표준편차를 계산하는 단계는 일정 시간단위 마다 입력된 값을 10 내지 15개 마다 1그룹으로 하여 그룹 단위로 계산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 표준편차의 최소값은 측정그룹의 평균값으로 하는 것을 특징으로 하는 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법
5. 제1항에 있어서,
   상기 설정된 표준편차 하한 이하의 값을 선별하는 단계는, 2개 이상의 레벨로 준비된 표준편차 하한에 의한 2개 이상의 단계에 의해 선별하는 것을 특징으로 하는 데이터 안정도가 우수한 용융금속의 계측 연산방법
   
   

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