KR101512107B1

KR101512107B1 - 전기전도도 측정장치 및 이를 이용한 전기전도도의 측정방법

Info

Publication number: KR101512107B1
Application number: KR1020150008664A
Authority: KR
Inventors: 김정식
Original assignee: 이레산업(주)
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-04-17

Abstract

본 발명은 전기전도도 측정을 위해 인가되는 전류에 의한 측정장치의 온도변화에 따른 전기전도도의 측정오차를 보정하여 정확한 전기전도도 측정이 가능하도록 하는 전기전도도 측정장치 및 이를 이용한 전기전도도 측정방법에 관한 것이다.
본 발명의 전기전도도 측정장치는, 측정하고자 하는 물질에 설치된 입력전극 및 출력전극을 포함하는 센서부; 전기신호를 발생시키는 신호발생부; 상기 전기신호를 검출하는 신호검출부; 상기 신호발생부 및 신호검출부 사이에 서로 간에 병렬로 연결되어 상기 신호발생부로부터의 전기신호를 상기 신호검출부로 각각 스위칭하는 N개(N≥1,정수)의 제1스위치; 상기 신호발생부 및 입력전극 사이에 연결되어 상기 신호발생부로부터의 전기신호를 상기 입력전극으로 스위칭하는 제2스위치; 상기 N개의 제1스위치 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭제어부; 상기 N개의 제1스위치에 각각 직렬로 연결된 N개의 저항; 및 상기 스위칭제어부의 제어에 의한 상기 N개의 제1스위치 및 제2스위치의 각 위칭에 따라 상기 신호검출부에서 각각 검출된 전기신호를 이용하여 상기 물질의 전기전도도를 측정하는 신호처리부를 포함한다.

Description

전기전도도 측정장치 및 이를 이용한 전기전도도의 측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY}

본 발명은 전기전도도 측정에 관한 것으로서, 특히 전기전도도 측정을 위해 인가되는 전류에 의한 측정장치의 온도변화에 따른 전기전도도의 측정오차를 보정하여 정확한 전기전도도 측정이 가능하도록 하는 전기전도도 측정장치 및 이를 이용한 전기전도도 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기전도도(electric conductivity)는 전기가 통하기 쉬운 정도로서 물질이나 용액이 전하를 운반할 수 있는 정도를 의미한다. 이러한 전기전도도는 전기 비저항의 역수로 나타낸다. 물질의 저항을 R, 비저항을 ρ, 단면적을 S, 길이를 l이라 하면 R=(ρ×l)/S의 관계식이 성립한다.

전기전도도 L은 전기 비저항의 역수이므로 L=1/ρ=l/RS로 표현된다. 금속은 일반적으로 전기저항이 적어 전기전도도가 좋다. 전해질 용액의 전기전도도는 이온의 농도 외에도 전극 간의 거리, 전극의 단면적, 이온의 전하크기, 온도 등에 의해 영향을 받는다.

이러한 전기전도도의 국제단위는 S(지멘스)/m이다. 1μS/cm=0.001dS/m이며, 이는 저항값으로는 1㏁이다. 따라서 0.1dS/m=100㏀, 10dS/m=100Ω이다. 전기전도도와 저항값은 이러한 상관관계가 존재한다. 이와 같은 상관관계를 이용하여 종래의 전기전도도 측정장치에서는 물질이나 용액의 저항값을 측정하여 그에 대응하는 전기전도도를 측정하도록 한다.

이를 위해 종래에는 측정하고자 하는 물질이나 용액내에 두 개의 전극을 설치하여 두 전극을 통해 검출되는 전류의 세기를 통해 저항값을 측정하고 이러한 저항값을 이용하여 전기전도도를 측정하도록 한다. 하지만, 종래기술에서는 측정되는 전류신호의 세기가 매우 미약하기 때문에 전기전도도 측정장치의 내부 온도에 매우 민감하게 영향을 받아 정확한 측정이 어렵다.

예컨대, 한국등록특허 제10-0741042호에는 입력전극과 출력전극 외에 출력전극으로의 오염물 부착 및 물속의 저항변화에 따라 출력신호의 크기를 보상하는 보상전극을 제공하여 전기전도도 측정오차를 줄이는 전기전도도 측정장치가 개시되어 있다. 하지만, 이러한 측정장치의 경우 두 전극에 전압을 인가하는 동안 측정장치 내부에 발생하는 온도변화에 따른 전기전도도 측정오차를 고려하지 못하기 때문에 정확한 측정이 어렵다.

다른 예로, 한국공개특허 제2013-0136623호는 온도조절부를 설치하여 용액의 온도를 조절하도록 하는 기술이 개시되어 있다. 이 경우에도 용액의 온도를 일정하게 유지하기 위한 장치가 별도로 마련되어야 하고, 특히 측정장치의 내부온도의 변화는 고려하지 않기 때문에 정확한 측정이 어렵다는 문제점이 있다.

이에 따라, 해당 기술분야에서는 전기전도도 측정장치의 내부온도 변화에도 정확한 측정이 가능하도록 하는 기술의 개발이 계속 요구되어 오고 있다.

등록특허 제10-0741042호 공개특허 제2013-0136623호 등록특허 제10-1412594호

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전기전도도 측정장치 내부의 온도변화에 따른 전기전도도의 측정오차를 제거할 수 있도록 하여 정확한 측정이 가능하도록 하는 전기전도도 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전기전도도의 측정구간을 다수 개로 나누어 측정하도록 하여 출력전압과 전기전도도 간의 비직선성에 의한 전기전도도 측정오차를 줄일 수 있도록 하는 전기전도도 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 추가적인 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정장치는,

측정하고자 하는 물질에 설치된 입력전극 및 출력전극을 포함하는 센서부; 전기신호를 발생시키는 신호발생부; 상기 전기신호를 검출하는 신호검출부; 상기 신호발생부 및 신호검출부 사이에 서로 병렬 연결되어 상기 신호발생부로부터의 전기신호를 상기 신호검출부로 각각 스위칭하는 N개(N≥1,정수)의 제1스위치; 상기 신호발생부 및 입력전극 사이에 연결되어 상기 신호발생부로부터의 전기신호를 상기 입력전극으로 스위칭하는 제2스위치; 상기 N개의 제1스위치 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭제어부; 상기 N개의 제1스위치에 각각 직렬로 연결된 N개의 저항; 및 상기 스위칭제어부의 제어에 의한 상기 N개의 제1스위치 및 제2스위치의 각 위칭에 따라 상기 신호검출부에서 각각 검출된 전기신호를 이용하여 상기 물질의 전기전도도를 측정하는 신호처리부를 포함한다.

본 발명에서, 상기 N개의 저항은 각각 서로 다른 저항값을 갖는다.

본 발명에서, 상기 스위칭제어부는 초기에 상기 제1 및 제2 스위치를 모두 오프(off)시킨 상태에서 상기 N개의 제1스위치를 순차적으로 하나씩 온(on)시키고 마지막에 상기 제2스위치를 온(on)시킨다.

본 발명에서, 상기 상관관계는 N쌍의 전기신호와 전기전도도를 2차원 평면상에서 N개의 직선으로 설정되며, 상기 신호처리부는 상기 제2스위치가 온(on)될 때 상기 신호검출부에서 검출된 전기신호에 대응하는 직선상의 전기전도도를 추출한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정방법은,

신호발생부에서 전기신호를 발생시키는 제1단계; 상기 신호발생부에서 발생된 전기신호를 서로 다른 저항값을 갖는 N개의 저항을 통해 신호검출부로 각각 제공하는 제2단계; 신호처리부에서 상기 신호검출부에서 검출된 N개의 전기신호를 이용하여 상기 N개의 저항에 대응하는 전기전도도를 측정하는 제3단계; 상기 신호처리부에서 상기 검출된 N개의 전기신호와 상기 N개의 전기신호에 대응하는 전기전도도 간의 상관관계를 설정하는 제4단계; 상기 신호발생부로부터 발생된 전기신호를 물질에 설치된 입력전극 및 출력전극을 통해 상기 신호검출부로 제공하는 제5단계; 및 상기 신호처리부에서 상기 신호검출부에서 검출한 상기 입력전극 및 출력전극을 통해 제공된 전기신호에 대응하는 전기전도도를 상기 설정된 상관관계를 이용하여 측정하는 제6단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 제2단계는, 스위칭제어부에서 상기 제1 및 제2 스위치를 모두 오프(off)시키는 단계; 및 상기 스위칭제어부에서 상기 N개의 제1스위치를 하나씩 순차적으로 온(on)시켜 상기 N개의 제1스위치와 각각 직렬로 연결된 저항을 통해 상기 신호발생부로부터의 전기신호가 상기 신호검출부를 제공되는 단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 상관관계는 N쌍의 전기신호와 전기전도도를 2차원 평면상에서 N개의 직선으로 설정된다.

본 발명에 따른 전기전도도 측정장치 및 측정방법에서는 전기전도도를 측정할 때마다 출력전압과 전기전도도 간의 상관관계를 미리 설정한 후 측정하고자 하는 대상에 대하여 출력전압을 측정하여 그에 대응하는 전기전도도를 측정하기 때문에 측정장치의 온도변화에 따른 오차를 보상할 수 있도록 한다. 이로써 측정장치의 온도변화에 의한 전기전도도 측정오차를 제거하므로 정확한 측정이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따르면 전기전도도 측정구간을 다수의 측정구간으로 나누어 측정함으로써 출력전압과 전기전도도 간의 비직선성에 의한 오차를 줄일 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정장치의 출력전압과 전기전도도 간의 상관관계 그래프.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정방법을 보인 흐름도.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정장치(100)는 센서부(110), 신호발생부(120), 신호검출부(130), 제1스위치(140), 제2스위치(150), 스위칭제어부(160), 저항(170) 및 신호처리부(180)를 포함하여 구성된다.

센서부(110)는 전기전도도를 측정하고자 하는 물질(20)에 설치된다. 이러한 센서부(110)는 입력전극(111)과 출력전극(112)를 포함한다. 입력전극(111)과 출력전극(112)는 서로 일정한 간격을 두고 설치된다. 이러한 간격은 측정하고자 하는 물질(20)의 특성에 따라 결정된다. 입력전극(111)으로 전기신호가 제공되면 그 전기신호는 물질(20)을 통해 출력전극(112)로 전달된다. 이와 같이 전달되는 전기신호의 흐름은 물질(20)의 저항에 의존하므로, 본 실시 예에서는 물질(20)의 저항을 측정하여 그 저항에 대응하는 물질(20)의 전기전도도를 측정하도록 한다. 본 발명에 적용되는 물질(20)은 다양한 종류로 설정될 수 있다. 예컨대, 고체재료뿐만 아니라 용액, 화합물, 기체 등도 될 수 있다. 도 1에는 용액을 예로서 설명하고 있으며 용액은 용기(10)에 담겨져 있다.

신호발생부(120)는 전기신호를 발생시킨다. 여기서 전기신호라 함은 전압 또는 전류를 포함한다. 이러한 신호발생부(120)에서 발생된 전기신호는 후술하는 제1스위치(140) 및 제2스위치(150)의 스위칭에 따라 각각 저항(170) 및 물질(20)을 통해 흘러 신호검출부(130)로 인가된다.

신호검출부(130)는 상기한 바와 같이 저항(170) 및 물질(20)을 통해 흐르는 전기신호를 검출한다. 즉, 제1스위치(140)가 온(on)될 때는 그 제1스위치(140)에 연결된 저항(170)을 통해 제공된 전기신호를 검출하고 제2스위치(150)가 온(on)될 때는 물질(20)을 통해 제공된 전기신호를 검출하는 것이다. 본 발명에 따른 신호검출부(130)는 검출된 전기신호를 바람직하게는 디지털값으로 변환하여 출력한다.

제1스위치(140)는 서로 병렬 연결된 N개(N≥1,정수)의 스위치(S1,S2,...,SN)로 구성되며 신호발생부(120) 및 신호검출부(130) 사이에 각각 설치된다. 이러한 N개의 제1스위치(140)는 신호발생부(120)로부터의 전기신호를 신호검출부(130)로 스위칭한다. 구체적으로, N개의 제1스위치(140)는 순차적으로 하나씩 온(on)되어 신호발생부(120)와 신호검출부(130) 사이에 N개의 저항(170)이 순차적으로 하나씩 연결되도록 한다.

제2스위치(150)는 신호발생부(120) 및 입력전극(111) 사이에 연결되어 신호발생부(120)의 전기신호를 입력전극(111)으로 스위칭되도록 한다. 이러한 제2스위치(150)가 온(on)되면 신호발생부(120)에서 발생된 전기신호가 물질(20)에 설치된 입력전극(111)으로 인가되고, 그 전기신호는 물질(20)을 통해 출력전극(112)으로 전달되며 이는 결국 출력전극(112)을 통해 신호검출부(130)로 제공된다.

이와 같이 N개의 제1스위치(140)는 신호발생부(120)와 신호검출부(130) 사이를 N개의 저항(170)이 순차적으로 하나씩 연결되도록 하여 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 저항(170)을 통해 흐를 수 있도록 하고, 제2스위치(150)는 신호발생부(120)와 신호검출부(130) 사이를 입력전극(111), 물질(20) 및 출력전극(112)가 연결되도록 하여 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 입력전극(111), 물질(20) 및 출력전극(112)을 통해 흐를 수 있도록 하는 것이다. 본 발명의 실시 예에서 제1스위치(140)는 2~4개인 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

스위칭제어부(160)는 N개의 제1스위치(140) 및 제2스위치(150)의 스위칭을 제어한다. 구체적으로, 본 실시 예에 따른 스위칭제어부(160)는 초기에 제1 및 제2 스위치(140,150)를 모두 오프(off)시킨 상태에서 N개의 제1스위치(140)를 순차적으로 하나씩 온(on)시키고 마지막에 제2스위치(150)를 온(on)시킨다. 이는 초기에 제1 및 제2 스위치(140,150)를 초기화, 즉 모두 오프(off)시킨 후에, N개의 제1스위치(140) 중 예컨대 스위치1(S1)을 온(on)시키고 일정시간 경과 후 스위치1(S1)를 오프(off)시키고 다음 스위치2(S2)를 온(on)시킨다. 또한, 일정시간 경과 후 스위치2(S2)를 오프(off)시키고 다음 스위치3(미도시)를 온(on)시킨다. 이와 같이 계속 반복하여 스위치N(SN)을 온(on)시킨다. 이와 같이 제1스위치(140)를 순차적으로 하나씩 온(on)시킴에 따라 각 스위치에 대응하는 해당 저항(170)을 통해 순차적으로 하나씩 전기신호가 흐르도록 한다.

이때, 신호처리부(180)는 N개의 제1스위치(140)가 순차적으로 하나씩 온(on)될 때마다 신호검출부(130)에서 검출되는 N개의 전기신호로부터 N개의 전기전도도를 측정한 후, 검출된 전기신호와 측정된 전기전도도 간의 상관관계를 설정한다. 이러한 전기신호-전기전도도의 상관관계는 N쌍의 전기신호와 전기전도도를 2차원 X-Y 평면상에서 N개의 직선으로 설정될 수 있다. 즉, 저항1(R1)이 연결될 때의 전기신호와 전기전도도 쌍을 측정하고 저항2(R2)가 연결될 때의 전기신호와 전기전도도 쌍을 측정하고, 계속 반복해서 저항N(RN)이 연결될 때의 전기신호와 전기전도도 쌍을 측정하여, 이들 N개의 전기신호와 전기전도도 값의 쌍을 2차원 X-Y 평면상에 N개의 (X,Y)좌표로 설정한다. 이들 N개의 각 (X,Y) 좌표를 오름차순 또는 내림차순으로 연결함으로써 X-Y 평면상에 N개의 직선으로 설정할 수 있는 것이다.

이후에, 신호처리부(180)는 제2스위치(150)가 온(on)될 때 신호검출부(130)에서 검출되는 전기신호에 대응하는 물질(20)의 전기전도도를 상기와 같이 설정된 상관관계를 이용하여 추출하도록 한다. 구체적으로, 신호처리부(180)는 제2스위치(150)가 온(on)될 때 신호검출부(130)에서 검출된 전기신호에 대응하는 직선 상의 전기전도도를 추출함으로써 물질(20)의 전기전도도를 측정하는 것이다.

저항(170)은 N개가 서로 간에 병렬로 연결되며 N개의 제1스위치(140)에 각각 직렬로 연결된다. 따라서, 제1스위치(140)가 온(on)되면 그 제1스위치(140)를 통해 전기신호가 저항(170)으로 인가된다. 본 실시 예에서, N개의 저항(170)은 각각 서로 다른 저항값을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 각 저항(170)의 저항값은 전기전도도를 측정하고자 하는 물질(20)의 전기적 특성에 따라 설정할 수 있다.

신호처리부(180)는 스위칭제어부(160)의 제어에 의한 N개의 제1스위치(140) 및 제2스위치(150)의 각 스위칭에 따라 신호검출부(130)에서 각각 검출된 전기신호를 이용하여 물질(20)의 전기전도도를 측정한다. 구체적으로, 신호처리부(180)는 N개의 제1스위치(140) 중에서 스위치1(S1)이 온(on)될 때 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 스위치1(S1) 및 저항1(R1)을 통해 신호검출부(130)에 제공되면 저항1(R1)에 대응하는 전기전도도를 측정하고, 일정시간 후 스위치1(S1)이 오프(off)되고 스위치2(S2)가 온(on)될 때 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 스위치2(S2) 및 저항2(R2)을 통해 신호검출부(130)로 제공되면 저항2(R2)에 대응하는 두 번째 전기전도도를 측정하도록 한다. 이와 같은 원리로 스위치N(SN)이 온(on)될 때 신호발생부(120)의 전기신호가 스위치N(SN) 및 저항N(RN)을 통해 신호검출부(130)에 제공되면 저항N(RN)에 대응하는 N번째 전기전도도를 측정하도록 한다. 이와 같이 측정된 N쌍의 전기신호 및 전기전도도의 값을 이용하여 전기신호-전기전도도 간의 상관관계를 설정한다. 에컨대, 이러한 상관관계는 N쌍의 전기신호와 전기전도도를 2차원 X-Y 평면상에서 N개의 직선으로 설정될 수 있다. 즉, N쌍의 전기신호와 전기전도도 값을 2차원 X-Y 평면상에 N개의 (X,Y)좌표로 설정하고, 각 좌표를 오름차순 또는 내림차순으로 연결함으로써 X-Y 평면상에 N개의 직선으로 설정할 수 있다.

이러한 과정이 완료된 후, 제1스위치(140)가 모두 오프(off)되고 제2스위치(150)가 온(on)되어 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 제2스위치(150), 물질(20)에 설치된 입력전극(111) 및 출력전극(112)을 통해 신호검출부(130)로 제공되면 신호처리부(180)는 신호검출부(130)에서 검출된 전기신호를 전기신호에 대응하는 물질(20)의 전기전도도를 상기에서 설정한 상관관계를 이용하여 측정하도록 한다. 이는 N개의 상관관계의 직선에서 물질(20)을 통해 제공된 전기신호에 대응하는 상기 직선상의 전기전도도를 추출함으로써 구해질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정장치의 출력전압과 전기전도도 간의 상관관계를 나타낸 직선그래프이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에서는 설명의 편의상 N=2로 가정하여 설명하기로 한다. 물론, 이러한 개수는 일례에 불과하면 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 예시에 따라 제1스위치는 스위치1(S1)과 스위치2(S2)가 병렬로 연결되고 스위치1(S1)에는 저항1(R1)이 직렬로 연결되고 스위치2(S2)에는 저항2(R2)가 직렬로 연결된다. 이 경우 스위치1(S1)이 온(on)되어 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 스위치1(S1)과 저항1(R1)을 통해 신호검출부(130)로 제공된다. 이때, 신호처리부(180)는 이러한 전기신호를 이용하여 저항1(R1)에 대응하는 전기전도도를 측정하여 2차원 평면상에 A 좌표로 설정한다. 또한, 스위치1(S1)가 오프(off)되고 스위치2(S2)이 온(on)되어 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 스위치2(S2)과 저항2(R2)를 통해 신호검출부(130)로 제공된다. 이때, 신호처리부(180)는 이러한 전기신호를 이용하여 저항2(R2)에 대응하는 전기전도도를 측정하여 2차원 평면상에 B 좌표로 설정한다. 이와 같이 설정된 A 좌표와 B 좌표는 각각 저항1(R1)과 저항2(R2)와 이들에 각각 대응하는 전기전도도의 쌍에 의해 결정되는 것이다. 따라서, 각 저항에 대응하는 전기신호와 각 저항에 대응하는 전기전도도가 좌표로 결정되면 원점과 A 좌표를 잇는 직선과, A 좌표와 B 좌표를 잇는 직선을 설정한다. 따라서, 본 실시 예에서는 2개의 직선이 설정된다. 이들 2개의 직선은 서로 선형관계를 유지할 수도 있지만, 그렇지 않을 수도 있다.

이후, 상기와 같이 제2스위치(150)가 온(on)되어 전기신호가 입력전극(111), 물질(20), 출력전극(112)를 통해 신호검출부(130)로 제공되면 신호처리부(180)는 이러한 전기신호에 대응하는 전기전도도를 상기 2개의 직선에서 추출한다. 즉, 전기신호가 검출되면 2개의 직선에서 그 전기신호에 대응하는 전기전도도를 추출하는 것이다. 예컨대, 신호검출부(130)에서 검출된 전기신호의 값이 Sx인 경우, 상관관계를 나타낸 직선그래프에서 Sx에 대응하는 전기전도도(ECy)를 추출하는 것이다. 이는 전기전도도 측정장치에서 다수의 저항(170)별로 전기신호와 전기전도도의 상관관계를 미리 설정한 후에, 물질(20)의 저항에 따른 전기신호에 대응하는 전기전도도를 그 상관관계를 이용하여 추출하는 것으로서, 전기신호의 값 Sx는 물질(20)의 저항에 대응하는 값이며, 이러한 Sx에 대응하는 전기전도도 값을 상관관계 직선상에서 ECy로 추출하는 것이다.

이와 같이, 본 발명에서는 물질(20)의 전기전도도를 측정할 때마다 전기전도도 측정장치 내에 마련된 N개의 저항(170)을 한 번씩 연결하여 그 저항에 대응하는 전기전도도를 측정한 후 저항에 대응하는 전기전도도를 측정하도록 한다. 이후에 물질(20)의 저항에 대응하는 전기신호로부터 전기전도도를 측정하도록 함으로써 전기전도도 측정장치 내부의 온도변화에 따른 오차를 최소화하도록 한다. 이로써 전기전도도 측정값의 정확성이 향상된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정방법을 보인 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기전도도 측정방법에서는 먼저 신호발생부(120)와 신호검출부(130) 사이에 N개의 저항(170)을 하나씩 교대로 연결함으로써 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 각각의 저항(170)을 통해 신호검출부(130)로 제공되도록 하여 각 저항(170)에 대응하는 전기전도도를 측정하도록 한다. 이러한 전기신호는 각 저항(170)에 직렬로 연결된 N개의 제1스위치(140)의 스위칭에 의해 제공된다. 이와 같이 측정된 복수의 전기신호 및 전기전도도를 이용하여 둘 간의 상관관계를 설정한다.

이후에 신호발생부(120)와 신호검출부(130) 사이에 전기전도도를 측정하고자 하는 물질(20)을 통해 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 신호검출부(130)로 제공되도록 하여 물질(20)의 저항에 대응하는 전기전도도를 상기 설정된 전기신호-전기전도도 간의 상관관계를 이용하여 측정하도록 한다. 이하에서 이를 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 초기상태에서는 스위칭제어부(160)가 N개의 제1스위치(140) 및 제2스위치(150)를 초기화한다(S101). 여기서, 초기화는 제1 및 제2 스위치(140,150)를 모두 오프(off)상태로 설정하는 것을 의미한다. 제1 및 제2 스위치(140,150)가 오프(off)된다는 것은 접점이 개방(open)되어 선로 상에서 전류흐름이 차단됨을 의미한다. 반대로 온(on)된다는 접점이 단락(close)되어 선로 상에서 전류흐름이 제공된다는 것을 의미한다. 이와 같이 제1 및 제2 스위치(140,150)가 오프(off)된 상태에서 신호발생부(120)에서 전기신호를 발생시킨다(S103). 이러한 전기신호는 전압신호 또는 전류신호를 포함한다.

계속해서, N개의 제1스위치(140)를 하나씩 교대로 온(on)시킨다(S105). 예컨대, 제1스위치(140)의 스위치1(S1)을 온(on)시키고, 일정시간 후 스위치1(S1)는 오프(off)시키고 스위치2(S1)를 온(on)시킨다. 이는 N개의 제1스위치(140)를 교대로 하나씩 온(on)시키도록 하는 것이다. 이를 계속 반복하여 스위치N(SN)까지 온(on)시킨다.

이와 같이 각각 제1스위치(140)가 하나씩 교대로 온(on)됨에 따라, 온(on)된 해당 스위치 및 그와 연결된 저항(170)을 통해 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 신호검출부(130)로 공급된다. 따라서, N개의 제1스위치(140)가 온(on)될 때마다 신호검출부(130)에서는 신호발생부(120)로부터 해당 스위치 및 저항을 통해 제공되는 전기신호를 검출한다(S107).

신호처리부(180)는 상기와 같이 검출된 전기신호를 이용하여 각각의 해당 저항에 대응하는 전기전도도를 측정하여 전기신호와 전기전도도 간의 상관관계를 설정한다(S109). 구체적으로, N개의 제1스위치(140) 중에서 스위치1(S1)이 온(on)될 때 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 스위치1(S1) 및 저항1(R1)을 통해 신호검출부(130)로 제공되면 신호검출부(130)는 저항1(R1)에 대응하는 첫 번째 전기전도도를 측정하도록 한다. 일정시간 후 스위치1(S1)이 오프(off)되고 스위치2(S2)가 온(on)될 때 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 스위치2(S2) 및 저항2(R2)을 통해 신호검출부(130)로 제공되면 신호검출부(130)는 저항2(R2)에 대응하는 두 번째 전기전도도를 측정하도록 한다. 이와 같은 원리로 스위치N(SN)이 온(on)될 때 신호발생부(120)의 전기신호가 스위치N(SN) 및 저항N(RN)을 통해 신호검출부(130)로 제공되면 신호검출부(130)는 저항N(RN)에 대응하는 N번째 전기전도도를 측정하도록 한다. 이와 같이 측정된 N쌍의 전기신호 및 전기전도도의 값을 이용하여 전기신호-전기전도도 간의 상관관계를 설정한다. 이는 예컨대 전기신호는 전류값 또는 전압값을 포함하면, 이로부터 저항값을 검출하고 저항값에 대응하는 전기전도도 값을 추출함으로써 전기신호와 전기전도도 값의 상관관계를 설명할 수 있는 것이다. 본 실시 예에서는 이러한 상관관계에 대하여 N쌍의 전기신호와 전기전도도를 2차원 X-Y 평면상에서 N개의 직선으로 설정한다. 즉, N쌍의 전기신호와 전기전도도 값을 2차원 X-Y 평면상에 N개의 (X,Y)좌표로 설정하고, 각 좌표를 오름차순 또는 내림차순으로 연결함으로써 X-Y 평면상에 N개의 직선으로 설정할 수 있다.

이러한 과정이 완료되면, 스위칭제어부(160)는 N개의 제1스위치(140)를 모두 오프(off)시킨 상태에서 제2스위치(150)를 온(on)시킨다(S111). 제2스위치(150)가 온(on)되면 신호발생부(120)로부터의 전기신호가 제2스위치(150), 물질(20)에 설치된 입력전극(111) 및 출력전극(112)을 통해 신호검출부(130)로 제공되므로 신호검출부(130)는 이러한 전기신호를 검출한다(S113).

이로써, 신호처리부(180)는 신호검출부(130)에서 검출된 전기신호(Sx)에 대응하는 물질(20)의 전기전도도(ECy)를 상기에서 설정한 상관관계를 이용하여 측정하도록 한다(S115). 구체적으로, N개의 저항(170)에 대응하는 전기신호-전기전도도의 상관관계로부터 물질(20)을 통한 전기신호(Sx)에 대응하는 전기전도도(ECy)를 측정할 수 있다. 이는 N개의 상관관계의 직선에서 물질(20)을 통한 전기신호에 대응하는 직선 상의 전기전도도를 추출함으로써 구해질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 다수의 저항별로 전기신호를 검출하여 그 전기신호에 대응하는 전기전도도를 측정함으로써 저항에 따른 전기신호와 전기전도도 간의 상관관계를 미리 설정해 둔다. 이후에 전기전도도를 측정하고자 하는 물질의 저항을 측정하여 그 물질의 저항에 따른 전기신호에 대응하는 전기전도도를 상기의 상관관계를 이용하여 측정하도록 하는 것이다. 이러한 측정과정은 전기전도도를 측정할 때마다 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 종래에 전기전도도 측정장치에서 다수의 물질에 대한 전기전도도를 측정하는 경우 내부에 제공되는 전류에 의해 측정장치에 열이 발생하게 되고 그 열로 인해 전기전도도 측정값의 오차가 발생하게 되는데, 본 발명에서는 전기전도도를 측정할 때마다 이러한 전기신호 및 전기전도도의 상관관계를 측정하기 때문에 현재 측정장치의 상태에서 열이 발생한 것을 고려하여 상관관계를 설정하는 것이다. 따라서, 물질에 대한 전기전도도를 측정하는 경우에도 측정장치에 열이 발생한 것을 감안하기 때문에 그 열에 의한 오차값을 보정한 측정값을 제공할 수 있도록 한다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 센서부 111 : 입력전극
112 : 출력전극 120 : 신호발생부
130 : 신호검출부 140 : 제1스위치
150 : 제2스위치 160 : 스위칭제어부
170 : 저항 180 : 신호처리부

Claims

측정하고자 하는 물질에 설치된 입력전극 및 출력전극을 포함하는 센서부;
전기신호를 발생시키는 신호발생부;
상기 전기신호를 검출하는 신호검출부;
상기 신호발생부 및 신호검출부 사이에 서로 병렬로 연결되어 상기 신호발생부로부터의 전기신호를 상기 신호검출부로 각각 스위칭하는 N개(N≥1,정수)의 제1스위치;
상기 신호발생부 및 입력전극 사이에 연결되어 상기 신호발생부로부터의 전기신호를 상기 입력전극으로 스위칭하는 제2스위치;
상기 N개의 제1스위치 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭제어부;
상기 N개의 제1스위치에 각각 직렬로 연결된 N개의 저항; 및
상기 스위칭제어부의 제어에 의한 상기 N개의 제1스위치 및 제2스위치의 각 스위칭에 따라 상기 신호검출부에서 각각 검출된 전기신호를 이용하여 상기 물질의 전기전도도를 측정하는 신호처리부; 를 포함하는 전기전도도 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 N개의 저항은 각각 서로 다른 저항값을 갖는 전기전도도 측정장치.
제2항에 있어서,
상기 스위칭제어부는 초기에 상기 제1 및 제2 스위치를 모두 오프(off)시킨 상태에서 상기 N개의 제1스위치를 순차적으로 하나씩 온(on)시키고 마지막에 상기 제2스위치를 온(on)시키는 전기전도도 측정장치.
제3항에 있어서,
상기 신호처리부는 상기 N개의 제1스위치가 순차적으로 온(on)될 때마다 상기 신호검출부에서 검출되는 N개의 전기신호로부터 N개의 전기전도도를 측정한 후 상기 검출된 전기신호와 상기 측정된 전기전도도 간의 상관관계를 설정하고, 상기 제2스위치가 온(on)될 때 상기 신호검출부에서 검출되는 전기신호에 대응하는 상기 물질의 전기전도도를 상기 상관관계를 이용하여 추출하는 전기전도도 측정장치.
제4항에 있어서,
상기 상관관계는 N쌍의 전기신호와 전기전도도를 2차원 평면상에서 N개의 직선으로 설정되며, 상기 신호처리부는 상기 제2스위치가 온(on)될 때 상기 신호검출부에서 검출된 전기신호에 대응하는 직선 상의 전기전도도를 추출하는 전기전도도 측정장치.
신호발생부에서 전기신호를 발생시키는 제1단계;
상기 신호발생부에서 발생된 전기신호를 서로 다른 저항값을 갖는 N개의 저항을 통해 신호검출부로 각각 제공하는 제2단계;
신호처리부에서 상기 신호검출부에서 검출된 N개의 전기신호를 이용하여 상기 N개의 저항에 대응하는 전기전도도를 측정하는 제3단계;
상기 신호처리부에서 상기 검출된 N개의 전기신호와 상기 N개의 전기신호에 대응하는 전기전도도 간의 상관관계를 설정하는 제4단계;
상기 신호발생부로부터 발생된 전기신호를 물질에 설치된 입력전극 및 출력전극을 통해 상기 신호검출부로 제공하는 제5단계; 및
상기 신호처리부에서 상기 신호검출부에서 검출한 상기 입력전극 및 출력전극을 통해 제공된 전기신호에 대응하는 전기전도도를 상기 설정된 상관관계를 이용하여 측정하는 제6단계; 를 포함하는 전기전도도 측정방법.
제6항에 있어서, 상기 제2단계는,
스위칭제어부에서 상기 제1 및 제2 스위치를 모두 오프(off)시키는 단계; 및
상기 스위칭제어부에서 상기 N개의 제1스위치를 하나씩 순차적으로 온(on)시켜 상기 N개의 제1스위치와 각각 직렬로 연결된 저항을 통해 상기 신호발생부로부터의 전기신호가 상기 신호검출부를 제공되는 단계; 를 포함하는 전기전도도 측정방법.
제6항에 있어서,
상기 상관관계는 N쌍의 전기신호와 전기전도도를 2차원 평면상에서 N개의 직선으로 설정되는 전기전도도 측정방법.