KR101537354B1 - 다수 물리량의 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수 물리량의 측정 장치에 관한 것이고, 구체적으로 변위, 응력 또는 중량의 측정이 가능한 다수 물리량의 측정 장치에 관한 것이다. 다수 물리량의 측정 장치는 눈금이 표시된 길이 측정 부재(15); 길이 측정 부재(15)와 평행하게 연장되는 고정 부재(16); 길이 측정 부재(15)에 이동 가능하도록 결합되는 변위 게이지(11); 고정 부재(16)의 정해진 위치에 고정될 수 있는 고정 블록(12a, 12b); 및 고정 부재(12a, 12b)에 한쪽 또는 양끝이 고정되는 캔틸레버(C)에 고정되는 중량 고정 유닛(13)을 포함한다.

Description

다수 물리량의 측정 장치{Apparatus for Measuring a Plural of Physical Quantities}

본 발명은 다수 물리량의 측정 장치에 관한 것이고, 구체적으로 변위, 응력 또는 중량의 측정이 가능한 다수 물리량의 측정 장치에 관한 것이다.

물리량의 측정은 산업 현장에서 기초적인 작업의 하나에 해당되며 모든 생산 공정 과정에 수반된다. 길이, 중량, 응력, 온도 또는 습도와 같은 물리량의 정확한 측정을 위한 다양한 측정 기기가 개발되어 왔다. 변위는 크기와 방향을 가진 물리량에 해당되고, 변형률 또는 응력(stress)은 소재에 가해지는 외압에 대한 저항력을 의미한다. 그리고 중량은 물체에 작용하는 중력의 크기를 의미한다. 이와 같은 변위, 응력 또는 중량은 각각 서로 다른 측정기기에 의하여 계측될 수 있다.

변위 측정과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2010-0063901호 ‘변위 측정용 센서 및 변위 측정 방법’이 있다. 상기 선행기술은 교량과 같은 구조물의 변위를 측정하는 변위 측정용 센서에 있어서, 변위 와이어와, 변위 와이어를 감고 있으며 상기 변위 와이어의 길이 변화에 따라 회전하는 롤 부분과, 변위 와이어의 길이가 변함에 따라 변화되는 롤 부분의 회전량을 직선 운동량으로 변환시키는 직선 운동 변환부와, 한쪽 끝은 상기 직선 운동 변환부에 고정되어 직선 운동 변화부가 직선 운동을 함에 따라 움직이고 그리고 다른 쪽 끝은 고정되어 설치되는 캔틸레버 및 캔틸레버에 설치되어 캔틸레버의 휨 정도를 탐지하는 광섬유 브래그 센서를 포함하는 변위 측정용 센서에 대하여 개시한다.

스트레인 게이지와 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2012-0021026호 ‘폴리실리콘 스트레인 게이지, 접합되는 금속구조물 및 그 제조방법과 이용방법’이 있다. 상기 선행기술은 실리콘 웨이퍼로 이루어진 베이스 층과; 상기 베이스 층의 상부에 형성된 제1이산화규소 층과; 제1 이산화규소 층의 상부에 형성되며 붕소가 주입된 폴리실리콘으로 이루어진 스트레인 게이지 패턴과; 상기 스트레인 게이지 패턴의 상부에 형성되고 이산화규소로 이루어진 콘택트 홀 패턴과; 상기 콘택트 홀 패턴의 상부에 형성되어 상하부를 물리적 및 화학적으로 차단하는 차단 층과; 상기 차단 층의 상부에 형성된 알루미늄 전극을 포함하는 폴리실리콘 스트레인 게이지에 대하여 개시한다.

게시된 선행기술은 하나 또는 두 개의 물리량을 측정하기 위한 측정기기에 해당된다. 그러나 일반적으로 물리량을 동시에 측정되는 것이 유리하다. 또한 하나의 기기의 다양한 물리량의 측정이 가능한 것이 유리하다.

선행기술은 이와 같이 다수 개의 물리량의 동시 측정이 가능한 측정 장치에 대하여 개시하지 않는다.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

선행문헌1: 한국특허공개번호 제2010-0063901호(2010년06월14일) 선행문헌2: 한국특허공개번호 제2012-0021026호(2012년03월08일)

본 발명의 목적은 변위, 응력 및 중량 측정이 가능한 다수 물리량의 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 물리량의 측정 장치는 눈금이 표시된 길이 측정 부재; 길이 측정 부재와 평행하게 연장되는 고정 부재; 길이 측정 부재에 이동 가능하도록 결합되는 변위 게이지; 고정 부재의 정해진 위치에 고정될 수 있는 고정 블록; 및 고정 부재에 한쪽 또는 양끝이 고정되는 캔틸레버에 고정되는 중량 고정 유닛을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 변위 게이지는 상기 길이 측정 부재를 따라 이동 가능한 이동 몸체 및 이동 몸체에 대하여 상하 이동이 가능하도록 설치되는 방향 측정 게이지를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 고정 블록은 상기 고정 부재와 결합되는 고정 유닛 및 상기 캔틸레버의 한쪽 끝이 고정되는 조임 유닛으로 이루어진다.

본 발명에 따른 측정 장치는 변위, 응력 및 중량과 같은 물리량이 동시에 측정되도록 하는 것에 의하여 각각의 측정을 위하여 개별적으로 측정 기기가 준비되어야 하는 불편함이 감소되도록 한다는 장점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 측정 장치는 어느 하나의 물리량의 변화에 따른 물리량의 변화의 동시 측정이 가능하다는 이점을 가진다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 측정 장치의 정면도 및 측면도를 각각 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 장치에 적용될 수 있는 고정 블록 및 중량 고정 유닛의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 측정 장치의 정면도 및 측면도를 각각 도시한 것이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 측정 장치(10)는 눈금이 표시된 길이 측정 부재(15); 길이 측정 부재(15)와 평행하게 연장되는 고정 부재(16); 길이 측정 부재(15)에 이동 가능하도록 결합되는 변위 게이지(11); 고정 부재(16)의 정해진 위치에 고정될 수 있는 고정 블록(12a, 12b); 및 고정 부재(12a, 12b)에 한쪽 또는 양끝이 고정되는 캔틸레버(C)에 고정되는 중량 고정 유닛(13)을 포함한다.

측정 장치(10)는 기본적으로 변위, 스트레인(strain) 및 중력의 측정이 가능하지만 적절한 부가 수단을 추가하는 것에 의하여 요구되는 다른 물리량의 측정이 가능하도록 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 측정 장치(10)는 예를 들어 시험용 또는 학교와 같은 곳의 실험 교구로 사용될 수 있지만 이에 제한되지 않고 소재의 적절한 선택 및 설계를 통하여 산업 현장에 적용될 수 있다.

측정 부재(15)는 예를 들어 미터기와 같은 것이 될 수 있고 길이 방향으로 연장되는 금속 또는 플라스틱 판 형상이 될 수 있다. 측정 부재(15)의 양 끝은 프레임 부재(14a, 14b)에 의하여 고정될 수 있고 측정 부재(15)에 눈금이 새겨질 수 있다. 눈금은 길이의 측정을 위한 것으로 이 분야에서 공지된 임의의 단위가 될 수 있다.

측정 부재(15)에 변위 게이지(11)가 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 변위 게이지(11)는 크기와 방향을 가진 변위의 측정을 위한 것으로 측정 부재(15)를 따라 이동 가능하도록 설치되는 이동 몸체(111) 및 이동 몸체(111)에 대하여 상하 이동이 가능하도록 설치되는 방향 측정 게이지(112)로 이루어질 수 있다. 이동 몸체(111)가 측정 부재를 따라 정해진 위치로 이동되면 조절 나사에 의하여 고정될 수 있다. 또한 방향 측정 게이지(112)는 스핀들 블록(113c)에 연결될 수 있고, 그리고 스핀들 블록(113c)의 상하 이동을 유도하기 위하여 내부에 회전 가능한 기어 또는 톱니를 가진 다이얼(112b) 및 이동 몸체(111)에 결합되는 이동 축(111b)이 설치될 수 있다. 방향 측정 게이지(112)의 상하 이동을 위하여 이동 버튼(112d)을 상하로 이동시키면 이에 따라 다이얼(112b) 내부의 회전 수단이 회전되면서 이동 축(111b)과 스핀들 블록(113c)이 아래쪽으로 이동하게 된다. 필요에 따라 다이얼(112a)은 방향각을 표시할 수 있는 눈금을 가질 수 있다. 도 1b를 참조하면 이동 버튼(112d)는 결합 블록(114)에 형성된 측정 홈(114a)을 따라 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 다이얼(112a)의 원형 판에 0 내지 90의 각이 표시되고 그리고 기준점(CP)에 대한 이동 몸체(111)의 이동 거리 및 방향 측정 게이지(112)의 이동 거리가 각도로 표시될 수 있다. 이동 몸체(111)는 수평 이동 거리 또는 X-축 이동 거리를 측정하고 그리고 방향 측정 게이지(112)는 수직 이동 거리 또는 Y-축 이동 거리를 측정하게 된다. 수직 이동 거리의 측정을 위한 다양한 구조가 적용되어 방향 측정 게이지(112)에 의하여 수직 이동 거리가 측정될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

고정 부재(16)는 길이 측정 부재(15)와 유사한 형상을 가질 수 있고 양 끝이 프레임 부재(14a, 14b)에 고정될 수 있다. 고정 부재(16)에 고정 블록(12a, 12b)이 정해진 위치에 고정될 수 있다. 고정 블록(12a, 12b)은 예를 들어 캔틸레버(C)와 같은 측정 대상물의 고정을 위한 것으로 고정 부재(16)에 적어도 하나가 설치될 수 있고 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 고정 블록(12a, 12b)은 고정 부재(16)와 결합되는 고정 유닛(121) 및 상기 캔틸레버(C)의 한쪽 끝이 고정되는 조임 유닛(122)으로 이루어질 수 있다. 고정 유닛(121)은 고정 부재(16)에 고정될 수 있는 적절한 구조를 가질 수 있고 예를 들어 고정 유닛(121)은 고정 부재(16)가 관통할 수 있는 있는 관통 홀 및 고정 버튼(121a)을 가질 수 있다. 고정 유닛(121)은 관통 홀에 삽입된 고정 부재(16)를 따라 이동 가능하고 그리고 고정 버튼(121a)에 의하여 정해진 위치에 고정될 수 있다. 고정 유닛(121)은 다양한 방법으로 고정 부재(16)에 고정될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 다른 한편으로 조임 유닛(122)은 캔틸레버(C)의 한쪽 끝을 고정할 수 있는 적절한 구조를 가질 수 있다. 캔틸레버(C)는 예를 들어 봉 형상 또는 다각형 막대 형상과 같은 다양한 형상을 가질 수 있고 조임 유닛(122)은 다양한 형상의 캔틸레버(C)의 한쪽 끝은 고정시키는 다양한 형상을 가질 수 있다. 추가로 고정 블록(12a, 12b)에 스트레인 게이지 및 로드 셀이 설치될 수 있다. 스트레인 게이지는 캔틸레버(C)의 인장력을 측정하기 위한 것으로 예를 들어 광섬유 센서 또는 압력 측정 센서와 같은 것이 될 수 있다. 다른 한편으로 로드 셀은 캔틸레버(C)에 결합되는 중량 고정 유닛(13)에 의한 중량을 측정하기 위한 것이다. 로드 셀은 예를 들어 스프링과 같은 탄성 수단의 변형을 이용하는 형태 또는 변형에 따른 용량, 저항 또는 압력이 변하는 형태와 같이 이 분야에서 공지된 임의의 형태가 될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

캔틸레버(C)의 양끝 또는 한 끝이 고정 블록(12a, 12b)에 고정될 수 있고 캔틸레버(C)에 중량 고정 유닛(13)이 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 중량 고정 유닛(13)은 캔틸레버(C)에 이동 가능하도록 고정될 수 있는 가압 블록(131) 및 중량 단위 블록(WB)의 적재를 위한 로딩 탭(132)으로 이루어질 수 있다. 가압 블록(131)에 의하여 중량 고정 유닛(13)이 캔틸레버(C)에 고정되고 그리고 가압 블록(131)에 한쪽 끝이 고정된 연장 부재(133)에 다른 끝에 형성된 로딩 탭(132)에 중량 단위 블록(WB)이 필요한 수만큼 적재될 수 있다. 그리고 적재된 중량 단위 블록(WB)의 수에 따른 중량이 고정 블록(12a, 12b)에 설치된 로드 셀에 의하여 측정될 수 있다.

본 발명에 따른 측정 장치(10)는 실험실용으로, 학습 교재용으로 또는 산업용이 될 수 있고, 필요에 따라 다양한 물리량의 측정을 위한 센서가 추가될 수 있다. 도 1b에 도시된 것처럼, 측정 장치(10)는 적절한 베이스 부재(19)를 포함할 수 있고 그리고 이에 의하여 측정 장치(10)는 고정 볼드(191)에 의하여 정해진 위치에 고정될 수 있다. 필요에 따라 베이스 부재(19)에 캐스터가 설치되어 측정 장치(10)가 이동 가능하도록 만들어질 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 측정 장치에 적용될 수 있는 고정 블록(12a) 및 중량 고정 유닛(13)의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 고정 블록(12a)은 고정 부재(16)에 고정 버튼(121a)에 의하여 고정되는 고정 유닛(121) 및 캔틸레버(C)를 고정하여 스트레인 및 중량의 측정이 가능하도록 하는 조임 유닛(122)으로 이루어질 수 있다. 고정 블록(12a)은 고정 버튼(121a)에 의하여 좌우 이동이 가능한 조임 플레이트(222)가 설치될 수 있고 그리고 조임 플레이트(222)의 좌우 이동에 의하여 고정 블록(12a)은 고정 부재(16)에 고정될 수 있고 필요에 따라 조임 플레이트(222)의 내부 표면에 널링(knurl)이 형성되거나 조임 플레이트(222)의 내부 면이 신축 소재로 될 수 있다.

고정 유닛(121)의 위쪽에 로드 셀(223)이 설치되어 위쪽에서 가해지는 힘의 크기 또는 중량이 측정될 수 있다. 그리고 조임 유닛(122)이 로드 셀(223)의 위쪽에 배치될 수 있다.

조임 유닛(122)은 캔틸레버의 한쪽 끝이 수용될 수 있는 고정 홈 및 고정 홈에 수용된 캔틸레버의 한쪽 끝에 압력을 가하여 조이기 위한 조임 돌기(221a)를 가진 조임 바(221)를 포함할 수 있다. 조임 바(221)는 조임 스크루(221b)에 의하여 상하 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 다른 한편으로 캔틸레버의 한쪽 끝에 가해지는 수평 방향의 힘에 따라 변형이 되는 스트레인 게이지(225)가 고정 홈에 설치될 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 스트레인 게이지(225)는 예를 들어 광섬유 브래그 센서와 같은 것이 될 수 있다.

도 2의 (나)를 참조하면, 중량 고정 유닛(13)은 캔틸레버의 한쪽 끝이 삽입되어 고정되는 체결 홀(231)을 가진 가압 블록(131), 가압 블록(131)의 아래쪽으로 연장되는 연장 부재(133) 및 연장 부재(133)의 끝 부분에 형성되어 중량 단위 블록이 위치될 수 있도록 하는 로딩 탭(132)으로 이루어질 수 있다. 체결 홀(231)은 길이 방향으로 중앙 부분이 돌출되면서 내부 면 전체가 실리콘 또는 고무와 같은 신축성 소재로 이루어질 수 있다. 또한 로딩 탭(132)은 연장 부재(133)의 연장 방향에 대하여 수직으로 연장되는 부재 형상이 될 수 있지만 중량 단위 블록의 구조에 따라 적절한 구조로 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

고정 블록(12a) 또는 중량 고정 유닛(13)은 캔틸레버를 고정하거나 또는 캔틸레버에 고정될 수 있는 적절한 구조로 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 측정 장치는 변위, 응력 및 중량과 같은 물리량이 동시에 측정되도록 하는 것에 의하여 각각의 측정을 위하여 개별적으로 측정 기기가 준비되어야 하는 불편함이 감소되도록 한다는 장점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 측정 장치는 어느 하나의 물리량의 변화에 따른 물리량의 변화의 동시 측정이 가능하다는 이점을 가진다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10: 측정 장치 11: 변위 게이지
12a, 12b: 고정 블록 13: 중량 고정 유닛
14a, 14b: 프레임 부재 15: 측정 부재
16: 고정 부재 19: 베이스 부재
111: 이동 몸체 111b: 이동 축
112: 방향 측정 게이지 112a: 다이얼
112b: 다이얼 112d: 이동 버튼
113c: 스핀들 블록 114: 결합 블록
114a: 측정 홈 121: 고정 유닛
121a: 고정 버튼 122: 조임 유닛
131: 가압 블록 132: 로딩 탭
133: 연장 부재 191: 고정 볼트
221: 조임 유닛 221a: 조임 돌기
222: 조임 플레이트 223: 로드 셀
225: 스트레인 게이지 231: 체결 홀

Claims (3)

1. 눈금이 표시된 길이 측정 부재(15);
   길이 측정 부재(15)와 평행하게 연장되는 고정 부재(16);
   길이 측정 부재(15)에 이동 가능하도록 결합되는 변위 게이지(11);
   고정 부재(16)의 정해진 위치에 고정될 수 있는 고정 블록(12a, 12b); 및
   고정 부재(12a, 12b)에 한쪽 또는 양끝이 고정되는 캔틸레버(C)에 고정되는 중량 고정 유닛(13)을 포함하고,
   상기 변위 게이지(11)는 상기 길이 측정 부재(15)를 따라 이동 가능한 이동 몸체(111) 및 이동 몸체(111)에 대하여 상하 이동이 가능하도록 설치되는 방향 측정 게이지(112)를 포함하는 다수 물리량의 측정 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 고정 블록(12a, 12b)은 상기 고정 부재(16)와 결합되는 고정 유닛(121) 및 상기 캔틸레버(C)의 한쪽 끝이 고정되는 조임 유닛(122)으로 이루어지는 다수 물리량의 측정 장치.

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