KR101893916B1 - 직류전압 기능 교정 장치 및 방법 - Google Patents

직류전압 기능 교정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다기능 미터 및 미터 교정기의 직류전압 기능 교정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다기능 미터 교정기의 직류전압 기능 교정 장치는 기준 포인트에 대해 기준값으로 교정되고, 제 1 플러스 단자, 제 1 마이너스 단자를 갖는 제 1 미터 교정기, 기준 포인트에 대해 기준값으로 교정되고, 제 2 플러스 단자, 제 1 마이너스 단자에 연결된 제 2 마이너스 단자를 갖는 제 2 미터 교정기, 제 1 플러스 단자와 연결되는 제 3 플러스 단자와 제 2 플러스 단자와 연결되는 제 3 마이너스 단자를 갖는 디지털 멀티 미터, 및 제 1 미터 교정기와 제 2 미터 교정기에 설정된 기준값에 근거하여 디지털 멀티 미터를 이용하여 전압값을 상향 변환 또는 하향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 직류전압을 교정하도록 제어하는 직류전압 교정 회로를 포함한다.

Description

직류전압 기능 교정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING DIRECT CURRENT VOLTAGE FUNCTIONS}
본 발명은 측정 장치에 관련된 것으로서, 다기능 미터 교정기의 직류전압 기능 교정 장치 및 방법에 관한 것이다.
다기능 미터, 및 미터 교정기는 스마트 통신 전자 기기, 전기 자동차, 의료 진단과 같은 미래 첨단 산업 분양에서 널리 사용되는 계측기이다. 다기능 미터 및 미터 교정기는 일예로, 최대 1킬로볼트(kV)의 직류전압, 최대 주파수 1메가헤르쯔(Mhz)의 교류전압, 1암페어(A)까지의 직류전류, 최대주파수 10Mhz(메가헤르쯔)의 교류전류, 1기가옴(GΩ)까지의 저항을 측정하는 다기능 계측기이다.
다기능 미터 교정기는 다기능 미터를 교정하기 위한 장비로서 다기능 미터의 직류전압, 교류전압, 직류전류, 교류전류, 및 저항의 다섯가지 측정 기능 별로 상술한 범위의 전압, 전류, 저항값을 교정할 수 있는 장치라고 할 수 있으며, 다기능 미터보다 더 높은 안정성을 갖는다. 기존에는 다기능 미터 교정기를 이용한 직류전압, 교류전압, 직류전류, 교류전류, 및 저항에 상위 국가 표준과의 직접 비교를 통해 교정 작업을 진행해야 한다.
하지만, 다기능 미터 교정기는 기능에 따라 다양한 포인트(교정을 위한 측정 직류전압, 교류전압, 직류전류, 교류전류, 및 저항)들에서 각각 교정을 해야 한다. 이러한 다기능 미터 교정기(또는, 다기능 미터)에서 교정하는 직류전압에 대해서 다양한 포인트들에서 교정을 할 때, 교정을 위한 포인트(직류전압)들의 개수가 증가할수록 더 많은 시간과 더 많은 비용을 필요로 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 직류전압에 대해 다양한 포인트의 교정을 위해 시간과 비용을 절감할 수 있는 다기능 미터 및 미터 교정기의 직류전압 기능 교정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다기능 미터 교정기의 직류전압에 대해 넓은 범위의 포인트들에 대해서 교정하는 직류전압 기능 교정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 직류전압 기능 교정 장치는 기준 포인트에 대해 기준값으로 교정되고, 제 1 플러스 단자, 제 1 마이너스 단자를 갖는 제 1 미터 교정기, 기준 포인트에 대해 상기 기준값으로 교정되고, 제 2 플러스 단자, 상기 제 1 마이너스 단자에 연결된 제 2 마이너스 단자를 갖는 제 2 미터 교정기, 상기 제 1 플러스 단자와 연결되는 제 3 플러스 단자와 상기 제 2 플러스 단자와 연결되는 제 3 마이너스 단자를 갖는 디지털 멀티 미터, 및 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 설정된 기준값에 근거하여 상기 디지털 멀티 미터를 이용하여 전압값을 상향 변환 또는 하향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 직류전압을 교정하도록 제어하는 직류전압 교정 회로를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 직류전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기 중 하나에 대해 상위 표준 기기를 통해 기준 표인트를 기준값으로 교정받으면, 상기 제 1 플러스 단자를 상기 제 2 마이너스 단자로 연결하고, 상기 제 1 마이너스 단자를 상기 제 2 플러스 단자로 연결하여 다른 미터 교정기에 마이너스 극성의 전압을 교정한다.
이 실시예에 있어서, 상기 직류전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 전압에 대해 합성 전압을 확장 포인트의 기준으로 상기 디지털 멀티 미터의 상기 제 3 플러스 단자의 플러스 극성 포인트와 상기 제 3 마이너스 단자의 마이너스 극성 포인트를 교정을 통해 상향 확장한다.
이 실시예에 있어서, 상기 직류전압 교정 회로는 상향 확장에 따른 동작의 n번 반복을 통해 상기 기준값에 대해 2n배 또는 2n+1배에 해당하는 포인트들을 교정한다.
이 실시예에 있어서, 상기 직류전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 포인트들 가운데 최소 포인트를 정수 배로 나눈 것에 대응되는 낮은 포인트를 가상 기준 포인트로 결정하고, 상기 상향 확장을 통해 획득한 값과 상기 최소 포인트의 기준값과 비교하여 상태 편차를 획득하고, 상기 상태 편차만큼 상기 가상 기준 포인트에 부여된 가상의 기준값을 교정하여 상기 가상 기준 포인트를 교정한다.
이 실시예에 있어서, 상기 직류전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 합성 전압을 상기 디지털 멀티 미터로 측정하고, 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 차 전압을 측정한 후, 상기 합성 전압과 상기 차 전압으로부터 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 출력값의 계산을 통해 최소 포인트의 절반에 해당하는 포인트를 교정을 통해 하향 확장한다.
이 실시예에 있어서, 상기 직류전압 교정 회로는 상기 하향 확장에 따른 동작을 n번 반복을 통해 상기 기준값에 대해 1/2n배에 해당하는 포인트들을 교정한다.
본 발명에 따른 직류전압 기능 교정 방법은 제 1 미터 교정기와 제 2 미터 교정기 중 하나에 대해 상위 표준 기기를 통해 기준 포인트를 기준값으로 교정받는 단계, 제 1 미터 교정기의 제 1 플러스 단자를 상기 제 2 미터 교정기의 제 2 마이너스 단자로 연결하고, 상기 제 2 미터 교정기의 제 2 플러스 단자를 상기 제 1 미터 교정기의 제 1 마이너스 단자로 연결하여 다른 미터 교정기에 마이너스 극성의 전압을 교정하는 단계, 상기 제 1 플러스 단자는 디지털 멀티 미터의 제 3 플러스 단자에 연결되고, 상기 제 2 플러스 단자는 상기 디지털 멀티 미터의 제 3 마이너스 단자에 연결되고, 상기 제 1 마이너스 단자는 상기 제 2 마이너스 단자에 연결하는 단계, 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 전압에 대해 합성 전압을 확장 포인트의 기준으로 디지털 멀티 미터의 플러스 극성 포인트와 마이너스 극성 포인트를 교정하는 단계, 및 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 설정된 기준값에 근거하여 상기 디지털 멀티 미터를 이용하여 전압값을 상향 변환 또는 하향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 직류전압을 교정하도록 제어하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 상향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 직류전압을 교정하도록 제어하는 단계는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 전압에 대해 합성 전압을 확장 포인트의 기준으로 상기 디지털 멀티 미터의 상기 제 3 플러스 단자의 플러스 극성 포인트와 상기 제 3 마이너스 단자의 마이너스 극성 포인트를 교정 동작의 반복을 통해 상향 확장한다.
이 실시예에 있어서, 상기 상향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 직류전압을 교정하도록 제어하는 단계는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 포인트들 가운데 최소 포인트를 정수 배로 나눈 것에 대응되는 낮은 포인트를 가상 기준 포인트로 결정하는 단계, 상기 상향 확장을 통해 획득한 값과 상기 최소 포인트의 기준값과 비교하여 상태 편차를 획득하는 단계, 및 상기 상태 편차만큼 상기 가상 기준 포인트에 부여된 가상의 기준값을 교정하여 상기 가상 기준 포인트를 교정하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 하향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 직류전압을 교정하도록 제어하는 단계는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 합성 전압을 상기 디지털 멀티 미터로 측정하는 단계, 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 차 전압을 측정하는 단계, 및 상기 합성 전압과 상기 차 전압으로부터 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 출력값의 계산을 통해 최소 포인트의 절반에 해당하는 포인트를 교정을 통해 하향 확장하는 단계를 포함한다.
본 발명의 직류전압 기능 교정 방법은 기능에 따른 기준 포인트 하나를 기준으로 교정하면, 넓은 범위의 포인트들을 표준에 부합하도록 교정할 수 있음으로, 직류전압 교정을 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다기능 미터 교정기의 직류전압 기능 교정 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 직류전압 교정 회로에서 직류전압의 상향 교정 동작을 예시적으로 도시한 순서도, 및
도 3은 본 발명에 따른 직류전압 교정 회로에서 직류전압의 하향 교정 동작을 예시적으로 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 다기능 미터, 및 다기능 미터 교정기의 직류전압을 교정하기 위한 직류전압 기능 교정 장치 및 방법을 제공한다. 하기의 설명에서는 설명의 편의를 위하여 미터 교정기(즉, 다기능 미터 교정기)를 기준으로 설명하기로 하며, 다기능 미터 교정기 대신에 다기능 미터를 이용하면, 다기능 미터의 직류전압을 교정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다기능 미터 교정기의 직류전압 기능 교정 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 직류전압 기능 교정 장치(100)는 제 1, 및 제 2 미터 교정기(Meter Calibrator)들(110, 120), 디지털 멀티 미터(DMM: Digital Multi Meter)(130), 및 직류전압 교정 회로(140)를 포함한다.
제 1 미터 교정기(110)는 제 1 플러스(+) 단자(111)와 제 1 마이너스(-) 단자(112)를 포함한다.
제 2 미터 교정기(120)는 제 2 플러스 단자(121)와 제 2 마이너스 단자(122)를 포함한다. 여기서, 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 제 1 마이너스 단자(112)와 제 2 마이너스 단자(122)는 상호 간에 연결된다.
디지털 멀티 미터(130)는 제 3 플러스 단자(131)와 제 3 마이너스 단자(132)를 포함한다. 이때, 제 3 플러스 단자(131)는 제 1 미터 교정기(110)의 제 1 플러스 단자(111)와 연결되고, 제 3 마이너스 단자(132)는 제 2 미터 교정기(120)의 제 2 플러스 단자(121)와 연결된다. 디지털 멀티 미터(130)는 고분해능 디지털 멀티 미터일 수 있다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1, 및 제 2 미터 교정기들(110, 120)과 디지털 멀티 미터(130)에 연결된다. 이를 통해, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1, 및 제 2 미터 교정기들(110, 120)과 디지털 멀티 미터(130)의 동작 제어를 통해, 플러스 단자들(111, 121, 131)과 마이너스 단자들(112, 122, 132)을 통해 입력되는 직류전압 값으로 포인트 교정 및 교정된 포인트를 이용한 직류전압의 출력 동작을 제어한다.
한편, 제 1, 및 제 2 미터 교정기들(110, 120) 또는 디지털 멀티 미터(130)는 다양한 범위의 직류전압을 측정하는 장비로서, 직류전압의 측정 범위는 -100mV ~ 100mV, -1V ~ 1V, -10V ~10V, -100V~100V, -1000V ~ 1000V(또는, -220mV ~ 220mV, -2.2V ~ 2.2V, -22V ~ 22V, -220V ~ 220V, -1000V ~ 1000V)과 같은 다수의 십진수 구간으로 나누어진다.
예를 들면, 제 1 미터 교정기(110)의 기준 포인트에 대한 기준값이 일예로, 10V로 주어질 수 있다. 하지만, 기준 포인트에 대한 기준값인 10V는 예시적으로 설명된 것으로, 10V이외의 다른 다양한 값들로 설정될 수 있다. 이때, 기준값은 상위 표준 기관에서 제공되는 장비, 일예로 제너 표준기와 같은 상위 표준 기기를 기준으로 설정된다. 이후, 제 1 미터 교정기(110)를 기준으로 디지털 멀티 미터(130)를 통해 음의 기준값(-10V)의 기준 포인트를 교정할 수 있다. 디지털 멀티 미터(130)는 제 1 미터 교정기(110)를 통해 10V의 기준값으로 기준 포인트를 교정하고, 디지털 멀티 미터(130)를 사용하여 제 2 미터 교정기(120)를 교정한다.
하기에서는 기준 포인트를 중심으로 직류전압에 대해 상향 범위에 대한 교정과 하향 범위에 대한 교정에 대해 설명한다. 하기에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 미터 교정기(110)와 디지털 멀티 미터(130)의 지시값이 양의 극성 갖고, 제 2 미터 교정기(120)의 지시값이 음의 극성을 갖는 것을 기준으로 설명된다. 하지만, 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)는 구현에 따라 다른 극성을 갖도록 설정될 수도 있다.
우선, 제 1, 및 제 2 미터 교정기들(110, 120) 중 하나에 대해 표준에 부합하는 기준 포인트 하나가 교정된다.
첫 번째로, 직류전압 교정 회로(140)는 미리 교정된 포인트들 중 하나를 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)에 각각 + 극성과 ??극성으로 설정한다. 이후, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 합성 전압을 확장 포인트의 기준으로 이용하여 디지털 멀티 미터(130)의 확장 포인트를 교정한다. 직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)의 확장 포인트를 기준으로 제 1 미터 교정기(110)의 플러스 극성 포인트와 제 2 미터 교정기(120)의 마이너스 극성 포인트를 교정할 수 있다.
두 번째로, 직류전압 교정 회로(140)는 미리 교정된 포인트들 가운데 하나를 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)에 각각 + 극성과 ??극성으로 설정한다. 그리고, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)에 설정된 극성들의 합성 전압을 미리 교정된 디지털 멀티 미터(130)의 값으로 측정하고, 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 차 전압을 측정한 후 합 전압과 차 전압값으로부터 두 개의 미터 교정기의 출력값을 계산하여 최소 포인트의 절반에 해당하는 포인트를 교정할 수 있다.
세 번째로, 직류전압 교정 회로(140)는 미리 교정된 포인트들 가운데 최소 포인트를 정수 배로 나눈 것에 해당하는 낮은 포인트를 가상 기준 포인트로 결정한다. 직류전압 교정 회로(140)는 가상의 기준값을 결정된 기준 포인트로 임시 부여하고, 가상 기준 포인트에서 최소 포인트로 첫 번째로 설명된 상향 확장 교정과정을 수행하여 얻은 값과 최소 포인트의 기준값과 비교하여 상대 편차를 획득한다. 직류전압 교정 회로(140)는 상대편차만큼 가상 기준 포인트에 부여된 가상의 기준값을 교정하여, 가상 기준 포인트를 교정할 수 있다.
직류전압 교정 회로(140)는 예를 들면, 제 1 미터 교정기(110)의 하나의 포인트에 대해 상위 표준 기기를 통해 직류전압값을 교정하면, 제 1 미터 교정기(110)의 다른 다수의 포인트들 및 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)의 다수의 포인트들을 상향 또는 하향 변환을 통해 교정할 수 있다.
이를 통해, 상위 표준 기기를 사용하여 모든 포인트들을 교정할 필요없이 하나의 포인트만의 교정을 통해 다른 포인트들을 교정할 수 있으므로, 미터 교정기(또는, 다기능 미터, 다기능 미터 교정기)의 직류전압 기능의 교정에 시간과 비용을 감소시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 직류전압 기능 교정 장치에 따른 상향 범위 교정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1 미터 교정기(110)의 하나의 기준 포인트에 대해 상위 표준 기기(미도시)를 통해 직류전압값인 기준값(10V)을 교정한다(S110단계). 여기서는, 기준값을 설명의 편의를 위하여 10V로 설정하였지만, 10V이외의 다른 직류전압값으로 설정할 수도 있다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)의 기준값를 사용하여 제 2 미터 교정기(120)의 기준 포인트를 교정한다(S120단계). 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)는 10V의 기준값으로 제 2 미터 교정기(120)의 -10V 포인트를 교정한다. 이때, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)의 제 1 플러스 단자(111)를 제 2 미터 교정기(120)의 제 2 마이너스 단자(122)에 연결하고, 제 1 미터 교정기(110)의 제 1 마이너스 단자(112)를 제 2 미터 교정기(120)의 제 2 플러스 단자(121)에 연결되도록 스위치 등을 통해 제어할 수 있다. 이를 통해, 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 플러스 단자들(111, 121)과 마이너스 단자들(112, 122)은 상호 간에 교차하여 연결된다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)로 디지털 멀티 미터(130)의 기준값의 두 배의 포인트로 교정한다(S130단계). 직류전압 교정 회로(140)는 도 1에서와 같은 연결 상태에서, 제 1 미터 교정기(110)를 10V로 출력하도록 제어하고, 제 2 미터 교정기(120)를 -10V로 출력하도록 제어하면, 디지털 멀티 미터(130)의 값은 20V로 설정할 수 있다. 이때, 디지털 멀티 미터(130)의 제 3 플러스 단자(131)를 통해 10V의 전압이 입력되고, 제 3 마이너스 단자(132)를 통해 -10V의 전압이 입력되면, 마이너스 극성을 갖는 제 3 마이너스 단자(133)를 통한 입력이므로 10V가 되어 합성 출력은 20V가 된다.
여기서, S110단계 내지 S130단계는 대입법이라는 기법이라 한다. 이를 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)의 기본 교정이라 한다.
직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)를 사용하여 제 1 미터 교정기(110)를 이전에 교정된 포인트의 두 배의 포인트를 교정한다(S140단계). 직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)를 교정된 20V로 출력하도록 제어하여 제 1 미터 교정기(110)의 20V의 포인트를 교정한다.
직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)를 사용하여 제 2 미터 교정기(110)를 이전에 교정된 포인트의 두 배의 포인트를 교정한다(S150단계). 직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)를 교정된 20V로 출력하도록 제어하여 제 1 미터 교정기(110)의 -20V의 포인트를 교정한다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)를 사용하여 디지털 멀티 미터(130)를 교정한다(S160단계). 이때, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)를 교정 포인트인 20V로 출력하도록 제어하고, 제 2 미터 교정기(120)를 교정 포인트인 -20V로 출력하도록 제어하면, 디지털 멀티 미터(130)에 기존에 교정된 포인트의 두 배인 40V의 포인트를 교정할 수 있다. 직류전압 교정 회로(140)는 교정 동작이 완료되었는지 판단한다(S170단계). 이때, 직류전압 교정 회로(140)는 교정 동작이 완료되면, 종료한다.
하지만, 직류전압 교정 회로(140)는 교정 동작이 완료되지 않은 경우, S140단계로 진행한다. 이후, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)를 두 배의 포인트를 교번하여 상호 간에 교정하면, 위에서 교정한 10V, 20V, 및 40V의 포인트 이후에, 80V, 160V의 순서로 계속하여 확장된 포인트를 교정할 수 있다. 이를 통해, 이전에 확장된 포인트를 새로운 기준 포인트로 2배씩 확장하는 방법의 n번 반복을 통해 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)를 2n배에 해당하는 포인트에서 기본 교정하는 것이 가능하다.
이와 달리, S160단계에서, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)를 10V로 출력하도록 제어하고, 제 2 미터 교정기(120)를 -20V로 출력하도록 제어하면, 디지털 멀티 미터(130)의 30V의 포인트를 교정할 수 있다. 이후, 직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)의 출력을 30V로 하여 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 30V의 포인트를 교정한다. 제 1 미터 교정기(110)에서 10V를 출력하도록 제어하고, 제 2 미터 교정기(120)에서 -30V를 출력하도록 제어하면, 디지털 멀티 미터(130)의 40V의 포인트를 교정할 수 있다. 이와 같은 방식을 확장하는 방법은 2n+1에 해당하는 포인트들을 교정할 수 있다.
이를 통해, 기준 포인트의 k배 간격으로 확장하는 것이 가능하며, 기준 포인트의 kn+ㅣ배수에 해당하는 포인트들을 교정할 수 있다. 여기서, k와 l은 0, 1, 2, ...의 값을 갖는다.
상술한 동작의 하나의 예로서, 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 조합은 확장 단계별로 더욱 다양하게 설정될 수 있다. n회의 확장의 교정 포인트 Pn은 초기부터 직전 확장 단계에서 획득된 배수들 중에서 하나를 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)에 설정하고, 디지털 멀티 미터(130)에 의해 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 합으로 결정되므로, 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016028500680-pat00001
여기서, n은 자연수(1, 2, 3, ...)이다. an은 제 1 미터 교정기(110)의 배수로 2n- 1이하의 양의 정수이고, bn은 제 2 미터 교정기(120)의 배수로 2n- 1이하의 양의 정수이다. P0는 기준 포인트이다.
수학식 1로부터 확장 전압값에 대한 수학식을 나타내면 교정 포인트 Pn에 대한 어느 미터 교정기 또는 디지털 멀티 미터(130)의 교정값을 Vn을 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016028500680-pat00002
여기서,
Figure 112016028500680-pat00003
은 an+bn 조합에 대한 교정값의 상대적인 보정값이고, V0는 기준 포인트의 기준값이다.
제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)의 측정 범위는 10V 이하, 100V 이하, 1000V 이하와 같이 십진 구간으로 나뉘어지므로, 기준 전압의 10배 단위로 구간을 구분하여 교정해야 한다.
예를 들면, 직류전압 교정 회로(140)는 10V를 초기 기준 전압으로 교정한 경우, 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)에서 10V, 30V, 50V, 70V, 90V, 100V를 교정하여 100V이하의 범위를 교정한다. 여기서, 직류전압 교정 회로(140)는 교정된 100V를 기준 전압으로 설정하면, 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)에서 300V, 500V, 700V, 900V, 1000V를 교정한다. 이와 같이, 다음 구간에 대해서는 직류전압 교정 회로(140)는 직전 구간의 최대 포인트를 새로운 기준 포인트로 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)를 교정하는 동작을 반복할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 직류전압 교정 회로에서 직류전압의 하향 교정 동작을 예시적으로 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 미터 교정기(110)의 하나의 기준 포인트에 대해 상위 표준 기기(미도시)를 통해 직류전압값인 기준값(10V)을 교정한다(S210단계). 여기서는, 기준값을 설명의 편의를 위하여 10V로 설정하였지만, 10V 이외의 다른 직류전압값으로 설정할 수도 있다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)의 기준값를 사용하여 제 2 미터 교정기(120)의 기준 포인트를 교정한다(S220단계). 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)는 10V의 기준값으로 제 2 미터 교정기(120)의 -10V 포인트를 교정한다. 이때, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)의 제 1 플러스 단자(111)를 제 2 미터 교정기(120)의 제 2 마이너스 단자(122)에 연결하고, 제 1 미터 교정기(110)의 제 1 마이너스 단자(112)를 제 2 미터 교정기(120)의 제 1 플러스 단자(121)에 연결되도록 스위치 등을 통해 제어할 수 있다. 이를 통해, 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 플러스 단자들(111, 121)과 마이너스 단자들(112, 122)은 상호 간에 교차하여 연결된다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)로 디지털 멀티 미터(130)의 기준값의 두 배의 포인트로 교정한다(S230단계). 직류전압 교정 회로(140)는 도 1에서와 같은 연결 상태에서, 제 1 미터 교정기(110)를 10V로 출력하도록 제어하고, 제 2 미터 교정기(120)를 -10V로 출력하도록 제어하면, 디지털 멀티 미터(130)의 값은 20V로 설정할 수 있다. 이때, 디지털 멀티 미터(130)의 제 3 플러스 단자(131)를 통해 10V의 전압이 입력되고, 제 3 마이너스 단자(132)를 통해 -10V의 전압이 입력되면, 마이너스 극성을 갖는 제 3 마이너스 단자(132)를 통한 입력이므로 10V가 되어 합성 출력은 20V가 된다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)를 이전 교정 포인트의 절반으로 설정하고, 디지털 멀티 미터(130)를 이용하여 설정된 값을 측정한다(S240단계). 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)를 5V로 설정하고, 설정된 5V의 값을 출력하도록 제어한다. 이후, 직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)를 이용하여 제 1 미터 교정기(110)의 출력값(V1)을 측정한다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 2 미터 교정기(120)를 이전 교정 포인트의 절반으로 설정하고, 디지털 멀티 미터(130)를 이용하여 설정된 값을 측정한다(S250단계). 직류전압 교정 회로(140)는 제 2 미터 교정기(120)를 -5V로 설정하고, 설정된 -5V의 값을 출력하도록 제어한다. 이후, 직류전압 교정 회로(140)는 디지털 멀티 미터(130)를 이용하여 제 2 미터 교정기(120)의 출력값(V1)을 측정한다.
직류전압 교정 회로(140)는 양극성 지시값(+5V)이 읽혀지도록 디지털 멀티 미터(130)의 입력 극성을 설정한다. 이를 통해, 출력값 V1과 V2를 획득할 수 있다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)를 반대 극성으로 직렬 연결하여 디지털 멀티 미터(S240)로 측정한다(S260단계). 이때, 디지털 멀티 미터(130)에서 측정된 값을 U3라 한다. 예를 들어, 제 1 미터 교정기(110)를 5V로 설정하고, 제 2 미터 교정기(120)를 -5V로 설정할 때, 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)의 출력값을 미지수 X1, -X2로 각각 정의한다. X1과 X2는 양수이고,
Figure 112016028500680-pat00004
의 관계를 갖는다. X1과 X2의 값을 더하면, U3(X1 + X2 = U3)가 된다. 일반적으로, 제 1 및, 제 2 미터 교정기들(110, 120) 간의 값의 차이가 매우 작고, 고분해능을 갖는 디지털 멀티 미터(130)의 선형성은 우수하다. 이는 하기의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112016028500680-pat00005
이를 통해, X1과 X2는 하기의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016028500680-pat00006
Figure 112016028500680-pat00007
수학식 4를 이용하여 직류전압 교정 회로(140)는 두 개의 미터 교정기의 5V의 출력값을 획득할 수 있다.
직류전압 교정 회로(140)는 수학식 4를 이용하여 제 1 미터 교정기(110)와 제 2 미터 교정기(120)를 이전 교정 포인트의 절반으로 교정한다(S270단계). 이때, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)에서 5V의 포인트를 교정하고, 와 제 2 미터 교정기(120)에서 -5V의 포인트를 교정한다.
직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110)(또는, 제 2 미터 교정기(120))를 이용하여 디지털 멀티 미터(130)를 교정한다.
이를 통해, 직류전압 교정 회로(140)는 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)를 기준 포인트의 절반인 5V 포인트로 교정한다.
직류전압 교정 회로(140)는 교정 동작이 완료되었는지 판단한다(S290단계). 직류전압 교정 회로(140)는 교정 동작이 완료되면, 종료한다. 하지만, 직류전압 교정 회로(140)는 교정 동작이 완료되지 않으면, 하향 교정을 위해, S240단계로 진행한다.
이와 같이, 이전 단계에서 하향 확장된 포인트를 새로운 기준 포인트로 삼아 위와 같은 하향 확장 과정을 n번 반복하면, 이전 교정 포인트의 절반씩 교정 포인트를 하향 확장하여 제 1 미터 교정기(110), 제 2 미터 교정기(120), 및 디지털 멀티 미터(130)를 5V, 2.5V, 1.25V, 0.625V, 0.3125V와 같이 기준 포인트의 1/2n에 해당하는 포인트를 교정할 수 있다.
이와 달리, 수학식 2를 역으로 설정하면, 하향 확장을 위한 초기 기준값 V0에 대응되는 기준 포인트 P0를 정수배로 나눈 것에 해당하는 포인트로 하향 교정 포인트로 결정하고, 하향 교정 포인트를 기준 포인트 P-n으로 설정하고, 그 값을 X라 정의한다. 기준 포인트 P0와 P-n의 배율 정수값을 만들 상향 확장 방식을 선택하고, 확장 횟수 n, 확장 정수 an과 bn을 결정한다. X값으로 임의의 예측값을 가상 기준값으로 결정(예를 들면, 디지털 멀티 미터(130)의 보정값을 0으로 결정)하고, 수학식 2의 n회 확장 교정을 수행한다. 이때, 가상 기준값 X로부터 확장된 값(Y)을 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016028500680-pat00008
만약, 가상 기준 포인트값 X가 정확하면, Y의 값은 원래의 기준값 V0가 되어야 한다. 즉, 원하는 하향 교정 포인트 P-n의 실제값을 vn으로 정의하면 하기의 수학식 6이 성립한다.
Figure 112016028500680-pat00009
Y와 V0가 차이가 있으면, 그 차이값을 구할 수 있다. 상대적인 차이를 d로 결정하면 하기의 수학식 7이 성립한다.
Figure 112016028500680-pat00010
이를 통해, 하기의 수학식 8을 획득할 수 있다.
Figure 112016028500680-pat00011
교정하고자 하는 하향 교정 포인트 P-n의 실제값을 vn으로 가정하면, 하기의 수학식 9를 획득할 수 있다.
Figure 112016028500680-pat00012
이와 같이, 가상의 기준 포인트를 설정하고, 가상의 기준 포인트로부터 상향 교정을 수행하여 나온 결과값을 기존의 교정된 값과 비교하여 가상의 기준 포인트값의 보정을 통해 하향 변환을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 10V의 초기 기준 포인트를 1V로 하향 확장할 수 있고, 1V 포인트의 교정값을 획득하면, 3V, 5V, 7V, 9V의 포인트에 대해서 도 2의 상향 확장을 적용하여 교정을 수행할 수 있다. 또는, 1/2n에 대응되는 낮은 포인트의 교정 방식과 조합하여 다양한 하향 포인트의 교정을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 첫 번째 하향 확장 방법으로, 10V의 초기 기준 포인트로 5V로 하향 확장할 수 있고, 이후, 가상의 1V 기준값을 5V로 상향 확장을 수행(1V -> 2V -> 3V -> 5V)하여 최종 단계의 d를 획득한다. 그리고, 수학식 6을 이용하여 1V 포인트의 교정값을 획득할 수 있다. 그리하면, 직전에 수행된 가상의 상향확장 과정에서 획득된 값들을 사용하여 2V, 3V의 교정값도 계산할 수 있다. 1V, 2V, 3V, 5V의 조합으로 상향 확장을 통해 4V, 6V, 7V, 8V, 9V의 교정도 가능하다.
본 발명에서는 다기능 미터(또는 미터 교정기)를 기능별로 기준 포인트 하나를 기준으로 자체 교정을 할 수 있음으로, 넓은 범위의 표준 소급성을 적은 비용과 시간을 사용하여 효율적으로 확보할 수 있다. 본 발명에서 설명된 교정은 해당 계측 장비의 지시값을 상위 표준에 소급되도록 관계 고리를 형성하는 것을 의미한다. 본 발명에서 교정은 필요 시 해당 계측 장비의 조정까지 하는 것이 아니고, 표준 소급성 관계 고리의 형성을 의미하며, 지시값과 표준값과의 차이까지 구하는 동작을 의미한다.
이를 통해, 본 발명에서는 고분해능의 디지털 멀티 미터(130)는 미터 교정비보다 안정도 성능이 떨어지지만, 짧은 시간 동안 제 1, 및 제 2 미터 교정기들(110, 120)을 측정하는데 성능 상의 문제가 발생되지 않는다. 그러므로, 디지털 멀티 미터(130)의 고분해능을 매개 역할로만 활용한다. 이를 위해, 제 2 미터 교정기(120)와 디지털 멀티 미터(130)도 제 1 미터 교정기(110)와 함께 교정된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 직류전압 기능 교정 장치 110, 120: 미터 교정기들
130: 디지털 멀티 미터 140: 직류전압 교정 회로

Claims (11)

  1. 전압 기능 교정 장치에 있어서,
    기준 포인트에 대해 기준값으로 교정되고, 제 1 플러스 단자, 제 1 마이너스 단자를 갖는 제 1 미터 교정기;
    기준 포인트에 대해 상기 기준값으로 교정되고, 제 2 플러스 단자, 상기 제 1 마이너스 단자에 연결된 제 2 마이너스 단자를 갖는 제 2 미터 교정기;
    상기 제 1 플러스 단자와 연결되는 제 3 플러스 단자와 상기 제 2 플러스 단자와 연결되는 제 3 마이너스 단자를 갖는 디지털 멀티 미터; 및
    상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 설정된 기준값에 근거하여 상기 디지털 멀티 미터를 이용하여 전압값을 상향 변환 또는 하향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 전압을 교정하도록 제어하는 전압 교정 회로를 포함하는 전압 기능 교정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기 중 하나에 대해 상위 표준 기기를 통해 기준 포인트를 기준값으로 교정받으면, 상기 제 1 플러스 단자를 상기 제 2 마이너스 단자로 연결하고, 상기 제 1 마이너스 단자를 상기 제 2 플러스 단자로 연결하여 다른 미터 교정기에 마이너스 극성의 전압을 교정하는 전압 기능 교정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 전압에 대해 합성 전압을 확장 포인트의 기준으로 상기 디지털 멀티 미터의 상기 제 3 플러스 단자의 플러스 극성 포인트와 상기 제 3 마이너스 단자의 마이너스 극성 포인트를 교정을 통해 상향 확장하는 전압 기능 교정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전압 교정 회로는 상향 확장에 따른 동작의 n번 반복을 통해 상기 기준값에 대해 2n배 또는 2n+1배에 해당하는 포인트들을 교정하는 전압 기능 교정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 포인트들 가운데 최소 포인트를 정수 배로 나눈 것에 대응되는 낮은 포인트를 가상 기준 포인트로 결정하고, 상기 상향 확장을 통해 획득한 값과 상기 최소 포인트의 기준값과 비교하여 상태 편차를 획득하고, 상기 상태 편차만큼 상기 가상 기준 포인트에 부여된 가상의 기준값을 교정하여 상기 가상 기준 포인트를 교정하는 전압 기능 교정 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 교정 회로는 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 합성 전압을 상기 디지털 멀티 미터로 측정하고, 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 차 전압을 측정한 후, 상기 합성 전압과 상기 차 전압으로부터 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 출력값의 계산을 통해 최소 포인트의 절반에 해당하는 포인트를 교정을 통해 하향 확장하는 전압 기능 교정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 교정 회로는 상기 하향 확장에 따른 동작을 n번 반복을 통해 상기 기준값에 대해 1/2n배에 해당하는 포인트들을 교정하는 전압 기능 교정 장치.
  8. 전압 기능 교정 방법에 있어서,
    제 1 미터 교정기와 제 2 미터 교정기 중 하나에 대해 상위 표준 기기를 통해 기준 포인트를 기준값으로 교정받는 단계;
    제 1 미터 교정기의 제 1 플러스 단자를 상기 제 2 미터 교정기의 제 2 마이너스 단자로 연결하고, 상기 제 2 미터 교정기의 제 2 플러스 단자를 상기 제 1 미터 교정기의 제 1 마이너스 단자로 연결하여 다른 미터 교정기에 마이너스 극성의 전압을 교정하는 단계;
    상기 제 1 플러스 단자는 디지털 멀티 미터의 제 3 플러스 단자에 연결되고, 상기 제 2 플러스 단자는 상기 디지털 멀티 미터의 제 3 마이너스 단자에 연결되고, 상기 제 1 마이너스 단자는 상기 제 2 마이너스 단자에 연결하는 단계;
    상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 전압에 대해 합성 전압을 확장 포인트의 기준으로 상기 디지털 멀티 미터의 상기 제3 플러스 단자의 플러스 극성 포인트와 상기 디지털 멀티 미터의 상기 제3 마이너스 단자의 마이너스 극성 포인트를 교정하는 단계; 및
    상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 설정된 기준값에 근거하여 상기 디지털 멀티 미터를 이용하여 전압값을 상향 변환 또는 하향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 전압을 교정하도록 제어하는 단계를 포함하는 전압 기능 교정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 전압을 교정하도록 제어하는 단계는
    상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 전압에 대해 합성 전압을 확장 포인트의 기준으로 상기 디지털 멀티 미터의 상기 제 3 플러스 단자의 플러스 극성 포인트와 상기 제 3 마이너스 단자의 마이너스 극성 포인트를 교정 동작의 반복을 통해 상향 확장하는 전압 기능 교정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 전압을 교정하도록 제어하는 단계는
    상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기에 교정된 포인트들 가운데 최소 포인트를 정수 배로 나눈 것에 대응되는 낮은 포인트를 가상 기준 포인트로 결정하는 단계;
    상기 상향 확장을 통해 획득한 값과 상기 최소 포인트의 기준값과 비교하여 상태 편차를 획득하는 단계; 및
    상기 상태 편차만큼 상기 가상 기준 포인트에 부여된 가상의 기준값을 교정하여 상기 가상 기준 포인트를 교정하는 단계를 포함하는 전압 기능 교정 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하향 변환을 통해 다른 포인트들에 대해 전압을 교정하도록 제어하는 단계는
    상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 합성 전압을 상기 디지털 멀티 미터로 측정하는 단계;
    상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 차 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 합성 전압과 상기 차 전압으로부터 상기 제 1 미터 교정기와 상기 제 2 미터 교정기의 출력값의 계산을 통해 최소 포인트의 절반에 해당하는 포인트를 교정을 통해 하향 확장하는 단계를 포함하는 전압 기능 교정 방법.
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