KR102550040B1 - 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템에 대한 것으로서, 특히 용접기의 용접 시 출력 전압의 전체 기울기를 1차 보정하고, 1차 보정된 용접 시 출력 전압의 구간 기울기를 2차 보정하는 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템은 용접기의 용접 시 출력 전원을 하드웨어 보정기로 전체 출력 전원에 대해 1차 보정하고, 소프트웨어 보정기로 구간별 용접 시 출력 전원을 2차 보정하여 용접기의 용접 시 출력 전원의 전체 구간을 정밀하게 보정할 수 있다.
Description
본 발명은 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템에 대한 것으로서, 특히 용접기의 용접 시 출력 전원의 전체 기울기를 1차 보정하고, 1차 보정된 용접 시 출력 전원의 구간 기울기를 2차 보정하는 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템에 관한 것이다.
[이 발명을 지원한 연구개발사업]
[과제고유번호] Y202004
[부처명] 경기도
[연구관리전문기관] (제)경기테크노파크
[연구사업명] 기업주도(특화분야) - 제조업 혁신분야
[연구과제명] 중소 조선용 ICT 클라우드 기반 수동용접전원 및 보급형 원격 모니터링 시스템 개발
[주관연구기관] 우성기전㈜
[연구기간] 2020.03.01.~2021.02.28.
일반적으로 CO2, TIG 등의 용접장비를 사용함에 있어서, 작업용접전류 및 전압을 확인하는 방법으로 용접 시에 발생하는 용접전류와 용접전압를 측정하여 아날로그식 디스플레이 장치에 표시한다. 전류의 경우에는 션트(Shunt) 및 홀 센서(Hall Sensor) 등을 이용하여 전류를 전압으로 변환하고 아날로그식 메터에서 디스플레이 하는 방법이 가장 일반적이며, 전압의 경우에는 직접 아날로그식 메터에 연결하여 전압을 표시한다. 아날로그 메터의 작동원리는 메터 내의 작은 코어에 권선을 하여 미세한 전류를 흘리고 전류의 세기에 따라 자기장의 세기가 변동되어 디스플레이 바늘이 움직이도록 하는 방법을 사용한다. 하지만, 아날로그 메터는 기본적으로 정확도가 좋지 않으며, 시간이 흐름에 따라 부품의 노후화로 측정된 수치가 정확하지 않게 되는 문제가 있다.
한편, 현장에서는 이런 디스플레이의 정확도(측정값의 정확도)를 유지하기 위하여 1년에 한번씩 디스플레이 장치의 캘리브레이션을 진행하며, 아날로그 메터에 바늘의 기준점을 조금 움직여 놓는 것으로 원하는 구간에서의 수치만이 맞도록 조정하고 있다. 하지만, 이런 방식으로는 전 구간의 수치를 오차범위 내로 정확하게 표시하는 것이 불가능하다. 이런 문제를 해결하기 위한 방법으로 디지털 메터의 도입이 늘어나고 있으나, 디지털 메터의 방식 또한, 아날로그 전압을 검출하여 디지털로 표시하는 방법(ADC)으로 기본적으로 아날로그 전압의 센싱 및 디지털 변환 방식이 1차 선형으로 작동된다. 이때 실제값과 측정값의 오차를 줄일 방법으로 기울기 및 오프셋을 조정하는 볼륨을 내장하여 조정하나, 이러한 방식으로는 전 구간의 실제값과 측정값의 차이를 오차범위 내에 들어오도록 하는 것이 어려운 문제가 있다.
본 발명의 목적은 용접기의 용접 시 전원을 전 구간에 대해서 보정할 수 있는 용접기의 보정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템은, 용접 시 용접기의 출력에 따른 서로 상이한 출력 전원을 측정하는 검출기와, 검출기에서 측정된 출력 전원의 측정 기울기를 구하고, 미리 저장된 기준 전원값으로 측정된 출력 전원의 측정 구간에 대응되는 구간의 기준 기울기를 구하고 측정 기울기와 비교하여 생성한 1차 보정값으로 측정 기울기를 1차 보정하는 1차 보정기, 및 1차 보정기에서 1차 보정된 출력 전원을 구간별로 구획하여 구간 측정 기울기를 연산하고, 미리 저장된 기준 전원값으로 구간별에 대응되는 구간 기준 기울기를 구하고 구간 측정 기울기와 비교하여 생성한 2차 보정값으로 구간별로 구획된 1차 보정된 출력 전원을 2차 보정하는 2차 보정기를 포함한다.
1차 보정기는 가변 저항을 포함하는 아날로그 방식으로 작동하는 하드웨어 보정기일 수 있으며,
2차 보정기는 소프트웨어 방식으로 작동하는 소프트웨어 보정기일 수 있다. 여기서, 전술된 전원은 전압과 전류를 포함한다.
본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템은 용접기의 용접 시 출력 전원을 하드웨어 보정기로 전체 출력 전원에 대해 1차 보정하고, 소프트웨어 보정기로 구간별 용접 시 출력 전원을 2차 보정하여 용접기의 용접 시 출력 전원의 전체 구간을 정밀하게 보정할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템에서 하드웨어 보정기의 예시 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템에서 하드웨어 보정기의 예시 사진이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템의 블록도이다.
본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 용접 시 용접기의 전류값을 검출하는 전류 검출기(100)와, 기준 전류값이 미리 저장된 기준 전류 데이터베이스(200), 전류 검출기(100)에서 검출된 전류값을 기반으로 용접기의 전체 전류값을 보정하는 하드웨어 보정기(300), 및 하드웨어 보정기(300)에서 보정된 전체 전류값을 구간별로 구획하여 각각 보정하는 소프트웨어 보정기(400)를 포함한다. 한편, 본 실시예는 용접기의 용접 시 전류값을 측정하여 보정하는 것을 예시하였으나, 용접기의 용접 시 전압값도 함께 측정하여 보정한다. 여기서, 전압값의 보정도 전류값의 보정과 동일하다.
전류 검출기(100)는 용접기에서 전류값을 검출한다. 이를 위해서, 전압/전류 검출기(100)는 용접 시 용접기의 전류값을 전체 구간에서 검출한다. 본 실시예는 전류 검출기(100)가 용접기로부터 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A 설정 시 실제 출력되는 전류값을 측정하는 것을 예시한다.
기준 전류 데이터베이스(200)는 용접 시 설정 전류에 따른 기준 전류값을 미리 저장한다. 여기서, 본 실시예는 용접기가 100A에서 600A까지 용접 시 전류를 조절할 수 있는 것을 예시하며, 이에 따라, 기준 전류 데이터베이스(200)에 미리 저장되는 기준 전류값은 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A인 것을 예시한다. 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 용접기 마다 조절 전류가 상이하므로, 기준 전류 데이터베이스(200)에 저장되는 기준 전류값은 100A에서 600A 이외의 구간을 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 용접기 모델에 따라 기준 전류 데이터베이스(200)를 별도로 저장하여 관리할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템에서 하드웨어 보정기의 예시 사진이다.
하드웨어 보정기(300)는 전류 검출기(100)에서 검출된 전체 전류값을 기반으로 용접 시 전류를 보정한다. 이를 위해서, 하드웨어 보정기(300)는 전류 검출기(100)에서 검출된 전류값으로 전체 측정 기울기를 구하는 측정 기울기 연산기(310), 기준 전류 데이터베이스(200)에 미리 저장된 기준 전류값으로 전체 기준 기울기를 구하는 기준 기울기 연산기(320), 및 용접기의 전체 전류 기울기를 보정하는 전체 전류 보정기(330)를 포함한다.
측정 기울기 연산기(310)는 용접기의 용접 시 출력되는 조절 전류를 측정하여 측정 기울기를 연산한다. 여기서, 측정 기울기 연산기(310)는 용접기의 용접 시 출력되는 조절 전류의 전체 구간에 대해 기울기를 연산할 수 있다. 다만, 본 발명은 조절 전류를 일정 구간으로 나누어 측정 기울기를 연산하는 것을 예시한다. 예를 들어, 용접기에서 조절 전류를 100A 에서 600A까지 100A 단위로 설정하여 측정된 측정 전류 중 100A에서 600A까지 증가하는 기울기를 구하여 전체 측정 기울기로 정의한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 용접기의 전체 조절 전류 구간에서 연속된 다수의 구간에 대한 기울기를 전체 측정 기울기로 하여 연산할 수도 있다. 이 경우, 측정 전류 중 연속된 일부 구간만 기준 전류값과 대비하여 오차가 있을 경우, 해당 구간의 기울기만 기준 기울기와 비교하여 보정을 수행할 수도 있다.
기준 기울기 연산기(320)는 기준 전류 데이터베이스(200)에 저장된 기준 전류값을 기반으로 기준 기울기를 연산한다. 여기서, 기준 기울기 연산기(320)는 측정 기울기 연산기(310)가 측정 기울기를 구한 측정 기울기에 대응하는 구간에 대해 기준 기울기를 연산한다. 예를 들어, 측정 기울기 연산기(310)가 측정 전류를 기반으로 100A에서 600A 구간의 전체 측정 기울기를 연산했을 경우, 기준 기울기 연산기(320) 역시 기준 전류 데이터베이스(200)를 기반으로 100A에서 600A 구간의 전체 기준 기울기를 연산한다.
전체 전류 보정기(330)는 측정 기울기 연산기(310)에서 연산된 측정 기울기를 기준 기울기 연산기(320)에서 연산된 기준 기울기와 비교하여 용접기의 전체 전류를 보정한다. 이는 전체 전류 보정기(330)가, 측정 기울기 연산기(310)에서 연산된 전체 측정 기울기와 기준 기울기 연산기(320)에서 연산된 전체 기준 기울기를 비교하고, 전체 측정 기울기가 전체 기준 기울기에 가장 근접하도록 용접기의 용접 시 전류값을 1차 보정한다. 여기서, 전체 전류 보정기(330)는 도 2와 같이 가변 저항 형태로 구현되어 용접기의 용접 시 조절 전류 전체 구간을 보정할 수 있다.
소프트웨어 보정기(400)는 하드웨어 보정기(300)에서 1차 보정된 용접기의 용접 시 전류값을 2차 보정한다. 이를 위해서, 소프트웨어 보정기(400)는 전류 검출기(100)에서 검출된 전류값으로 구간 측정 기울기를 구하는 구간 측정 기울기 연산기(410)(310), 기준 전류 데이터베이스(200)에 미리 저장된 기준 전류값으로 구간 기준 기울기를 구하는 구간 기준 기울기 연산기(420)(320), 및 용접기의 구간 전류 기울기를 보정하는 구간 전류 보정기(430)를 포함한다.
구간 측정 기울기 연산기(410)(310)는 용접기의 용접 시 출력되는 조절 전류를 측정하여 구간 측정 기울기를 연산한다. 여기서, 구간 측정 기울기 연산기(410)(310)는 용접기의 용접 시 출력되는 조절 전류의 전체 구간을 다수개로 구획하고 구획된 다수개의 구간에 대해 기울기를 연산할 수 있다. 본 실시예는 전류값의 전체 기울기 구간을 100A 내지 600A로 예시하였으며, 이에 따라 구간 기준 기울기는 5개의 구간으로 구획된다. 이에 따라, 측정 기울기 구간은 제1 측정 기울기 구간과 제2 측정 기울기 구간, 제3 측정 기울기 구간, 제4 측정 기울기 구간 및 제5 측정 기울기 구간을 포함한다. 또한, 이와 대응되도록 기준 기울기 구간은 제1 기준 기울기 구간과 제2 기준 기울기 구간, 제3 기준 기울기 구간, 제4 기준 기울기 구간 및 제5 기준 기울기 구간을 포함한다. 따라서, 구간 측정 기울기 연산기(410)(310)는 제1 측정 기울기 구간과 제2 측정 기울기 구간, 제3 측정 기울기 구간, 제4 측정 기울기 구간 및 제5 측정 기울기 구간에 대한 제1 내지 제5 측정 기울기를 연산하는 것을 예시한다.
구간 기준 기울기 연산기(420)(320)는 기준 전류 데이터베이스(200)를 기반으로 구간 측정 기울기의 구간에 대응되는 구간의 구간 기준 기울기를 연산한다. 본 실시예는 구간 기준 기울기 연산기(420)(320)가 제1 기준 기울기 구간과 제2 기준 기울기 구간, 제3 기준 기울기 구간, 제4 기준 기울기 구간 및 제5 기준 기울기 구간에 대해 제1 내지 제5 기준 기울기를 연산하는 것을 예시한다.
구간 전류 보정기(430)는 각 구간 측정 기울기와 각 구간 기준 기울기를 비교하여 용접기의 구간 전류를 보정한다. 이는, 구간 전류 보정기(430)가 각 구간 측정 기울기가 각 구간 기준 기울기와 가장 근접 하도록 보정값을 생성하여 각 구간에 적용함으로써 수행할 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템의 동작에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템은 우선, 전류 검출기(100)가 용접기의 용접 시 전류값을 측정한다. 여기서 측정되는 전류값은 용접기의 조절 전류에 대한 전류값이며, 본 실시예는 조절 전류로 0A ~ 600A를 예시한다. 즉, 용접기는 0A ~ 600A 사이의 전류값으로 설정되어 용접을 수행할 수 있다. 또한, 본 실시예는 용접기의 조절 전류를 일정 구간으로 구획하여 전류값을 측정하며, 이는 전술된 바와 같이, 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A일 수 있다. 이에 따라, 용접기의 용접 시 전류값은 조절 전류로 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A 설정 시 측정되는 실측값이 된다.
표 1은 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템의 측정 전류값과 기준 전류값에 따른 오차율이다.
이후, 하드웨어 보정기(300)가 100A ~ 600A의 측정 전류값의 기울기를 구하고 이를 기준 전류 데이터베이스(200)에 저장된 100A ~ 600A의 기준 전류값으로 구한 기울기와 비교하고, 측정 전류값의 기울기, 즉, 측정 기울기가 기준 기울기에 근접하도록 1차 보정값을 생성하여 용접기에 적용한다. 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 하드웨어 보정기(300)가 기준치 범위를 가장 벗어난 순으로 연속된 특정 구간, 예를 들어, 100A ~ 300A의 측정 전류값 기울기를 구하여 기준 기울기와 비교한 후 1차 보정값을 생성할 수도 있다.
표 1은 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템의 1차 보정값 적용 후 측정 전류값과 기준 전류값에 따른 오차율이다.
기준 | 100 A | 200 A | 300 A | 400 A | 500 A | 600 A | 오차평균 |
실측수치 | 105 | 206 | 308 | 410 | 515 | 620 | - |
오차범위 | 5 | 6 | 8 | 10 | 15 | 20 | - |
오차율 | 5.0% | 3.0% | 2.7% | 2.5% | 3.0% | 3.3% | 3.25% |
이와 같이, 1차 보정값을 생성하여 적용한 측정 전류값을 소프트웨어 보정기(400)가 다수개의 구간으로 구획하여 구간 기울기를 연산한다. 표 1을 참조하면, 예를 들어, 200A ~ 500A의 구간 기울기를 구하면, 1차 방정식 Y=aX+b의 함수를 통해 200=206×a+b와 500=515×a+b로부터 a=0.97, b=0.18을 2차 보정값으로 산출할 수 있다. 또한, a값과 b값을 2차 보정값으로 용접기에 적용하면, 표 2와 같이 오차를 감소시킬 수 있다.
표 2는 본 발명에 따른 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템의 2차 보정값 적용 후 측정 전류값과 기준 전류값에 따른 오차율이다.
기준 | 100A | 200A | 300A | 400A | 500A | 600A |
오차
평균 |
|
1차 실측 | 측정치 | 105 | 206 | 308 | 410 | 515 | 620 | - |
오차범위 | 5 | 6 | 8 | 10 | 15 | 20 | - | |
2차 보정치
Y=aX+b |
계산보정치 | 102 | 200 | 299 | 398 | 500 | 601 | - |
오차범위 | 2 | 0 | -1 | -2 | 0 | -1 | - | |
보정 후 오차율 | 2.0% | 0.0% | 0.3% | 0.5% | 0.0% | 0.2% | 0.5% |
물론, 본 실시예는 2차 보정값을 생성하는 구간으로 200A ~ 500A를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A와 같이 다수개의 구간으로 구획하고, 다수개의 구간 기울기, 즉, 100A ~ 200A의 기울기, 200A~300A의 기울기, 300A~400A의 기울기, 400A~500A의 기울기, 500A~600A의 기울기를 연산하여 각각의 구간을 모두 2차 보정할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 용접기의 용접 시 전류값을 하드웨어 보정기로 전체 용접 전류값에 대해 1차 보정하고, 소프트웨어 보정기로 구간별 용접 전류값을 2차 보정하여 용접기의 용접 시 전류값의 전체 구간을 정밀하게 보정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다. 예를 들어, 전술된 실시예에서는 용접기로 한정하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 용접기에 한정되지 않고 전류와 전압을 보정하고자 하는 모든 전자기기에 적용될 수 있다.
100: 전류 검출기 200: 기준 전류 데이터베이스
300: 하드웨어 보정기 310: 측정 기울기 연산기
320: 기준 기울기 연산기 330: 전체 전류 보정기
400: 소프트웨어 보정기 410: 구간 측정 기울기 연산기
420: 구간 기준 기울기 연산기 430: 구간 전류 보정기
300: 하드웨어 보정기 310: 측정 기울기 연산기
320: 기준 기울기 연산기 330: 전체 전류 보정기
400: 소프트웨어 보정기 410: 구간 측정 기울기 연산기
420: 구간 기준 기울기 연산기 430: 구간 전류 보정기
Claims (3)
- 대상 기기의 출력에 따른 서로 상이한 출력 전원을 측정하는 검출기와,
상기 대상 기기에 따라 상이한 기준 전류값이 저장된 기준 전류 데이터베이스,
상기 검출기에서 측정된 출력 전원의 측정 기울기를 구하고, 미리 저장된 기준 전원값으로 상기 측정된 출력 전원의 측정 구간에 대응되는 구간의 기준 기울기를 구하고 상기 측정 기울기와 비교하여 생성한 1차 보정값으로 상기 측정 기울기를 보정하여 상기 대상 기기의 출력 전원을 1차 보정하는 1차 보정기, 및
상기 1차 보정기에서 1차 보정된 상기 대상 기기의 출력 전원을 구간별로 구획하여 구간 측정 기울기를 연산하고, 미리 저장된 기준 전원값으로 상기 구간별에 대응되는 구간 기준 기울기를 구하고 상기 구간 측정 기울기와 비교하여 생성한 2차 보정값으로 상기 구간별로 구획된 1차 보정된 출력 전원을 보정하여 2차 보정하는 2차 보정기를 포함하며,
상기 1차 보정기는 가변 저항을 포함하는 아날로그 방식으로 작동하는 하드웨어 보정기이고,
상기 2차 보정기는 소프트웨어 방식으로 작동하는 소프트웨어 보정기이며,
상기 1차 보정기는, 상기 검출기에서 검출된 전류값으로 전체 측정 기울기를 구하는 측정 기울기 연산기와, 상기 기준 전류 데이터베이스에 미리 저장된 기준 전류값으로 전체 기준 기울기를 구하는 기준 기울기 연산기, 및 상기 기준 기울기 연산기에서 구해진 전체 기준 기울기로 상기 검출기에서 검출된 상기 대상 기기의 전체 전류 기울기를 보정하는 전체 전류 보정기를 포함하고,
상기 2차 보정기는, 상기 검출기에서 검출된 전류값으로 구간 측정 기울기를 구하는 구간 측정 기울기 연산기와, 상기 기준 전류 데이터베이스에 미리 저장된 기준 전류값으로 구간 기준 기울기를 구하는 구간 기준 기울기 연산기, 및 상기 대상 기기의 구간 전류 기울기를 보정하는 구간 전류 보정기를 포함하는 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 측정 기울기 연산기는,
상기 검출기에서 검출된 전류값에서 연속된 다수의 구간에 대한 기울기를 전체 측정 기울기로 연산하며,
상기 검출기에서 검출된 전류값 중 연속된 일부 구간만 상기 기준 전류값과 대비하여 오차가 있을 경우, 상기 연속된 일부 구간의 기울기만 상기 기준 기울기와 비교하여 보정하는 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 기준 전류 데이터베이스는 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A에 대한 기준 전류값을 미리 저장하며,
상기 구간 기준 기울기는 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A 각각에 대한 구간 기준 기울기를 포함하고,
상기 출력 전원은 상기 대상 기기의 100A, 200A, 300A, 400A, 500A, 600A 설정 시 측정되는 실측값인 전류 및 전압 측정오차 보정 시스템.
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