KR102601069B1 - Determination of force distribution in the jet streams by single load cell and its instrumentation - Google Patents

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load cell
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정세채
조은정
김혜림
조한샘
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명은 분사노즐에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서, 전면이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되는 어댑터, 상기 어댑터의 후면에 배치되어 상기 어댑터가 받는 힘을 측정하는 로드셀, 상기 로드셀의 후면에 배치되어 수직 및 수평방향으로 이동되는 이동부, 및 상기 분사노즐의 위치는 고정되고, 상기 어댑터는 상기 이동부에 의해 일방향으로 이동되며, 상기 어댑터의 위치에 따른 분사체의 압력측정을 통해 분사체의 힘 분포를 산출하는 제어부를 포함하고 단일 로드셀을 활용하여 정확도 높은 분사체의 힘 또는 압력을 측정할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a fluid force distribution measuring device using a single load cell that measures the force distribution of a jet sprayed from a spray nozzle, an adapter whose front is disposed perpendicular to the spray direction of the fluid, and a rear of the adapter disposed on the adapter. A load cell that measures the force received, a moving part disposed on the rear of the load cell and moved in vertical and horizontal directions, and the position of the spray nozzle is fixed, the adapter is moved in one direction by the moving part, and the adapter It includes a control unit that calculates the force distribution of the jet by measuring the pressure of the jet depending on the position of the jet, and has the advantage of being able to measure the force or pressure of the jet with high accuracy by using a single load cell.

Description

단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법 및 그 장치 {Determination of force distribution in the jet streams by single load cell and its instrumentation}Method and device for measuring fluid force distribution using a single load cell {Determination of force distribution in the jet streams by single load cell and its instrumentation}

본 발명은 유체의 힘 분포를 측정하는 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 노즐에서 분사되는 유체의 힘을 단일 로드셀을 통해 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring force distribution of a fluid, and more specifically, to a method and device for measuring fluid force distribution using a single load cell that measures the force distribution of the force of fluid sprayed from a nozzle through a single load cell. .

기체 또는 액체의 jet 혹은 그 혼합물을 스프레이 형태로 분사하는 기능을 지닌 장비나 설비를 제조되고 있으며 이를 운용할 수 있도록 최적의 성능평가 방법이 개발되고 있다. 특히, 초소형 전자기기의 제조에 사용되는 미세 jet나 스프레이 분무 공정을 필요로 하는 시스템에 대한 수요가 증가되는 추세이다.Equipment and facilities that have the function of spraying a jet of gas or liquid or a mixture thereof in the form of a spray are being manufactured, and optimal performance evaluation methods are being developed to operate them. In particular, there is an increasing demand for systems that require fine jet or spray atomization processes used in the manufacture of microelectronic devices.

일반적으로 분사체압력 분포 측정 시스템은 각각 감압필름, 압력 분포 2D센서 및 로드셀을 활용한 것으로 분류할 수 있다. 감압필름은 저렴한 비용으로 넓은 면적까지 사용가능하여 폭넓게 쓰이고 있다. 다만, 감압필름 특성상 분사압력의 동적인 변화에 대한 측정이 거의 불가능하며, 측정가능한 압력 범위가 매우 제한적인 단점이 있다. 압력분포 2D센서나 그 어레이를 이용한 방식은 전극 간격 및 충진 재료를 선택함으로써 넓은 범위의 압력을 비교적 정확하게 측정하는 장점이 있다. 그러나 분사체가 액체 또는 스프레이일 경우 표면에 붙는 현상에 의하여 측정에 어려움이 있다.In general, injector pressure distribution measurement systems can be classified as those utilizing pressure-sensitive films, pressure distribution 2D sensors, and load cells, respectively. Pressure-sensitive film is widely used because it is inexpensive and can be used on a large area. However, due to the nature of the pressure-sensitive film, it is almost impossible to measure dynamic changes in injection pressure, and the measurable pressure range is very limited. The method using a pressure distribution 2D sensor or its array has the advantage of measuring a wide range of pressure relatively accurately by selecting the electrode gap and filling material. However, if the spray is a liquid or spray, measurement is difficult due to the phenomenon of sticking to the surface.

로드셀은 압력 값 측정에서의 정확도가 매우 높으며, 시스템 구성 비용이 저렴하고 빠른 응답속도를 통해 분사체의 압력정보를 실시간으로 제공할 수 있다. 다만, 로드셀은 근본적으로 점에서 만의 압력 또는 힘에 대한 정보를 제공하기에 분사체의 면 분포측정에 적용하기 어렵다. 로드셀의 어레이 형식으로 구성하는 방식이 제안되나, 각 개별의 로드셀 간의 간섭 및 섭동 현상과 시스템 가격의 증가 등의 단점이 있다.Load cells have very high accuracy in measuring pressure values, have low system configuration costs, and can provide real-time pressure information of the injector through fast response speed. However, since load cells fundamentally provide information about pressure or force only at a point, it is difficult to apply them to measuring the surface distribution of a jet. A method of configuring an array of load cells is proposed, but it has disadvantages such as interference and perturbation between individual load cells and an increase in system price.

즉, 기존의 유체 힘 분포 측정 장지는 압력 측정을 위하여 사용되는 센서의 기계적인 특성으로 하여 각각의 센서 array의 pixel간의 cross-talk을 피할 수 없어 발생하는 공간적인 측정 정밀도의 한계와 늦은 시간 상수이다. 또한, 재료의 불균일성으로 인하여 각 pixel 간의 응답 정확도 오차가 비교적 크다는 점이다. 또한, 분사체가 분사면에 충돌 후 발생하는 유체 흐름으로 인한 인접 pixel에 대한 영향을 피할 수 없다는 점이며, 동시에 센서 표면의 특징상 액체 성분의 분사체인 경우 잔류하는 액체에 의한 압력의 효과를 제거할 수 없다. 더욱이 가장 큰 단점은 현재까지도 이러한 분사체 압력 혹은 힘 분포 측정시스템의 높은 가격대인 점이다. In other words, existing fluid force distribution measurement devices have limitations in spatial measurement accuracy and late time constants that occur because cross-talk between pixels of each sensor array cannot be avoided due to the mechanical characteristics of the sensors used to measure pressure. . Additionally, due to the non-uniformity of the material, the response accuracy error between each pixel is relatively large. In addition, it is impossible to avoid the influence on adjacent pixels due to the fluid flow that occurs after the jet collides with the jet surface, and at the same time, due to the characteristics of the sensor surface, if the jet is a liquid component, the effect of pressure caused by the remaining liquid cannot be eliminated. I can't. Moreover, the biggest drawback is that even today, the high price range of these jet pressure or force distribution measurement systems is still high.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 로드셀을 이용하여 정확도 높은 압력 또는 힘 측정이 가능하고, 하나의 로드셀로 구성하여 측정 시스템의 비용을 줄인 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve the problems of the prior art as described above. The purpose of the present invention is to enable high-accuracy pressure or force measurement using a load cell and to reduce the cost of the measurement system by composing a single load cell. To provide a method and device for measuring fluid force distribution using a reduced single load cell.

본원 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.The technical challenges sought to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to those described above, and other technical challenges may exist.

본 발명은 분사노즐에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서, 전면이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되는 어댑터, 상기 어댑터의 후면에 배치되어 상기 어댑터가 받는 힘을 측정하는 로드셀, 상기 로드셀의 후면에 배치되어 수직 및 수평방향으로 이동되는 이동부, 및 상기 분사노즐의 위치는 고정되고, 상기 어댑터는 상기 이동부에 의해 일방향으로 이동되며, 상기 어댑터의 위치에 따른 분사체의 압력측정을 통해 분사체의 힘 분포를 산출하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a fluid force distribution measuring device using a single load cell that measures the force distribution of a jet sprayed from a spray nozzle, an adapter whose front is disposed perpendicular to the spray direction of the fluid, and a rear of the adapter disposed on the adapter. A load cell that measures the force received, a moving part disposed on the rear of the load cell and moved in vertical and horizontal directions, and the position of the spray nozzle is fixed, the adapter is moved in one direction by the moving part, and the adapter It includes a control unit that calculates the force distribution of the injection body by measuring the pressure of the injection body according to the position of.

또한, 상기 이동부는 상기 어댑터가 상기 분사체와 접하지 않은 상태에서 어댑터의 중앙을 통과하도록 직선 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.In addition, the moving part is characterized in that it moves in a straight direction so as to pass through the center of the adapter while the adapter is not in contact with the jet.

또한, 상기 어댑터는 상기 전면의 모서리에 형성되며, 전면에서 후면으로 갈수록 좁아지도록 형성된 경사부를 포함한다.Additionally, the adapter is formed at a corner of the front surface and includes an inclined portion formed to become narrower from the front to the back.

또한, 상기 분사체의 일부분이 전면에 부딪히고, 일부분이 전면에 접하지 않고 통과하는 경우, 상기 경사부는 45도 이상의 각도로 형성되어 분사체가 상기 어댑터의 측면과 이격되어 통과하는 것을 특징으로 한다.In addition, when a portion of the jet hits the front surface and a portion passes without contacting the front surface, the inclined portion is formed at an angle of 45 degrees or more so that the jet passes at a distance from the side of the adapter.

또한, 상기 제어부는 직육면체의 어댑터를 이용한 데이터와 상기 경사부가 형성된 어댑터를 이용한 데이터를 통해 코안다 효과에 따른 힘을 도출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit is characterized in that it derives a force according to the Coanda effect through data using a rectangular parallelepiped adapter and data using an adapter in which the inclined portion is formed.

또한, 분사노즐에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서, 외면이 분사체의 분사방향에 대해 수직으로 배치되고, 분사체가 통과되도록 형성된 하나 이상의 관통홀을 포함하는 드럼, 및 상기 드럼의 내부에 배치되고, 전면이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되는 어댑터, 상기 어댑터의 후면에 배치되어 상기 어댑터가 받는 힘을 측정하는 로드셀, 상기 드럼을 회전시키는 회전장치, 및 상기 드럼의 회전각도에 따른 상기 로드셀의 측정값을 통해 분사체의 힘 분포를 측정하는 제어부를 포함한다.In addition, in the fluid force distribution measuring device using a single load cell for measuring the force distribution of a jet sprayed from a spray nozzle, the outer surface is disposed perpendicular to the spray direction of the jet, and one or more through holes are formed to allow the jet to pass through. A drum including a drum, and an adapter disposed inside the drum, the front of which is perpendicular to the direction of fluid injection, a load cell disposed at the rear of the adapter to measure the force received by the adapter, and a rotation that rotates the drum. It includes a device and a control unit that measures the force distribution of the jet through the measured value of the load cell according to the rotation angle of the drum.

또한, 상기 관통홀의 모서리는 경사진 쐐기 형태 또는 수직 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the edges of the through hole are characterized in that they are formed in an inclined wedge shape or a vertical shape.

또한, 상기 제어부는 상기 드럼의 회전 각도에 따른 분사체 통과 비율을 입력받으며, 회전 각도에 따라 상기 관통홀을 통과하는 부분을 맵핑하여 힘 분포를 측정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit receives the rate of passage of the jet according to the rotation angle of the drum, and measures force distribution by mapping the portion passing through the through hole according to the rotation angle.

또한, 분사노즐에서 일정 압력으로 분사체가 분사하는 분사단계, 분사방향에 대해 수직으로 배치된 어댑터가 이동부에 의해 수평 또는 수직으로 이동되는 이동단계, 상기 어댑터의 후면에 배치된 로드셀은 수평 또는 수직으로 이동하며 분사체의 압력을 측정하는 압력 측정단계, 및 제어부는 상기 어댑터의 위치에 따라 측정된 압력을 통해 분사체의 힘 분포를 도출하는 힘 분포 도출단계를 포함한다.In addition, a spraying step in which the spraying material is sprayed at a certain pressure from the spraying nozzle, a moving step in which the adapter disposed perpendicular to the spraying direction is moved horizontally or vertically by a moving part, and the load cell disposed on the rear of the adapter is horizontal or vertical. A pressure measurement step of measuring the pressure of the jet while moving to and the control unit includes a force distribution derivation step of deriving the force distribution of the jet through the pressure measured according to the position of the adapter.

또한, 상기 이동단계는 분사체가 상기 어댑터의 중앙을 통과하도록 이동되는 것을 특징으로 하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법.In addition, the moving step is a method of measuring fluid force distribution using a single load cell, characterized in that the injection body is moved so that it passes through the center of the adapter.

본 발명은 단일 로드셀을 활용한 것으로 기존의 측정 시스템 구성에 비해 저렴한 비용으로 시스템을 구성할 수 있는 장점이 있다.The present invention utilizes a single load cell and has the advantage of being able to configure the system at a lower cost compared to existing measurement system configurations.

또한, 단일 로드셀을 활용하여 정확도 높은 분사체의 힘 또는 압력을 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage of being able to measure the force or pressure of the injector with high accuracy by using a single load cell.

또한, 로드셀은 넓은 측정범위를 가지고 있으며, 로드셀이 이동하며 분사체의 힘 또는 압력을 측정함으로 분사체의 범위를 한정하지 않는다.In addition, the load cell has a wide measurement range, and the range of the jet is not limited because the load cell moves and measures the force or pressure of the jet.

또한, 분사체와 상호작용하는 구조물에 의하여 발생하는 코안다 효과를 측정할 수 있다.Additionally, the Coanda effect caused by the structure interacting with the jet can be measured.

도 1은 본 발명의 제1실시예이다.
도 2는 본 발명의 x축과 y축에 대한 예시도이다.
도 3은 분사체의 힘 분포 예상도이다.
도 4는 제1실시예의 위치별 힘 분포 예상도이다.
도 5와 도 6은 제1실시예의 데이터이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예이다.
도 8은 제2실시예의 어댑터 정면도이다.
도 9는 제2실시예의 위치별 힘 분포 예상도이다.
도 10과 도 11은 제2실시예의 측정데이터이다.
도 12는 본 발명을 활용한 코안다 효과 측정 예시도이다.
도 13은 본 발명의 제3실시예이다.
Figure 1 shows a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary diagram of the x-axis and y-axis of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the expected force distribution of the jet.
Figure 4 is a predicted force distribution by position in the first embodiment.
Figures 5 and 6 are data of the first embodiment.
Figure 7 shows a second embodiment of the present invention.
Figure 8 is a front view of the adapter of the second embodiment.
Figure 9 is a predicted force distribution by position in the second embodiment.
Figures 10 and 11 show measurement data of the second embodiment.
Figure 12 is an example of measuring the Coanda effect using the present invention.
Figure 13 shows a third embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes included in the spirit and technical scope of the present invention.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. It shouldn't be.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법 및 그 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method and device for measuring fluid force distribution using a single load cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예이다. 도 1을 참고하면, 분사노즐(100)에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀(300)을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서, 전면(210)이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되는 어댑터(200), 상기 어댑터(200)의 후면에 배치되어 상기 어댑터(200)가 받는 힘을 측정하는 로드셀(300), 상기 로드셀(300)의 후면에 배치되어 상하 및 좌우방향으로 이동되는 이동부(400), 및 상기 분사노즐(100)의 위치는 고정되고, 상기 어댑터(200)는 상기 이동부(400)에 의해 일방향으로 이동되며, 상기 어댑터(200)의 위치에 따른 분사체의 압력측정을 통해 분사체의 힘 분포를 산출하는 제어부를 포함한다.Figure 1 shows a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the fluid force distribution measuring device using a single load cell 300 to measure the force distribution of the jet sprayed from the spray nozzle 100, the front 210 is arranged perpendicular to the fluid spray direction. an adapter 200, a load cell 300 disposed on the rear of the adapter 200 to measure the force received by the adapter 200, and a load cell 300 disposed on the rear of the load cell 300 to move up and down and left and right The positions of the unit 400 and the injection nozzle 100 are fixed, the adapter 200 is moved in one direction by the moving unit 400, and the pressure of the injection body according to the position of the adapter 200 It includes a control unit that calculates the force distribution of the jet through measurement.

분사노즐(100)은 연결된 펌프에 의해 분사체가 분사된다. 분사체는 단일 물질 또는 혼합물이다. 분사체는 jet, 스프레이 등 다양한 형태로 분사되며, 본 발명은 분사 형태에 대해 한정하지 않는다.The injection nozzle 100 sprays an injection material by a connected pump. A propellant is a single substance or mixture. The jet is sprayed in various forms such as jet and spray, and the present invention is not limited to the spray form.

어댑터(200)는 다면체로 형성되며, 제1실시예는 직육면체로 형성된 어댑터(200)를 예로 설명한다. 어댑터(200)는 분사노즐(100)로부터 이격되어 배치되고, 분사방향에 대해 수직으로 배치된 전면(210), 전면(210)과 평행하게 형성되고 로드셀(300)과 결합되는 결합면을 포함한다.The adapter 200 is formed as a polyhedron, and the first embodiment is explained by taking the adapter 200 as an example, formed as a rectangular parallelepiped. The adapter 200 is arranged to be spaced apart from the injection nozzle 100 and includes a front surface 210 disposed perpendicular to the injection direction, and a coupling surface formed parallel to the front surface 210 and coupled to the load cell 300. .

힘 분포측정은 기체 또는 액체에 해당하는 유체가 일반적으로 사용된다. 그러나 실제 현장에서는 액체와 고체 분말 및 혼합 상태를 사용하는 경우가 많아 상기 물질들이 어댑터의 표면에 달라붙어 로드셀에 부가적인 힘을 가할 수 있다. 이를 제거하기 위해 본 발명은 어댑터의 표면을 초발수성 (Super-hydrophobic property)을 갖도록 표면 개질을 하는 특징을 갖는다. 충분히 적은 각도(< 5 deg)에서는 표면상의 액상 방울들은 충분한 속도로 제거될 수 있으므로 부가적인 힘이 로드셀에 미치지 않는 효과가 있다.For force distribution measurements, fluids corresponding to gas or liquid are generally used. However, in actual sites, liquid and solid powders and mixed states are often used, so these materials can stick to the surface of the adapter and apply additional force to the load cell. In order to eliminate this, the present invention has the feature of surface modifying the surface of the adapter to have super-hydrophobic properties. At a sufficiently small angle (< 5 deg), liquid droplets on the surface can be removed at a sufficient speed, so that no additional force is applied to the load cell.

전면(210)은 분사된 분사체를 직접적으로 접한다. 전면(210)의 상하방향 길이와 좌우방향 길이는 분사노즐(100)의 분사직경보다 크게 형성된다. 또한, 측정면에 접하는 분사되는 분사체의 직경보다 크게 형성된다.The front 210 directly contacts the sprayed jet. The vertical and left-right lengths of the front surface 210 are formed to be larger than the spray diameter of the spray nozzle 100. In addition, it is formed to be larger than the diameter of the injected object in contact with the measurement surface.

로드셀(300)은 어댑터(200)의 후면에 형성된 결합부를 통해 결합된다. 로드셀(300)은 분사방향의 수직으로 배치되어 어댑터(200)를 통해 분사체의 힘을 전달받는다.The load cell 300 is coupled to the adapter 200 through a coupling portion formed on the rear side. The load cell 300 is arranged perpendicular to the injection direction and receives the force of the injection body through the adapter 200.

이동부(400)는 로드셀(300)의 후면에 결합되어 상하 또는 좌우 방향으로 이동된다. 더 정확히는 분사체의 분사방향에 대해 수직인 평면상에서 상하 또는 좌우 방향으로 이동된다. 이동부(400)의 이동범위는 분사노즐(100)의 위치가 고정되고, 분사체의 압력이 일정한 상태일 때, 분사된 분사체와 어댑터(200)가 접하는 상태 및 접하지 않는 상태를 포함한다. 즉, 이동 범위는 어댑터(200)가 상하 또는 좌우 방향으로 직선 이동할 때, 분사체와 접하지 않은 위치에서 분사체가 어댑터(200)의 중앙을 통과 후 다시 분사체와 접하지 않는 위치에 해당한다. 이동부(400)의 위치에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.The moving part 400 is coupled to the rear of the load cell 300 and moves up and down or left and right. More precisely, it moves up and down or left and right on a plane perpendicular to the spray direction of the jet. The movement range of the moving part 400 includes a state in which the injected jet and the adapter 200 are in contact and a state in which they are not in contact when the position of the injection nozzle 100 is fixed and the pressure of the jet is constant. . That is, the movement range corresponds to a position where the adapter 200 does not come into contact with the jet when moving straight up and down or left and right, and then does not come into contact with the jet again after passing through the center of the adapter 200. A detailed description of the location of the moving unit 400 will be described later.

제어부는 로드셀(300)로부터 분사체의 측정값과 이동부(400)로부터 어댑터(200)의 이동거리를 입력받으며, 어댑터(200)의 이동거리에 따른 분사체의 힘을 통해 분사체의 힘 분포를 출력한다. 즉, 어댑터(200)의 전면(210)에 접하는 분사체의 면적을 조절함으로써 분사체의 힘 분포를 얻을 수 있다.The control unit receives the measured value of the jet from the load cell 300 and the moving distance of the adapter 200 from the moving unit 400, and distributes the force of the jet through the force of the jet according to the moving distance of the adapter 200. outputs. That is, the force distribution of the jet can be obtained by adjusting the area of the jet in contact with the front 210 of the adapter 200.

도 2는 본 발명의 x축과 y축에 대한 예시도이다. 도 2를 참고하면, 어댑터(200)는 이동부에 의해 분사방향에 수직인 xy평면으로 이동한다. 이 xy평면을 통해 본 발명에서 설명하는 x축 방향, y축 방향, 상하방향, 및 좌우 방향을 정의하도록 한다. 분사 방향에 대해 수직인 가상의 평면을 형성하고, 평면 상의 x축 방향을 좌우방향, y축 방향을 상하 방향으로 정의하여 설명하도록 한다.Figure 2 is an exemplary diagram of the x-axis and y-axis of the present invention. Referring to FIG. 2, the adapter 200 moves in the xy plane perpendicular to the spraying direction by the moving part. Through this xy plane, the x-axis direction, y-axis direction, up-down direction, and left-right direction described in the present invention are defined. A virtual plane perpendicular to the injection direction is formed, and the x-axis direction on the plane is defined as left and right, and the y-axis direction is defined as up and down.

분사노즐(100)이 고정되고, 분사압이 일정하여 분사 방향이 일정할 때, 어댑터가 x축을 따라 이동하는 것을 좌우방향, y축을 따라 이동하는 것을 상하 방향이라 한다.When the spray nozzle 100 is fixed, the spray pressure is constant, and the spray direction is constant, moving the adapter along the x-axis is called left-right direction, and moving along the y-axis is called up-down direction.

어댑터는 이동부에 의해 상하방향, 좌우 방향으로 이동되며, 시험의 목적에 따라 상하좌우 혼합하여 이동할 수 있다. 이동부는 레일, 피스톤, 다관절 암 등의 구성과 결합되어 움직이며, 이동부를 움직이기 위한 구성에 대해 한정하지 않는다.The adapter is moved up and down and left and right by the moving part, and can be moved up and down and left and right depending on the purpose of the test. The moving part moves in combination with components such as rails, pistons, and multi-joint arms, and there is no limitation on the configuration for moving the moving part.

도 3은 분사체의 힘 분포 예상도이다. 도 3(a)을 참고하면, 분사노즐에서 분사되는 분사체의 이론값이다. 일반적인 상태에서 유체의 힘의 분포는 출구 직후에는 비교적 균등한 분포를 하다가 어느 정도 이격되면 가우스 분포를 갖는다.Figure 3 is a diagram showing the expected force distribution of the jet. Referring to Figure 3(a), this is the theoretical value of the injection material sprayed from the injection nozzle. In a general state, the distribution of fluid force is relatively uniform immediately after the outlet, but becomes Gaussian when spaced out to a certain extent.

분사체의 분사면 표면에서의 힘의 분포는 아래와 식 1과 같은 Gaussian 함수로 표현된다.The distribution of force on the surface of the jet of the jet is expressed as a Gaussian function as shown in Equation 1 below.

[식 1]

Figure 112023006840401-pat00001
[Equation 1]
Figure 112023006840401-pat00001

한편, 분사면의 x축 방향으로 움직임으로써 분사체의 일부분이 분사면 밖으로 지나가고 일부분만이 분사면에 맞았을 때의 정규화된 측정힘(Normalized measured force), Pm,N은 아래 [식 2] 같이 표현된다.Meanwhile, the normalized measured force, P m, N, when a part of the jet passes outside the jet surface and only a part hits the jet surface as it moves in the x-axis direction of the jet surface, is given below [Equation 2] expressed together.

[식 2]

Figure 112023006840401-pat00002
[Equation 2]
Figure 112023006840401-pat00002

앞의 Fm,N은 수치해법(numerical solution)이 없는 반면에 Normalized measured force, Pm,N의 변위 축인 x-axis에 대한 미분값은 다음과 같이 분석형식(analytical form)으로 표시할 수 있다.While the above F m,N does not have a numerical solution, the differential value of the normalized measured force, P m,N, on the x-axis, the displacement axis, can be expressed in analytical form as follows. .

[식 3]

Figure 112023006840401-pat00003
[Equation 3]
Figure 112023006840401-pat00003

그림 3(b)은 어댑터의 이동거리에 따른 분사체의 힘이다. 이를 통해 분사체가 일정한 상태에서 어댑터가 이동하며 측정된 힘을 통해 분사체의 압력을 측정한다. 분사체에 대하여 x축 방향으로 움직이면서 측정하였을 때, 대한 이론적인 값을 도시한 것이다. 본 발명은 Pm,N을 다음과 같은 근사식으로 표현하여 향후 실험 결과를 손쉽게 비교 할 수 있도록 하였다.Figure 3(b) shows the force of the jet according to the moving distance of the adapter. Through this, the adapter moves in a constant state and measures the pressure of the jet through the measured force. This shows the theoretical value when measured while moving the injector in the x-axis direction. The present invention expresses P m,N with the following approximate equation to enable easy comparison of future experimental results.

[식 4]

Figure 112023006840401-pat00004
[Equation 4]
Figure 112023006840401-pat00004

여기에서 a0= -6.71387×10-3; a1= -1.55115, a2= -5.13306×10-2, a3= -5.49164×10-2이며, 변수 S는

Figure 112023006840401-pat00005
이다.Here a 0 = -6.71387×10 -3 ; a 1 = -1.55115, a 2 = -5.13306×10 -2 , a 3 = -5.49164×10 -2 , and variable S is
Figure 112023006840401-pat00005
am.

그림 3(c)은 위치에 따른 힘의 변화량에 관한 그래프이다. 분사체에 대하여 x축 방향으로 움직이면서 측정하였을 때 이론적인 값을 도시한 것이다. 어댑터가 외측에서 중앙으로 향하여 이동할 때, 양의 힘이 발생하였으며, 중앙에서 외측으로 이동할 때 음의 힘이 발생하였다. 자세한 설명은 도 4를 통해 후술하도록 한다.Figure 3(c) is a graph of the amount of change in force depending on location. This shows the theoretical value when measured while moving the injector in the x-axis direction. When the adapter moved from the outside to the center, a positive force was generated, and when the adapter moved from the center to the outside, a negative force was generated. A detailed explanation will be provided later with reference to FIG. 4.

도 4는 제1실시예의 위치별 힘 분포 예상도이다. 도 4를 참고하면, 분사노즐의 위치가 고정되고, 분사체가 일정 압력으로 분사된 상태에서 분사방향에 대해 수직방향으로 형성된 평면상에 어댑터가 이동하며 측정한 이론 데이터이다. 도 4의 일 예는 어댑터가 위에서 아랫방향으로 이동하는 것으로, 어댑터의 이동방향에 대해 한정하지 않는다. 도 4(a)는 어댑터의 위치를 도시한 것이고, 도 4(b)는 위치에 따라 측정된 힘을 도시하였으며, 도 4(c)는 위치에 따른 힘의 변화량을 도시한 것이다. Figure 4 is a predicted force distribution by position in the first embodiment. Referring to FIG. 4, this is theoretical data measured while the adapter moves on a plane formed in a direction perpendicular to the injection direction while the position of the injection nozzle is fixed and the injection body is injected at a constant pressure. In an example of FIG. 4, the adapter moves from top to bottom, and the moving direction of the adapter is not limited. Figure 4(a) shows the position of the adapter, Figure 4(b) shows the force measured according to the position, and Figure 4(c) shows the amount of change in force depending on the position.

포지션 1은 분사체의 퍼짐 효과에 의하여 어댑터의 전면보다는 측면이 먼저 분사체에 영향을 받는다. 이러한 분사체의 일부분이 수직성분에 해당하는 유체의 힘을 미친다. 이때, 감지된 힘은 어댑터의 두께가 무한이 얇은 경우, 무시할 만큼 작게 측정된다.In position 1, the side of the adapter is affected by the jet first rather than the front due to the spreading effect of the jet. A portion of this jet exerts a fluid force corresponding to the vertical component. At this time, if the thickness of the adapter is infinitely thin, the detected force is measured to be negligible.

포지션 2는 분사체의 일부분이 어댑터에 부딪힌다. 분사체의 일부분이 어댑터의 옆으로 지나가지만, 분사체의 어느 부분도 분사체의 옆면에 영향을 직접 주질 않기 때문에 어댑터의 두께가 무한히 얇은 경우와 다르지 않다. In position 2, a portion of the jet hits the adapter. A part of the jet passes next to the adapter, but since no part of the jet directly affects the side of the jet, it is no different from the case where the adapter is infinitely thin.

포지션 3은 어댑터 전면의 너비가 분사체의 단면적에 비교하여 충분히 큰 경우, 이동거리의 변화에 따른 분사체의 힘이 변하지 않으며, 힘의 변화가 0이 된다.In position 3, when the width of the front of the adapter is sufficiently large compared to the cross-sectional area of the jet, the force of the jet does not change depending on the change in moving distance, and the change in force becomes 0.

포지션 4는 앞선 포지션 2와 같이 어댑터의 두께가 무한히 얇은 경우와 다르지 않으며, 포지션 5는 앞선 포지션 1과 유사하다.Position 4 is no different from the case where the thickness of the adapter is infinitely thin, like position 2, and position 5 is similar to position 1.

도 5와 도 6은 제1실시예의 데이터이다. 도 5는 어댑터가 x축 방향으로 이동한 데이터이며, 도 6은 y축 방향으로 이동한 데이터이다. 도 5(a)와 도 6(a)은 백 프레셔(back pressure)가 250kPa, 도 5(b)와 도 6(b)은 350kPa, 도 5(c)와 도 6(c)은 500kPa일 때의 데이터이다. 이때, 실선은 무한히 얇은 어댑터가 적용된 이론 상 예측 데이터이며, 점 데이터는 제1실시예의 어댑터를 이용한 실제 측정된 데이터이다.Figures 5 and 6 are data of the first embodiment. Figure 5 shows data that the adapter moved in the x-axis direction, and Figure 6 shows data that the adapter moved in the y-axis direction. Figures 5(a) and Figure 6(a) show a back pressure of 250 kPa, Figures 5(b) and Figure 6(b) show a back pressure of 350 kPa, and Figures 5(c) and Figure 6(c) show a back pressure of 500 kPa. This is the data. At this time, the solid line is theoretically predicted data using an infinitely thin adapter, and the dot data is actually measured data using the adapter of the first embodiment.

도 5와 도 6을 참고하면, 실선으로 그려진 이론값과 점으로 표기된 측정값은 포지션 1과 포지션 5에 해당하는 영역에서 다른 점을 알 수 있다. 특히, 백 프레셔가 증가함에 따라 측정값과 이론값의 차이가 증가한다.Referring to Figures 5 and 6, it can be seen that the theoretical value drawn as a solid line and the measured value indicated as a dot are different in the areas corresponding to position 1 and position 5. In particular, as back pressure increases, the difference between measured and theoretical values increases.

또한, 포지션 2와 포지션 4에서 관찰되는 힘의 변화량은 이론값과 비교하였을 때, 힘의 변화량이 매우 급격하게 감소하는 것을 알 수 있다. 힘의 변화량 감소는 어댑터에 수직으로 작용하는 힘의 크기가 급격하게 줄어든 것으로 분사체의 유효 반지름이 줄어든 것으로 해석된다.In addition, it can be seen that the amount of change in force observed at positions 2 and 4 decreases very rapidly when compared to the theoretical value. The decrease in the amount of change in force is interpreted as a sharp decrease in the size of the force acting perpendicular to the adapter, which means that the effective radius of the injector has decreased.

이러한 현상은 유체가 적절한 각도에서 일정한 형태의 벽면을 타고 흐르는 벽면류(wall jet)가 형성되어 발생되는 압력 저하이다. 즉, 유체가 직선으로 흐르는 대신 면을 따라서 유체가 흐르는 코안다 효과(Coanda effect)에 해당한다. 이론적인 예상값과 제1실시예의 구성을 이용한 측정값은 유사한 힘 분포 경향을 가지고 있으나, 이론과 같이 어댑터를 무한히 얇게 형성할 수 없어 분사체의 퍼짐효과 및 벽면류에 의한 압력 저하에 의한 차이가 발생한다.This phenomenon is a pressure drop caused by the formation of a wall jet, in which fluid flows along a certain shape of a wall at an appropriate angle. In other words, it corresponds to the Coanda effect, where fluid flows along a surface instead of flowing in a straight line. The theoretical expected value and the measured value using the configuration of the first embodiment have a similar force distribution tendency, but the adapter cannot be formed infinitely thin as in theory, so the difference is due to the spreading effect of the injector and the pressure drop due to wall flow. Occurs.

도 7은 본 발명의 제2실시예이다. 제1실시예를 개선한 실시예이다. 도 7을 참고하면, 분사노즐(100)에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀(300)을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서, 전면(210)이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되는 어댑터(200), 상기 어댑터(200)의 후면에 배치되어 상기 어댑터(200)가 받는 힘을 측정하는 로드셀(300), 상기 로드셀(300)의 후면에 배치되어 상하 및 좌우방향으로 이동되는 이동부(400), 및 상기 분사노즐(100)의 위치는 고정되고, 상기 어댑터(200)는 상기 이동부(400)에 의해 일방향으로 이동되며, 상기 어댑터(200)의 위치에 따른 분사체의 압력측정을 통해 분사체의 힘 분포를 산출하는 제어부를 포함한다.Figure 7 shows a second embodiment of the present invention. This is an improved embodiment of the first embodiment. Referring to FIG. 7, in the fluid force distribution measuring device using a single load cell 300 to measure the force distribution of the jet sprayed from the spray nozzle 100, the front 210 is disposed perpendicular to the fluid spray direction. an adapter 200, a load cell 300 disposed on the rear of the adapter 200 to measure the force received by the adapter 200, and a load cell 300 disposed on the rear of the load cell 300 to move up and down and left and right The positions of the unit 400 and the injection nozzle 100 are fixed, the adapter 200 is moved in one direction by the moving unit 400, and the pressure of the injection body according to the position of the adapter 200 It includes a control unit that calculates the force distribution of the jet through measurement.

제1실시예와 동일한 방식으로 분사체의 힘 분포를 측정한다. 다만, 이론값과 측정값의 차이를 줄이기 위해 어댑터(200)의 형상을 변형하였다. 즉, 확산효과를 줄이고, 벽면류에 따른 압력저하를 줄일 수 있는 형상을 적용하였다.The force distribution of the jet is measured in the same manner as in the first embodiment. However, the shape of the adapter 200 was modified to reduce the difference between theoretical and measured values. In other words, a shape was applied to reduce the diffusion effect and reduce the pressure drop due to wall flow.

제2실시예의 어댑터는 상기 전면의 모서리에 형성되며, 전면에서 후면으로 갈수록 좁아지도록 형성된 경사부를 포함한다. 제1실시예의 어댑터(200)와 제2실시예의 어댑터(200)를 비교하였을 때, 두께가 동일하되, 하부의 크기를 줄여 전면(210)에 경사부(220)가 형성되는 것을 특징으로 한다. 경사부(220)는 전면(210)의 모서리에 형성되며, 분사되는 분사체가 어댑터(200)의 측면을 타고 흐르지 않아 벽면류에 의한 압력 저하를 줄여 이론값과 유사한 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있다. 즉, 경사부를 통해 두께가 무한히 얇은 어댑터와 유사한 효과를 갖는 특징이 있다.The adapter of the second embodiment is formed at a corner of the front surface and includes an inclined portion formed to become narrower from the front to the back. When comparing the adapter 200 of the first embodiment and the adapter 200 of the second embodiment, the thickness is the same, but the size of the lower part is reduced to form an inclined portion 220 on the front surface 210. The inclined portion 220 is formed at the corner of the front 210, and the injected jet does not flow along the side of the adapter 200, which has the advantage of reducing the pressure drop due to wall flow and obtaining data similar to theoretical values. . In other words, it has the characteristic of having an effect similar to that of an adapter whose thickness is infinitely thin through the inclined portion.

도 8은 제2실시예의 어댑터 정면도이다. 도 8을 참고하면, 어댑터(200)는 분사체의 분사방향에 수직으로 형성된 전면(210), 전면(210)의 반대면에 형성되어 로드셀(300)과 결합되는 결합부, 및 어댑터(200)의 하부 단면적은 전면(210)보다 작게 형성되고, 전면(210)의 모서리에 형성된 경사부(220)를 포함한다.Figure 8 is a front view of the adapter of the second embodiment. Referring to FIG. 8, the adapter 200 includes a front surface 210 formed perpendicular to the injection direction of the jet, a coupling portion formed on the opposite side of the front surface 210 and coupled to the load cell 300, and an adapter 200. The lower cross-sectional area is smaller than that of the front surface 210 and includes an inclined portion 220 formed at a corner of the front surface 210.

어댑터(200)의 전면(210)에 경사면을 갖는 형상을 제안함으로써 벽면류의 문제점을 해결하고 경제적이면서 신뢰성 및 정확도를 높이는 방법을 제안한다. 이때, 경사부(220)의 경사도는 코안다 효과를 최소화 할 수 있도록 적절한 분사체와의 경사각을 유지하면서 분사체에 의하여 어댑터(200)의 휨 현상을 최소화하도록 재료의 강도 측면을 고려하여 45도 이상으로 형성된다.By proposing a shape with an inclined surface on the front 210 of the adapter 200, we propose a method to solve the problem of wall flow and increase reliability and accuracy while being economical. At this time, the inclination of the inclined portion 220 is 45 degrees in consideration of the strength of the material to minimize the bending phenomenon of the adapter 200 due to the injector while maintaining an appropriate inclination angle with the injector to minimize the Coanda effect. It is formed as above.

도 9는 제2실시예의 위치별 힘 분포 예상도이다. 도 9를 참고하면, 어댑터와 로드셀을 이용하여 분사체의 특성 평가 시, 퍼짐에 의한 영향을 제거하는 것을 제2실시예의 위치별 힘 분포도를 통해 설명하도록 한다.Figure 9 is a predicted force distribution by position in the second embodiment. Referring to FIG. 9, when evaluating the characteristics of a jet using an adapter and a load cell, eliminating the influence of spreading will be explained through the force distribution diagram for each position of the second embodiment.

도 9를 참고하면, 어댑터는 분사노즐의 출구로부터 일정한 간격에서 수직방향으로 이동한다. 포지션 1의 경우, 어댑터의 두께가 두꺼운 경우라도 경사부에 의해 어댑터의 옆면에 퍼짐에 의해 분사체의 휨 현상으로 인한 효과가 거의 발생하지 않는다. 즉, 어댑터는 전면의 단면적보다 후단의 단면적이 작게 형성되어 있어, 퍼짐에 의한 영향을 적게 받는다.Referring to Figure 9, the adapter moves vertically at regular intervals from the outlet of the spray nozzle. In the case of position 1, even if the thickness of the adapter is thick, there is almost no effect due to the bending phenomenon of the spray material as it spreads on the side of the adapter due to the inclined portion. In other words, the adapter has a smaller cross-sectional area at the rear end than the cross-sectional area at the front, so it is less affected by spreading.

포지션 2에서는 어댑터의 전면에 부딪히지 않는 분사체의 일정 부분이 어댑터의 경사부로 인해 어댑터의 옆면에 영향을 직접 주질 않기 때문에 어댑터의 두께가 무한히 얇은 경우와 다르지 않다. 포지션 3에서는 분사체의 면적이 어댑터의 너비보다 작기 때문에 모든 분사체에 의한 힘을 정확하게 측정할 수 있다. 포지션 4는 포지션 2와 큰 차이가 없으며, 포지션 5는 포지션 1과 큰 차이가 없다.In position 2, a certain portion of the jet that does not hit the front of the adapter does not directly affect the side of the adapter due to the slope of the adapter, so it is no different from the case where the adapter is infinitely thin. In position 3, the area of the jets is smaller than the width of the adapter, so the force caused by all jets can be accurately measured. Position 4 is not much different from position 2, and position 5 is not much different from position 1.

따라서 제2실시에는 경사부를 형성함으로써 어댑터의 벽면에 영향을 주는 분사체의 퍼짐 효과를 줄여 이론값에 근사한 측정값을 얻을 수 있다.Therefore, in the second implementation, by forming an inclined portion, the spreading effect of the jet affecting the wall surface of the adapter can be reduced and a measured value close to the theoretical value can be obtained.

또한, 경사부는 어느 이상의 속도를 가진 유속이 일정한 각도에서 벽면과 만났을 때 발생하는 벽면류로 인한 분사체 자체의 유동장 변화로 인한 문제를 해결할 수 있다.In addition, the inclined part can solve problems caused by changes in the flow field of the jet itself due to wall flow, which occurs when a flow rate of a certain speed or higher meets a wall surface at a certain angle.

도 10과 도 11은 제2실시예의 측정데이터이다. 도 10은 제2실시예의 어댑터가 x축으로 이동하며 측정한 데이터이며, 도 11은 제2실시예의 어댑터가 y축으로 이동하며 측정한 데이터이다. 실선은 이론값이며, 점의 위치는 위치에 따른 측정데이터에 해당한다. 도 10과 도 11을 참고하면, 제2실시예의 측정값은 이론값과 매우 유사한 것을 알 수 있다. 포지션 1에서부터 포지션 5에 해당항하는 모든 영역에서의 힘 측정값 및 힘의 변화량이 이론값과 매우 유사하다. 또한, 백 프레셔가 변화함에 따라 큰 차이가 없이 일치하여 정확도가 높은 것을 알 수 있다.Figures 10 and 11 show measurement data of the second embodiment. FIG. 10 shows data measured while the adapter of the second embodiment moves along the x-axis, and FIG. 11 shows data measured while the adapter of the second embodiment moves along the y-axis. The solid line is the theoretical value, and the location of the point corresponds to the measurement data according to the location. Referring to Figures 10 and 11, it can be seen that the measured values of the second example are very similar to the theoretical values. The force measurement values and force changes in all areas corresponding to position 1 to position 5 are very similar to the theoretical values. In addition, it can be seen that the accuracy is high as there is no significant difference as the back pressure changes.

본 발명은 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정방법을 포함한다. 분사노즐에서 일정 압력으로 분사체가 분사하는 분사단계, 분사방향에 대해 수직으로 배치된 어댑터가 이동부에 의해 수평 또는 수직으로 이동되는 이동단계, 상기 어댑터의 후면에 배치된 로드셀은 수평 또는 수직으로 이동하며 분사체의 압력을 측정하는 압력 측정단계, 및 제어부는 상기 어댑터의 위치에 따라 측정된 압력을 통해 분사체의 힘 분포를 도출하는 힘 분포 도출단계를 포함한다.The present invention includes a method for measuring fluid force distribution using a single load cell. A spraying step in which the spraying material is sprayed at a certain pressure from the spraying nozzle, a moving step in which the adapter disposed perpendicular to the spraying direction is moved horizontally or vertically by a moving part, and the load cell disposed on the rear of the adapter moves horizontally or vertically. A pressure measuring step of measuring the pressure of the jet, and a force distribution deriving step where the control unit derives the force distribution of the jet through the pressure measured according to the position of the adapter.

분사단계는 압력측정이 끝날 때까지 분사체가 지속적으로 일정 압력으로 분사된다. In the injection stage, the injection material is continuously sprayed at a constant pressure until the pressure measurement is completed.

이동단계는 분사체가 상기 어댑터의 중앙을 통과하도록 이동되는 것을 특징으로 한다. 어댑터는 분사체가 어댑터와 부딪히지 않은 상태에서 어댑터의 중앙을 관통한 후, 다시 어댑터와 부딪히지 않은 위치까지 이동한다. 이때, 어댑터는 직선으로 이동한다.The moving step is characterized in that the injection body is moved to pass through the center of the adapter. The adapter penetrates the center of the adapter without the spray object colliding with the adapter, and then moves back to a position where it does not collide with the adapter. At this time, the adapter moves in a straight line.

압력측정단계는 어댑터의 후면에 배치된 로드셀을 통해 분사체의 압력을 측정한다. 이때, 로드셀은 어댑터와 함께 이동하며 측정한다.In the pressure measurement step, the pressure of the spray is measured through a load cell placed on the rear of the adapter. At this time, the load cell moves with the adapter and measures.

힘 분포 도출단계는 어댑터의 이동거리에 따라 측정된 힘을 그래프화하여 분사체의 힘 분포를 측정한다. 이동에 따라 어댑터와 부딪히는 분사체의 부분이 변화하는 점을 이용하여 각 부분에 힘을 측정하여 힘 분포를 도출한다.The force distribution derivation step measures the force distribution of the jet by graphing the force measured according to the moving distance of the adapter. Using the fact that the part of the jet that hits the adapter changes as it moves, the force is measured at each part to derive the force distribution.

도 12는 본 발명을 활용한 코안다 효과 측정 예시도이다. 본 발명은 형태가 다른 제1실시예의 어댑터와 제2실시예의 어댑터를 이용하여 코안다 효과 유발 힘(Force induced by Coanda effect)을 정량적으로 측정한다. 코안다 효과를 갖는 어댑터 구조(제1실시예)와 코안다 효과가 무시될 정도로 적은 어댑터(제2실시예)를 장착한 로드셀을 이용하여 측정할 수 있다.Figure 12 is an example of measuring the Coanda effect using the present invention. The present invention quantitatively measures force induced by Coanda effect using the adapter of the first embodiment and the adapter of the second embodiment of different shapes. Measurement can be made using a load cell equipped with an adapter structure with the Coanda effect (first embodiment) and an adapter with a negligible Coanda effect (second embodiment).

동일한 조건 하에 분사되는 분사체에 의한 측정값을 얻고, 측정값의 차이는 두가지 다른 힘의 효과로 이해 할 수 있다. 첫 번째는 분사체의 퍼짐에 의한 효과이고, 두 번째는 코안다 효과이다. 이들의 차이는 비교하면, 퍼짐 효과는 노즐의 분사체와 동일하게 양의 부호를 갖는 반면, 코안다 효과는 음의 부호를 갖는다. 즉, 퍼짐 효과는 어댑터에 분사방향으로 힘이 부가되어 양의 부호를 갖으며, 코안다 효과는 감압이 일어남으로 음의 부호를 갖는다.Measured values are obtained from a jet sprayed under the same conditions, and the difference in measured values can be understood as the effect of two different forces. The first is the effect caused by the spread of the projectile, and the second is the Coanda effect. Comparing the difference between them, the spreading effect has a positive sign, same as the nozzle's jet, while the Coanda effect has a negative sign. In other words, the spreading effect has a positive sign because force is added to the adapter in the injection direction, and the Coanda effect has a negative sign because pressure reduction occurs.

도 12(b)의 어댑터가 분사체에 접근하는 과정과 도 12(c)의 이격되는 과정을 살펴보면, 제1실시예의 어댑터는 포지션 1, 5에서 분사체의 일부분에 의하여 어댑터의 벽면에 영향을 미치고 측정값에 가중시킨다. 반면 포지션 2와 4의 경우에는 분사체의 일부분이 어댑터의 표면에 직접적으로 영향을 미친다. 분사체의 일부가 벽면류를 형성하고, 그 흐름의 거리가 증가함에 따라 그 부위의 압력이 감쇠한다.Looking at the process of the adapter in FIG. 12(b) approaching the jet and the process of separating it in FIG. 12(c), the adapter of the first embodiment affects the wall surface of the adapter by a portion of the jet at positions 1 and 5. It increases and adds weight to the measured value. On the other hand, in positions 2 and 4, part of the jet directly affects the surface of the adapter. A part of the jet forms a wall flow, and as the distance of the flow increases, the pressure in that area decreases.

어댑터가 분사체에 근접이 시작하는 점에서 힘의 변화량이 감소하기 시작하여 음의 값으로 감소하였다가 근접과정이 완료되는 위치에서 0으로 된다. 이 지점을 지난 후에는 분사체의 모든 부분이 어댑터 표면 내에 위치함으로 이상의 두 힘들은 모두 0이므로 힘의 변위도 0의 값을 갖는다.At the point where the adapter begins to approach the jet, the change in force begins to decrease, decreases to a negative value, and then becomes 0 at the point where the proximity process is completed. After passing this point, all parts of the jet are located within the adapter surface, so both of the above forces are 0, so the force displacement also has a value of 0.

분사체가 어댑터 표면 끝에 도달하여 그중 일부가 벽면류를 형성하는 경우, 힘의 변위는 감소하여 음의 값을 갖게 된다. 어댑터 표면과 분사체의 중첩되는 부분의 영영이 감소함에 따라 힘의 변위가 점점 증가하게 되고, 이격 과정이 완료됨에 따라 코안다 효과에 의한 로드셀 신호의 세기 감소 효과는 0이 되고, 퍼짐 효과만 남게 된다. 즉, 힘의 변위 부호는 양이다. 이때, 힘의 변위량이 마이너스가 되는 영역에서의 측정된 값은 코안다 효과의 최소 힘에 해당한다. When the jets reach the end of the adapter surface and some of them form wall flows, the force displacement decreases and becomes negative. As the area of overlap between the adapter surface and the injector decreases, the force displacement gradually increases, and as the separation process is completed, the effect of reducing the intensity of the load cell signal due to the Coanda effect becomes 0, leaving only the spreading effect. do. That is, the displacement sign of the force is positive. At this time, the measured value in the area where the displacement amount of force becomes negative corresponds to the minimum force of the Coanda effect.

이를 통해 본 발명은 코안다 효과 및 퍼짐효과를 최소화 할 수 있는 어댑터를 이용하여 실제 임상 및 건강검진 등에 사용되고 있는 공압식 안압계의 공압 펄스에 대한 특정을 평가 할 수 있다. 또한, 코안다 효과 및 퍼짐효과를 최소화하는 특징은 다양한 산업분야에 적용될 수 있다. Through this, the present invention can evaluate the specifics of the pneumatic pulse of a pneumatic tonometer used in actual clinical trials and health examinations by using an adapter that can minimize the Coanda effect and spreading effect. Additionally, the characteristics of minimizing the Coanda effect and spreading effect can be applied to various industrial fields.

도 13은 본 발명의 제3실시예이다. 도 13을 참고하면, 분사노즐에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서, 외면이 분사체의 분사방향에 대해 수직으로 배치되고, 분사체가 통과되도록 형성된 하나 이상의 관통홀을 포함하는 드럼(500), 및 상기 드럼의 내부에 배치되고, 전면이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되는 어댑터(200), 상기 어댑터의 후면에 배치되어 상기 어댑터가 받는 힘을 측정하는 로드셀(300), 상기 드럼을 회전시키는 회전장치, 및 상기 드럼의 회전각도에 따른 상기 로드셀의 측정값을 통해 분사체의 힘 분포를 측정하는 제어부를 포함한다.Figure 13 shows a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, in the fluid force distribution measuring device using a single load cell to measure the force distribution of the jet sprayed from the injection nozzle, the outer surface is disposed perpendicular to the injection direction of the jet and is formed to allow the jet to pass. A drum 500 including one or more through holes, and an adapter 200 disposed inside the drum, the front of which is perpendicular to the direction of fluid injection, and disposed at the rear of the adapter to absorb the force received by the adapter. It includes a load cell 300 for measuring, a rotating device for rotating the drum, and a control unit for measuring the force distribution of the spray object through the measured value of the load cell according to the rotation angle of the drum.

또한, 제어부는 상기 드럼의 회전 각도에 따른 분사체 통과 비율을 입력받으며, 회전 각도에 따라 상기 관통홀을 통과하는 부분을 맵핑하여 힘 분포를 측정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit receives the rate of passage of the jet according to the rotation angle of the drum, and measures the force distribution by mapping the portion passing through the through hole according to the rotation angle.

드럼의 외부에 분사노즐이 배치되고, 드럼 내부에 어댑터 및 로드셀이 배치된다. 분사노즐은 어댑터를 향해 분사체를 분사되고, 분사체는 드럼의 관통홀을 통과하여 어댑터에 부딪힌다. 이때, 관통홀은 원형이 아닌 경사진 쐐기 형태(511)로 형성되거나, 수직형태(512)로 형성된다. 관통홀의 형상은 목적에 따라 변경가능하다.A spray nozzle is placed outside the drum, and an adapter and load cell are placed inside the drum. The injection nozzle sprays the spray toward the adapter, and the spray passes through the through hole of the drum and hits the adapter. At this time, the through hole is formed in an inclined wedge shape (511) rather than a circle, or is formed in a vertical shape (512). The shape of the through hole can be changed depending on the purpose.

회전장치는 관통홀을 통과하는 유체에 영향을 주지 않는다. 예를 들어 회전장치는 드럼의 모서리 또는 내면과 연결되어 회전할 수 있다.The rotating device does not affect the fluid passing through the through hole. For example, the rotating device may be connected to the edge or inner surface of the drum and rotate.

즉, 제3실시예는 관통홀을 갖는 드럼이 회전함으로써 분사체의 일정 부분의 통과 여부를 제어한다. 경사부를 갖는 어댑터를 움직이는 것이 아닌 적절한 각도로 기울어진 쐐기형태의 관통홀을 갖는 드럼을 회전함으로써 분사체의 일정 부분의 통과 여부를 제어함으로써 분사체의 힘 분포를 측정한다.That is, in the third embodiment, the drum having the through hole rotates to control whether a certain portion of the jet passes through. The force distribution of the jet is measured by controlling whether a certain portion of the jet passes through by rotating a drum with a wedge-shaped through hole inclined at an appropriate angle rather than moving an adapter with an inclined portion.

이를 통해 상하좌우 움직임이 아닌 다양한 형상의 관통홀을 갖는 드럼을 일방향으로 회전시키는 점과 모터의 속도에 따라 측정 생산성을 향상 할 수 있을 뿐만 아니라, 목적에 따라 다양한 각도에서 분사체의 힘 분포가 측정가능하다. 즉, 충분한 모터 속도를 갖는 시스템 하에서 무수히 많은 각도에서 분사체에 대한 힘 분포를 측정 가능하다. 이 결과를 적절한 수학적인 표현을 이용하면 충분한 정밀도하에서의 힘의 2D 분포를 높은 정밀도로 결정 할 수 있다. Through this, measurement productivity can be improved depending on the speed of the motor and the fact that the drum, which has through-holes of various shapes rather than moving up, down, left, and right, is rotated in one direction, and the force distribution of the jet can be measured at various angles depending on the purpose. possible. In other words, it is possible to measure the force distribution on the jet from countless angles under a system with sufficient motor speed. Using an appropriate mathematical expression for this result, the 2D distribution of force under sufficient precision can be determined with high precision.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is diverse. Of course, various modifications and implementations are possible without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

100 : 분사노즐
200 : 어댑터
210 : 전면 220 : 경사부
300 : 로드셀
400 : 이동부
500 : 드럼
510 : 관통홀
511 : 쐐기형태 512 : 수직형태
100: Spray nozzle
200: adapter
210: front 220: slope
300: load cell
400: moving part
500: drum
510: Through hole
511: wedge shape 512: vertical shape

Claims (10)

분사노즐에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서,
전면이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되고, 상기 전면의 모서리에 형성되며, 전면에서 후면으로 갈수록 좁아지도록 형성된 경사부를 포함하는 어댑터,
상기 어댑터의 후면에 배치되어 상기 어댑터가 받는 힘을 측정하는 로드셀,
상기 로드셀의 후면에 배치되어 수직 및 수평방향으로 이동되는 이동부, 및
상기 분사노즐의 위치는 고정되고, 상기 어댑터는 상기 이동부에 의해 일방향으로 이동되며, 상기 어댑터의 위치에 따른 분사체의 압력측정을 통해 분사체의 힘 분포를 산출하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 직육면체의 어댑터를 이용한 데이터와 상기 경사부가 형성된 어댑터를 이용한 데이터를 통해 코안다 효과에 따른 힘을 도출하는 것을 특징으로 하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치.
In a fluid force distribution measurement device using a single load cell to measure the force distribution of a jet sprayed from a jet nozzle,
An adapter whose front is disposed perpendicular to the direction of fluid injection, is formed at a corner of the front, and includes an inclined portion formed to become narrower from the front to the back,
A load cell disposed on the rear of the adapter to measure the force received by the adapter,
A moving part disposed at the rear of the load cell and moving vertically and horizontally, and
The position of the injection nozzle is fixed, the adapter is moved in one direction by the moving unit, and includes a control unit that calculates the force distribution of the injection body by measuring the pressure of the injection body according to the position of the adapter,
The control unit is a fluid force distribution measurement device using a single load cell, characterized in that the control unit derives a force according to the Coanda effect through data using a rectangular parallelepiped adapter and data using an adapter in which the inclined portion is formed.
제1항에 있어서,
상기 이동부는 상기 어댑터가 상기 분사체와 접하지 않은 상태에서 어댑터의 중앙을 통과하도록 직선 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치.
According to paragraph 1,
A fluid force distribution measuring device using a single load cell, wherein the moving part moves in a straight direction so as to pass through the center of the adapter without the adapter being in contact with the jet.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 분사체의 일부분이 전면에 부딪히고, 일부분이 전면에 접하지 않고 통과하는 경우, 상기 경사부는 45도 이상의 각도로 형성되어 분사체가 상기 어댑터의 측면과 이격되어 통과하는 것을 특징으로 하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치.
According to paragraph 1,
When a portion of the jet hits the front surface and a portion passes without contacting the front surface, the inclined portion is formed at an angle of 45 degrees or more, so that the jet is spaced apart from the side of the adapter and passes through the single load cell. Fluid force distribution measurement device using.
삭제delete 분사노즐에서 분사되는 분사체의 힘 분포를 측정하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치에 있어서,
외면이 분사체의 분사방향에 대해 수직으로 배치되고, 분사체가 통과되도록 형성된 하나 이상의 관통홀을 포함하는 드럼, 및
상기 드럼의 내부에 배치되고, 전면이 유체의 분사방향에 수직으로 배치되는 어댑터,
상기 어댑터의 후면에 배치되어 상기 어댑터가 받는 힘을 측정하는 로드셀,
상기 드럼을 회전시키는 회전장치, 및
상기 드럼의 회전각도에 따른 상기 로드셀의 측정값을 통해 분사체의 힘 분포를 측정하는 제어부를 포함하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치.
In a fluid force distribution measurement device using a single load cell to measure the force distribution of a jet sprayed from a jet nozzle,
A drum whose outer surface is disposed perpendicular to the spraying direction of the jet and includes one or more through holes formed to allow the jet to pass through, and
An adapter disposed inside the drum, the front of which is disposed perpendicular to the direction of fluid injection,
A load cell disposed on the rear of the adapter to measure the force received by the adapter,
a rotating device that rotates the drum, and
A fluid force distribution measurement device using a single load cell including a control unit that measures the force distribution of the jet through the measured value of the load cell according to the rotation angle of the drum.
제6항에 있어서,
상기 관통홀의 모서리는 경사진 쐐기 형태 또는 수직 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치.
According to clause 6,
A fluid force distribution measuring device using a single load cell, characterized in that the corners of the through hole are formed in an inclined wedge shape or a vertical shape.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 드럼의 회전 각도에 따른 분사체 통과 비율을 입력받으며, 회전 각도에 따라 상기 관통홀을 통과하는 부분을 맵핑하여 힘 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치.
According to clause 6,
The control unit receives the rate of passage of the jet according to the rotation angle of the drum, and measures the force distribution by mapping the part passing through the through hole according to the rotation angle. Fluid force distribution measuring device using a single load cell. .
제1항의 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 장치를 포함하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법에 있어서,
분사노즐에서 일정 압력으로 분사체가 분사하는 분사단계,
분사방향에 대해 수직으로 배치된 어댑터가 이동부에 의해 수평 또는 수직으로 이동되는 이동단계,
상기 어댑터의 후면에 배치된 로드셀은 수평 또는 수직으로 이동하며 분사체의 압력을 측정하는 압력 측정단계, 및
제어부는 상기 어댑터의 위치에 따라 측정된 압력을 통해 분사체의 힘 분포를 도출하는 힘 분포 도출단계를 포함하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법.
In the method of measuring fluid force distribution using a single load cell, including the device for measuring fluid force distribution using a single load cell of claim 1,
A spraying step in which the spraying material is sprayed at a certain pressure from the spraying nozzle,
A moving step in which an adapter arranged perpendicular to the injection direction is moved horizontally or vertically by a moving part,
A pressure measurement step in which the load cell disposed on the rear of the adapter moves horizontally or vertically and measures the pressure of the injector, and
A method of measuring fluid force distribution using a single load cell, wherein the control unit includes a force distribution deriving step in which the control unit derives the force distribution of the jet through the pressure measured according to the position of the adapter.
제9항에 있어서,
상기 이동단계는 분사체가 상기 어댑터의 중앙을 통과하도록 이동되는 것을 특징으로 하는 단일 로드셀을 이용한 유체 힘 분포 측정 방법.
According to clause 9,
The moving step is a method of measuring fluid force distribution using a single load cell, characterized in that the ejection body is moved to pass through the center of the adapter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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