KR20000010782A - 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치 - Google Patents

시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치 Download PDF

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클라우스 크로프
요셉 에른스트
요셉 세이델
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 시험편 내의 유압 방출과 누출의 측정용 장치에 관한것으로, 시험편에 대해 거의 수직인 유입관(inflow pipe)로서 배치된 측정 구역과 상기 측정구역상에 배치된 용량형 센서를 구비한다. 상기 센서는 측정매체상에 작용 압력을 발생시키도록 설계된 하나 이상의 측정매체 및 다른 측정매체(압력매체) 모두에 충돌시킬 수 있다. 본 발명은 배출량 및 누출의 정밀한 측정을 단순한 기술을 사용하여 수행할 수 있는 방식으로 상기 장치를 개선하는 것을 목적으로 한다. 끝으로, 본 발명은 측정구역에 대해 직결된 시험편으로 제공된다.

Description

시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치
상기 형태의 장치는 예컨대 독일 공개특허 제 42 05 453 호로부터 공지되어 있다. 이 장치에 있어서는 측정구역이 밸브가 배치된 분기부를 통해 시험편과 연결되어 있다. 이 장치에 있어서의 문제점은, 분기부에 의해, 특히 분기부에 배치된 밸브에 의해, 오차가 예컨대 이 밸브의 비 밀폐성으로 인해 발생되어 측정결과치를 틀리게 할 수 있기 때문에, 배출량 및 누출량이 한정된 정확도로 밖에 얻어질 수 없다는 점이다.
본 발명은, 시험편에 대략 수직으로 뻗은 유입관으로 형성되어있는 측정구역, 및 측정매체상에 작용하는 압력을 발생하기 위한 하나 이상의 측정매체 및 하나이상의 다른 측정매체(압력매체)에 대해 충돌시킬 수 있는 측정구역에 배치된 용량형 센서를 구비하고 있는, 시험편에서의 유압 배출량(관류) 및 누출의 측정을 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 시험편에서의 유압 배출량 및 누출량을 측정하기 위한 본 발명에 의한 장치의 제 1 실시예를 도시하는 도면.
도 2는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출량을 측정하기 위한 본 발명에 의한 장치의 제 2 실시예를 도시하는 도면.
도 3은, 도 1 및 도 2에 표시된, 유압 배출량 및 누출량의 측정을 위한 본 발명에 의한 장치에 사용될 수 있는 평가회로의 원리도를 도시하는 도면.
본 발명의 목적은, 상기한 종류에 속하는, 시험편에서의 유압 배출량 및 누출량을 측정하는 장치를, 기술적으로 간단 용이하게 실현할 수 있는 방법으로 배출량 및 누출량의 정확한 측정이 가능해지도록 개선하는 것이다.
상기 목적은, 서두에 언급한 종류의 시험편에서의 유압 관류량 및 누출을 측정하기 위한 장치에 있어서, 시험편이 측정구역에 직접 결합되게 함으로써 달성된다.
시험편이 측정구역에 직접 결합되게 하면, 한편으로는 대단히 정밀한 측정이 가능해지며 다른 한편으로는 예컨대 시험편과 측정구역 사이에 배치된 비 밀폐된 밸브에 기인될 수 있는 측정결과의 어떤 착오도 일어날 수 없는 큰 이점이 얻어진다.
특히 시험편을 측정구역에 직접 결합되게 함으로써 대단히 신속한 측정도 가능해지는데, 그래서 예컨대 시험편과 측정구역 사이에 배치된 분기부, 밸브 등에 의해 야기되는 측정결과를 오도하는 측정지연이 배제될 수 있다.
순전히 원리적으로는 압력매체에 대한 입구 및 출구(출입구) 및 측정매체에 대한 입구 및 출구(출입구)에 관해 아주 여러 배치들이 고려될 수 있다.
유리한 실시예에서는, 압력매체에 대한 입구 및 출구 및 측정매체에 대한 입구 및 출구가 측정구역의 시험편 반대편에 배치되게 하고 있다.
이렇게 배치하면, 한편으로는 전체 측정장치가 콤팩트해 지고, 다른 한편으로는 측정 정밀도가 높아지는데, 그 이유는 측정구역과 시험편 외에는 아무런 추가의 결합장치도 시험회로에 배치될 필요가 없기 때문이다.
다른 유리한 실시예에서는, 압력매체의 입구 및 출구는 측정구역의 시험편 반대쪽에 또한 측정매체에 대한 입구 및 출구는 시험편의 측정구역 반대편에서 시험편에 배치되게 한다.
그러한 실시예에 의해 특히 간단한 방식으로 시험편의 유출측(저압측)에 있어 유압 관류량 및 누출의 측정이 실현될 수 있다. 이 측정은 시험편의 작동압과는 무관하고 따라서 임의의 고압에 까지 이용될 수 있다.
특히 압력하에 있는 측정매체를 시험편에 양호하게 결합하고 경우에 따라 발생하는 기포를 용이하게 세척제거하기 위해 유리한 실시예에서는 시험편의 유입로(고압측의)와 측정구역 사이에 시험편에 있어 선회류의 발생을 위한 소용돌이 소자(와류 발생부재)를 배치하고 있다.
소용돌이 소자의 형상에 관해서는, 순전히 원칙적으로는 시험편에 선회류를 발생시키는 여러 실시형태들이 고려될 수 있다. 유리한 실시예에서는 소용돌이 소자는 축방향 또한 방위 방향으로 경사지게 배치된 개구들을 가진 원통형 원반이다. 그런 소용돌이 소자는 한편으로는 특히 간단히 제조될 수 있고 다른 한편으로는 시험편에 특히 효과적인 선회류를 발생할 수 있다.
유리하게는 체크밸브가 매체공급부의 유입 및 유출관에 배치된다.
측정구역의 형상 및 용량형 센서의 형상에 관해서는 여태까지는 상세한 설명이 없었다. 유리한 실시예는, 측정구역은 원통의 형상을 갖고 용량형 센서는 원통 콘덴서일 것을 제안하고 있다. 이 방법에 의해, 원통 콘덴서로서 원통형의 측정구역 에 배치된 용량형 센서는 특히 간단한 방법으로 측정매체 및 압력매체에 의해 충돌접촉될 수 있는데, 그 이유는 측정구역과 용량형 콘덴서는 말하자면 "결합"되기 때문이다.
원칙적으로는 측정매체 및 압력매체로서는 상이한 유체가 사용될 수 있다.
유리한 실시예에 있어서는 측정매체는 유압액체이며 압력매체는 공기이다.
다른, 특히 높은 측정매체의 경우 특히 유리하게 이용될 수 있는 실시예의 경우에는, 측정매체와 압력매체는 서로 혼합될 수 없는 두 액체이다.
단락을 피하기 위해 유리하게는, 용량형 센서의 두 전극 중의 하나에는 전기절연된 외피가 배치되게 한다.
위에서 설명되지 않은 본 발명의 추가의 특징 및 이점은 몇 가지 실시예에 관한 이하의 기재 및 첨부도면의 대상이다.
도 1에 표시되어있는 것처럼, 시험편(10)에 있어, 예컨대 자동차 산업계에서 사용되는 주입밸브에 있어, 유압 배출량 및 누출량을 측정하기 위한 장치의 실시예는, 시험편(10)에 대해 대략 수직으로 뻗은 유입관으로 되어있는 측정구역(20) 및 원통 콘덴서 형태의 용량형 센서(30)를 포함하고있고, 그 센서의 외부원통(31)은 측정구역(20)의 외관과 중복되어있고 그 센서의 중앙도체(33)는 외부원통(31) 내에 있어, 따라서 측정구역(20)의 외관의 사실상 중심에 배치되어있다.
시험편(10)은 밀폐요소(12)를 통하여 직접 측정구역(20)에 결합되어있다.
용량형 센서(30)의 시험편(10) 가까운 쪽에는 전기절연된 다공성 중앙도체 고정재(35)가 배치되어있다.
용량형 센서(30)의 시험편(10) 먼 쪽에서는, 중앙도체(33)가 전기절연된 압력밀폐성 통공(36)을 통해 외부 평가회로에 뻗어있다.
측정구역(20)의 시험편(10) 먼 쪽에서는, 측정매체(50)를 위한 출입구(입구 및 출구)(40)가 배치되어있고, 그 출입구를 통해 측정구역(20) 및 원통 콘덴서 형태의 용량형 센서(30)는 측정매체(50)에 대해 충돌접촉될 수 있다.
측정매체(50)의 출입구(40)는 제 1 밸브(41) 및 제 2의 배출밸브 또는 환류밸브(42)에 의해 폐쇄될 수 있다.
그 위에 측정구역(20)의 시험편(10) 먼 쪽에는 출입구(60)가 배치되어있고, 그 출입구를 통해 측정매체(50)에 작용할 압력을 발생하기 위한 매체, 즉 압력매체(70)가 측정구역(20) 내로 공급될 수 있다. 압력매체(70)를 위한 출입구(60)는 밸브(61)에 의해 폐쇄될 수 있다. 그 위에 압력매체(70)를 위한 출입구(60) 내에는 밸브(61)의 후단에 측정구역(20)에 가해지는 압력을 측정하기 위한 압력계(64)가 설치될 수 있다.
시험편(10)과 측정구역(20), 따라서 용량형 센서(30)와의 사이에는 또한 시험편(10) 내에 선회류를 발생시키기 위한 소용돌이소자(80)가 배치되어있다. 이 선회류에 의해 특히 시험편(10)에 측정매체(50)가 충돌할 때 생길 수 있는 포말등이 측정매체(50) 및 시험편(10)으로부터 씻겨나갈 수 있다. 소용돌이소자는 축방향 및 방위방향(사방)으로 경사진 개구들(도시 안됨)을 가진 원통형 원반의 형상을 지니고 있다.
유압식 밀폐도 측정에 대단히 적합한 도 1에 표시된 장치의 경우에는, 바람직하게는 측정매체로서는 유압액체가 또한 압력매체로서는 공기가 사용된다. 중앙도체(33)는 약 0.5 mm의 직경을 갖는 반면, 외부원통(30)은 약 2 mm의 직경을 갖는다. 원통 콘덴서의 길이는 약 100 mm이다.
측정매체(50)가 전기전도성인 경우에는, 중앙도체(33)에는 균일하고 얇은 전기절연성 외피(34)가 피복된다.
그런 장치는 특히 작은 유량(관류)의 측정(정밀 측정)에 특히 유리한데, 그 이유는 시험회로에는 시험편과 결합반응할 수 있는 것은 단지 밀폐소자(12) 밖에 없고, 그런 만큼 측정구역(20)과 시험편(10) 사이에 배치된 조합부재들의 와해누설로 인해 발생할 수도 있을 어떤 교란도 발생할 수 없기 때문이다.
측정을 위해서는 먼저 밸브(42, 61)를 폐쇄하고 밸브(41)를 개방하여 출입구(40)를 통해 측정매체(50)를 측정구역(20) 및 시험편(10) 내로 도입한다. 이때 시험편(10)은 제어관(11)을 통하는 세척을 위해 펄스식으로 개폐된다. 이 세척공정에 의해 전체 측정구역(20) 및 시험편(10)은 측정매체로 넘쳐흐르게 된다.
그 후 밸브(61 및 42)를 개방하고 공기류, 즉 압력매체(70)를 취입함으로써 측정구역(20)의 상부영역이 통풍배기되어 건조되게 한다. 바람직하게는 측정매체(50)의 출입구(40)의 유출홀이 압력매체의 유출구(60)의 출입홀 하부에 배치되고 그리하여 경우에 따라서는 측정구역(20)에 존재하는 측정매체(50)가 측정매체(50)용 출입구(40)를 통해 유출될 수 있게 한다.
측정을 위해서는 측정매체(50)의 출입구(40)에 있는 밸브(41, 42)를 폐쇄하는 한편, 압력매체(70)의 출입구(60)에 있는 밸브(61)는 개방되게 한다. 이 방법에 의해 측정구역(20)과 용량형 센서(30)에는 시험압력(p)이 걸리고 이것은 압력계(64)에 의해 파악된다.
시험편(10)으로부터 분출되는 액체량을 측정하기 위해 측정매체(50)의 액 레벨이 용량형 센서(30)에 의해 파악되고 이하에서 상세히 설명될 평가회로에 공급된다.
시험편(10)은 그런 후 제어관(11)을 통해 제어적으로 개방되고 측정액체(50)의 액 레벨은 용량형 센서(30)에 의해 다시 파악된다.
측정구역(20) 및 따라서 원통 콘덴서 형태의 용량형 센서(30)에 있어서의 액 레벨 변화가 시험편(10) 내로의 관류량의 측정치이다.
누출 또는 시험편(10) 내로의 연속적 관류를 구하기 위해 측정구역(30)에서의 액 레벨은 용량형 센서(30)에 의해 차례로 두 번의 시점에서 파악된다. 두 시점 사이에 놓이는 시간에서의 액 레벨 변화는 누출 또는 연속적 관류에 대한 측정치이다.
도 2에 도시된, 유압형 관류량 및 누출을 측정하기 위한 장치의 다른 실시예는, 도 1에 표시된 장치와는, 측정매체(50)의 출입구(48)가 시험편의 측정구역(20) 반대측에서 시험편(10)에 직접 배치되어 있는 것이 상이한 점이다. 이때 출입구(48)는 시험편(10)의 공급측, 즉 고압측에 배치되어있는 한편 시험편(10)은 그의 유출측, 즉 저압측을 통해 측정구역(20)에 직접 결합되어있다. 이 장치는 시험편(10)의 작동압과는 독립적이고 따라서 임의의 고압에 까지 이용될 수 있다.
도 2에 표시되어있는 것처럼, 안전밸브(100)가 배치되어있는데, 이 밸브는 예컨대 시험편(10)이 더 이상 폐쇄되지 않거나 또는 극히 밀폐불량일 경우와 같이 시험편(10)의 작동압이 대단히 높은 경우 측정구역(20)에 파괴적인 또는 위험한 압력이 발생하는 것을 저지한다.
측정은, 시험편(10)의 고압측에 대단히 높은 압력(100 내지 150 바아)이 인가되게 하여 행해진다. 그러면 시험편(10)이 밀폐되어있지 않은 경우 또는 관류량의 측정이 목적인 경우에는 측정구역(20)에 직접 결합되어있는 저압측에 액체용량이 증가된다. 그리하여 측정구역(20)에는 유동성 측정매체(50)의 액체위치의 이동이 일어나고 이것은 용량형 센서(30), 따라서 현재의 경우에는 또한 원통형 콘덴서에 의해 파악된다. 압력매체(70)에 지배하는 압력은 이 경우에는 대기압에 상당한다. 밸브(61)는 폐쇄시키는 한편 환류밸브(42)는 개방시킨다.
도 2에 점선으로 표시되어있는 것처럼, 시험편(10)은 바람직하게는 측정매체(50)에 상당하는 매체(120)를 통해서 측정구역(20)에 결합될 수도 있다. 이 방법에 의해 특히 결합시에 공기가 혼입포함되는 것을 피할 수 있다. 그 위에 실제의 측정 전에 시험편(10)을 측정매체(50)로 세척할 수 있도록 시험편의 세척을 위한 관(130)과 밸브(132)가 배치될 수 있다.
배출밸브(150)는 측정구역(20)에서의 충전위치를 조절하는데 사용된다.
측정구역(20)에 배치된 용량형 센서(30)의 용량측정은 도 3에 대략적으로 표시된 것같이 행해질 수 있다. 용량형 센서(Cx)는 반결합 및 순결합 저항(Rf, Rm1, Rm2)과 함께 그 자체 공지의 측정발진부(구형파발진기)의 주파수 측정소자 역할을 한다. 발진기의 발생 주기(T)는 Cx에 직접 비례한다. 용량(Cx) 약 20 pF, 반결합 저항 Rf = 5 MΩ, 순결합 저항 Rm1, Rm2 = 230 kΩ일 때 예컨대 230 μs의 T, 즉 발진부 주파수 f 약 4.3 kHz가 얻어진다. 시험용량에 해당하는 측정발진신호는 계수기 1 및 계수기 2를 포함하는 두 개의 카운터체인에 공급되는데 계수기2에 공급된 신호는 역전되어있다. 카운터체인의 전단에는 두 입력부를 가진 낸드 게이트(200)가 각각 연결되어있다. 두 입력부 중의 하나에는 각각 그 자체 공지의 수정 발진기부재에 의해 발생된, 기준발진기의 공동의 100 Mhz 신호가 가해진다. 계수기(1)의 낸드 게이트는 측정발진부의 출력부가 하이(HIGH)에 놓여있는 시간동안에 100 MHz 신호를 통과시킬 수 있다. 계수기(2)에 사용된 측정발진신호는 역전되어있기 때문에, 계수기(2)의 낸드 게이트는 측정발진신호의 로우(LOW) 기간 중 100 MHz 신호를 통과시킬 수 있다.
두 계수기체인 중의 계수기(1, 2)는 각각 16 비트 계수기이다. 마이크로 콘트롤러는 계수기상태를 차례로 판독한다.
이전의 측정발진주기에서의 판독치와의 차가 구해진다. 이에 의해 측정발진주기의 각각의 반분(HIGH/LOW)의 길이가 10 ns 단위(100 MHz 기준주파수)로 얻어진다. 각 반주기를 측정한 후에 그 전에 측정된 그때그때의 다른 반주기를 합하면 10 ns 단위의 순간의 완전한 측정발진주기(T)가 얻어진다. 따라서 상기한 시정수 T = 230 μs의 경우 약 23000개로 한 주기가 얻어진다.
이런 식의 계수기체인의 전환적 판독에 의해 대단히 높은 시간 해상도(정확도)가 얻어진다(이것은 전형적으로 약 120 μs이다). 이 방법에 의해 대단히 신속한 측정이 가능하고, 이것은 상기한 도 1에 따라 설명된 장치에 의해 측정기술적으로 특히 양호하게 수행될 수 있다.
측정을 위해서는 미리 주어진 수의 측정치가 표준컴퓨터(표시 안됨)에서 처리된다. 그러면 선택된 수의 그런 측정에 의해 상수항, 시간비례항 및 지수적 하강항을 가진 보정곡선이 다음 식에 따라 얻어진다 :
측정치 = 상수 + 비(非) 밀폐도 * t + K * exp(-t/t0)
지수적 하강항은 특히 시험편(10) 내로 혼입되는 공기에 의해 발생될 수 있는 효과에 대한 고려를 갖고있다(세척/시험압의 작용시의 단열가열과 그 후 냉각에 의한 체적수축). 시정수(t0)는 사실상 사용된 시험편(10), 예컨대 주입밸브 류에만 의존하고, 따라서 미리 일반 통용적으로 정해질 수 있다. 양(K)은 혼입된 공기의 체적에 관계된 값이고 감시될 수 있는 양이다.
서서히 측정할 경우에는 측정치파악당 전형적으로 80회의 측정발진주기가 판독된다. 전형적으로 50 내지 200 ms의 간격으로 마지막 10 개의 측정에 대해 평균화할 경우에는 한 양호하게 완성된 탐지장치(시험장치)에 대해 약 18,000,000 개의 측정치가 얻어진다. 공 탐지장치의 경우에는 약 15,000,000 개가 얻어진다. 그래서 탐지장치의 충실정도도 알 수 있는 것으로, 측정매체(50)의 공급시의 교란의 인식, 시험편(10)에서의 대량유출의 인식, 과도한 공기혼입의 인식이 가능하다.
표준적인 서속 측정, 예컨대 적당한 프로그램에 의한 밀폐성 시험 또는 동적 또는 정적관류의 통합적 측정도 마이크로 컴퓨터에서 파악되게 하면서 행해질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이 경우 측정이 신속히 행해질 수 있기 때문에 다수의 측정결과들을 서로 합하여 경우에 따라 가중치가 가해진 그 평균치를 구할 수 있다.

Claims (10)

  1. 시험편(10)에 대해 대략 수직으로 뻗은 유입관으로 형성되어있는 측정구역(20), 및 적어도 한 측정매체(50) 및 측정매체(50)에 작용할 압력을 발생시키기 위한 적어도 한 매체(압력매체(70))에 의해 충돌될 수 있는, 측정구역(20) 내에 배치된 용량형 센서(30)를 포함하고있는, 유압 관류량 및 누출을 측정하기 위한 장치에 있어서, 시험편(10)이 측정구역(20)에 직접 결합되어있는 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 압력매체(70)를 위한 입구 및 출구(60)와 측정매체(50)를 위한 입구 및 출구(40)는 측정구역(20)의 시험편(10) 반대측에 배치되어있는 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 측정매체(50)를 위한 입구 및 출구(48)가 시험편의 측정구역(20)에서 먼 쪽에서 시험편(10)에 배치되어 있으며, 압력매체(70)를 위한 입구 및 출구(60)는 측정구역(20)의 시험편(10)에서 먼 쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 시험편(10)의 유입로와 측정구역(20) 사이에는 시험편(10)에 있어 선회류를 생성시키기 위한 소용돌이 소자(80)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 소용돌이 소자(80)는 축방향으로 또한 방위방향으로 경사지게 배치된 개구들을 가진 원통형 원반인 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 유입구 및 유출구(40, 60)의 유입관에는 체크밸브(41, 42, 61)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 측정구역(20)은 원통형상을 갖고있으며 용량형 센서(30)는 원통 콘덴서인 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 측정매체(50)는 유압액체이며 압력매체(70)는 공기인 것을 특징으로 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 측정매체(50) 및 압력매체(70)는 두 가지의 상호 혼합되지 않는 액체인 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 용량형 센서(30)의 전극들 중의 하나에는 전기절연성 외피(34)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 시험편에서의 유압 배출량 및 누출을 측정하기 위한 장치.
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