KR200245241Y1 - 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템 및 교정방법에 관한 것으로, 압력 교정의 대상이 되는 피교정기와 피교정기 보다 정확도가 높은 압력표준기의 상태를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 교정수단과, 상기 교정수단에서 인가되는 전기적 신호를 기록 및 분석하여 압력표준기의 압력값과 피교정기의 출력값의 상관관계를 구하고, 이에 관련된 불확도를 계산하며, 최종적으로는 압력교정 성적서를 작성하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단에서 인가되는 신호에 따라 영문/한문으로 압력교정 성적서를 출력하는 출력수단으로 이루어져, 압력계 교정시 필요한 변수값들을 순차적으로 입력하면 교정성적서 작성시 필요한 불확도가 정확한 값으로 산출되므로써 비숙련 교정자도 오차가 없는 교정성적서를 작성할 수 있고, 상기에서 산출된 불확도에 따라 교정성적서가 자동으로 작성되므로써 교정성적서 작성시 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

Description

분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템{Pressure calibration system through deadweight tester}

본 고안은 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 표준기의 압력값과 피교정기의 출력값의 상관관계를 구하고,이에 관련된 불확도 계산, 교정성적서 등을 자동으로 출력할 수 있는 편리한 사용자 인터페이스를 제공하는 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장이나 연구소 등에서 압력측정을 위해 사용되고 있는 압력측정기로는 지시형 탄성압력계, 압력변환기, 디지털 압력계 등이 있으며, 상기와 같은 압력측정기는 오랫동안 사용하게 되면 기기의 특성에 의해서 자연적으로 변화하기 때문에 정확한 압력을 측정하기 위해서는 주기적으로 교정을 받아야 한다.

압력측정기를 교정할 때에는 주로 정확한 압력을 측정할 수 있는 분동식 압력표준기를 이용한다.

상기 분동식 압력표준기는 정확한 압력을 측정 할 수 있지만, 압력을 구하려면 여러가지 변수들이 있으며, 그 변수들은 분동질량, 중력가속도, 공기밀도, 분동밀도, 표준기의 유효단면적, 압력계수, 피스톤-실린더의 열팽창계수, 기준온도와의 차, 표면장력계수, 피스톤 원둘레, 유체밀도 등의 변수들을 압력을 계산 할 수 있는 식에 대입하여야 한다.

그리고, 분동식 압력계로 다른 분동식 압력계를 교정하는 비교교정에서는 상기에서 나열한 변수 외에 대기압, 상대습도, 미소분동무게 등 변수가 더 들어가 더욱 복잡한 방법으로 압력을 구한다.

또한, 교정성적서 작성시 불확도를 계산해야 하는데, 불확도를 계산하는 것도 복잡한 수식이 많이 들어가므로 상당한 주의를 기울여야 한다.

상기와 같이 분동식 압력표준기를 이용한 압력교정은 매우 복잡하기 때문에,국내 많은 교정기관의 훈련된 교정수행자들도 분동식 압력표준기를 이용한 압력교정과 불확도 계산 및 교정 성적서 작성이 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같이 분동식 압력표준기를 이용한 압력교정을 자동으로 수행할 수 있는 장치 및 방법들이 개발되었으나, 이러한 장치 및 방법들은 압력교정에 필요한 압력값만 계산할 수 있으며, 실제 압력교정에 필요한 불확도 계산 및 교정성적서를 자동으로 작성할 수 없다는 문제점이 있다.

특히, 분동식 압력표준기를 이용하여 분동식 압력교정기를 교정하는 비교교정을 할 수 없다는 문제점 있다.

본 고안은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 사용자가 사용하기 쉽고, 분동식 압력표준기를 이용하여 다양한 종류의 피교정기를 교정 할 수 있으며, 분동식 압력교정기의 비교교정을 수행할 수 있고, 불확도 계산 및 교정성적서도 자동으로 출력할 수 있는 편리한 사용자 인터페이스를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템을 도시한 블록도이다.

도 2는 상기 도 1에 도시되어 있는 교정수단을 도시한 블록도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 교정수단 11 : 질소탱크

12 : 압력조절장치 13 : 압력표준기

14 : 제 1기준센서 15 : 제 1레이저거리측정기

16 : 피교정기 17 : 제 2기준센서

18 : 제 2레이저거리측정기 20 : 제어수단

30 : 출력수단

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.

압력 교정의 대상이 되는 피교정기와 피교정기 보다 정확도가 높은 압력표준기의 상태를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 교정수단과,

상기 교정수단에서 인가되는 전기적 신호를 기록 및 분석하여 압력표준기의 압력값과 피교정기의 출력값의 상관관계를 구하고, 이에 관련된 불확도를 계산하며, 최종적으로는 압력교정 성적서를 작성하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 제어수단과,

상기 제어수단에서 인가되는 신호에 따라 영문/한문으로 압력교정 성적서를 출력하는 출력수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 고안의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템을 도시한 블록도이다.

도 2는 상기 도 1에 도시되어 있는 교정수단을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 고안의 표준기를 이용한 압력계 교정 시스템은 교정수단(10)과, 제어수단(20)과, 출력수단(30)으로 이루어져 있다.

교정수단(10)은 압력교정의 대상이 되는 피교정기와 피교정기 보다 정확도가 높은 압력표준기의 상태를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력한다.

예들들어, 상기 피교정기와 압력표준기가 분동식 압력계이면 대기온도, 상대습도, 피스톤-실린더의 위치, 대기압 등의 상태를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력한다.

상기 교정수단(10)은 도 2와 같이, 질소탱크(11)와, 압력조절장치(12)와, 압력표준기(13)와, 제 1기준센서(14)와, 제 1레이저 거리 측정기(15)와, 피교정기(16)와, 제 2기준센서(17)와, 제 2레이저 거리 측정기(18)로 이루어져 있다.

질소탱크(11)는 압력교정에 필요한 압력을 각 장치에 공급하는 압력공급원이다.

압력조절장치(12)는 상기 질소탱크(11)에서 공급되는 압력을 적절히 조절하여 측정에 필요한 압력을 공급한다.

압력표준기(13)는 상기 압력조절장치(12)에서 공급되는 압력을 표준압력으로 조절하여 피교정기(16)에 공급한다.

상기 압력표준기(13)는 일반적으로 피교정기(16) 보다 4배정도의 정확도를 가지는 분동식 압력계를 사용하며, 상기 분동식 압력계는 일정한 무게의 분동을 피스톤 위에 올려 놓으면 이 분동의 무게 의해 피스톤이 아래로 눌려지면서 피스톤을 둘러싸고 있는 실린더 내부에 압력이 발생하게 되고, 이때 발생한 실린더 내부의 압력이 분동식 압력계의 압력이 되며, 대략 분동 무게에 의해 가해지는 힘을 피스톤의 단면적으로 나눈 값과 같다.

그러나, 상기 실린더 내부에 발생하는 압력을 정확하게 계산하려면, 분동질량, 중력가속도, 공기밀도, 분동밀도, 분동식 압력계의 유효단면적, 압력계수, 피스톤-실린더의 열팽창 계수, 기준온도, 표면장력계수, 피스톤 원둘레, 유체밀도, 대기압, 상대습도 등과 같은 변수들이 필요하다.

제 1기준센서(14)는 상기 압력표준기(13)의 상태, 즉 피교정기(16)에 공급되는 압력값을 계산하기 위한 변수들을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 제어수단(20)에 출력한다.

제 1레이저 거리 측정기(15)는 상기 압력표준기(13)의 자유낙하속도를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 제어수단(20)에 출력한다.

피교정기(16)는 압력교정의 대상이 되는 압력측정기로서 상기 압력표준기(13)에서 가해지는 표준압력에 따라 그에 해당하는 자신의 압력을 출력한다.

상기 피교정기(16)는 산업현장 이나 연구소등에서 압력측정을 위해 사용되는 압력측정기, 즉 지시형 탄성압력계, 압력변환기, 디지털 압력계 등과 같이 다양한 종류의 압력측정기가 대상이 될 수 있다.

제 2기준센서(17)는 상기 피교정기(16)의 상태, 즉 피교정기(16)의 출력값을 계산하기 위한 변수들을 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 제어수단(20)에 출력한다.

제 2레이저 거리 측정기(18)는 상기 피교정기(16)의 대상이 분동식 압력계이면 상기 피교정기(16)의 자유낙하속도를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 제어수단(20)에 출력한다.

제어수단(20)은 상기 교정수단(10)에서 인가되는 전기적 신호를 기록 및 분석하여 압력표준기(13)의 압력값과 피교정기(14)의 출력값의 상관관계를 구하고, 이에 관련된 불확도를 계산하며, 최종적으로는 압력교정 성적서를 작성하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력수단(30)으로 출력한다.

출력수단(30)은 상기 제어수단(20)에서 인가되는 신호에 따라 영문/한문으로 압력교정 성적서를 인쇄한다.

상기와 같이 이루어지는 본 고안의 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 교정자가 [표1]과 같이 교정수단(10)의 압력표준기(13) 및 피교정기(16)에 대한 관련정보, 교정범위, 주요상수 및 교정정보 등과 같은 초기변수를 제어수단(20)에 입력하여 파일로 저장한다.

[표1]

대상	종류
표준기 관련정보	1.표준기의 종류, 품명, 제작회사, 모델명, 기기번호, 불확도2.피스톤의 종류, 유효단면적, 열팽창계수, 압력계수, 피스톤 Tare값3.분동의 밀도, 각 분동들의 질량, 분동이름, 불확도
피교정기 관련정보	1.피교정기의 종류, 품명, 제작회사, 모델명, 기기번호, 압력단위, 액주높이차
교정범위	교정 최대압력, 교정최소압력, 교정압력수,가압 또는 감압교정
주요상수	중력가속도, 공기밀도, 오일밀도, 오일표면장력, 기준온도
교정정보	교정번호, 의뢰기관, 접수일자, 교정일자, 차기교정일, 상대습도, 교정실온도, 교정담당자 성명, 교정담당자 연락처, 교정책임자 성명, 교정책임자 직급

이후, 표준압력을 출력하는 압력표준기(13)와, 교정의 대상이 되는 피교정기(16)를 선택한 다음, 피교정기(16)의 종류에 따라 [표2]와 같은 초기변수를 추가로 제어수단(20)에 입력한다.

[표2]

피교정기의 종류	정보의 종류
분동식 압력계	1.피교정기의 유효단면적, 열팽창계수, 분동밀도, 분동질량, 분동이름, 질량불확도, 피스톤 Tare 값
비분동식 압력계	1.피교정기의 최대압력, 최소압력, 출력형태, 최대출력, 최소출력, 최소눈금

이후, 교정자가 압력교정에 사용될 분동목록 찾기를 선택하면 제어수단(20)은 압력교정범위에서 사용될 분동목록을 자동으로 계산한다.

이때, 교정자가 분동식 압력계 비교교정 또는 비분동식 압력계 교정 중 택일적으로 하나를 선택하고, 분동식 압력계 교정시 필요한 초기변수, 즉 표준기의 온도, 미소분동 질량, 교정실 온도, 교정실 습도, 교정실 대기압 등을 입력하면, 제어수단(20)은 교정수단(10)의 제 1 및 제 2기준센서(14, 17)와 제 1 및 제 2레이저 거리 측정기(15, 18)에서 출력되는 신호를 분석한 다음, 내장되어 있는 프로그램에 따라 [표3]과 같은 변수를 자동으로 계산한다.

[표3]

	자동으로 계산되는 변수
분동식 압력계 교정시	표준기 분동질량합, 기준압력값, 피교정기 분동질량합, 피교정기 유효단면적, 피교정기 평균 유효단면적, 유효단면적 불확도, 압력계수, 압력계수의 표준편차, 목표압력, 분동질량, 명목압력, 실제압력, 보정치, 확장불확도, 신뢰수준, 포함인자, 자유도

이후, 제어수단(20)은 상기와 같은 모든 정보를 종합/분석하여 압력표준기(13)의 대상인 분동식 압력계의 압력값과 피교정기(16)의 대상인 분동식 압력계의 출력값의 상관관계를 구한 다음, 이와 관련된 불확도를 계산한다.

이때, 상기에서 계산된 불확도를 이용하여 교정성적서와 교정결과를 화면에 출력하고, 상기에서 출력된 교정성적서 및 교정결과를 교정자가 검토한 후 수정할 사항이 있으면 수정하고, 최종적으로 제어수단(20)에 연결되어 있는 출력수단(30)을 이용하여 상기 교정성적서 및 교정결과를 한글 또는 영문으로 인쇄한다.

그러나, 교정자가 분동식 압력계 비교교정을 선택을 하지 않고, 비분동식 압력계 교정을 선택하고, 비분동식 압력계 교정시 필요한 초기변수, 즉 비분동식 압력계의 가압 및 감압 지시치, 시작시 실내온도, 종료시 실내온도 등을 추가로 다시입력하면, 제어수단(20)은 교정수단(10)의 제 1 및 제 2기준센서(14, 17)와 제 1 거리 측정기(15)에서 출력되는 신호를 분석한 다음, 내장되어 있는 프로그램에 따라 [표4]와 같은 변수를 자동으로 계산한다.

[표 4]

	자동으로 계산되는 변수
비분동식 압력계 교정시	분동질량합, 기준압력값, 이론적 출력값, 온도평균값,최대 기기오차, 히스테리시스, 압력보정식, Y의 표준편차, 절편의 표준편차, 기울기의 표준편차, 확장불확도, 합성표준불확도, 신뢰수준, 신뢰계수, 자유도

이후, 제어수단은 상기와 같은 모든 정보를 종합/분석하여 압력표준기(13)의 대상인 분동식 압력계의 압력값과 피교정기의 대상인 비분동식 압력계의 출력값의 상관관계를 구한 다음, 비분동식 압력계의 불확도를 계산한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 압력계 교정시 필요한 변수값들을 순차적으로 입력하면 교정성적서 작성시 필요한 불확도가 정확한 값으로 산출되므로써 비숙련 교정자도 오차가 없는 교정성적서를 작성할 수 있고, 상기에서 산출된 불확도에 따라 교정성적서가 자동으로 작성되므로써 교정성적서 작성시 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 압력교정의 대상이 되는 피교정기의 종류에 따라 선택적으로 불확도계산 및 교정성적서를 작성하므로써 산업현장 또는 연구소에서 사용되고 있는 모든 종류의 압력측정기를 교정할 수 있다.

Claims (2)

1. 압력 교정의 대상이 되는 피교정기와 피교정기 보다 정확도가 높은 압력표준기의 상태를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 교정수단과,

   상기 교정수단에서 인가되는 전기적 신호를 기록 및 분석하여 압력표준기의 압력값과 피교정기의 출력값의 상관관계를 구하고, 이에 관련된 불확도를 계산하며, 최종적으로는 압력교정 성적서를 작성하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력하는 제어수단과,

   상기 제어수단에서 인가되는 신호에 따라 영문/한문으로 압력교정 성적서를 출력하는 출력수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 교정수단은 압력공급원인 질소탱크와, 상기 질소탱크에서 공급되는 압력을 조절하는 압력조절장치와, 표준압력을 공급하는 압력표준기와, 압력교정의 대상이 되는 피교정기와, 상기 압력표준기와 피교정기의 상태를 검출하는 제 1 및 제 2기준센서와, 상기 압력표준기와 피교정기의 자유낙하속도를 검출하는 제 1 및 제 2레이저 거리 측정기를 포함하는 분동식 압력표준기를 이용한 압력계 교정 시스템.