KR20160064208A

KR20160064208A - 저항 감지의 분해능을 최대화

Info

Publication number: KR20160064208A
Application number: KR1020167011399A
Authority: KR
Inventors: 도날드 이. 찰스
Original assignee: 지멘스 인더스트리 인코포레이티드
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-06-07
Also published as: EP3052949A4; RU2016116252A; MX351644B; CN105579856B; US9429606B2; US20150091591A1; CA2925457A1; CA3025737C; CN105579856A; US20160334448A1; EP3052949A1; EP3052949B1; CA3025737A1; RU2648000C2; BR112016006559A2; US9791486B2; WO2015047839A1; MX2016003777A; BR112016006559B1; KR101983200B1

Abstract

가변 전류원을 이용하여 저항 감지기의 분해능을 최대화하기 위한 접근 방식이 개시된다.

Description

저항 감지의 분해능을 최대화{MAXIMIZING RESOLUTION OF RESISTANCE SENSING}

[0001] 본원은 일반적으로, 건물 자동화 또는 산업 제어 애플리케이션(application)들에서 넓은 범위의 저항 기반 감지기 값들을 감지하는 것에 관한 것이다.

[0002] 많은 건물 자동화 또는 산업 프로세스(process)들은 제어되는 프로세스들 내에서 다양한 프로세스 변수 값들에 대한 신호들을 감지할 필요가 있다. 통상적으로, 감지된 신호는 감지 디바이스(sensing device)에 의해 전압, 전류, 저항 또는 다른 인터페이스(interface) 신호 값으로 변환되고, 그 신호 값은 통상적으로, 감지된 값에 (선형으로, 비선형으로, 또는 다른 식으로) 비례한다.

[0003] 전압들(이를테면, 0-1V, 0-2V, 0-5V, 0-10V, 2-10V)을 위해 그리고 전류(0-1mA, 0-2mA, 0-10mA, 0-20mA, 4-20mA)를 위해 이용되는 많은 표준 값들이 존재하지만, 저항 값들은 넓은 스펙트럼(spectrum)의 값들에 걸쳐 변화된다. 서미스터(thermistor)와 같은 온도 감지기들은 예컨대, 100 옴(Ohm), 1,000 옴, 2,000 옴, 10,000 옴, 및 심지어 100,000 옴일 수 있다. 온도 감지기들은 통상적으로, 기준 온도에서의 기준 저항으로 특정되고, 그리고 그 다음으로, 온도를 변화시키는 영향을 저항과 연관된 방정식 형태로 공급한다. 100,000 옴 서미스터는 감지기 온도에 따라 33,000 내지 2,200,000 옴 초과의 범위이다. 추가로, 많은 포지션 감지기(position sensor)들은 기본적으로 전위차계(potentiometer)("포트(pot)" 또는 가변 저항)이며, 여기서 감지된 움직임은 포트 저항을 변화시킨다. 이러한 감지기들은 통상적으로, 0-100 옴, 0-1,000 옴, 0-2,000 옴, 0-10,000 옴, 0-100,000 옴, 또는 0-1,000,000 옴이지만, 사실상 임의의 다른 시작/종료 값일 수 있다. 일부 감지기들은 비-선형인데, 이는, 감지기의 낮은 및 높은 단부들에서 감지된 값의 고정적 변화가 저항 값들의 동등한 변화들을 초래하지 않음을 의미한다. 설계 솔루션(design solution)은 감지기 범위의 각각의 유형에 대해 상이한 입력 회로소자를 이용할 수 있지만, 다수의 입력 유형들을 허용하도록 회로소자를 확장시킬 수 있다. 다양한 컴포넌트(component)들 또는 기준 값들을 선택/선택해제하기 위해 하드웨어(hardware), 소프트웨어(software), 및/또는 수동으로 제어되는 스위치(switch)들이 이용될 수 있다.

[0004] 회로 설계가 더 넓은 범위의 이러한 저항 유형들을 허용하는 기법들을 이용하는 경우, 그 결과는 통상적으로, 개별 범위들 중 임의의/대부분의/모든 개별 범위들에 대한 감지 값의 분해능의 손실이다. 즉, 0-1000 및 0-2000 옴 값들을 감지하기 위한 단일 회로는, 0-2000 옴 감지기에 대한 전체 범위에 비해서, 아날로그 투 디지털 변환기의 전체 스케일 범위(scale range)의 절반만을 이용할 수 있다.

[0005] 전술한 내용을 고려하면, 감지 값 분해능의 손실 없이 넓은 저항 범위에 걸쳐 저항 값들을 결정하기 위한 시스템(system)들, 장치들 및 방법들에 대한 계속되는 필요성이 존재한다.

[0006] 위의 내용을 고려하면, 저항 감지 감지기의 분해능을 최대화하기 위한 시스템이 제공된다. 저항 값은 가변 저항기에서 변화되고, 그 저항을 통과하는 전류가 전압으로 변환된다. 전압은 제어기에 의해 프로세싱되는(processed) 아날로그-투-디지털(A/D; analog-to-digital) 변환기를 통해 디지털 값으로 변환된다. 제어기는 또한, 최적의 정확도 및 증가된 분해능을 제공하기 위해 가변 전류원을 조정할 수 있는 디지털-투-아날로그(D/A; digital-to-analog) 변환기에 피드백(feedback)을 제공하며, 여기서 그 피드백은 메모리(memory)에 저장된 데이터 구조(data structure)로부터 액세스될(accessed) 수 있다.

[0007] 본 발명의 다른 디바이스들, 장치, 시스템들, 방법들, 특징들 및 이점들은 다음의 도면들 및 상세한 설명의 검토에 따라 당업자에게 명백하거나 또는 명백해질 것이다. 모든 이러한 추가의 시스템들, 방법들, 특징들 및 이점들은 본 설명 내에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있고, 그리고 첨부된 청구항들에 의해 보호되도록 의도된다.

[0008] 도면들의 컴포넌트들은 반드시 실척에 맞는 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 이루어진다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 상이한 도면들에 걸쳐 대응하는 부분들을 지시한다.
[0009] 도 1은 예시적 구현에 따라 저항 기반 감지기 값들의 범위를 최대화하기 위한 프로세서-제어 가변 전류 접근방식(processor-controlled variable current approach)의 블록도(block diagram)를 예시한다.
[0010] 도 2는 도 1의 A/D 변환기의 스케일 범위 및 상대적 저항 값의 그래프(graph)를 예시한다.
[0011] 도 3은 도 1의 A/D 변환기의 범위들을 예시한다.
[0012] 도 4a는 예시적 구현에 따른 트래블러(traveler)를 가진 도 1의 가변 저항기의 블록도를 예시한다.
[0013] 도 4b는 가변 저항 디바이스들의 예들을 예시한다.
[0014] 도 5는 도 1의 예시적 가변 전류원의 회로도를 예시한다.
[0015] 도 6은 본 발명의 예시적 구현에 따라 저항 감지의 분해능을 최대화하기 위한 접근방식의 흐름도를 예시한다.
[0016] 도 7 및 도 8은, 예시적 구현에 따라 도 1에서와 같이 저항을 감지함으로써 새시-개구 영역(sash-opening area)을 결정하기 위한 예시적 구현들이 구현될 수 있는 퓸 후드(fume hood)들의 예들의 사시도들이다.
[0017] 도 9는 예시적 구현에 따른 도 7의 새시 패널(sash panel)에 부착된 트래블러 및 저항 스트립(strip)을 가진 퓸 후드의 사시 절단도를 예시한다.
[0018] 도 10은 도 7의 퓸 후드의 제어의 블록도를 예시한다.
[0019] 도 11은 새시 개구의 분해능을 최대화하기 위한 접근방식의 흐름도를 예시한다.

I. 저항 감지

[0020] 도 1에서, 저항 기반 감지기 값들의 범위를 최대화하기 위한 프로세서-제어 가변 전류 접근방식의 블록도(100)가 예시된다. 가변 저항 디바이스, 이를테면, 전위차계(102)(공통적으로 "포트"로 지칭됨)는 가변 전류원(104) 및 아날로그-투-디지털(A/D; analog-to-digital) 변환기(106)의 입력에 연결된다. 제어기(108)는 A/D 변환기(106)의 출력 및 디지털-투-아날로그(D/A; digital-to-analog) 변환기(110)의 입력에 연결된다. D/A 변환기(110)의 출력은 가변 전류원(104)의 입력에 연결된다. 가변 전류원(104)은, 가변 전류원(104)의 명칭이 의미하는 바와 같이, 전류 값을 포트 또는 가변 저항기(102)에 제공한다. 포트(102) 저항을 통해 흐르는 전류는 전압이 포트 저항(102) 양단에 전개되도록 야기한다. 옴의 법칙(Ohm's law)에 따르면, 전압은 "포트(102)의 저항 × 포트(102)를 통해 흐르는 전류"와 동등할 것이다.

[0021] D/A 변환기(110)가 설정점 값을 가변 전류원(104)에 공급하여, 출력 전류가 설정점 값에 비례하게 변화되도록 야기함이 도시된다. D/A 변환기(110)는 임의의 비트 분해능(bit resolution) 6, 8, 10, 12, 14, 16, 또는 다른 값들을 가질 수 있으며, 이는 64, 256, 1024, 4096, 16384, 또는 65356 전류 레벨(current level)들을 각각 산출한다. 10 비트 D/A 변환기(110)가 현재 예에서 이용되는 경우, 1024개의 상이한 전류 값들이 가변 전류원(104)에 의해 이용되어, 가변 전류원(104)으로부터 이용가능한 1024개의 상이한 전류들을 초래하고, 그리고 또한, 포트(102) 양단에 1024개의 상이한 전압들을 초래할 것이다. D/A 변환기(110) 값은 제어기(108)에서 실행되는 알고리즘(algorithm)에 의해 설정될 수 있다.

[0022] 예컨대, 실행될 때 10 비트 D/A 변환기(110)를 초래하는 알고리즘은, 0 카운트 값(count value)에서 1 마이크로(micro) Amp (uA)의 전류를 유도하고 그리고 각각의 추가의 단계 동안 1 추가 마이크로 Amp의 전류를 유도하도록 구성되고, 그 다음으로, 1,2,3,4,5 .... 1021, 1022, 1023 마이크로 amps의 전류 값들이 가능하며, 각각의 전류는 포트(102) 양단에 상이한 전압을 전개한다. 알고리즘은 제어기(108)에서, 룩업 테이블(lookup table), 수학적 맵핑 함수(mathematical mapping function), 제어기(108)에 대해 유사한 입력 및 출력 값들을 초래하는 다른 데이터 구조로서 구현될 수 있다.

[0023] 또한 도 1에서, 포트(104) 양단에 전개되는 전압을 판독하는 것은 A/D 변환기(106)이다. 결과적인 전압 값은 제어기(108)에 공급된다. 제어기(108)는, 인입하는(incoming) 전압 값이 A/D 변환기(106)의 원하는 범위 내에 있는지를 결정하기 위해, 그리고 감지된 전압이 너무 낮은 경우 D/A 변환기(110)로부터 현재 설정점을 증가시키거나 또는 전압이 너무 높은 경우 D/A 변환기(110) 전류 값을 감소시키기 위해, 알고리즘들 및/또는 데이터 구조들을 포함한다. A/D 변환기(106)의 최대 전압 입력을 초과하지 않는 것이 바람직하다.

[0024] 전압이 원하는 범위 내에 있는 경우, 제어기(108)는, A/D 제어기(110)에 지시된 값으로부터 포트(102)를 통해 진행되는 전류를 결정하고 그리고 A/D 변환기(106)의 원하는 범위 내의 전압 판독으로부터 포트(102) 양단의 전압을 결정할 수 있다. 옴의 법칙을 이용하여, 제어기(108)는 포트(102)의 저항 값을 결정할 수 있다.

[0025] 도 2를 참조하면, A/D 변환기의 스케일 범위(202) 및 도 1의 A/D 변환기(106) 및 가변 저항기(102)의 상대적 저항 값(204)의 그래프(200)가 예시된다. 앞서의 접근방식을 구현하기 위한 많은 방식들이 존재하지만, 솔루션들은, 1) 최대 저항이 알려졌는가(예/아니오) 및 2) 판독치가 "가장 정확한가" 또는 "가장 선형인가"로 이루어진 카테고리(category)들로 나뉜다. 최대 저항이 알려지는 경우(최대 저항을 수동으로 설정함으로써 또는 포트의 활성화를 통해), 접근방식은 어떤 전류 값이 D/A 변환기(110)를 위해 필요한지를 계산할 수 있고, 그 값은 D/A 변환기(110)에 전송될 수 있고, A/D 변환기(106) 판독이 이루어지고 그리고 저항이 계산될 수 있다. 이는 "가장 선형의" 결과(206)를 초래한다. 선택적으로, 저항이 최대치로부터 감소됨에 따라, D/A 변환기(110)가 더 높은 전류 설정들에 대해 지시되어서, 더 최적의 A/D 변환기(106) 판독들을 초래할 수 있다. 이러한 선택사항은, 저항의 더 높은 분해능(208)을 초래하지만, A/D 변환기(106) 카운트들의 수치(전압 값)의 동일한 변화에 대한 측정된 값의 변화의 일정한 레이트(rate)를 갖지 않는다. A/D 변환기(106)의 선택적인 범위는 선형 스케일링(linear scaling)을 이용가능하지 않은 범위(210) 및 이용가능한 범위(212)로 제한할 수 있다.

[0026] 최대 저항 값이 알려지지 않은 경우, D/A 변환기(110)는 제어기(108)의 출력에 의해, 그것의 최소 값으로 지시될 수 있고, A/D 변환기 전압 값 판독이 이루어질 수 있다. 현재의 저항 값은 D/A 변환기(110) 전류 값 및 A/D 변환기(106) 전압 값들로부터 계산될 수 있다. 제어기(108) 내의 룩업 테이블은 A/D 변환기(106) 전압 값(또는 다른 구현에서는 저항)을 변환하기 위해 그리고 이러한 저항에 대한 최적의 D/A 변환기(110) 전류 값 설정을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 전류 값이 D/A 변환기(110)에 지시되고, 그 다음으로, 제 2 판독이 최적의 분해능으로 이루어질 수 있다. 발견되는 최대 값의 추적을 유지함으로써, 제어기(108)는 최대 값을 학습하고 그리고 "최대 값 알려짐" 접근방식으로 스위칭(switch)될 수 있다.

[0027] 도 3에서, 도 1의 A/D 변환기(106)의 범위들의 예시(300)가 도시된다. 원하는 전압 범위가 전체 A/D 변환기(106) 내에 로케이팅되는(located) 경우, 많은 설계 고려사항들이 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 원하는 전압 대역을 전체 A/D 변환기(106) 범위의 상부(302) 가까이 위치시키는 것은, 감지 회로를 통한 전류 흐름을 최대화하고, 이에 의해 전기 잡음을 최소화한다. 감지 범위를 전체 범위의 중간(304)에 위치시키는 것은, (전송된 값/포지션(position) 변화들로 인해) 가변 저항기(102)가 값들을 변화시켜야 하는 더 넓은 "회복" 범위를 제공한다. 감지 범위를 하부(306)에 위치시키는 것은, A/D 변환기(106)에 대한 최소 범위를 제공한다.

II. 전위차계 감지

[0028] 도 4a를 참조하면, 예시적 구현에 따라 트래블러를 가진 가변 저항기(저항성 스트립(402))의 블록도가 예시된다. 여기서, 저항성 스트립(402)은, 접지 및 저항성 스트립(402)의 "단부들" 양쪽 모두에 연결되고 그리고 일정한 전류원들 중 2개에 대한 연결을 위해 이용가능한 트래블러 아암(traveler arm)에 의해 이동될 수 있다. 듀얼 저항기 감지기(dual resistor sensor)들에서 이용되는 바와 같은 제 2 와이퍼(wiper)(408)가 도시된다. 이러한 경우, 와이퍼(406)로부터 저항성 스트립(402)의 단부(412)까지의 저항은 하나의 전류원에 의해 측정될 수 있고, 와이퍼(408)로부터 저항성 스트립(402)의 단부(410)까지의 저항은 제 2 전류원에 의해 측정된다. 와이퍼들(406 및 408) 모두는 접지에 결부되어서, 406과 408 사이에서는 어떠한 저항도 감지되지 않는다. 감지기 및 기준 연결들의 다른 구성들은 더 많은 감지 선택사항들을 제공하지만, 이들은 이러한 기본 개념의 고려되는 확장들이다.

III. 저항성 온도 감지

[0029] 도 4b에서, 다른 유형들의 가변 저항 디바이스들의 예시적 도면들(450)이 예시된다. 저항 디바이스는 전위차계(452), 서미스터(454), 및 도 4a의 저항성 스트립(402)일 수 있다. 다른 유형들의 가변 저항기들이 또한 저항성 디바이스로서 이용될 수 있다. 많은 유형들의 저항성 재료들(이를테면, 서미스터(454))은 온도 변화에 민감하며 이와 같은 많은 것들이 온도 감지기들로서 이용된다. 이러한 디바이스들은 통상적으로, 특정 기준 온도에서 통상의 저항 값을 갖는 것으로 특정되며, 온도의 변화에 비해서 그들의 저항의 변화를 정의하기 위해 방정식 또는 그래픽(graphic)으로 특정된다. 이러한 유형들의 감지기들의 저항의 측정은 개시된 접근방식을 이용하여, 포트(102) 또는 저항성 스트립(402)을 단일 저항성 온도 감지기(454)로 대체함으로써 수행된다. 제어기(108)는 저항 값을 온도로 변환하기 위해 일부 감지기 유형들을 위한 룩업 테이블을 이용할 수 있다.

[0030] 도 5를 참조하면, 도 1의 가변 전류원(104)을 위한 예시적 구현의 회로도가 예시된다. 전류원(104)은 디지털 전압 출력(502) 및 아날로그 전압 입력(504)을 갖는다. 다른 구현들에서, 다른 유형들의 전류원들이 이용될 수 있다. 가변 전류원(104)은 가변 전류를 생성하며, 여기서 가변 전류는, 아날로그 전압 입력(504)에 대한 관계를 변화시킬 수 있는 전류이다.

[0031] 도 6에서, 저항 감지의 분해능을 최대화하기 위한 접근방식의 흐름도(600)가 예시된다. 단계(602)에서, D/A 변환기(110)는 0 카운트(전류 값)로 설정될 수 있다. 단계(604)에서, A/D 변환기(106)에서의 전압이 전압 값으로 변환된다. 그 다음으로 단계(606)에서, 저항을 결정하기 위해 제어기의 메모리에 저장된 값-대-저항 테이블에 액세스(access)하기 위해 제어기(108)에 의해 전압 값이 이용된다. 단계(608)에서, D/A 변환기(110) 설정 테이블에 대한 저항의 D/A 설정(전류 값)을 룩업(look up)하기 위해 저항이 이용된다. 그 다음으로 단계(610)에서, 제어기(108)는 D/A 변환기(110)에 대한 전류 값을 설정할 수 있다. 단계(612)에서, 제어기(108)는 A/D 변환기(106)로부터 전압 값을 판독한다. 그 다음으로 단계(614)에서, 제어기(108)는 단위 길이 당 최대 A/D 변환기 카운트들(최대 분해능 단계 값)을 결정할 수 있다. 단계(616)에서, 제어기(108)는 (D/A(110)로부터 유도된) 전류 값으로 분할된 (A/D(106)로부터 유도된) 전압 값으로서 저항을 계산할 수 있다. "최대" 저항이 제어기에 의해 알려지는 경우, 제어기는 바로 단계(608)로 진행할 수 있다.

IV. 퓸 후드들 및 퓸 후드 새시들

[0032] 본원에서 이용되는 바와 같이, 용어 "새시"는 퓸 후드 개구를 커버(cover)하도록 포지셔닝된(positioned) 이동가능 패널(panel) 또는 도어(door)를 나타내며, 여기서 새시의 이동은 퓸 후드 개구의 영역을 변화시킨다. 본원에서 이용되는 바와 같이, 용어 "새시 개구"는 새시 패널의 포지션(position)에 의해 정의되는 퓸 후드 개구를 나타내며, 여기서 퓸 후드 개구의 최대 영역은, 최대 개방 포지션에 포지셔닝된 새시 패널들을 가진 퓸 후드 개구의 영역에 의해 정의된다.

[0033] 도 7 및 도 8은, 새시-개구 영역을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들의 예시적 구현들이 구현될 수 있는 퓸 후드들의 예들의 사시도들이다. 도 7은 밀폐 구조물(enclosure structure)(702), 작업 표면(work surface)(704), 및 수직으로 이동가능한 새시 패널(708)을 포함하는 제 1 퓸 후드(700)를 도시한다. 밀폐 구조물(702)은, 유독성 또는 유해 퓸들, 증기들, 및/또는 먼지를 수반하는 작업이 수행될 수 있는 작업 표면(704)의 영역을 밀폐시킨다. 후드 개구(706)는 작업 표면(704)에 대한 액세스(access)를 제공한다. 후드 개구(706)는 도 7에 도시된 바와 같은 수직 또는 경도 치수 "y _Max " 및 수평 또는 위도 치수 "x _Max "를 가진 밀폐 구조물(702)의 전면 측 또는 다른 측에서의 절단에 의해 정의될 수 있다. 수직으로 이동가능한 새시 패널(708)은 후드 개구(706)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 이용된다. 도 7에 도시된 예시적 구현에서, 작업 표면(704)에 대한 액세스를 제공하기 위한 0 내지 y _Max 의 범위 내의 값을 가진 새시 높이 H = y _sash 를 갖는 (후드 개구(706)의 부분으로서) 새시 개구(712)를 형성하기 위해 작업 표면(704)의 에지(edge)(710) 위로 새시 패널(708)이 이격되도록, 새시 패널(708)이 수직 방향으로 이동한다.

[0034] 퓸 후드(700)는 (도면들에 도시되지 않은) 도관조직(ductwork)에 의해 배기 팬 및 댐퍼 어레인지먼트(exhaust fan and damper arrangement)에 연결된다. 배기 팬은 새시 개구(712), 밀폐 구조물(702)의 내부, 도관조직 및 댐퍼를 통해 룸(room)으로부터 공기를 끌어내는 역할을 한다. 그 다음으로, 그 공기는 배기 팬에 의해 건물 외부로 환기되고, 이에 의해 퓸들, 증기들 또는 먼지들을 제거한다. 퓸 후드 제어기(도 7 및 도 8에 도시되지 않음)는, 원하는 공기 속도 범위 내에서 퓸 후드(700)를 통해 끌어내는 공기의 속도(본원에서 면속도(face velocity)로 지칭됨)를 유지하기 위해 퓸 후드(700)에 포함되거나 또는 퓸 후드(700) 가까이 있을 수 있다. 면속도가 너무 느린 경우, 작업 표면(704)의 불충분한 환기가 존재할 수 있다. 면속도가 너무 빠른 경우, 원하지 않는 난기류(air turbulence)가 생성되며, 원하지 않는 난기류는 작업자의 호흡 구역으로의 오염물질들의 이동을 야기할 수 있다. 면속도에 대해 허용가능한 범위는 후드 및 위험요인(hazard)의 유형에 따라 대략 분 당 80 내지 120 피트(feet)(fpm) 사이에서 변화될 수 있다.

[0035] 퓸 후드 제어기는, 면속도를 적절한 범위로 유지하기 위해 배기 팬 또는 팬들 및 댐퍼들을 제어하도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 퓸 후드를 위한 환기 시스템(ventilation system)은 퓸 후드가 설치되는 건물의 환기 시스템과 통합될 수 있다. 이러한 구현들에서, 퓸 후드 제어기는 면속도를 조정하기 위해 공기 밸브(air valve)들 또는 댐퍼들을 제어할 수 있다. 면속도는 새시 개구(712)의 영역 또는 크기 및 새시 패널(708)에 걸쳐 존재할 수 있는 임의의 압력 강하에 의해 영향받을 수 있다. 새시 패널(708)이 이동가능함을 고려하여 면속도를 원하는 범위 내로 유지하기 위해, 새시 개구(712)의 현재의 크기를 고려하여 공기 밸브가 조정될 수 있다. 예컨대, 새시 개구(712)의 크기가 증가됨에 따라 공기 흐름을 증가시키도록 공기 밸브가 제어될 수 있다. 역으로, 새시 개구(712)의 크기가 감소됨에 따라 공기 흐름을 감소시키도록 공기 밸브가 제어된다. 유사하게, 도 7에 도시된 구성을 위해 새시 개구(712)의 크기를 고려하여 공기 밸브가 조정될 수 있다.

[0036] 도 8에 도시된 퓸 후드(820)는 도 7의 퓸 후드(700)의 밀폐 구조물과 유사한 밀폐 구조물(822), 및 작업 표면(824)에 액세스하게 새시 개구(826)를 제공하기 위해 수평으로 이동하는 새시 패널들(828a, 828b, 828c, 828d)을 포함한다. 제 1 새시 패널(828a)이 제 2 새시 패널(828b) 바로 뒤에 오는 포지션으로 그 제 1 새시 패널(828a)이 이동되는 것이 도시된다. 도 1b에 도시된 새시 개구(826)는 0 내지 x _Max 의 폭(x _sash )을 갖는다. 새시 개구(826)는 y _Max 의 고정된 높이를 갖는다.

[0037] 새시 개구(126)는 후드 개구의 폭을 따라 상이한 포지션들에 로케이팅될 수 있으며, 후드 개구는 새시 패널들(828a, 828b, 828c, 828b)이 제거될 때의 퓸 후드(820)의 전체 개구이다. 앞서 유의된 바와 같이, 새시 개구(826)는, 제 1 새시 패널(828a)을 제 2 새시 패널(828b) 뒤의 포지션에 포지셔닝(positioning)함으로써 형성된다. 새시 개구(826)는 또한, 최좌측으로 제 1 및 제 2 새시 패널들(828a&b)을 이동시켜서 새시 개구(826)를 우측으로 제 3 새시 패널(828c)까지 연장하게 둠으로써 형성될 수 있다. 새시 개구(826)는 또한, 제 2 새시 패널(828b)을 좌측으로 그리고 제 3 새시 패널(828c)을 우측으로 이동시킴으로써 형성될 수 있다. 도 8의 퓸 후드(820)의 최대 폭(x _Max )은 "(새시 패널들을 갖지 않은) 후드 개구의 폭 빼기 새시 패널들 중 하나의 새시 패널의 폭"이다. 다른 구현에서, 새시 패널들(828 이하 참조)은 (새시 패널들을 갖지 않은) 후드 개구의 최외측 에지들 너머의 포지션으로 이동될 수 있다.

[0038] 각각의 도면에서 도시된 새시 개구 둘레의 에지들에 의해 형성된 직사각형의 영역을 결정함으로써, 도 7 및 도 8에 도시된 퓸 후드들의 새시 개구들에 대한 새시 개구 영역이 결정될 수 있다. 각각의 퓸 후드(700, 820)의 새시 개구의 직사각형은 영역

을 갖는다. 이미터(emitter) 및 감지기 패널을 이용하여 새시 개구의 영역을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들의 예시적 구현들이 아래에 설명된다. 아래에 설명되는 예들은, 수평으로 이동가능한 새시들(828 이하 참조)이 새시 개구(826)를 제공하기 위해 이용되는 도 8의 퓸 후드(820)와 유사한 퓸 후드에 대한 것임이 유의된다. 당업자들은, 본원에서 설명되는 예들이, 그들이 어떻게 형성되는지와 무관하게 개구들을 갖는 퓸 후드들에서 유사하게 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

[0039] 도 9에서, 예시적 구현에 따라 아암(arm)(906)에 의해 새시 패널(708)에 부착된 트래블러(904) 및 저항성 스트립(902)을 예시하는, 퓸 후드(700)의 사시 절단도(900)가 예시된다. 폐쇄된 포지션의 새시 패널(708)은 현재의 예에서는 작업 표면(704)을 거의 밀봉시킨다. 새시 패널이 개방 포지션에 있는 경우, 아암(906)은 트래블러(904)로 하여금 저항성 스트립(902) 위를 이동하게 한다. 현재의 예에서 트래블러(904)는 새시(708)가 개방될 때 새시(708)를 따라 위로, 그리고 새시(708)가 폐쇄될 때 아래로 이동한다. 따라서, 새시는 폐쇄 포지션 및 개방 포지션을 갖는다. 개방 포지션은, 새시(708)가 생성할 수 있는 최대량의 개구인, 완전히 개방됨에 따라 새시(708)에 의해 생성되는 임의의 개구일 수 있다. 트래블러(904)가 이동함에 따라, 낮은 저항 값으로부터, 최대 저항 값으로서 식별되는 저항 값으로 이동한다(최대 저항은, 저항성 스트립(902)의 최대치가 아니라, 오히려, 새시(708)가 완전히 개방될 때 트래블러(904)에 의해 생성되는 최대치임). 다른 구현들에서, 폐쇄에 따라 반전되는 것에 의해 저항성 스트립은 최대 저항 값이고 개방은 저항성 스트립(902)에 의해 생성되는 저항을 감소시킨다. 저항성 스트립으로부터의 저항은 저항성 스트립을 통과하는 전류를 가질 수 있어서, 전압을 초래한다. 앞서 설명된 바와 같이, 전류는, 저항 값 및 A/D 변환기 감지 범위의 이용가능한 분해능을 최적화하기 위해 조정되는 가변 전류원에 의해 생성될 수 있다.

[0040] 도 10에서, 도 7의 퓸 후드(700)의 제어의 블록도(1000)가 예시된다. 제어기(108)는 개방 영역 결정 유닛(open area determining unit)(1004), 환기 제어 유닛(1006), 새시 포지션 추적 유닛(1008), 및 메모리(1010)와 같은 하나 또는 그 초과의 모듈(module)들을 가질 수 있다. 제어기(108)는 사용자 인터페이스(1012) 및 저항성 스트립(1020)에 연결될 수 있다. 환기 제어 유닛(1006)은 환기/배기 장비 인터페이스(1030)에 연결될 수 있다.

[0041] 제어기(108)는 A/D 변환기(106)로부터 디지털 신호를 수신함으로써 새시 포지션 추적 유닛(1008)을 이용하여 새시 포지션을 추적하는 기능을 수행할 수 있다. 디지털 신호의 분해능은, D/A 변환기(110)에 의해 아날로그 신호로 변환되는 디지털 신호를 제공하는 새시 포지션 추적 유닛에 의해 조정되며, 아날로그 신호는 가변 전류원(104)을 조정하기 위해 이용된다.

[0042] 환기 제어 유닛(1006)은, 면속도가 원하는 범위 내에서 유지되도록 퓸 후드의 환기를 제어하기 위해 새시 개구의 영역을 이용한다. 환기 제어 유닛(1006)은 환기 제어 유닛(1006)에 의해 결정되는 바에 따라 팬들 및 댐퍼들을 조정하기 위해 환기/배기 장비 인터페이스(1030)를 통해 환기/배기 장비와 통신할 수 있다. 환기/배기 장비 인터페이스(1030)는 또한, 퓸 후드의 내측과 퓸 후드의 외측 사이에 압력 그래디언트(pressure gradient)를 유지하기 위해 전략적으로 위치되는 압력 감지기들에 대한 연결들을 포함할 수 있다. 면속도의 원하는 범위에 대한 팬들 및/또는 댐퍼들의 적절한 설정들을 결정하기 위한 실제 알고리즘들은 당업자들에게 잘 알려져 있으며, 그러므로, 더이상 상세하게 논의될 필요가 없다.

[0043] 제어기(108)에 연결된 사용자 인터페이스(1012)는 전류원(104)에 대한 값들을 초기에 설정하기 위해 이용될 수 있다. 초기 셋업(setup) 값들은 초기 전류 및 최대 전류를 포함할 수 있다. 초기 셋업 값들은 메모리(1010)에 저장될 수 있다. 초기 셋업 값들은 교정 기간(calibration period) 동안 설정되거나 또는 제어기(108)가 교정 모드(calibration mode)에 진입함으로써 설정될 수 있다.

[0044] 정상 동작 동안, 각각의 새시 포지션 값이 각각의 저항 감지기를 통해 감지된다. 저항은 새시 트랙(sash track) 상의 새시 (윈도우(window)) 포지션으로 변환되고, 그 포지션은 개별 새시(윈도우)에 의해 블록킹되는(blocked) 2차원 공간으로 변환된다. 각각의 새시(윈도우)의 포지션을 알고 있는 경우, 제어기는 퓸 후드의 전면의 개방 표면 영역을 계산한다. 종래 기술에서 보여지는 바와 같이, 공기 흐름 레이트로 곱해진 개방 면 영역은 퓸 후드로 진행하는 공기의 CFM을 초래한다. 하나 또는 그 초과의 새시들이 사용자에 의해 이동됨에 따라, 제어기는 새로운 새시 포지션들을 수집하고, CFM을 재계산하고, 그리고 새시 이동들에 의해 야기된 CFM의 변화를 오프셋(offset) 하기 위한 양으로 배기 댐퍼가 개방 또는 폐쇄하도록 지시한다. 이는 퓸 후드로의 거의 일정한 공기 유입을 보장하고, 퓸 후드를 이용하는 사람/사람들의 안전을 보장한다.

[0045] 도 11에서, 새시 패널(708)의 새시 개구의 분해능을 최대화하기 위한 접근방식의 흐름도(1100)가 예시된다. 접근방식은, 단계(1102)에서 사용자 인터페이스를 통해 교정 모드에 진입함으로써 새시 패널(708)의 구성 동안 이용된다. 교정은 최대 저항 포지션(현재의 예에서 완전히 개방됨)에 있는 새시 패널(108)로 시작할 수 있다(1104). 다른 구현들에서, 최대 저항은 수동으로 입력될 수 있다. 단계(1106)에서, D/A 변환기(110)가 전류를 증가시켜서, 감지된 전압은 A/D(106)에 대한 최대 정격 전압에 가깝다. 그 다음으로 단계(1108)에서, 디지털 신호의 값이 제 1 저장 카운트 값 및 제 1 전압 값으로서 메모리(1010)에 저장된다. 그 다음으로 단계(1110)에서, 새시 패널(708)은 최소 저항점(resistance point)(새시 패널(708) 폐쇄 포지션)으로 재포지셔닝될(repositioned) 수 있다. 단계(1112)에서, D/A(110)의 값은 제 2 저장 값 및 제 2 전압 값으로서 저장된다. 제 1 및 제 2 저장 값들은 주어진 개구 크기에 대한 최대 A/D 카운트들(가능한 최상의 분해능)을 정의한다. 그 다음으로, 최대 감지 전압 및 단위 길이 당 최대 A/D 카운트들이 결정된다(1114). 퓸 후드(700) 상에서 하나보다 많은 수의 새시 도어가 이용되는 경우, 프로세스는 그 후드에 대해 반복된다. 그 다음으로, 사용자 인터페이스(1116)를 통해 교정 모드를 나간다.

[0046] 도 6 및 도 11과 관련하여 설명되는 모듈들 및 단계들 중 하나 또는 그 초과가, 하나 또는 그 초과의 전자 또는 디지털-제어(digitally-controlled) 디바이스들 상에서 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합에 의해 수행될 수 있음이 이해 및 인식될 것이다. 소프트웨어는 적절한 전자 프로세싱 컴포넌트(electronic processing component)의 메모리에 상주할 수 있다. 메모리는 논리적 기능들(즉, 디지털 회로소자 또는 소스 코드(source code)와 같은 디지털 형태로, 또는 아날로그 전기, 사운드(sound), 또는 비디오(video) 신호와 같은 아날로그 소스와 같은 아날로그 형태로 구현될 수 있는 "로직(logic)")을 구현하기 위한 실행가능 명령들의 순서화된 리스팅(listing)을 포함할 수 있다. 명령들은 프로세싱 모듈 내에서 실행될 수 있고, 프로세싱 모듈은, 예컨대, 하나 또는 그 초과의 마이크로프로세서(microprocessor)들, 범용 프로세서들, 프로세서들의 결합들, 디지털 신호 프로세서(DSP; digital signal processor)들, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA; field programmable gate array)들, 주문형 집적 회로(ASIC; application-specific integrated circuit)들, 또는 마이크로제어기(microcontroller)를 포함한다. 또한, 도면들은, 기능들의 아키텍처(architecture) 또는 물리적 레이아웃(physical layout)에 의해 제한되지 않는 물리적(하드웨어 및/또는 소프트웨어) 구현들을 갖는 기능들의 논리적 분할을 설명한다. 본원에서 설명되는 예시적 시스템들은 다양한 구성들로 구현될 수 있고, 단일 하드웨어/소프트웨어 유닛 또는 개별 하드웨어/소프트웨어 유닛들에서 하드웨어/소프트웨어 컴포넌트들로서 동작할 수 있다.

[0047] 실행가능 명령들은, 전자 시스템의 프로세싱 모듈에 의해 실행될 때, 전자 시스템으로 하여금 명령들을 수행하도록 지시하는, 명령들이 저장되는 컴퓨터 프로그램 물건(computer program product)으로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 물건은, 전자 컴퓨터-기반 시스템, 프로세서-포함 시스템, 또는 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스로부터의 명령들을 선택적으로 페칭(fetch)하여 그 명령들을 실행할 수 있는 다른 시스템과 같은 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위해 임의의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체로 선택적으로 구현될 수 있다. 본 명세서의 맥락에서, 컴퓨터-판독가능 저장 매체는, 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위해 프로그램을 저장할 수 있는 임의의 비-일시적 수단이다. 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체는 선택적으로 예컨대, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스일 수 있다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체들의 더 구체적인 예들의 비-포괄적 목록은: 하나 또는 그 초과의 와이어(wire)들을 갖는 전기적 연결(전자); 휴대용 컴퓨터 디스켓(portable computer diskette)(자기); 랜덤 액세스(random access), 즉, 휘발성 메모리(전자); 판독-전용 메모리(전자); 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리, 이를테면, 예컨대, 플래시 메모리(Flash memory)(전자); 컴팩트 디스크 메모리(compact disc memory), 이를테면, 예컨대, CD-ROM, CD-R, CD-RW(광학); 및 디지털 다기능 디스크 메모리(digital versatile disc memory), 즉, DVD(광학)를 포함한다. 프로그램이 예컨대, 종이 또는 다른 매체의 광학적 스캐닝(scanning)을 통해 전자적으로 캡쳐링되고(captured), 그 다음으로, 필요한 경우 적절한 방식으로 컴파일링되거나(compiled), 인터프리팅되거나(interpreted), 또는 다른 방식으로 프로세싱되고(processed), 그 다음으로, 컴퓨터 메모리 또는 기계 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체는 심지어, 프로그램이 프린팅되는(printed) 종이 또는 다른 적절한 매체일 수 있음을 유의한다.

Claims

저항 감지의 분해능(resolution)을 증가시키는 장치로서,
아날로그 전류 값(analog current value)에 대한 응답으로 가변 전류를 생성하는 가변 전류원;
상기 가변 전류와 연관된 전압을 생성하는 가변 저항 디바이스(variable resistance device) ― 상기 가변 저항은 낮은 저항 값 및 높은 저항 값을 가짐 ―; 및
상기 전류와 연관된 전압 값을 수신하고 상기 아날로그 전류 값과 연관된 전류 값을 생성하는 제어기
를 포함하고,
상기 전류 값은 상기 낮은 저항 값과 높은 저항 값 사이의 범위의 분해능의 증가를 초래하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 저항 디바이스는 저항성 스트립(resistive strip)인,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 저항성 스트립은 퓸 후드(fume hood)의 새시(sash)에 연결된 트래블러(traveler)를 더 포함하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 저항 디바이스는 전위차계(potentiometer)인,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 저항 디바이스는 서미스터(thermistor)인,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 서미스터는 온도조절기(thermostat)와 연관되는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전압을 상기 전압 값으로 변환하는 아날로그-투-디지털(A/D; analog-to-digital) 변환기
를 더 포함하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전류 값을 상기 아날로그 전류 값으로 변환하는 디지털-투-아날로그(D/A; digital-to-analog) 변환기
를 더 포함하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 마이크로제어기(microcontroller)인,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 장치.
저항 감지의 분해능을 증가시키는 방법으로서,
저항성 디바이스의 최대 저항 포지션(maximum resistance position)을 결정하는 단계;
상기 저항성 디바이스가 상기 최대 저항 포지션에 있을 때, 전류가 상기 저항성 디바이스를 통과함으로써 생성되는 전압을 감지하는 단계;
감지되는 상기 전압이 최대 전압에 가까울 때까지, 전류 값을 증가시킴으로써, 가변 전류원에 의해 생성되는 전류를 증가시키는 단계;
상기 최대 전압과 연관된 상기 가변 전류원에 의해 이용되는 전류 값을 제 1 전류 값으로서 저장하는 단계;
상기 저항성 디바이스의 최소 저항 포지션을 결정하는 단계;
상기 저항성 디바이스가 최소 저항 포지션에 있을 때, 상기 전류가 상기 저항성 디바이스를 통과함으로써 생성되는 전압을 감지하는 단계;
상기 디바이스가 상기 최소 저항 포지션에 있을 때, 감지되는 상기 전압이 최소 전압에 가까울 때까지, 상기 전류 값을 감소시킴으로써, 상기 가변 전류원에 의해 생성되는 전류를 감소시키는 단계;
상기 최소 전압과 연관된 상기 가변 전류원에 의해 이용되는 전류 값을 제 2 전류 값으로서 저장하는 단계;
상기 최소 저항 포지션 및 최대 저항 포지션으로부터 유도된 최대 분해능 단계 값을 결정하는 단계; 및
저항 값이 상기 최대 분해능 단계 값에 의해 변화됨에 따라, 상기 가변 전류원에 의해 이용되는 전류 값을 변화시키는 단계
를 포함하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 저항성 디바이스는 저항성 스트립인,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 방법.
제 11 항에 있어서,
최대 저항 포지션을 설정하는 단계는, 새시가 상기 저항성 스트립 상의 트래블러에 연결되는 경우에, 퓸 후드 상에서 상기 새시를 완전히 개방하는 단계를 포함하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 방법.
제 10 항에 있어서,
최소 저항 포지션을 설정하는 단계는, 새시가 상기 저항성 스트립 상의 트래블러에 연결되는 경우에, 퓸 후드 상에서 상기 새시를 완전히 폐쇄하는 단계를 포함하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 저항성 디바이스는 서미스터인,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 방법.
제 10 항에 있어서,
아날로그-투-디지털 변환기를 이용하여 상기 전압을 전압 값으로 변환하는 단계; 및
제어기에서의 상기 전압 값의 수신에 대한 응답으로 상기 제어기를 이용하여 상기 전류 값을 생성하는 단계
를 더 포함하는,
저항 감지의 분해능을 증가시키는 방법.
제어기를 이용한 저항 감지의 방법으로서,
상기 제어기에서 전압 값을 수신하는 단계;
상기 제어기에서의 상기 전압 값의 수신에 대한 응답으로 전류 값을 생성하는 단계;
디지털-투-아날로그 변환기를 이용하여 상기 전류 값을 아날로그 전류 신호로 변환하는 단계;
가변 전류원에서의 상기 아날로그 전류 신호의 수신에 대한 응답으로 상기 가변 전류원에 의해 생성되는 전류를 조정하는 단계;
저항을 가진 가변 저항기를 상기 전류가 통과함으로써 상기 전류를 전압으로 변환하는 단계 ― 상기 가변 저항기는 미리 결정된 최소 저항 및 미리 결정된 최대 저항을 갖고, 상기 전압 값과 상기 전류 값 사이의 관계는 상기 미리 결정된 최소 저항과 상기 미리 결정된 최대 저항 사이의 분해능을 증가시킴 ―; 및
아날로그-투-디지털 변환기를 이용하여 상기 전압을 전압 값으로 변환하는 단계
를 포함하는,
제어기를 이용한 저항 감지의 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 가변 저항기를 이용하여 상기 전류를 변환하는 단계는, 저항 스트립과 접촉하는 트래블러를 이용하여 저항을 생성하는 단계를 더 포함하는,
제어기를 이용한 저항 감지의 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 저항 스트립의 저항을 변화시키기 위해 상기 트래블러에 부착된 퓸 후드의 새시를 이동시키는 단계
를 더 포함하는,
제어기를 이용한 저항 감지의 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 가변 저항기를 이용하여 상기 전류를 변환하는 단계는, 서미스터를 이용하여 저항을 생성하는 단계를 더 포함하는,
제어기를 이용한 저항 감지의 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 서미스터는 온도조절기의 부분이고, 그리고
상기 저항은 온도에 응답하는,
제어기를 이용한 저항 감지의 방법.