KR20180006527A - 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스농도 측정기의 농도 측정에 있어서 다양한 농도값을 갖는 표준가스의 농도 측정값을 미리 메모리에 저장하고 이를 기준값으로 하는 변수값을 연산하여 자동으로 전 측정 구간에서 선형적으로 보정된 농도값을 표시할 수 있게 하는 기술적 특징으로 실제 측정되는 농도값에 대하여 표준가스의 측정농도값의 특성곡선이 갖는 농도 비례값을 적용하여 모든 측정범위에 대하여 보정되는 농도 값을 디스플레이로 표시 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법{Automatic Calibration Gas Concentration Measurement Method Using the Standard Gas Concentration}

본 발명은 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스농도 측정기의 농도 측정에 있어서 다양한 농도값을 갖는 표준가스의 농도 측정값을 미리 메모리에 저장하고 이를 기준값으로 하는 변수값을 연산하여 자동으로 전 측정 구간에서 선형적으로 보정된 농도값을 표시할 수 있게 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법에 관한 것이다.

가스, 즉 기체는 압축성, 균질성, 수송의 용이성 등의 특성 때문에 오래 전부터 연료와 재료 계측기기 및 첨단산업의 매체로 쓰이고 있다. 특히 최근 첨단산업의 고도화에 따라 더욱 더 그 사용범위가 확대되어 가고 있는 추세이다. 그러나 가스는 대부분 압축 또는 액화된 상태로 저장되며 그 자체가 독성, 폭발성 또는 부식성인 것이 있으므로 근본적으로 위험물로 보아야 하며, 우리나라에서는 특별히 고압가스 안전관리법에 의하여 가스의 안전한 사용을 시도하고 있다.

가스농도측정기는 가스의 농도, 즉 일정 용적 중의 가스 용적을 통상 PPM으로 지칭되는 100만분의 1용적으로 정량하여 농도를 표시하여 주는 측정 장치이다.

이러한 가스농도 측정기의 성능은 사용기간, 사용빈도, 정밀정확도 수준, 사용 환경 등에 따라 변하므로 주기적으로 재교정이 필요하다.

이를 위하여 가스농도 측정기의 정밀정확도를 보정하기 위해서는 표준가스를 사용하게 되는데, 표준가스를 강제주입하고 가스농도 측정기로 측정한 데이터를 검사용지에 기록하여 계산된 Offset 값이나 비례 값을 매 번 Firmware를 수정하여 적용함에 있어서 보정 절차가 번거롭고 복잡한 단점이 있었다.

또한, 가스농도 측정기는 공기 중에서 가스농도를 측정하므로 측정기 내부의 흡입펌프로 가스를 흡입하여 농도를 측정하지만 측정농도의 정확도를 확인하기 위해서는 표준가스의 농도를 측정하여야 하는데 표준가스는 정확한 농도유지를 위해 용기에 들어 있으므로 표준가스를 측정기에 강제로 주입하여야 하고, 이때 표준가스를 가스농도 측정기에 강제로 주입 시 측정기 내부 흡입펌프의 흡입압력과 강제주입 압력이 맞지 않을 경우 측정농도 오차가 심하게 발생함에 있어서 측정기 압력센서를 활용하지 않는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 종래의 기술로서는 대한민국 등록특허공보 제10-0315314호에서와 같이 가스 분석, 농도추정 및 측정, 측정 데이터 보정방법과그의 표시방법이 공지되어있다.

그러나 상기의 종래의 기술은 센서들에 측정된 샘플가스의 저항값을 기준가스의 저항값으로 나누거나 상기 센서들에 측정된 샘플가스의 전압값을 기준가스의 전압값으로 나누어 기준 데이터를 계산하는 단계들이 존재하나, 신경회로망 및 다수개의 기준 데이터를 입력받는 뉴런들로 구성된 입력과 같은 복잡하고 까다로운 방법을 사용하고 있음을 알 수 있다.

그러므로 표준가스의 구간별 기울기를 갖는 선형그래프를 이용하여 보정데이터를 생성하는 방법과 같이 매우 간단하고 간단한 펌웨어의 조작만으로 가스농도 측정기의 자동 보정 방법이 요구되어진다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 가스농도 측정기의 정밀 정확도를 향상시키기 위한 자동 보정을 위하여 일정 구간값을 갖는 표준가스의 측정범위 내 여러 지점의 농도에 대하여 상기 가스농도 측정기의 표시농도가 표준가스와 일치하도록 보정하게 하는 목적이 있다.

또한, 본 발명은 표준가스의 여러 지점의 농도를 연산하여 선형화함으로서 자동으로 전 측정 구간에 대한 보정값을 적용하여 상기 가스농도 측정기가 정확한 보정 농도를 표시하도록 하기 위한 다른 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 가스농도 측정기의 보정 방법에 있어서, 일정 농도 범위 안에서 각각 일정 농도값을 취하는 표준가스 시료 n개를 준비하는 제1단계, 상기 표준가스 시료 n의 개수와 상기 n개의 표준가스 농도값을 가스농도 측정기의 메모리에 저장하는 제2단계, 상기 표준가스 농도값의 순서에 따라 상기 표준가스 시료를 상기 가스농도 측정기의 흡입구에 연결하여 주입하고, 상기 가스농도 측정기의 보정 메뉴에 따른 보정 시작으로 상기 표준가스 농도값을 측정하는 제3단계, 상기 제3단계에서 측정된 표준가스 측정농도값을 상기 가스농도 측정기의 메모리에 저장하는 제4단계, 상기 제3단계와 상기 제4단계를 상기 메모리에 저장된 상기 표준가스 시료 n의 개수만큼 반복하여 수행하는 제5단계, 상기 가스농도 측정기의 MCU에서 상기 메모리에 저장된 상기 표준가스 농도값을 일축으로 하고 상기 표준가스 측정농도값을 타축으로 하는 특성그래프의 변수값을 계산하는 제6단계 및 상기 변수값을 상기 가스농도 측정기의 메모리에 저장하고 상기 가스농도 측정기의 실제 측정 시 보정데이터로 적용하는 제7단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정을 할 수 있는 것을 특징으로 달성된다.

따라서 본 발명의 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법은 가스농도 측정기의 측정에 있어서 실제 측정되는 농도값에 대하여 표준가스의 측정농도값의 특성곡선이 갖는 농도 비례값을 적용하여 모든 측정범위에 대하여 보정되는 농도 값을 디스플레이로 표시 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 가스농도 측정기를 보정함에 있어서, 메모리에 미리 저장한 표준가스 농도를 기준으로 측정을 실시하고, 그 측정결과가 입력되면 가스측정기 내부 MCU에서 연산을 하여 자동으로 전 측정구간에 대하여 보정 값을 적용하도록 하는 매우 간단하고 효율적인 방법을 제공하는데 그 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법의 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표준가스 농도값과 측정된 표준가스 측정농도값의 구간별 특성그래프를 나타내는 예시도이며,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스농도 측정기에서 측정된 실제농도값이 표준가스 농도값으로 근사헤게 보정되는 특성그래프를 나타내는 예시도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법의 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 가스농도 측정기의 자동 보정 방법은 표준가스 시료를 준비하는 제1단계(S100), 상기 표준가스 시료의 개수와 표준가스 농도값을 저장하는 제2단계(S200), 상기 가스농도 측정기로 상기 표준가스 농도값을 측정하는 제3단계(S300), 측정된 표준가스의 측정농도값을 상기 가스농도 측정기의 메모리에 저장하는 제4단계(S400), 상기 표준가스 시료의 개수만큼 반복하여 제3단계(S300)와 제4단계(S400)를 반복 수행하는 제5단계(S500), 상기 가스농도 측정기의 MCU에서 특성그래프의 변수값을 계산하는 제6단계(S600) 및 상기 가스농도 측정기의 실제 측정 시 보정데이터를 적용하는 제7단계(S700)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이를 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 제1단계(S100)는 일정 농도 범위 안에서 각각 일정 농도값을 취하는 표준가스 시료 n개를 준비하는 단계이다. 본 발명의 위하여 상기 표준가스 시료의 개수는 많을수록 바람직하나 최소 4개 이상의 표준가스 시료를 준비하는 것이 바람직하다.

이때 상기 표준가스(Standard Gases) 시료란 가스농도 측정 및 각종 분석의 보정, 공정관리 및 품질관리용으로 사용되는 정확한 농도의 값을 갖는 가스 시료를 말한다.

상기 제2단계(S200)는 상기 표준가스 시료 n의 개수와 상기 n개의 표준가스 농도값을 가스농도 측정기의 메모리에 저장하는 단계이다.

상기 가스농도 측정기는 가스 흡입을 하는 흡입펌프와 가스 흡입 압력을 측정하는 압력센서, 가스의 농도를 아날로그값으로 측정하는 가스센서, 상기 가스센서가 측정한 농도값을 표시하는 디스플레이모듈, 자료 및 데이터를 저장하는 메모리 및 상기 가스농도 측정기의 제어와 사용자 메뉴의 관리를 담당하는 중앙처리장치(MCU)와 배터리, OPAMP, ADC, LDO Regulator등 기타 부속 모듈로 이루어진다.

상기 제3단계(S300)는 상기 표준가스 시료에 따른 농도값에 따라 순차적으로 상기 표준가스 시료를 상기 가스농도 측정기의 흡입구에 연결하여 흡입펌프에 주입하고, 상기 가스농도 측정기의 보정 메뉴에 따른 보정 시작으로 상기 표준가스 농도값을 측정하는 단계이다.

상기 제4단계(S400)는 상기 제3단계(S300)에서 측정된 상기 표준가스 시료의 농도 측정값인 표준가스 측정농도값을 상기 가스농도 측정기의 메모리에 저장하는 단계이다.

이때 상기 제3단계(S300)에서는 상기 가스농도 측정기로 측정되는 상기 표준가스 측정농도값이 상기 표준가스 농도값 대비 상하 1 내지 10% 범위인 일정 범위를 벗어나면 주입압력을 조정하라는 메시지를 상기 가스농도 측정기의 디스플레이에 표시한 후 측정을 일시 정시시키고, 상기 가스농도 측정기의 측정되는 측정농도값이 상기 표준가스 농도값 대비 상하 1 내지 10% 범위 이내이면 측정이 계속 진행되도록 할 수 있다.

이러한 현상은 상기 가스농도 측정기의 흡입펌프와 흡입압력을 측정하는 내부 유로에서 압력이 크거나 작으면 가스의 정상적이지 않은 흐름으로 인해 가스센서에서 측정되는 농도가 흔들리거나 정확하지 않는 현상이 발생할 수 있기 때문에 상기 압력센서의 정밀 점검이 필요하기 때문이다.

그러므로 상기 가스농도 측정기의 보정데이터의 생성을 위하여 표준가스 시료를 가스농도 측정기에 강제 주입 할 때는 상기 압력센서의 압력을 허용압력오차 범위에서 확인하여 표준가스의 주입 압력을 조정해 보정에 적합한 압력으로 유지하는 것이 필요하다.

이후 상기 제5단계(S500)는 상기 제3단계(S300)와 상기 제4단계(S400)를 상기 메모리에 저장된 상기 표준가스 시료 n의 개수만큼 n번 반복하여 수행하는 단계이다.

그러므로 상기 제3단계(S300) 내지 제5단계(S500)를 통하여 상기 표준가스 시료 n의 개수만큼 n번 반복하여 상기 표준가스 시료의 농도 측정값인 표준가스 측정농도값이 상기 가스농도 측정기의 메모리에 순차적으로 저장되게 된다.

이때 상기 표준가스 시료를 연결하지 않고 측정된 농도값을 상기 표준가스 측정농도값의 초기 좌표값으로 저장한다. 이는 상기 메모리에 저장되는 표준가스 농도값이 0인 상태에서 표준가스 시료를 연결하지 않고 측정된 임의의 상기 표준가스 측정농도값을 초기값으로 설정하는 것을 의미한다.

상기 제6단계(S600)는 상기 가스농도 측정기의 MCU에서 상기 메모리에 저장된 상기 표준가스 농도값을 일축으로 하고 상기 표준가스 측정농도값을 타축으로 하는 특성그래프의 변수값을 계산하는 단계이다.

이때 상기 특성그래프는 인접한 두 표준가스 시료의 상기 표준가스 농도값을 Y 좌표값으로 하고 상기 표준가스 측정농도값을 X 좌표값으로 하는 두 지점을 연결하는

로 정의되는 구간별 선형그래프를 말하며, 상기 가스농도 측정기의 MCU는 상기 특성그래프의 상기 두 지점을 연결하는 구간의 구간별 기울기값 a 및 구간별 절편값 b를 상기 변수값으로 계산하게 되는 것이다.

이후 상기 제7단계(S700)는 계산된 상기 변수값을 상기 가스농도 측정기의 메모리에 저장하고 상기 가스농도 측정기의 실제 측정 시 보정데이터로 적용하는 단계이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표준가스 농도값과 측정된 표준가스 측정농도값의 구간별 특성그래프를 나타내는 예시도이며, 도3은 가스농도 측정기에서 측정된 실제농도값이 표준가스 농도값으로 근사헤게 보정되는 특성그래프를 나타내는 예시도이다.

도 2와 3을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제1단계(S100)에 따라 표준가스 농도 범위가 0~100이라 가정하고, 표준가스 시료의 농도값이 각각 25, 50, 75, 100인 표준가스 시료 4개를 준비한다.

이때 상기 표준가스 시료 4개를 농도값에 따라 순차적으로 표준가스1, 표준가스2, 표준가스3, 표준가스4라 한다.

본 발명의 제2단계(S200)에 따라 상기 표준가스 시료의 개수 4와 표준가스 시료의 농도값 25, 50, 75, 100을 메모리에 저장한다.

본 발명의 제3단계(S300)와 제4단계(S400)에 따라 표준가스1을 가스농도 측정기의 흡입구에 연결하고 상기 가스농도 측정기 메뉴에서 보정을 선택한 후 보정시작을 선택하여 농도를 측정하고 이를 메모리에 표준가스 측정농도값 P1으로 저장한다.

이때 압력상태가 비정상일 경우 주입압력을 조정하라는 메시지를 디스플레이에 표시하고 측정을 일시 정지함. 압력상태가 정상이면 측정을 계속 진행한다.

상기 표준가스1의 농도측정이 완료되면 다음 측정할 표준가스2를 가스농도 측정기의 흡입구에 연결하고 상기 가스농도 측정기 메뉴에서 보정시작을 선택하여 농도를 측정하고 이를 메모리에 표준가스 측정농도값 P2로 저장한다. 이때도 주입압력상태 확인한다.

이러한 과정으로 상기 제5단계(S500)와 같이 상기 표준가스3의 표준가스 측정농도값 P3와 상기 표준가스4의 표준가스 측정농도값 P4를 메모리에 순차적으로 저장한다.

또한, 상기 표준가스 시료를 연결하지 않고 측정된 농도값을 상기 표준가스 측정농도값 0으로 상기 메모리에 P0의 값으로 저장한다.

상기 표준가스1 내지 표준가스 4의 농도 측정이 완료되면 상기 가스농도 측정기의 MCU에서 변수값을 계산하게 된다.

상기 변수값은 도 2에서와 같이 표준가스 농도값을 Y축으로 하고 표준가스 측정농도값을 X축으로 하는 특성그래프 상에서 각 구간별 1차함수의 그래프의 기울기값과 절편값을 구하는 것이다.

예를 들어 P1와 P2 사이의 구간을 P1구간이라 할 때, 상기 P1구간의

로 1차함수가 정의되며, 상기

인 기울기값은

로 구해지듯이 여기서 Y값은 표준가스 농도값으로 y2는 50, y1는 25가 되고, X값은 표준가스 측정농도값으로 여기서 x2는 P2, x1는 P1의 값이 된다.

또한, 상기 절편값은

로 구해질 수 있는 것이다.

상기와 같이 각각의 P0구간부터 P3 구간까지의 각각에 대한

에 해당하는 기울기값과 절편값이 구간별 보정데이터로 구해지고 이를 메모리에 저장하게 되는 것이다.

그리고 본 발명의 상기 가스농도 측정기는 실제 가스농도 측정 시, 센서로부터 획득하는 가스의 실제농도값을 축정하고 상기 가스 실제농도값의 구간을 파악하고 상기 구간에 해당하는 상기 보정데이터를 대입하여 상기 표준가스 농도값에 근사하게 보정된 보정농도값으로 표시하게 되는 것이다.

도 3에서와 같이 최종적으로는 측정되는 상기 가스 실제농도값이 X라 할 때, 상기 P2 구간에서의

에서 구해진 보정데이터의

와

를 상기 가스 실제농도값 X에 대입하여 근사하게 보정된 보정농도값인 Y를 구할 수 있는 것이다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 가스농도 측정기의 보정 방법에 있어서,
   일정 농도 범위 안에서 각각 일정 농도값을 취하는 표준가스 시료 n개를 준비하는 제1단계,
   상기 표준가스 시료 n의 개수와 상기 n개의 표준가스 농도값을 가스농도 측정기의 메모리에 저장하는 제2단계,
   상기 표준가스 농도값의 순서에 따라 상기 표준가스 시료를 상기 가스농도 측정기의 흡입구에 연결하여 주입하고, 상기 가스농도 측정기의 보정 메뉴에 따른 보정 시작으로 상기 표준가스 농도값을 측정하는 제3단계,
   상기 제3단계에서 측정된 표준가스 측정농도값을 상기 가스농도 측정기의 메모리에 저장하는 제4단계,
   상기 제3단계와 상기 제4단계를 상기 메모리에 저장된 상기 표준가스 시료 n의 개수만큼 반복하여 수행하는 제5단계,
   상기 가스농도 측정기의 MCU에서 상기 메모리에 저장된 상기 표준가스 농도값을 일축으로 하고 상기 표준가스 측정농도값을 타축으로 하는 특성그래프의 변수값을 계산하는 제6단계 및
   상기 변수값을 상기 가스농도 측정기의 메모리에 저장하고 상기 가스농도 측정기의 실제 측정 시 보정데이터로 적용하는 제7단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제3단계에서 상기 가스농도 측정기의 측정 상태가 상기 표준가스 농도값 대비 일정 범위를 벗어나면 주입압력을 조정하라는 메시지를 상기 가스농도 측정기의 디스플레이에 표시한 후 측정이 일시 정지되고. 측정 상태가 상기 표준가스 농도값 대비 일정 범위 이내이면 측정이 계속 진행되는 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 표준가스 농도값 대비 일정 범위는 상기 표준가스 농도값의 상하 1 내지 10% 범위인 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제4단계에서 상기 표준가스 시료를 연결하지 않고 측정된 농도값을 표준가스 측정농도값의 초기 좌표값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제6단계의 상기 특성그래프는 인접한 두 표준가스 시료의 상기 표준가스 농도값을 Y 좌표값으로 하고 상기 표준가스 측정농도값을 X 좌표값으로 하는 두 지점을 연결하는

   

   로 정의되는 구간별 선형그래프인 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 특성그래프는 상기 두 지점을 연결하는 구간의 구간별 기울기값 a 및 구간별 절편값 b를 상기 변수값으로 하는 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 가스농도 측정기는 실제 가스농도 측정 시, 센서로부터 획득하는 실제농도값의 구간을 파악하고 상기 구간에 해당하는 상기 변수값을 상기 실제농도값에 대입하여 상기 표준가스 농도값에 근사하게 보정된 보정농도값으로 표시하게 하는 것을 특징으로 하는 표준가스 농도를 이용한 가스농도 측정기의 자동 보정 방법.

Images