KR20240016827A - 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시료 밖에서는 온도 측정이 진행되지 않다가, 시료를 감지하였을 때, 온도 측정이 진행되며 시료의 온도에 대응해 수소이온농도 지수를 정확하게 측정하는 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기에 관한 것이다. 이러한 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기는 본체부, 내부에 절연물질이 채워진 음극모듈과, 음극모듈의 내부에 형성되어 절연물질의 온도를 측정하는 온도센서모듈을 포함하여 본체부의 일단에 설치되는 음극온도측정부, 본체부의 일단에 음극온도측정부에서 일측으로 이격되어 설치되어, 접하는 수용액의 수소이온농도에 대응해 서로 다른 크기의 전압을 발생시키는 양극수소이온농도측정부, 제1입력단이 음극모듈과 연결되고, 제2입력단이 양극수소이온농도측정부과 연결되어, 출력단에서 제1입력단과 제2입력단의 전압 차에 대응해 출력전압을 출력하는 연산가동출력부, 온도에 대응되는 수소이온농도 보정값이 복수 개가 저장된 보정값모듈과, 연산가동출력부의 출력단에서 출력되는 출력전압의 크기에 따라 수소이온농도를 산출하는 수소이온농도산출모듈과, 수소이온농도산출모듈에서 산출된 수소이온농도와 온도센서모듈에서 측정된 온도를 연산하여 보정값모듈에 저장된 수소이온농도 보정값과 수소이온농도산출모듈에서 측정된 수소이온농도를 계산하는 계산모듈을 포함하는 보정연산부, 보정연산부와 연결되어, 계산모듈에서 출력된 값을 출력하는 출력부를 포함한다.

Description

시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기{pH Meter For Hydrogen Ion Concentration Index By Reflecting The Temperature Of Aqueous Solution}

본 발명은 수소이온농도 지수(pH)를 측정하는 장치와 관련된 기술이다.

수소이온농도(pH)지수는 화학과 생물학 및 의학 분야에서 널리 사용되는 측정값이다. 수소이온농도(pH)지수는 수용액 속의 산성도 또는 염기성도의 측정치를 의미한다.

현재, 수소이온농도(pH)지수를 측정하기 위해 다양한 기술들이 개발되었다. 다양한 기술들 가운데 전위차 분석법(Potentiometry)에 기반한 수소이온농도 측정 방법이 널리 사용되고 있다. 원리적인 측면에서 전위차 분석법은 수용액에 포함되는 수소이온과 선택적으로 결합하여 계면에서의 전위차가 변화하는 감응막을 이용해 감응막의 전위차 변화를 측정하며 수용액의 수소이온농도를 측정하는 방법이다.

이러한 방법에 기반하여 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 지수 측정기는 감응막과 이러한 전위차를 측정하기 위한 내부전극과 기준전극 등으로 구성될 수 있다.

전술 한 일반적인 수소이온농도 측정기는 시료의 온도를 측정하는 장치가 설치되어 온도 보상을 통한 수소이온농도를 보정한다.

그러나, 전술 한 일반적인 수소이온농도 측정기는 온도를 측정하는 온도센서가 시료의 온도를 측정하기 이전에 외부온도가 측정됨에 따라 시료의 온도를 정확하게 측정하지 못하는 문제를 가진다.

대한민국 등록특허 제10-1590531호 (공고일자: 2016.02.01)

본 발명은 시료의 수소이온농도를 측정할 때, 시료의 온도를 정확하지 반영하지 못해, 시료의 수소이온농도 측정에 오차를 발생시키는 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기는, 본체부, 내부에 절연물질이 채워진 음극모듈과 음극모듈의 내부에 형성되어 절연물질의 온도를 측정하는 온도센서모듈을 포함하여 본체부의 일단에 설치되는 음극온도측정부, 본체부의 일단에 음극온도측정부에서 일측으로 이격되어 설치되어 접하는 수용액의 수소이온농도에 대응해 서로 다른 크기의 전압을 발생시키는 양극수소이온농도측정부, 제1입력단이 음극모듈과 연결되고 제2입력단이 양극수소이온농도측정부과 연결되어 출력단에서 제1입력단과 제2입력단의 전압 차에 대응해 출력전압을 출력하는 연산가동출력부, 온도에 대응되는 수소이온농도 보정값이 복수 개가 저장된 보정값모듈과 연산가동출력부의 출력단에서 출력되는 출력전압의 크기에 따라 수소이온농도를 산출하는 수소이온농도산출모듈과 보정값모듈로부터 온도센서모듈에서 측정된 온도에 대응하는 수소이온농도 보정값을 수신한 후, 수소이온농도산출모듈에서 측정된 수소이온농도에 가감 계산하는 계산모듈을 포함하는 보정연산부 그리고 보정연산부와 연결되어, 계산모듈에서 출력된 값을 출력하는 출력부를 포함한다.

여기서, 본체부는 일단에 형성된 수용홈을 포함하고, 일단의 일측면에 형성된 제1개구와 일단의 타측면에 형성된 제2개구를 포함할 수 있다.

그리고 양극수소이온농도측정부는 내부에 대전도유체가 채워진 케이스모듈과 케이스모듈의 내부에 형성되어 연산가동출력부의 제2입력단과 연결된 측정봉을 포함할 수 있다.

본 발명은 시료 밖에서는 온도 측정이 진행되지 않다가, 시료를 감지하였을 때, 온도 측정이 진행되며 시료의 온도에 대응해 수소이온농도를 정확하게 측정한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기에 설치된 연산가동출력부를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 상단을 정면에서 바라본 도면이다.
도 5는 보정값모듈에 저장된 온도에 따른 수소이온농도 보정값을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도 측정기가 수조에 수용된 수용액에 침지하기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기가 작동될 때, 구성요소의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도 측정기의 일단이 수조에 수용된 수용액에 침지한 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기가 작동될 때, 구성요소의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 보정연산부를 통해 출력되는 수소이온농도를 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 시스템은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 청구범위는 청구항을 비롯해 청구항을 뒷받침하는 설명에 의해 정의될 수 있다. 아울러, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기의 사시도이다.

시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기(1, 이하 수소이온농도 측정기)는 수용액 밖에서는 온도를 측정하지 않다가, 수용액과 접하였을 때, 온도를 측정해 측정된 온도에 따라 수소이온농도를 보정하여 출력한다.

이와 같은 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기(1)는 수조(A)에 담긴 수용액(B)과 접촉하였을 때만 온도센서모듈(220)이 작동하며, 수용액(B)과 접촉하지 않았을 때 측정된 온도가 수용액의 수소이온농도 지수에 반영되는 상황이 발생되지 않도록 한다. 이를 통해, 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기(1)는 수용액의 수소이온농도 지수를 정확하게 측정할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기를 구성하는 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기에 설치된 연산가동출력부를 나타낸 도면이다. 그리고 도 4는 도 1의 상단을 정면에서 바라본 도면이고, 도 5는 보정값모듈에 저장된 온도에 따른 수소이온농도 보정값을 나타낸 도면이다.

수소이온농도 측정기(1)는 본체부(10), 음극온도측정부(20), 양극수소이온농도측정부(30), 연산기동출력부(40), 보정연산부(50), 출력부(60), 버튼부(70)를 구성요소로 포함한다.

여기서, 본체부(10)는 수소이온농도 측정기(1)의 프레임이 된다. 이러한 본체부(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일단은 폭이 상대적으로 짧고, 타단은 폭이 상대적으로 폭이 큰 펜슬 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같은 본체부(10)의 타단의 내부에는 배터리가 삽입될 수 있다. 그리고 본체부(10)의 일단에는 수용홈(110)이 형성될 수 있다. 여기서, 수용홈의 일측면 즉, 일단의 왼쪽면에는 일단의 최상단에서 하방으로 소정의 길이만큼 타공 형성된 제1개구(111)와 오른쪽면에 제1개구(111)와 동일한 구조의 제2개구(112)가 형성된다. 여기서, 제1개구(111)와 제2개구(112)는 본체부(10)의 일단이 수용액에 침지 될 때, 수용홈(110)에 수용된 수용액이 쉽게 유입 및 유출되도록 하며 특정한 수용액만이 음극온도측정부(20)와 양극수소이온농도측정부(30)에 측정되지 않도록 한다.

음극온도측정부(20)는 내부에 절연물질이 채워진 음극모듈(210)과, 음극모듈의 내부에 형성되어 절연물질의 온도를 측정하는 온도센서모듈(220)을 포함한다. 이러한 음극온도측정부(20)는 본체부(10)의 일단 즉, 수용홈(110)의 내부에 설치되어 연산가동출력부(40)의 기준전극을 형성시키며 수용액(B)의 온도를 측정한다. 더욱이, 음극온도측정부(20)는 음극모듈 내부에 온도센서모듈 즉, 온도측정모듈이 설치되고 음극모듈과 온도센서모듈 사이에 온도를 빠르게 전달하는 매질을 포함한다. 이러한 음극온도측정부(20)는 음극모듈에 수용액이 닿으면 온도센서모듈이 매질의 온도변화를 감지하여, 수용액의 온도를 빠르게 감지할 수 있다. 여기서, 매질은 열전달유체가 될 수 있다.

양극수소이온농도측정부(30)는 내부에 대전도유체가 채워진 케이스모듈(310)과, 케이스모듈의 내부에 형성되어 연산가동출력부(40)의 제2입력단(402)과 연결된 측정봉(320)을 포함한다. 이러한 양극수소이온농도측정부(30)는 본체부(10)의 일단에서 음극온도측정부(20)의 일측에서 이격되어 설치된다. 이와 같은 양극수소이온농도측정부(30)는 접촉하는 수용액의 수소이온농도(pH)에 대응해 서로 다른 크기의 전압을 발생시켜 측정봉(320)과 연결된 연산가동출력부(40)의 제2입력단(402)으로 전압을 인가한다.

연산가동출력부(40)는 음극온도측정부(20)와 양극수소이온농도측정부(30)에서 인가되는 전압차에 대응되는 전압을 출력하는 장치가 된다. 일례로, 연산가동출력부(40)는 음극모듈(210)과 연결되는 제1입력단(401)과 측정봉(320)과 연결되는 제2입력단(402) 그리고 출력전압을 출력하는 출력단(403)을 포함하는 비반적 차동 증폭기로 형성될 수 있다. 여기서, 음극모듈(210)은 ‘0V’인 기준전극이 되고, 측정봉(320)은 케이스모듈 내에 수용된 대전도유체를 통해 전달되는 작은 크기의 전압 즉, ‘XmV’를 발생시키는 주전극이 된다.

이와 같은 연산가동출력부(40)는 제1입력단(401)과 제2입력단(402) 간의 전압차에 대응해, 입력되는 전압보다 큰 전압을 출력단(403)을 통해 출력한다. 그리고 출력된 전압을 보정연산부(50)에 인가한다.

보정연산부(50)는 보정값모듈(510), 수소이온농도산출모듈(520) 그리고 계산모듈(530)을 포함한다.

여기서, 보정값모듈(510)은 데이터가 저장되는 메모리가 된다. 이러한 보정값모듈(510)에는 수소이온농도산출모듈(520)에서 산출된 수소이온농도 값에 수용액의 온도 따라 보정되어야 할 보정값이 저장되어 있을 수 있다. 일례로, 도 5에 도시된 바와 같이, 수소이온농도산출모듈(520)에서 산출된 수소이온농도 값에 대응해 수용액의 온도 따라 보정되어야 할 보정값이 설정된 테이블이 저장되어 있을 수 있다.

그리고 수소이온농도산출모듈(520)은 연산가동출력부(40)의 출력단에서 출력되는 출력전압의 크기에 따라 수소이온농도(pH)를 산출하는 모듈이 된다. 그리고 계산모듈(530)은 보정값모듈(510)로부터 온도센서모듈(220)에서 측정된 온도에 대응하는 수소이온농도 보정값을 수신한 후, 수소이온농도산출모듈(520)에서 측정된 수소이온농도에 가감 계산한다.

이러한 보정연산부(50)는 측정된 수용액(B)의 수소이온농도를 수용액(B)의 온도에 대응해 보정하여, 수용액의 수소이온농도 지수를 정확히 측정할 수 있도록 한다.

출력부(60)는 보정연산부(50)와 연결되어 계산모듈(530)에서 출력된 수소이온농도 지수를 출력한다. 이러한 출력부(60)는 LCD패널로 형성되어 보정연산부(50)에서 출력되는 수소이온농도 지수를 출력한다.

버튼부(70)는 전원버튼(701), 측정버튼(702), 영점조정버튼(703)을 포함한다.

전원버튼(701)은 배터리에서 출력되는 전기를 출력부(60)로 인가하거나, 배터리에서 출력부(60)로 인가되는 전원을 차단하는 스위치버튼이 된다.

측정버튼(702)은 배터리에서 출력되는 전기를 보정연산부(50)로 인가하거나 차단하는 스위치버튼이 된다.

그리고 영점조정버튼(703)은 수소이온농도를 측정하기 위한 영점을 설정할 수 있도록 하는 버튼이 된다. 이러한 영점조정버튼(703)은 음극온도측정부(20)와 양극수소이온농도측정부(30)을 수돗물에 담겨, 세척한 후 눌렀을 때, 보정연산부(50)에서 앞서 계산된 보정값을 0으로 리셋시킨다.

이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기의 작동에 대해 구체적으로 설명한다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기의 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도 측정기가 수조에 수용된 수용액에 침지하기 전 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기가 작동될 때, 구성요소의 작동 상태를 나타낸 도면이다. 그리고 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 온도를 반영해 수소이온농도 측정기의 일단이 수조에 수용된 수용액에 침지한 상태를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기가 작동될 때, 구성요소의 작동 상태를 나타낸 도면이다. 그리고 도 10은 보정연산부를 통해 출력되는 수소이온농도를 나타낸 도면이다.

먼저, 수소이온농도 측정기(1)가 수조(A) 외부에 위치하였을 때, 양극수소이온농도측정부(30)는 작동되지 않게 되면서, 전압이 발생되지 않게 된다. 이에, 연산가동출력부(40)의 제1입력단(401)과 제2입력단(402)에 인가되는 전압차는 ‘0V’가 되며 출력단(403)에서 출력되는 출력전압도 ‘0V’가 된다. 이러한 출력전압은 보정연산부(50)에 인가되더라도 보정연산부(50)를 작동시킬 수 없다. 즉, 출력전압이 없을 때, 보정연산부(50)는 작동되지 않게 된다. 이때, 수소이온농도 측정기(1)의 전원버튼(701)이 눌려질 경우, 출력부(60)만 턴-온 상태로 전환된다. 그리고 영점조정버튼(703)이 눌려질 경우, 보정연산부(50)의 영점조정이 진행된다.

그리고, 수소이온농도 측정기(1)가 수조(A)의 내부에 위치한 수용액(B)에 일단이 침지 되었을 때, 연산가동출력부(40)에 양극수소이온농도측정부(30)와 음극모듈(210)가 전압을 인가하면 인가되는 전압차에 대응하는 전압이 출력된다. 이러한 출력전압은 보정연산부(50)에 인가되며 보정연산부(50)에서 수조(A) 내에 있는 수용액의 수소이온농도(pH)를 측정한다. 이때, 보정연산부(50)는 온도센서모듈(220)에서 측정된 온도에 대응하는 수소이온농도 보정값을 수신한 후, 수소이온농도산출모듈(520)에서 측정된 수소이온농도에 가감 계산한다. 이후, 가감 계산된 값을 출력부(60)에 전송한다.

일례로, 온도가 15℃이고, 수소이온농도가 9.18 인 수용액(B)에 수소이온농도 측정기(1)의 일부가 침지 되면, 수소이온농도 측정기(1)는 보정연산부(50)는 온도센서모듈(220)와 수소이온농도산출모듈(520)에서 출력되는 값을 계산하여 수소이온농도 9.27을 출력한다. 즉, 수소이온농도 측정기(1)는 수용액 밖에서는 온도 측정을 진행하지 않다가, 양극수소이온농도측정부(30)가 수용액(B)과 접하였을 때, 온도에 따른 수용액(B)의 수소이온농도를 정확하게 측정해 출력한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

1: 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기
10: 본체부
110: 수용홈
111: 제1개구 112: 제2개구
20: 음극온도측정부
210: 음극모듈 220: 온도센서모듈
30: 양극수소이온농도측정부
310: 케이스모듈 320: 측정봉
40: 연산가동출력부
401: 제1입력단 402: 제2입력단
403: 출력단
50: 보정연산부
510: 보정값모듈 520: 수소이온농도산출모듈
530: 계산모듈
60: 출력부
70: 버튼부
701: 전원버튼 702: 측정버튼
703: 영점조정버튼
A: 수조 B: 수용액

Claims (3)

1. 본체부(10);
   내부에 절연물질이 채워진 음극모듈(210)과, 음극모듈의 내부에 형성되어 절연물질의 온도를 측정하는 온도센서모듈(220)을 포함하여 본체부(10)의 일단에 설치되는 음극온도측정부(20);
   본체부(10)의 일단에 음극온도측정부(20)에서 일측으로 이격되어 설치되어, 접하는 수용액의 수소이온농도(pH)에 대응해 서로 다른 크기의 전압을 발생시키는 양극수소이온농도측정부(30);
   제1입력단(401)이 음극모듈(210)과 연결되고, 제2입력단(402)이 양극수소이온농도측정부(30)과 연결되어, 출력단(403)에서 제1입력단(401)과 제2입력단(402)의 전압 차에 대응해 출력전압을 출력하는 연산가동출력부(40);
   온도에 대응되는 수소이온농도 보정값이 복수 개가 저장된 보정값모듈(510)과, 연산가동출력부(40)의 출력단에서 출력되는 출력전압의 크기에 따라 수소이온농도(pH)를 산출하는 수소이온농도산출모듈(520)과,
   보정값모듈(510)로부터 온도센서모듈(220)에서 측정된 온도에 대응하는 수소이온농도 보정값을 수신한 후, 수소이온농도산출모듈(520)에서 측정된 수소이온농도에 가감 계산하는 계산모듈(530)을 포함하는 보정연산부(50);
   보정연산부(50)와 연결되어, 계산모듈(530)에서 출력된 값을 출력하는 출력부(60)를 포함하는, 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기.
2. 제1항에 있어서, 본체부(10)는,
   일단에 형성된 수용홈(110)을 포함하고, 일단의 일측면에 형성된 제1개구(111)와 일단의 타측면에 형성된 제2개구(112)를 포함하는, 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기.
3. 제1항에 있어서, 양극수소이온농도측정부(30)는,
   내부에 대전도유체가 채워진 케이스모듈(310)과, 케이스모듈의 내부에 형성되어 연산가동출력부(40)의 제2입력단(402)과 연결된 측정봉(320)을 포함하는, 시료의 온도를 반영해 수소이온농도를 측정하는 수소이온농도 측정기.