KR100570525B1 - Density Measuring Device of Powder Sample - Google Patents
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Abstract
본 발명의 분말시료 밀도측정장치는 일정한 온도에서 일정량의 기체는 압력과 부피에 반비례한다는 보일의 법칙을 응용하여 개발한 것으로서, 분말류의 부피를 정밀하게 측정할 수 있다. Powder sample density measuring apparatus of the present invention was developed by applying Boyle's law that a certain amount of gas is inversely proportional to pressure and volume at a constant temperature, and can accurately measure the volume of powders.
본 발명의 분말시료 밀도측정장치는 분말시료를 넣는 샘플용기, 압력변화를 발생하기 위한 팽창용기, 팽창용기의 진공을 위한 진공시스템, 고정밀의 압력계, 온도계, 압력계를 조절하는 밸브세트로 구성된다. Powder sample density measuring apparatus of the present invention is composed of a sample container containing a powder sample, an expansion container for generating a pressure change, a vacuum system for vacuum of the expansion container, a high-precision pressure gauge, a thermometer, a valve set for adjusting the pressure gauge.
본 발명을 통하여 기체압력변환을 이용한 분말시료의 밀도측정의 기초연구와 실험을 수행할 수 있는 기반을 확보하였고, 최종적으로 분말시료 밀도의 측정 수준을 1×10-3 이하까지 확립할 수 있는 기반을 만들 수 있다. Through the present invention, the basis for the basic research and experiment of density measurement of powder sample using gas pressure conversion was secured, and finally, the basis for establishing the measurement level of powder sample density to 1 × 10 -3 or less You can make
분말시료, 밀도측정, 압력변환, 샘플용기, 팽창용기, 밸브세트, 압력시스템, 진공시스템, 플러싱시스템Powder sample, density measurement, pressure conversion, sample container, expansion container, valve set, pressure system, vacuum system, flushing system
Description
도 1은 본 발명에 따른 밀도측정장치의 기본적인 구성을 보여주는 사시도1 is a perspective view showing the basic configuration of a density measuring apparatus according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 밀도측정장치의 사용예를 보여주는 정면도Figure 2 is a front view showing an example of use of the density measuring device according to the present invention
도 3은 도 2의 평면도3 is a plan view of FIG.
도 4a,4b는 본 발명에 따른 밀도측정장치에서 대용량 샘플용기의 구조를 보여주는 단면도Figure 4a, 4b is a cross-sectional view showing the structure of a large-capacity sample container in the density measuring device according to the present invention
도 5는 본 발명에 따른 밀도측정장치에서 샘플용기와 팽창용기의 부피를 측정하는 과정을 보여주는 개략도 Figure 5 is a schematic diagram showing the process of measuring the volume of the sample container and expansion container in the density measuring device according to the present invention
도 6은 본 발명에 따른 밀도측정장치에서 분말시료의 부피를 측정하는 과정을 보여주는 개략도6 is a schematic view showing a process of measuring the volume of the powder sample in the density measuring device according to the present invention
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10a,10b,10c,10d,10e,10f,10g,10h,10i : 밸브10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i: valve
11 : 샘플용기 12 : 대용량 샘플용기11: sample container 12: large capacity sample container
13a,13b,13c,13d,13e : 팽창용기 14 : 중간용기13a, 13b, 13c, 13d, 13e: expansion container 14: intermediate container
15 : 진공시스템 16 : 압력시스템15: vacuum system 16: pressure system
17 : 플러싱시스템 18 : 본체17: flushing system 18: main body
19 : 드레인콕 20 : 릴리프밸브19: drain cock 20: relief valve
21 : 데드볼륨(Dead volume) 22 : 개폐장치21: dead volume 22: switchgear
100 : 부피기준물(표준분동) 110 : 분말시료100: volume reference (standard weight) 110: powder sample
본 발명은 분말시료의 밀도측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 샘플용기, 팽창용기, 진공부, 압력 및 온도측정부, 콘트롤밸브, 데이터수집프로그램 등을 포함하는 장치와 샘플용기 및 팽창용기 간의 압력 변화와 평형 상태를 측정하는 방법을 이용하여 파우더 시료의 밀도측정에 대한 표준을 확립함으로써, 기공성 재료, 분말, 미소부피를 갖는 재료 등에 대한 밀도를 정밀하게 측정할 수 있도록 한 분말시료의 밀도측정장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring the density of a powder sample, and more particularly, a device including a sample container, an expansion container, a vacuum unit, a pressure and temperature measuring unit, a control valve, a data collection program, and a sample container and an expansion container. The density of the powder sample can be measured precisely by measuring the density of the powder sample using the method of measuring the pressure change and the equilibrium state. It relates to a measuring device.
일반적으로 고정밀 분말(Powder) 상태의 시료에 대한 밀도측정의 수요가 증가함에 따라 분말시료의 밀도측정표준확립을 위한 분말시료 밀도측정장치의 연구개발이 절실이 필요한 실정이다. In general, as the demand for density measurement for high-precision powder samples increases, the research and development of powder sample density measuring apparatus for establishing a density standard for powder samples is urgently needed.
최근 생명기술(BT), 미세기술(NT), 환경기술(ET) 관련 제품의 부가가치가 높아짐에 따라 반도체산업, 화학공업, 소재산업 등에서 단백질 합성물, 박막재료, 필터용 활성탄, 환경친화 세제, 바이오 치약, 화장품, 식품재료, 화학합성물질, 자동차 소음방지재 등과 같은 분말재료에 대한 밀도측정의 요구가 근간 급격히 증가하 고 있다. Recently, as the added value of BT, microtechnology, and ET related products has increased, protein composites, thin film materials, activated carbon for filters, environmentally friendly detergents, biotechnology, etc. The demand for density measurement on powdered materials, such as toothpaste, cosmetics, foodstuffs, chemical synthetics, and automobile noise suppressors, is increasing rapidly.
그러나, 현재까지 제시되어 있는 기술수준으로 볼 때 분말 및 미소부피를 갖는 재료, 기공이 있는 재료들의 밀도를 정밀하게 측정하는 것은 불가능한 실정이다.However, it is impossible to accurately measure the density of powder and microporous materials and pores in view of the state of the art.
왜냐하면, 고체밀도측정은 시료를 액체밀도기준물 속에 넣은 후 정밀저울을 사용하여 부력을 측정하는 정유체질량측정법에 의해 수행할 수 있는데, 분말류의 시료가 액체 중에서 부유되거나 흡수되기 때문이며, 더욱이 액체밀도기준물보다 밀도가 적은 재료일 경우 시료가 부유되어 밀도측정조차도 불가능한 형편이다. This is because the solid density measurement can be carried out by static fluid mass spectrometry, in which a sample is placed in a liquid density reference and the buoyancy is measured using a precision balance, because the powder sample is suspended or absorbed in the liquid. If the material is less dense than the reference material, the sample will float, making it impossible to measure the density.
한편, 외국의 경우 He, N2 가스를 이용하여 분말시료의 밀도를 측정할 수 있는 몇 가지의 분체특성장비 등이 제공되어 있으나, 분말시료 밀도의 측정수준은 현저하게 낮아 제품에 대한 신뢰성을 거의 기대할 수 없는 실정이다. On the other hand, in case of foreign countries, there are some powder characterization equipment that can measure the density of powder sample by using He, N 2 gas, but the measurement level of powder sample density is very low, so that the reliability of the product is almost You can't expect it.
따라서, 본 발명은 위와 같은 점들을 고려하여 안출한 것으로서, 분말시료를 넣기 위한 샘플용기, 압력변화를 발생시키기 위한 팽창용기, 팽창용기의 진공을 위한 진공시스템, 고정밀의 압력계 및 온도계, 압력을 조절하기 위한 밸브세트 등으로 구성되는 한편, 일정한 온도에서 일정량의 기체는 압력과 부피가 반비례한다는 보일의 법칙을 응용하면서 샘플용기와 팽창용기 간의 압력변화 및 평형상태 등을 측정하는 방식을 포함하는 밀도측정장치를 제공함으로써, 분말류의 부피를 정밀하 게 측정할 수 있고, 궁극적으로 분말시료에 대한 밀도의 측정수준을 1×10-3 이하까지 확립할 수 있으며, 더 나아가 기체압력변환을 이용한 분말시료 밀도측정의 기초연구와 실험을 수행할 수 있는 기반을 확보할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention has been made in view of the above points, the sample container for putting powder samples, the expansion container for generating a pressure change, the vacuum system for the vacuum of the expansion container, the high-precision pressure gauge and thermometer, the pressure control Density measurement including a method for measuring pressure change and equilibrium between a sample vessel and an expansion vessel while applying Boyle's law that a certain amount of gas is inversely proportional in pressure and volume at a constant temperature. By providing the device, it is possible to precisely measure the volume of the powders, and ultimately to establish the density measurement level of the powder sample up to 1 × 10 -3 or less, and furthermore, powder samples using gas pressure conversion. The purpose is to provide a basis for conducting basic research and experiments in density measurement.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 밀도측정장치는 내부에 대기압 조성 및 차단을 위한 드레인콕을 갖고 있으며 분말시료의 투입을 위한 개폐가능한 샘플용기와, 내부에 진공을 조성하기 위한 다수의 팽창용기와, 상기 샘플용기와 팽창용기 사이에 연결 배치되는 중간용기 및 용기 간의 단속을 위한 다수의 밸브와, 상기 샘플용기의 일측에 연결되어 샘플용기의 자체 압력과 밸브의 오픈시 샘플용기 및 팽창용기의 전체 압력을 측정하기 위한 압력시스템과, 밸브를 통해 샘플용기의 일측과 연결되어 팽창용기의 내부에 진공을 조성하는 역할을 수행하는 진공시스템과, 이것들을 지지하면서 제어를 위한 컨트롤판넬 및 프로그램을 갖는 본체를 포함하는 것을 특징으로 한다. Density measurement device of the present invention for achieving the above object has a drain cock for the composition and blocking of atmospheric pressure therein, and an openable sample container for the injection of powder samples, and a plurality of expansion containers for creating a vacuum therein A plurality of valves for intermittent between the intermediate container and the container is disposed between the sample container and the expansion container, and connected to one side of the sample container, the pressure of the sample container and the whole of the sample container and the expansion container when the valve is opened A pressure system for measuring pressure, a vacuum system connected to one side of the sample container via a valve to create a vacuum inside the expansion container, and a main body having a control panel and a program for controlling while supporting them. Characterized in that it comprises a.
또한, 상기 샘플용기와 밸브를 통해 연결되며 대용량의 시료를 수용할 수 있는 대용량 샘플용기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, it is characterized in that it further comprises a large-capacity sample container that is connected through the valve and the sample container can accommodate a large volume of the sample.
또한, 상기 대용량 샘플용기는 본체상에 고정되어 시료를 놓을 수 있는 하부케이스와, 본체상에 세워져 있는 포스트블럭의 승하강장치에 의해 지지되면서 하부케이스의 상부에 조합되어 내부에 소정의 밀폐된 공간을 조성하는 상부케이스와, 상기 상하부케이스의 둘레를 따라 배치되면서 밀폐상태를 유지해주는 다수의 클램핑장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the large-capacity sample container is fixed on the main body and the lower case for placing the sample, and is supported by the lifting device of the post-block standing on the main body is combined in the upper portion of the lower case, a predetermined closed space therein It is characterized in that it comprises a plurality of clamping device to maintain the closed state while being disposed along the circumference of the upper case and the upper and lower cases.
또한, 상기 승하강장치는 포스트블럭과 나란하게 배치되면서 상하단이 회전가능한 구조로 지지되는 스크류바와, 상기 스크류바의 상단부에 결합되는 핸들과, 한쪽은 스크류바에 스크류결합되는 동시에 가이드블럭에 의한 안내를 받고 다른 한쪽은 수평으로 연장되어 상부케이스의 윗면 중심부에 체결 결합되는 암을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the elevating device is arranged in parallel with the post block and the top and bottom end is supported by a rotatable structure, a handle coupled to the upper end of the screw bar, and one side is screwed to the screw bar at the same time guided by the guide block The other side is horizontally extended and is characterized in that it comprises an arm that is fastened to the center of the upper surface of the upper case.
또한, 상기 샘플용기 및 대용량 샘플용기는 내부에 다양한 부피의 분말시료에 맞춰 내부 부피를 가변시킬 수 있는 데드볼륨을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sample container and the large-capacity sample container is characterized in that it includes a dead volume that can vary the internal volume to match the powder sample of various volumes therein.
또한, 상기 다수의 팽창용기는 적어도 3종류의 각기 다른 용적을 갖는 용기로 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, the plurality of expansion vessel is characterized in that consisting of at least three kinds of containers having different volumes.
또한, 상기 다수의 팽창용기는 중간용기를 중심으로 하여 방사상으로 배치되면서 중간용기와의 동일한 거리를 유지하는 것을 특징으로 한다. In addition, the plurality of expansion vessel is characterized by maintaining the same distance from the intermediate vessel while being disposed radially around the intermediate vessel.
또한, 상기 샘플용기는 릴리프밸브를 통해 연결되어 용기 내부의 리크시험을 수행할 수 있는 헬륨탐침시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the sample container is characterized in that it further comprises a helium probe system that can be connected through a relief valve to perform a leak test inside the container.
또한, 상기 용기 간의 부피 한계영역을 결정하는 밸브는 부피변화가 적고 공압에 의해 자동으로 개폐가능한 다이아프램 밸브인 것을 특징으로 한다. In addition, the valve for determining the volume limit region between the vessel is characterized in that the diaphragm valve is a volume change is small and can be automatically opened and closed by pneumatic.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서 제공하는 분말시료의 밀도측정장치는 이상기체 거동 하에서 보일의 법칙을 현시할 수 있는 최적의 메커니즘으로 구성, 설계하는 것이 중요하다. It is important to configure and design the density measurement apparatus of the powder sample provided by the present invention as an optimal mechanism that can express Boyle's law under ideal gas behavior.
본 발명에서 제공하는 밀도측정장치의 표준 소급성을 확보하기 위하여 1Kg 표준분동을 표준부피와 샘플부피로 사용하기 때문에 최고의 부피 정확도를 가지도록 샘플용기와 팽창용기가 설계되어야 한다. In order to ensure the standard traceability of the density measuring device provided by the present invention, since the 1 Kg standard weight is used as the standard volume and the sample volume, the sample container and the expansion container should be designed to have the best volumetric accuracy.
샘플용기는 측정하고자 하는 분말시료를 자유롭게 넣고 꺼낼 수 있으면서 분말시료의 부피와 근접한 최소의 부피를 가져야 한다. The sample container shall have a minimum volume close to the volume of the powder sample while freely inserting and removing the powder sample to be measured.
이것은 샘플용기의 부피측정의 정확도를 확보하기 위함이다. This is to ensure the accuracy of the volumetric measurement of the sample container.
물론, 표준분동의 표면의 손상을 최소화할 수 있도록 설계되어야 한다. Of course, it should be designed to minimize damage to the surface of the standard weight.
특히, 상기 팽창용기는 가장 높은 부피측정정확도를 얻을 수 있는 팽창부피를 실험적으로 결정하기 위하여 샘플용기의 배수에 상당하는 여러 개의 용기를 조합하는 것이 바람직하고, 이렇게 하면 팽창부피를 자유롭게 조합하여 확장할 수 있다. In particular, in order to experimentally determine the expansion volume that can obtain the highest volumetric accuracy, it is preferable to combine several containers corresponding to the drainage of the sample container. Can be.
본 발명에서 제공하는 샘플용기와 팽창용기의 진공도는 1×10-5mmHg 이하로 유지되도록 설계한다. The vacuum degree of the sample container and the expansion container provided in the present invention is designed to be maintained at 1 × 10 -5 mmHg or less.
위와 같은 설계요건에 따라 제작된 밀도측정장치는 도 1 내지 도 3에서 보여준다. Density measuring device manufactured according to the above design requirements are shown in FIGS.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 밀도측정장치는 내부에 대기압 조성 및 차단을 위한 드레인콕(19)를 갖고 있으며 분말시료의 투입을 위한 개폐가능한 샘플용기(11), 내부에 진공을 조성하기 위한 다수의 팽창용기(13a∼13e), 상기 샘플용기(11)와 팽창용기(13a∼13e) 사이에 배치되어 각 용기 간을 연결시켜주는 중간용기(14), 용기 간을 단속하기 위한 다수의 밸브(10a∼10f), 상기 샘플용기(11)의 일측에 연결되어 샘플용기(11)의 자체 압력과 밸브(10f)의 오픈시 샘플용기(11) 및 중간용기(14)를 포함하여 어느 하나 또는 그 이상의 팽창용기의 전체 압력을 측정하기 위한 압력시스템(16), 밸브(10i)를 통해 샘플용기(11)의 일측과 연결되어 팽창용기(13a∼13e)의 내부에 진공을 조성하는 역할을 수행하는 진공시스템(15), 이것들의 지지하면서 제어를 위한 컨트롤판넬 및 제어프로그램을 갖는 본체(18)로 구성된다. As shown in Figures 1 to 3, the density measuring device has a drain cock (19) for the composition and blocking of atmospheric pressure therein, the
여기서, 상기 샘플용기(11)는 표준분동이나 분말시료의 출입이 가능하도록 두 개의 원통컵을 조립한 구조로 이루어져 있으며, 조립부위에는 부피변화를 최소화하기 위하여 일반적인 볼트체결이 아닌 원터치 방식의 개폐장치(22)가 갖추어져 있다. Here, the
또한, 샘플용기(11)의 내부에는 일종의 컵형 중량물인 데드볼륨(21)이 삽입될 수 있으며, 이때의 데드볼륨(21)은 다양한 부피의 분말시료에 맞춰 내부 부피를 가변시키는 역할, 예를 들면 부피가 작은 분말시료의 경우에는 데드볼륨이 삽입되면서 샘플용기(11)의 부피와 분말시료의 부피를 근접시키는 역할을 하게 되며, 부피가 큰 분말시료의 경우에는 데드볼륨을 생략할 수 있게 된다.In addition, the
상기 팽창용기(13a∼13e)는 중공의 원통으로서 원통 내부의 틈을 최소화 하기 위하여 상하 뚜껑 용접시 안쪽에서 "V"홈 용접으로 처리되어 있다. The expansion vessels (13a to 13e) is a hollow cylinder is treated by the "V" groove welding from the inside during the upper and lower lid welding in order to minimize the gap inside the cylinder.
이러한 각 팽창용기(13a∼13e)의 상부에는 볼밸브 형식의 밸브가 부착되어 있으며, 이것을 조작하여 사용 전 후에 용기 내부를 플러싱(Flushing) 할 수 있게 된다. A ball valve type valve is attached to the upper portion of each of the
상기 샘플용기(11)와 팽창용기(13a∼13e) 간의 부피의 한계영역을 결정하는 밸브(10a∼10i)는 부피변화가 적고 공압에 의하여 자동으로 제어할 수 있는 다이어프램 밸브로 되어 있다. The
용기의 진공시스템(15)은 10-10torr 성능을 가진 진공펌프(Diapharm pump, Varian, MD-10)와 진공게이지(Thermocouple gage and Ion gage, Varian)로 구성되며, 샘플용기(11)의 전단에 설치되어 팽창용기(13a∼13e)와 함께 작동되도록 되어 있다. The
한편, 본 발명에서는 진공도의 향상을 위하여 밸브와 용기, 측정센서의 연결부분, 샘플용기의 뚜껑 결합부분, 팽창용기의 배기부분, 각종 용접부위에 대한 누출(Leak)시험을 수행할 수 있는 헬륨탐침시스템(17;Helium detector)을 제공하며, 이때의 헬륨탐침시스템(17)은 릴리프밸브(20)를 통해 샘플용기(11)의 일측으로 연결된다. Meanwhile, in the present invention, a helium probe system capable of performing a leak test on a valve and a container, a connection part of a measuring sensor, a lid coupling part of a sample container, an exhaust part of an expansion container, and various welding parts in order to improve the degree of vacuum. (17; Helium detector), wherein the
상기 압력시스템(16)은 측정범위 0∼1189mmHg, 정밀도 80ppm으로서, 센서(series 2000)와 표시장치(Model 735)로 구성된다.The
이러한 압력시스템(16), 즉 압력게이지는 샘플용기(11)와 팽창용기(13a∼13e), 그리고 분말시료의 부피를 측정하는데 가장 중요한 역할을 한다. The
상기 압력게이지(Paroscientific, Inc)는 샘플용기(11)의 일측에 연결 설치되어 샘플용기(11)와 팽창된 용기의 압력을 함께 측정할 수 있게 된다. The pressure gauge (Paroscientific, Inc) is connected to one side of the
또한, 압력게이지는 최대압력이상으로 가압시 파손될 우려가 있으므로 압력 레귤레이터 및 안전밸브를 갖추는 것이 바람직하다. In addition, since the pressure gauge may be damaged when pressurized above the maximum pressure, it is desirable to have a pressure regulator and a safety valve.
또한, 샘플용기(11)와 팽창용기(13a∼13e)의 부피 한계영역을 결정하는 밸브(10a∼10i)는 부피변화가 적고 공압에 의한 자동개폐가 가능한 다이어프램 밸브로 되어 있어서 용기에 대한 부피 측정시 두 용기 사이의 관로상에서 밸브체가 차지하는 용적의 변화를 최소화시켜줄 수 있게 된다. In addition, the
이동식 본체(18)는 제어수단을 포함하고 있는데, 이러한 제어수단은 밸브류나 진공시스템 등의 동작요소들을 제어하면서 압력시스템으로부터 검출되는 값들을 읽어들여 이를 연산하거나 저장하고, 또 표시장치를 통해 디스플레이하는 역할을 한다. The
예를 들면, 상기 본체(18)의 전면에는 컨트롤판넬이 구비되어 있는 동시에 내부에는 데이터수집프로그램을 내장하고 있으며, 데이터수집프로그램은 압력센서와 PC의 통신이 가능하도록 RS-232C 포트를 설정하는 부분과 압력센서로부터 압력, 온도를 읽어들이는 부분, 읽은 데이터를 그래프로 표시하는 부분, 압력의 안전성을 판별하고 이때의 압력을 표시하는 부분과 이때의 데이터를 표시하는 부분, 그리고 데이터를 저장하는 부분으로 구성되어 있다. For example, a control panel is provided at the front of the
압력은 매우 작은 범위에서 계속 변화하게 되는데 부피 측정에는 이러한 작은 변화가 큰 영향을 미치게 된다.The pressure continues to change over a very small range, and this small change has a big impact on the volumetric measurement.
따라서, 이러한 영향을 줄이기 위해 10개 정도의 압력 데이터의 표준 편차가 일정값 이하로 되었을 때 압력이 평형상태에 도달한 것으로 판단하고, 이때의 평균 값을 측정압력으로 할 수 있다. Therefore, in order to reduce such an influence, it is determined that the pressure has reached an equilibrium state when the standard deviation of the pressure data of about 10 or less has become a predetermined value, and the average value at this time can be used as the measurement pressure.
표시장치는 전면패널(미도시)에 측정압력과 센서의 온도를 표시하며 RS-232C 포트를 이용하여 PC와 같은 외부장치와 연결이 가능하다. The display device displays the measured pressure and sensor temperature on the front panel (not shown) and can be connected to an external device such as a PC using the RS-232C port.
RS-232C 포트를 이용하여 데이터를 읽어오는 방법에는 크게 두 가지가 있다. There are two ways to read data using RS-232C port.
하나는 표시장치에 일정 주기마다 데이터를 PC에 보내주는 방법이 있고, 다른 하나는 PC의 요청에 의하여 데이터를 보내주는 방법이 있다. One method is to send data to the PC at regular intervals in the display device, and the other method is to send data at the request of the PC.
본 발명에서는 후자의 방법을 사용한다. In the present invention, the latter method is used.
특히, 본 발명에서 제공하는 밀도측정장치는 측정하고자 하는 하나의 시료에 대한 최적의 측정조건을 확보하기 위한 방법으로 용적이 다른 다수 개의 팽창용기(10a∼10e)를 갖추고 있다. In particular, the density measuring device provided by the present invention includes a plurality of
이러한 팽창용기(10a∼10e)들은 중간용기(14)를 매개로 하여 각각의 밸브(10a∼10e)를 포함하면서 샘플용기(11)측과 연결되고, 이때의 중간용기(14)와 샘플용기(11)는 밸브(10f)에 의한 단속을 받으며 연결된다. These
이와 같은 팽창용기(10a∼10e)들은 여러 형태로 배치가 가능한데, 예를 들면 일렬로 나란한 병렬 배치구조나 원형의 배치구조로 설치될 수 있으며, 관로의 손실 등을 고려하는 측면에서 볼 때, 도 3에 도시한 바와 같이, 중간용기(14)를 중심으로 하여 방사상으로 배치되면서 중간용기(14)와의 동일한 거리를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. Such expansion containers (10a to 10e) can be arranged in a number of forms, for example, can be installed in a parallel arrangement or a parallel arrangement structure in a line, in view of the loss of the pipeline, etc. As shown in 3, it is preferable to maintain the same distance from the
이때의 팽창용기(10a∼10e)들은 각기 다른 용적을 갖거나, 또는 적어도 3종류의 각기 다른 용적을 갖는 용기로 되어 있어서 시료에 대한 여러 조건에서의 시 험을 수행할 수 있게 된다. At this time, the expansion vessel (10a ~ 10e) is a container having a different volume or at least three different volumes to be able to perform a test under various conditions for the sample.
또한, 본 발명의 밀도측정장치는 샘플용기(11)와 릴리프밸브(20)를 통해 연결되어 용기 내부의 리크시험을 수행할 수 있는 헬륨탐침시스템(17)를 포함한다.In addition, the density measuring apparatus of the present invention includes a
이러한 헬륨탐침시스템, 즉 헬륨탐침기를 사용함에 따라 밀도측정장치 전반에 걸친 리크시험이 가능하게 된다. The use of such a helium probe system, ie a helium probe, enables leak testing throughout the density measurement device.
또한, 본 발명에서 제공하는 밀도측정장치는 대용량의 시료에 대한 밀도측정을 가능하게 해주는 대용량 샘플용기(12)를 포함한다. In addition, the density measuring device provided in the present invention includes a large-
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 대용량 샘플용기(12)는 샘플용기(11)의 일측에서 본체(18)상에 고정되어 시료를 놓을 수 있는 하부케이스(12a), 본체(18)상에 세워져 있는 포스트블럭(12b)의 승하강장치(12c)에 의해 지지되면서 하부케이스(12a)의 상부에 조합되어 내부에 소정의 밀폐된 공간을 조성하는 상부케이스(12d), 상기 상하부케이스(12a),(12d)의 둘레를 따라 배치되면서 밀폐상태를 유지해주는 다수의 클램핑장치(12e)로 구성된다. As shown in Figure 4a and 4b, the large-
여기서, 상기 상하부케이스(12a),(12d)는 클램핑(12e)에 의해 본체(18)의 윗면으로부터 약간의 간격을 두고 설치될 수 있으며, 서로 간의 접하는 부위에는 기밀유지를 위한 고무링(12k)이 함께 장착된다. Here, the upper and
또한, 하부케이스(12a)의 일측에는 내부로부터 바깥쪽까지 연장되는 연결구(12l)가 갖추어져 있으며, 이곳에 샘플용기(11)측에서 연장되는 배관이 연결될 수 있게 된다. In addition, one side of the
또한, 상기 포스트블럭(12b)은 2개의 블럭조합형태로 이루어져 있으며, 일측 의 노브(12j)를 제거 및 체결하는 것으로 분리하거나 재차 조립할 수 있는 구조를 갖는다. In addition, the
상부케이스(12d)의 개폐를 위한 승하강장치(12c)는 포스트블럭(12b)과 나란하게 배치되면서 포스트블럭(12b)에서 수평 연장되는 위아래 브라켓을 이용하여 베어링과 함께 상하단이 지지되어 회전가능한 구조로 설치되는 스크류바(12f), 상기 스크류바(12f)의 상단부에 일체 결합되는 핸들(12g), 한쪽은 스크류바(12f)에 스크류결합되는 동시에 포스트블럭(12b)의 벽면과 접하는 가이드블럭(12h)에 의한 안내를 받고 다른 한쪽은 수평으로 연장되어 상부케이스(12d)의 윗면 중심부에 체결 결합되는 암(12i)으로 구성된다. The elevating
이에 따라, 클램핑장치(12e)의 해제 후 핸들(12g)을 돌리면 상부케이스(12d)와 일체 결합되어 있는 암(12i)의 한쪽 끝이 스크류바(12f)와 스크류 전동되므로 상부케이스(12d)의 개폐가 가능하게 된다. Accordingly, when the
이러한 대용량 샘플용기(12)도 내부에는 속이 비어있는 링형태의 중량물인 데드볼륨(21)이 삽입될 수 있으며, 밸브(10g)를 통해 샘플용기(11)측과 연결되어 있어서 샘플용기(11)와 마찬가지의 조건에서 선택적으로 사용될 수 있다. The large-
본 발명에서 제공하는 밀도측정장치의 측정원리는 일정한 용기 안에 들어 있는 일정량의 기체ㅐ의 압력과 부피는 반비례한다는 보일의 법칙을 응용한 것이다. The measuring principle of the density measuring device provided by the present invention is the application of Boyle's law that the pressure and volume of a certain amount of gas in a certain container are inversely proportional.
대기 중에서 쉽게 얻을 수 있는 공기도 압력이 1 기압 이하로 팽창되기 때문에 이상기체법칙이 압력 및 부피와 관련하여 사용되어질 수 있다. The ideal gas law can be used in relation to pressure and volume, since even in readily available air in the atmosphere, the pressure expands below 1 atm.
실내온도에서 산소, 질소, 헬륨, 알공과 같은 기체는 1기압 이하에서 약 0.1%의 정도를 갖는 이상기체법칙을 따르기 때문에 공기도 대기압 근처에서 이 법칙의 적용이 가능하다. At room temperature, gases such as oxygen, nitrogen, helium, and pores follow the ideal gas law, which is about 0.1% below 1 atm, so air can also be applied near atmospheric pressure.
먼저, 용기의 부피를 측정하기 위하여, 도 5에 도시한 바와 같이, 밸브(10a∼10f)를 중심으로 나누어진 두 개의 샘플용기(11 또는 12) 및 팽창용기(13a∼13e 중에서 1개 또는 그 이상)를 진공으로 만든다. First, in order to measure the volume of the container, as shown in FIG. 5, one or two of the two
이때의 진공은 샘플용기를 거쳐 팽창용기측으로 가해지기 때문에 샘플용기도 진공상태가 되지만 문제는 되지 않는다. Since the vacuum at this time is applied to the expansion container side through the sample container, the sample container also becomes a vacuum state, but this is not a problem.
계속해서, 상기 밸브를 닫아 팽창용기의 진공상태를 유지하고, 샘플용기는 대기압으로 개방 후 밀폐시킨 후, 이때의 두 용기의 압력을 측정한다.Subsequently, the valve is closed to maintain the vacuum of the expansion container, and the sample container is sealed after opening to atmospheric pressure, and then the pressure of the two containers is measured.
계속해서, 상기 밸브를 열어 샘플용기의 기체를 팽창용기에 팽창시킨 후, 이때의 서로 통해 있는 용기 내의 압력을 측정한다. Subsequently, the valve is opened to expand the gas in the sample container into the expansion container, and the pressure in the containers passing through each other at this time is measured.
다시, 샘플용기를 개방하여 부피기준물(100)(Volume CRM), 예를 들면 부피를 알고 있는 1Kg 표준분동을 넣고 다시 밀폐시킨다. Again, the sample container is opened and the volume reference 100 (Volume CRM), for example, 1Kg standard weight of known volume is closed and closed again.
물론, 이때의 팽창용기는 진공상태이다. Of course, the expansion vessel at this time is a vacuum state.
계속해서, 두 용기의 압력을 측정한 다음, 밸브를 열어 샘플용기의 기체를 팽창용기에 팽창시킨 후, 이때의 서로 통해 있는 용기 내의 압력을 측정한다. Subsequently, the pressure of the two vessels is measured, the valve is opened, the gas of the sample vessel is expanded to the expansion vessel, and the pressure in the vessels passing through each other at this time is measured.
이렇게 두 차례의 압력측정을 수행하여 압력값을 얻은 다음, PV=C에 의하여 아래의 식 (1)과 식 (2)를 세우고 식 (3)을 통해 샘플용기의 부피와 팽창용기의 부피를 구한다. After two pressure measurements, the pressure value is obtained, and the following equations (1) and (2) are established by PV = C, and the volume of the sample container and the volume of the expansion container are obtained from equation (3). .
식 (1) : Pi eVi e + Pf eVf = Pt e(Vi e + Vf)Equation (1): P i e V i e + P f e V f = P t e (V i e + V f )
식 (2) : Pi sVi s + Pf sVf = Pt s(Vi s + Vf)Equation (2): P i s V i s + P f s V f = P t s (V i s + V f )
식 (3) : Vi s = Vi e - Vc Equation (3): V i s = V i e -V c
여기서, Pi e : 샘플용기의 압력(대기압)Where P i e : pressure of the sample container (atmospheric pressure)
Pf e : 팽창용기의 압력(진공)P f e : Pressure of expansion vessel (vacuum)
Pi s : 샘플용기의 압력(표준분동 in)P i s : Pressure of sample container (standard weight in)
Pt e : 샘플용기+팽창용기의 압력P t e : Pressure of sample container + expansion container
Pt s : 샘플용기+팽창용기의 압력(표준분동 in)P t s : Pressure of sample container + expansion container (standard weight in)
Vi e : 샘플용기의 부피(대기압)V i e : Volume of sample container (atmospheric pressure)
Vf : 팽창용기의 부피V f : Volume of expansion vessel
Vi s : 샘플챔버의 부피(표준분동 in)V i s : Volume of sample chamber (standard weight in)
Vc : 표준분동의 부피V c : Volume of standard weight
이렇게 두 개의 용기에 대한 부피를 구한 후에는 측정하고자 하는 분말시료 의 부피도 위와 같은 방법으로 구할 수 있다.After calculating the volumes for these two containers, the volume of the powder sample to be measured can also be obtained in the same way.
도 6에 도시한 바와 같이, 여기서는 샘플용기 내에 표준분동 대신에 분말시료(110)를 넣는다. As shown in FIG. 6, the
위와 같은 방법으로 두 차례의 압력측정을 수행하여 압력값을 얻은 다음, PV=C에 의하여 아래의 식 (1)과 식 (2)를 세우고 식 (3)을 통해 분말시료(110)의 부피(Vs)를 구한다. Two pressure measurements were made in the same manner as above to obtain a pressure value. Then, the following formula (1) and formula (2) were established by PV = C, and the volume of the
식 (1) : Pi eVi e + Pf eVf = Pt e(Vi e + Vf)Equation (1): P i e V i e + P f e V f = P t e (V i e + V f )
식 (2) : Pi sVi s + Pf sVf = Pt s(Vi s + Vf)Equation (2): P i s V i s + P f s V f = P t s (V i s + V f )
식 (3) : Vi s = Vi e - Vs Equation (3): V i s = V i e -V s
여기서, Pi e : 샘플용기의 압력(대기압)Where P i e : pressure of the sample container (atmospheric pressure)
Pf e : 팽창용기의 압력(진공)P f e : Pressure of expansion vessel (vacuum)
Pi s : 샘플용기의 압력(분말시료 in)P i s : Pressure of sample container (powder in)
Pt e : 샘플용기+팽창용기의 압력P t e : Pressure of sample container + expansion container
Pt s : 샘플용기+팽창용기의 압력(분말시료 in)P t s : Pressure of sample container + expansion container (powder sample in)
Vi e : 샘플용기의 부피(대기압)V i e : Volume of sample container (atmospheric pressure)
Vf : 팽창용기의 부피V f : Volume of expansion vessel
Vi s : 샘플챔버의 부피(표준분동 in)V i s : Volume of sample chamber (standard weight in)
Vs : 분말시료의 부피V s : volume of powder sample
위와 같이 정형화되어 있는 밀도측정장치를 이용함에 따라 시료, 특히 분말시료에 대한 밀도측정을 용이하고 정확하게 수행할 수 있으며, 기공성, 분말, 소형 물체, 파우더 등의 밀도측정 표준을 확립할 수 있다. By using the density measuring device that is standardized as described above, it is possible to easily and accurately perform density measurement on a sample, especially a powder sample, and to establish density measurement standards such as porosity, powder, small objects, and powder.
이상에서와 같이 본 발명은 분말시료를 넣기 위한 샘플용기, 압력변화를 발생시키기 위한 팽창용기, 팽창용기의 진공을 위한 진공시스템, 고정밀의 압력계 및 온도계, 압력을 조절하기 위한 밸브세트 등으로 구성되고, 샘플용기와 팽창용기 간의 압력변화 및 평형상태 등을 측정하는 방식으로 분말시료의 밀도를 측정하는 방법을 포함하는 밀도측정장치를 제공함으로써, 분말류의 부피를 정밀하게 측정할 수 있는 장점이 있고, 궁극적으로 분말시료에 대한 밀도의 측정수준을 1×10-3 이하까지 확립할 수 있는 효과 및 더 나아가 기체압력변환을 이용한 분말시료 밀도측정의 기초연구와 실험을 수행할 수 있는 기반을 확보할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention comprises a sample container for putting a powder sample, an expansion container for generating a pressure change, a vacuum system for vacuum of the expansion container, a high-precision pressure gauge and thermometer, a valve set for adjusting pressure, and the like. By providing a density measuring device including a method for measuring the density of the powder sample by measuring the pressure change and equilibrium state between the sample container and the expansion container, there is an advantage that can accurately measure the volume of powders Finally, the effect of establishing the density measurement level of powder samples to 1 × 10 -3 or less, and further, the foundation for the basic research and experiment of powder sample density measurement using gas pressure conversion can be secured. It can be effective.
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