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KR20060008117A - System and method for establishment of powder density measurement - Google Patents

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KR20060008117A
KR20060008117A KR1020040057795A KR20040057795A KR20060008117A KR 20060008117 A KR20060008117 A KR 20060008117A KR 1020040057795 A KR1020040057795 A KR 1020040057795A KR 20040057795 A KR20040057795 A KR 20040057795A KR 20060008117 A KR20060008117 A KR 20060008117A
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sample
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volume
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이용재
장경호
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명의 분말시료 밀도측정방법은 일정한 온도에서 일정량의 기체는 압력과 부피에 반비례한다는 보일의 법칙을 응용하여 개발한 것으로서, 분말류의 부피를 정밀하게 측정할 수 있다. Powder density measurement method 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, it is possible to 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, 진공시스템Powder sample, density measurement, pressure conversion, sample container, expansion container, valve set, pressure system, vacuum system

Description

분말시료의 밀도측정방법 및 장치{System and method for establishment of powder density measurement} System and method for establishment of powder density measurement             

도 1은 본 발명에 따른 분말시료의 밀도측정장치에 대한 기본적인 구성을 보여주는 사시도1 is a perspective view showing the basic configuration of the density measurement apparatus of the powder sample according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 분말시료의 밀도측정방법에서 샘플용기와 팽창용기의 부피를 측정하는 과정을 보여주는 개략도Figure 2 is a schematic diagram showing the process of measuring the volume of the sample container and expansion container in the density measurement method of the powder sample according to the present invention

도 3은 본 발명에 따른 분말시료의 밀도측정방법에서 분말시료의 부피를 측정하는 과정을 보여주는 개략도Figure 3 is a schematic diagram showing the process of measuring the volume of the powder sample in the density measurement method of the powder sample according to the present invention

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10a,10b,10c,10d : 밸브 11 : 샘플용기10a, 10b, 10c, 10d: Valve 11: Sample container

12 : 팽창용기 13 : 압력시스템12: expansion vessel 13: pressure system

14 : 진공시스템 15 : 데드볼륨(Dead volume)14: vacuum system 15: dead volume

16 : 개폐장치 17 : 부피기준물(표준분동)16: switchgear 17: volume reference (standard weight)

18 : 분말시료18: powder sample

본 발명은 분말시료의 밀도측정방법 및 장치에 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 밀도측정방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a density measurement method and apparatus for a powder sample, and more particularly, to 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 device. Powder samples that can accurately measure the density of pore materials, powders, microvolumes, etc. by establishing standards for density measurements of powder samples using methods for measuring pressure changes and equilibrium conditions between containers. It relates to a density measurement method and apparatus.

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 증가하고 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 for powdered materials such as toothpaste, cosmetics, foodstuffs, chemical synthetic materials, and automobile noise suppression materials is rapidly increasing in recent years.

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 밀도측정방법 및 장치를 제공함으로써, 분말류의 부피를 정밀하게 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 a method and apparatus, it is possible to precisely measure the volume of powders, and ultimately to establish a measurement level of density for powder samples up to 1 × 10 −3 or less, and furthermore, powders using gas pressure conversion. The objective is to provide a basis for conducting basic research and experiments in sample density measurement.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 밀도측정방법은 밸브를 중심으로 나누어진 두 개의 샘플용기 및 팽창용기 중 팽창용기는 진공을 조성하고 샘플용기는 대기압으로 개방 후 밀폐한 다음 밸브를 열어 샘플용기의 기체를 팽창용기에 팽창시킨 후 두 용기의 압력을 측정하는 단계와, 상기 샘플용기에 분말시료를 넣은 상태에서 상기 단계를 반복 수행하는 단계와, PV=C에 의하여 식 (1)과 식 (2)를 세우고 식 (3)과 함께 상기 단계에서 측정한 압력과 미리 알고 있는 두 용기의 부피를 이용하여 분말시료의 부피를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Density measurement method of the present invention for achieving the above object is the expansion of the two sample vessels and the expansion vessel divided around the valve to form a vacuum, the sample vessel is opened after atmospheric pressure and then closed the valve of the sample vessel Measuring the pressure of the two vessels after expanding the gas into the expansion vessel, repeating the above steps with the powder sample in the sample vessel, and formula (1) and (2) by PV = C ) And calculating the volume of the powder sample using the pressure measured in the above step and the volume of the two vessels known in advance together with Equation (3).

또한, 상기 샘플용기 및 팽창용기의 부피는 밸브를 중심으로 나누어진 두 개의 샘플용기 및 팽창용기 중 팽창용기는 진공을 조성하고 샘플용기는 대기압으로 개방 후 밀폐한 다음 밸브를 열어 샘플용기의 기체를 팽창용기에 팽창시킨 후 두 용기의 압력을 측정하는 단계와, 상기 샘플용기에 부피기준물(표준분동)을 넣은 상태에서 상기 단계를 반복 수행하는 단계와, PV=C에 의하여 식 (1)과 식 (2)를 세우고 식 (3)과 함께 상기 단계에서 측정한 압력을 이용하여 용기의 부피를 계산하는 단계로 구할 수 있는 것을 특징으로 한다. In addition, the volume of the sample container and the expansion container of the two sample containers and the expansion container divided around the valve to form a vacuum, the sample container to open the atmosphere after the atmospheric pressure and then closed the valve to open the gas of the sample container Measuring the pressure of the two vessels after inflating the expansion vessel, repeating the above steps with the volume reference (standard weight) in the sample vessel, and formula (1) Equation (2), characterized in that it can be obtained by the step of calculating the volume of the container using the pressure measured in the above step together with the equation (3).

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 밀도측정장치는 내부에 대기압 조성 및 차단을 위한 밸브를 갖고 있으며 분말시료의 투입을 위한 개폐가능한 샘플용기와, 내부에 진공을 조성하기 위한 팽창용기와, 상기 샘플용기와 팽창용기 사이에 연결되어 용기 사이를 단속하는 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, 이것들의 제어를 위한 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the density measuring apparatus of the present invention for achieving the above object has a valve for forming and blocking the atmospheric pressure therein, and an openable sample container for the injection of powder samples, an expansion vessel for creating a vacuum therein; A valve connected between the sample container and the expansion container to control the container, and a pressure system connected to one side of the sample container to measure the pressure of the sample container and the total pressure of the sample container and the expansion container when the valve is opened. And a vacuum system connected to one side of the sample container through a valve and serving to create a vacuum in the expansion container, and a controller for controlling the same.

또한, 상기 샘플용기는 내부에 다양한 부피의 분말시료에 맞춰 내부 부피를 가변시킬 수 있는 데드볼륨(Dead volume)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sample container is characterized in that it comprises a dead volume (Dead volume) that can vary the internal volume in accordance with the powder sample of various volumes therein.

또한, 상기 팽창용기는 상부에 용기 내부를 플러싱(Flushing) 할 수 있는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the expansion container is characterized in that it comprises a valve capable of flushing (Flushing) the inside of the container at the top.

또한, 상기 샘플용기와 팽창용기의 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 of the sample vessel and the expansion vessel is characterized in that the diaphragm valve has a small volume change and can be opened and closed automatically by pneumatic pressure.

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 밀도측정방법의 측정원리는 일정한 용기 안에 들어 있는 일정량의 기체ㅐ의 압력과 부피는 반비례한다는 보일의 법칙을 응용한 것이다. The measuring principle of the density measuring method 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 2에 도시한 바와 같이, 밸브(10b) 를 중심으로 나누어진 두 개의 샘플용기(11) 및 팽창용기(12) 중 팽창용기(12)를 진공으로 만든다. First, in order to measure the volume of the vessel, as shown in FIG. 2, the expansion vessel 12 of the two sample vessels 11 and the expansion vessel 12 divided around the valve 10b is made into a vacuum. .

이때의 진공은 샘플용기(11)를 거쳐 팽창용기(12)측으로 가해지기 때문에 샘플용기(11)도 진공상태가 되지만 문제는 되지 않는다. At this time, since the vacuum is applied to the expansion container 12 through the sample container 11, the sample container 11 also becomes a vacuum state, but this is not a problem.

계속해서, 상기 밸브(10b)를 닫아 팽창용기(12)의 진공상태를 유지하고, 샘플용기(11)는 대기압으로 개방 후 밀폐시킨 후, 이때의 두 용기의 압력을 측정한다.Subsequently, the valve 10b is closed to maintain the vacuum state of the expansion container 12, and the sample container 11 is sealed after opening to atmospheric pressure, and then the pressures of the two containers at this time are measured.

계속해서, 상기 밸브(10b)를 열어 샘플용기(11)의 기체를 팽창용기(12)에 팽창시킨 후, 이때의 서로 통해 있는 용기 내의 압력을 측정한다. Subsequently, the valve 10b is opened to expand the gas in the sample container 11 into the expansion container 12, and the pressures in the containers passing through each other at this time are measured.

다시, 샘플용기(11)를 개방하여 부피기준물(17)(Volume CRM), 예를 들면 부피를 알고 있는 1Kg 표준분동을 넣고 다시 밀폐시킨다. In addition, the sample container 11 is opened, and a volume reference 17 (Volume CRM), for example, a 1 kg standard weight of known volume, is closed again.

물론, 이때의 팽창용기(12)는 진공상태이다. Of course, the expansion vessel 12 at this time is a vacuum state.

계속해서, 두 용기의 압력을 측정한 다음, 밸브(10b)를 열어 샘플용기(11)의 기체를 팽창용기(12)에 팽창시킨 후, 이때의 서로 통해 있는 용기 내의 압력을 측정한다. Subsequently, the pressure of the two vessels is measured, and then the valve 10b is opened to expand the gas of the sample vessel 11 into the expansion vessel 12, and then the pressures in the vessels passing through each other at this time are measured.

이렇게 두 차례의 압력측정을 수행하여 압력값을 얻은 다음, PV=C에 의하여 아래의 식 (1)과 식 (2)를 세우고 식 (3)을 통해 샘플용기(11)의 부피와 팽창용기(12)의 부피를 구한다. After two pressure measurements, the pressure values are obtained, and the following equations (1) and (2) are established by PV = C, and the volume and expansion container of the sample container (11) are obtained through equation (3). Find the volume of 12).

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 분말시료의 부피도 위와 같은 방법으로 구할 수 있다.After calculating the volumes for the two containers in this way, the volume of the powder sample to be measured can be obtained in the same manner as above.

도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 샘플챔버 내에 표준분동 대신에 분말시료(18)를 넣는다. As shown in Fig. 3, a powder sample 18 is placed in the sample chamber instead of the standard weight.

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(18)의 부피(Vs)를 구한다. In the same manner as above, two pressure measurements were performed to obtain a pressure value. Then, the following formula (1) and formula (2) were established by PV = C, and the volume of the powder sample (18) was obtained through formula (3). V s )

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

한편, 분말시료의 밀도측정장치는 이상기체 거동 하에서 보일의 법칙을 현시할 수 있는 최적의 메커니즘으로 구성, 설계하는 것이 중요하다. On the other hand, it is important to configure and design the density measurement device of the powder sample 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 1에서 보여준다. The density measuring device manufactured according to the above design requirements is shown in FIG.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 밀도측정장치는 내부에 대기압 조성 및 차단을 위한 밸브(10a)를 갖고 있으며 분말시료의 투입을 위한 개폐가능한 샘플용기(11), 내부에 진공을 조성하기 위한 팽창용기(12), 상기 샘플용기(11)와 팽창용기(12) 사이에 연결되어 용기 사이를 단속하는 밸브(10b), 상기 샘플용기(11)의 일측에 연결되어 샘플용기(11)의 자체 압력과 밸브(10b)의 오픈시 샘플용기(11) 및 팽창용기(12)의 전체 압력을 측정하기 위한 압력시스템(13), 밸브(10c)를 통해 샘플용기(11)의 일측과 연결되어 팽창용기(12)의 내부에 진공을 조성하는 역할을 수행하는 진공시스템(14), 이것들의 제어를 위한 콘트롤러로 구성된다. As shown in Figure 1, the density measuring device has a valve (10a) for the composition and blocking of atmospheric pressure therein, the openable sample container 11 for the injection of powder samples, the expansion to create a vacuum in the interior The container 12, the valve 10b connected between the sample container 11 and the expansion container 12 to intermittently intercept the container, and is connected to one side of the sample container 11 so that the pressure of the sample container 11 is maintained. And an expansion vessel connected to one side of the sample vessel 11 through a pressure system 13 and a valve 10c for measuring the total pressure of the sample vessel 11 and the expansion vessel 12 when the valve 10b is opened. A vacuum system 14 which serves to create a vacuum in the interior of 12, and a controller for control thereof.

여기서, 상기 샘플용기(11)는 표준분동이나 분말시료의 출입이 가능하도록 두 개의 원통컵으로서 조립되며, 조립부위에는 부피변화를 최소화 할 수 있도록 일반적인 볼트체결을 하지 않고 원터치 방식의 개폐장치(16)가 갖추어져 있다. Here, the sample container 11 is assembled as two cylindrical cups to allow the entrance and exit of the standard weight or powder sample, the one-touch opening and closing device 16 without the general bolting to minimize the volume change in the assembly portion ) Is equipped.

또한, 샘플용기(11)의 내부에는 일종의 컵형 중량물인 데드볼륨(15)이 삽입될 수 있으며, 이때의 데드볼륨(15)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 dead volume 15, which is a kind of cup-shaped heavy material, may be inserted into the sample container 11, and the dead volume 15 serves to vary the internal volume according to various volumes of powder samples, for example. In the case of a small powder sample, the dead volume is inserted to serve to close the volume of the sample container 11 and the volume of the powder sample, and in the case of the bulk powder sample, the dead volume can be omitted.

상기 팽창용기(12)는 중공의 원통으로서 원통 내부의 틈을 최소화 하기 위하여 상하 뚜껑 용접시 안쪽에서 "V"홈 용접으로 처리되어 있다. The expansion container 12 is a hollow cylinder is treated with a "V" groove welding from the inside during the upper and lower lid welding in order to minimize the gap inside the cylinder.

이러한 팽창용기(12)의 상부에는 볼밸브 형식의 밸브(10d)가 부착되어 있으 며, 이것을 조작하여 사용 전 후에 용기 내부를 플러싱(Flushing) 할 수 있게 된다. A ball valve-type valve (10d) is attached to the upper portion of the expansion container 12, it is possible to flush the inside of the container before and after use by operating this.

상기 샘플용기(11)와 팽창용기(12) 간의 부피의 한계영역을 결정하는 밸브(10b)는 부피변화가 적고 공압에 의하여 자동으로 제어할 수 있는 다이어프램 밸브로 되어 있다. The valve 10b for determining the volume limit region between the sample vessel 11 and the expansion vessel 12 is a diaphragm valve having a small volume change and can be automatically controlled by pneumatic pressure.

용기의 진공시스템(14)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(12)와 함께 작동되도록 되어 있다. The vacuum system 14 of the vessel is composed of a vacuum pump (Diapharm pump, Varian, MD-10) and a vacuum gauge (Thermocouple gage and Ion gage, Varian) having a performance of 10 -10 torr, and the front end of the sample vessel (11). It is installed in and is to be operated with the expansion container (12).

한편, 진공도의 향상을 위하여 헬륨탐침기(Helium detector)로 밸브와 용기, 측정센서의 연결부분, 샘플용기의 뚜껑 결합부분, 팽창용기의 배기부분, 각종 용접부위에 대한 누출시험을 수행하는 것이 바람직하다. On the other hand, in order to improve the degree of vacuum, it is preferable to perform a leak test on the valve and the container, the connection part of the measuring sensor, the lid coupling part of the sample container, the exhaust part of the expansion container, and various welding parts with a helium detector. .

상기 압력시스템(13)은 측정범위 0∼1189mmHg, 정밀도 80ppm으로서, 센서(series 2000)와 표시장치(Model 735)로 구성된다.The pressure system 13 has a measuring range of 0 to 1189 mmHg and an accuracy of 80 ppm, and includes a sensor series 2000 and a display device Model 735.

이러한 압력시스템(13), 즉 압력게이지는 샘플용기(11)와 팽창용기(12), 그리고 분말시료의 부피를 측정하는데 가장 중요한 역할을 한다. The pressure system 13, that is, the pressure gauge plays the most important role in measuring the volume of the sample container 11, the expansion container 12, and the powder sample.

상기 압력게이지(Paroscientific, Inc)는 샘플용기(11)의 일측에 설치되어 샘플용기(11)와 팽창된 용기의 압력을 함께 측정할 수 있게 된다. The pressure gauge (Paroscientific, Inc) is installed on one side of the sample container 11 to be able to measure the pressure of the sample container 11 and the expanded container together.

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(12)의 부피 한계영역을 결정하는 밸브(10b)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 valve 10b for determining the volume limit region of the sample container 11 and the expansion container 12 is a diaphragm valve that has a small volume change and can be automatically opened and closed by pneumatic pressure. It is possible to minimize the change in the volume of the valve body in the pipeline.

상기 컨트롤러는 밸브류나 진공시스템 등의 동작요소들을 제어하면서 압력시스템으로부터 검출되는 값들을 읽어들여 이를 연산하거나 저장하고, 또 표시장치를 통해 디스플레이하는 역할을 한다. The controller reads the values detected from the pressure system while calculating or storing the values detected from the pressure system while controlling operating elements such as valves and vacuum systems, and displaying them through a display device.

예를 들면, 상기 컨트롤러는 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, the controller has a built-in data acquisition program. The data acquisition program configures the RS-232C port to enable communication between the pressure sensor and the PC, and reads the pressure and temperature from the pressure sensor. It consists of a part that displays data in a graph, a part that determines the safety of pressure, a part that displays pressure at this time, a part that displays data at this time, and a part that stores data.

압력은 매우 작은 범위에서 계속 변화하게 되는데 부피 측정에는 이러한 작언 변화가 큰 영향을 미치게 된다.The pressure continues to change in a very small range, and this change in writing has a big impact on volume measurement.

따라서, 이러한 영향을 줄이기 위해 10개 정도의 압력 데이터의 표준 편차가 일정값 이하로 되었을 때 압력이 평형상태에 도달한 것으로 판단하고, 이때의 평균값을 측정압력으로 할 수 있다. Therefore, in order to reduce such an influence, when the standard deviation of about ten pressure data becomes below a fixed value, it can be judged that the pressure reached equilibrium state, and the average value at this time can be used as a 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.

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 구성되는 장치와, 샘플용기와 팽창용기 간의 압력변화 및 평형상태 등을 측정하는 방식으로 분말시료의 밀도를 측정하는 방법을 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 is composed of 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 the pressure, etc. By providing a device and a method for measuring the density of powder samples by measuring the change in pressure and equilibrium between the sample vessel and the expansion vessel, there is an advantage that can accurately measure the volume of the powder, ultimately powder The effect of establishing the density measurement level of the sample to 1 × 10 -3 or less, and the effect of securing the basis for the basic research and experiment of powder sample density measurement using gas pressure conversion have.

Claims (6)

밸브를 중심으로 나누어진 두 개의 샘플용기 및 팽창용기 중 팽창용기는 진공을 조성하고 샘플용기는 대기압으로 개방 후 밀폐한 다음 밸브를 열어 샘플용기의 기체를 팽창용기에 팽창시킨 후 두 용기의 압력을 측정하는 단계와, 상기 샘플용기에 분말시료를 넣은 상태에서 상기 단계를 반복 수행하는 단계와, PV=C에 의하여 식 (1)과 식 (2)를 세우고 식 (3)과 함께 상기 단계에서 측정한 압력과 미리 알고 있는 두 용기의 부피를 이용하여 분말시료의 부피를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말시료의 밀도측정방법.Among the two sample containers and the expansion container divided around the valve, the expansion container creates a vacuum, the sample container opens at atmospheric pressure and is sealed, and then opens the valve to expand the gas of the sample container into the expansion container, and then the pressure of the two containers is increased. The step of measuring, repeating the above step in the state of putting the powder sample in the sample container, formula (1) and formula (2) by PV = C and measured in the step with the formula (3) A density measurement method of a powder sample, comprising calculating a volume of a powder sample using a pressure and a volume of two containers previously known. 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 - Vp Equation (3): V i s = V i e -V p 청구항 1에 있어서, 상기 샘플용기 및 팽창용기의 부피는 밸브를 중심으로 나누어진 두 개의 샘플용기 및 팽창용기 중 팽창용기는 진공을 조성하고 샘플용기는 대기압으로 개방 후 밀폐한 다음 밸브를 열어 샘플용기의 기체를 팽창용기에 팽창시킨 후 두 용기의 압력을 측정하는 단계와, 상기 샘플용기에 부피기준물(표준분 동)을 넣은 상태에서 상기 단계를 반복 수행하는 단계와, PV=C에 의하여 식 (1)과 식 (2)를 세우고 식 (3)과 함께 상기 단계에서 측정한 압력을 이용하여 용기의 부피를 계산하는 단계로 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 분말시료의 밀도측정방법.The method of claim 1, wherein the volume of the sample container and the expansion container divided into two centered around the valve and the expansion container of the expansion container to create a vacuum, the sample container to open at atmospheric pressure and then closed the valve to open the sample container Measuring the pressure of the two vessels after expanding the gas in the expansion vessel, repeating the above steps with the volume reference (the standard weight) in the sample vessel, and PV = C Step (1) and formula (2), and the density measurement method of the powder sample, characterized in that it can be obtained by the step of calculating the volume of the container using the pressure measured in the above step together with the formula (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 내부에 대기압 조성 및 차단을 위한 밸브(10a)를 갖고 있으며 분말시료의 투입을 위한 개폐가능한 샘플용기(11)와, 내부에 진공을 조성하기 위한 팽창용기(12)와, 상기 샘플용기(11)와 팽창용기(12) 사이에 연결되어 용기 사이를 단속하는 밸브(10b)와, 상기 샘플용기(11)의 일측에 연결되어 샘플용기(11)의 자체 압력과 밸브(10b)의 오픈시 샘플용기(11) 및 팽창용기(12)의 전체 압력을 측정하기 위한 압력시스템(13)과, 밸브(10c)를 통해 샘플용기(11)의 일측과 연결되어 팽창용기(12)의 내부에 진공을 조성하는 역할을 수행하는 진공시스템(14)과, 이것들의 제어를 위한 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말시료의 밀도측정장치. A sample container 11 for opening and closing a powder sample, an expansion container 12 for forming a vacuum therein, and the sample container 11 having a valve 10a for forming and blocking atmospheric pressure therein. And a valve 10b connected between the expansion container 12 and an intermittent container, and connected to one side of the sample container 11 so that the pressure of the sample container 11 and the sample container when the valve 10b is opened. (11) and the pressure system 13 for measuring the total pressure of the expansion vessel 12, and connected to one side of the sample vessel 11 through the valve (10c) to create a vacuum in the interior of the expansion vessel 12 Density measuring device of the powder sample, characterized in that it comprises a vacuum system (14) and a controller for controlling these. 청구항 3에 있어서, 상기 샘플용기(11)는 내부에 다양한 부피의 분말시료에 맞춰 내부 부피를 가변시킬 수 있는 데드볼륨(Dead volume)(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말시료의 밀도측정장치.The apparatus of claim 3, wherein the sample container 11 includes a dead volume 15 capable of varying an internal volume according to various volumes of powder samples. . 청구항 3에 있어서, 상기 팽창용기(12)는 상부에 용기 내부를 플러싱(Flushing) 할 수 있는 밸브(10d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말시료의 밀도측정장치. The apparatus of claim 3, wherein the expansion container (12) includes a valve (10d) capable of flushing the inside of the container at an upper portion thereof. 청구항 3에 있어서, 상기 샘플용기(11)와 팽창용기(12)의 부피 한계영역을 결정하는 밸브(10b)는 부피변화가 적고 공압에 의해 자동으로 개폐가능한 다이어프램 밸브인 것을 특징으로 하는 분말시료의 밀도측정장치. The method of claim 3, wherein the valve 10b for determining the volume limit region of the sample container 11 and the expansion container 12 is a diaphragm valve characterized in that the volume change is small and can be opened and closed automatically by pneumatic pressure. Density measuring device.
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