자기 변형 기술의 거리 측정을 응용하여, 중력과 액체 밀도에 대응하는 부력의 평형 위치를 측정하는 액체 밀도 센서를 개발하였다. 이 시스템의 정밀도 향상을 위해, 액체 밀도변화에 따른 밀도 센서의 이동거리 사이의 관계식을 유도하고, 이를 이용하여, 액체 밀도 센서의 2 점 보정 방법을 마련하였다. 제작된 액체 밀도 센서 시스템과 유도된 관계식을 사용하여 액체의 밀도들을 측정하였다. 측정된 결과들을 U-tube 진동주기 측정방식의 고 정밀 밀도 측정기(Oscillating U-tube density meter: 분해능 0.000001 g/cc)의 측정결과와 비교하였다. 그 결과 두 액체 밀도 측정 시스템간의 측정 편차가 0.001 g/cc 미만임을 확인하였다.
자기 변형 기술의 거리 측정을 응용하여, 중력과 액체 밀도에 대응하는 부력의 평형 위치를 측정하는 액체 밀도 센서를 개발하였다. 이 시스템의 정밀도 향상을 위해, 액체 밀도변화에 따른 밀도 센서의 이동거리 사이의 관계식을 유도하고, 이를 이용하여, 액체 밀도 센서의 2 점 보정 방법을 마련하였다. 제작된 액체 밀도 센서 시스템과 유도된 관계식을 사용하여 액체의 밀도들을 측정하였다. 측정된 결과들을 U-tube 진동주기 측정방식의 고 정밀 밀도 측정기(Oscillating U-tube density meter: 분해능 0.000001 g/cc)의 측정결과와 비교하였다. 그 결과 두 액체 밀도 측정 시스템간의 측정 편차가 0.001 g/cc 미만임을 확인하였다.
In this study, we develop liquid density sensor by measuring of balanced position between gravity and bouyancy, corresponding to liquid density, using distance measuring by magnetostriction technology. For improvement of accuracy of liquid density sensor system. And we derive the related equation be...
In this study, we develop liquid density sensor by measuring of balanced position between gravity and bouyancy, corresponding to liquid density, using distance measuring by magnetostriction technology. For improvement of accuracy of liquid density sensor system. And we derive the related equation between liquid density and moving distance of density sensor, and make the calibration method for liquid density sensor by magnetostriction technology. Using fabricated liquid density sensing system and derived equation, have measured the density of several liquids. And compare it to measuring results using Oscillating U-tube type high accuracy density meter, having 0.000001 g/cc resolution. The deviation of results between two density measuring systems was less than 0.001 g/cc.
In this study, we develop liquid density sensor by measuring of balanced position between gravity and bouyancy, corresponding to liquid density, using distance measuring by magnetostriction technology. For improvement of accuracy of liquid density sensor system. And we derive the related equation between liquid density and moving distance of density sensor, and make the calibration method for liquid density sensor by magnetostriction technology. Using fabricated liquid density sensing system and derived equation, have measured the density of several liquids. And compare it to measuring results using Oscillating U-tube type high accuracy density meter, having 0.000001 g/cc resolution. The deviation of results between two density measuring systems was less than 0.001 g/cc.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
5 가지 피측정 용액에 대하여 각 3회씩 두 플로터 간 실효거리를 측정하여 본연구의 제안식을 이용하여 밀도를 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 액체 밀도 변화에 대해 반비례적인 이동거리를 나타내는 밀도 플로터와 미세한 변화이기는 하지만 고 정밀 밀도측정에서는 심각한 오차를 발생하는 액면 플로터의 이동을 고려하였다. 두 플로터 사이의 거리, 즉, 실효거리와 밀도 변화 사이의 반비례 관계식을 유도하고 간편하게 2 점 보정만으로 전체 밀도 구간에서 고 정밀 밀도 측정이 가능한 보정 방법을 마련하였다.
따라서 밀도 변화에 대응하여 독립적인 이동을 하는 두 플로터 간의 실효거리 Le1과 Le2를 자기변형 기술을 이용하여 서로 다른 액체 밀도 d1과 d2에서 측정하고 이를 각각 저장하여 둔다(2 point calibration). 미지의 밀도 dx에 대한 실효거리 측정값 Lex를 측정한다.
따라서 본 연구에서는 액체 밀도 변화에 대해 반비례적인 이동거리를 나타내는 밀도 플로터와 미세한 변화이기는 하지만 고 정밀 밀도측정에서는 심각한 오차를 발생하는 액면 플로터의 이동을 고려하였다. 두 플로터 사이의 거리, 즉, 실효거리와 밀도 변화 사이의 반비례 관계식을 유도하고 간편하게 2 점 보정만으로 전체 밀도 구간에서 고 정밀 밀도 측정이 가능한 보정 방법을 마련하였다.
또한 유도한 수식과 2 점 보정 방법의 타당성을 검증하기 위해 5 가지 시료 용액에 대해 밀도를 측정하고 이를 U-tube 진동주기 측정식 밀도계(oscilliating U-tube type density meter)의 밀도 측정 결과와 비교하였다. 또한 시료 용액에서의 반복 측정으로 반복성을 조사하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 수식과 보정 방법의 정확성이 ±0.
또한 유도한 수식과 2 점 보정 방법의 타당성을 검증하기 위해 5 가지 시료 용액에 대해 밀도를 측정하고 이를 U-tube 진동주기 측정식 밀도계(oscilliating U-tube type density meter)의 밀도 측정 결과와 비교하였다. 또한 시료 용액에서의 반복 측정으로 반복성을 조사하였다.
이상에서 유도한 관계식과 이를 이용한 2 점 보정방법의 타당성을 검증하기 위해 밀도 플로터를 설계 제작하였다. 밀도플로터의 이동거리를 측정하기 위해 자기변형식 프로브와 측정 장치(테스트베드)를 설계 제작하였다. 실험의 피측정 용액은 휘발유와 시너류 및 아세톤으로 밀도 0.
액체 밀도 변화에 따라 밀도 플로터 이동거리의 반비례 곡선 수식과 액면 플로터 이동거리의 반비례 곡선 수식을 유도 하였다. 이 두 관계식을 결합하여, 액체 밀도 변화에 따른 두 플로터 사이의 실효거리의 관계식을 유도 하였다.
유도된 수식을 사용하여, 단순화된 2 점 보정으로 자기변형 기술에 의한 실효거리 측정값을 이용하여 미지의 밀도를 높은 정밀도(± 0.001 g/cc 이상)로 추출 할 수 있는 보정 방법을 마련하였으며, 이를 여러 밀도 값에 적용 하여 그 타당성을 확인 하였다.
액체 밀도 변화에 따라 밀도 플로터 이동거리의 반비례 곡선 수식과 액면 플로터 이동거리의 반비례 곡선 수식을 유도 하였다. 이 두 관계식을 결합하여, 액체 밀도 변화에 따른 두 플로터 사이의 실효거리의 관계식을 유도 하였다.
이상에서 유도한 관계식과 이를 이용한 2 점 보정방법의 타당성을 검증하기 위해 밀도 플로터를 설계 제작하였다. 밀도플로터의 이동거리를 측정하기 위해 자기변형식 프로브와 측정 장치(테스트베드)를 설계 제작하였다.
측정은 상온에서 이루어 졌으나, 피측정 용액의 온도에 따른 밀도 변화를 고려하여 수은 온도계(ASTM 0.02℃눈금)으로 용액의 온도를 측정 하였다.
측정을 위해 무선 데이터 수집장치를 사용하였고, 컴퓨터화면에 측정 실효 거리 값과 측정 밀도값을 표시하는 프로그램을 개발하였다.
은 본 연구의 측정을 위해 개발된 데이터 무선 수집 장치의 화면을 나타낸 것이다. 화면에는 2점 보정의 정보와 액면 플로터의 절대위치와 비중플로터의 절대위치, 두 플로터 간의 상대적 거리인 실효거리 및 이상의 정보를 사용하여 본 연구에서 유도한 수식으로 측정한 밀도를 나타내고 있으며, 하단에는 통신에 사용된 HEX 데이터 값이 표시되고 있는데, 측정은 초당 1회씩 이루어 졌다.
대상 데이터
실험의 피측정 용액은 휘발유와 시너류 및 아세톤으로 밀도 0.70∼0.79 g/cc 범위에서 5 가지 용액을 준비하였다.
데이터처리
측정한 밀도값을 U-tube 진동주기 측정 방식의 고정밀 밀도계(Anton paar사제 DMA 5000M, 분해능 0.000001 g/cc)의 밀도 측정값과 비교하였다.
성능/효과
그 결과 두 밀도계의 결과 값의 차이가 0.001 g/cc 미만임을 확인하였고, 시료 용액에 대한 3 회 반복 측정에서도 5 종류 모두에서 측정 간 편차가 0.001 g/cc 미만으로 나타났다.
그 결과 본 연구에서 제안한 수식과 보정 방법의 정확성이 ±0.001 g/cc 이상임을 확인하였다.
001 g/cc 이상임을 확인하였다. 따라서 본 연구 결과를 현장, 현시적인 밀도변화 모니터링에 활용 가능함을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
합성 자장이 형성되면서 어떤 현상이 발생하는가?
자기 변형 기술은 외부 자석에 의해 외부 자장의 방향으로 배열된 강자성체에 길이 방향으로 인가된 전류 펄스의 이동을 따라 이동하는 전류에 의한 자장이 이미 형성된 외부 자장과 수직으로 만나 합성 자장을 형성한다. 이때 강자성체 내부의 자기 모멘트의 방향이 바뀌면서 강자성체의 기계적 뒤틀림이 발생된다. 이 때문에 발생되는 초음속 탄성파의 전달을 전자기유도에 의해 검출하는 원리로 이루어져 있다[1～2].
자기 변형 기술에서 합성 자장은 어떻게 형성되는가?
자기 변형 기술은 외부 자석에 의해 외부 자장의 방향으로 배열된 강자성체에 길이 방향으로 인가된 전류 펄스의 이동을 따라 이동하는 전류에 의한 자장이 이미 형성된 외부 자장과 수직으로 만나 합성 자장을 형성한다. 이때 강자성체 내부의 자기 모멘트의 방향이 바뀌면서 강자성체의 기계적 뒤틀림이 발생된다.
밀도 플로터의 침하거리는 액체의 밀도와 어떤 상관 관계를 갖는가?
이를 위해서는, 기존의 저유 용량 확인을 위해 액면에 떠 있는 액면 플로터에 밀도 변화에 대응하여 상하로 부침하는 밀도 플로터의 추가적인 도입이 필요하다. 이 밀도 플로터의 침하거리, 즉, 이동거리는 액체의 밀도 값과 서로 반비례인 곡선의 관계를 가진다. 또한 액체 표면 밖으로 나오게 되는 부분의 단면적에도 반비례 한다.
참고문헌 (9)
C. G. Kim, B. H. Kim and B. I. Min, "Magnetostriction in Antiferromagnetic Systems", Journal of the Korean Magnetics Society, vol. 18, no. 4, pp. 159-162, 2008.
H. J. Park, Y. w. Park and H. W. Song, "Development of Test Equipment and Characteristic Research of Magnetostrictive Material", Proceedings of the Korean Society for Precision Engineering, pp. 1129-1130, 2011.
A. R. Lee, J. H. Lee, "Presach model based Real-time control for systems with Hysteresis", Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers-SC, vol. 45, no. 1, pp. 31-40, 2008.
B. H. Youn, Y. S. Lee, Y. S. Moon, K. S. Lee and S. J. Seo, "Optical fiber interferometric sensor for the detection of small magnetic field using magnetostrictive transducers", Proceedings of the Korean Society for Precision Engineering, pp. 23-24, 1993.
S. C. Joh, "Magnetostriction and Stress of $NiFeCr/(Cu/Co_{90}Fe_{10}){\times}N$ /NiFeCr Multilayer Films", Journal of the Korean Magnetics Society, vol. 20, no. 1, pp. 8-12, 2010.
Y. W. Park, M. C. Won, "Development of Micropositioning System using a Magnetostrictive Material", Proceedings of the Korean Society for Precision Engineering, pp. 117-120, 1997.
K. H. Jang, Y. J. Lee, K. P. Kim, and B. D. Ahn, "Development of Liquid Density Measurement Sensor Using the Natural Frequency of a Pipe", Journal of the Korean Sensors Society, vol. 4, no. 3, pp. 9-14, 1995.
M. G. Seo, Sandeul Information Communication Co. Ltd., "Reformulated Gasoline Test Apparatus and Method", Korean Patent, Pat. no. 10-1197484, 2102.10.30.
Kovar Jan, "Oscillating U-tube density meter determination of Alcoholic strength", Journal of AOAC International, vol. 64, no. 6, 1981.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.