KR20220135612A - 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법에 관한 것이다.
본 발명은 원거리 화재 시험 현장에 설치된 복수의 열전대, 상기 열전대와 도전 케이블에 의해 전기적으로 연결되어 있으며 상기 열전대로부터 상기 원거리 화재 시험 현장의 측정온도에 대응하는 전압신호를 전달받는 온도측정장치를 포함하는 온도측정시스템에서 상기 도전 케이블에서의 전압 강하를 포함하는 측정 오차를 교정하는 온도 측정 데이터 교정방법으로서, (a) 상기 열전대의 일단에 보상저항을 직렬 연결하고 상기 보상저항에 시험전압 공급장치의 양극단자를 연결하고 상기 시험전압 공급장치의 음극단자를 상기 열전대의 타단에 연결하여 상기 시험전압 공급장치와 상기 보상저항과 상기 열전대를 포함하는 전류 루프를 생성하는 단계, (b) 상기 보상저항의 양단 전압을 실측하고 실측된 보상저항의 양단 전압을 상기 보상저항으로 나누어 상기 전류 루프의 전류를 계산하는 단계, (c) 상기 전류 루프를 개방하여 상기 시험전압 공급장치에서 바라본 전체 등가저항을 실측하는 단계, (d) 실측된 전체 등가저항에서 상기 보상저항을 감산하여 상기 열전대의 저항을 계산하는 단계, (e) 상기 전류 루프의 전류에 상기 열전대의 저항을 곱하여 상기 열전대의 순수전압을 계산하는 단계 및 (f) 상기 열전대의 순수전압에 따라 상기 열전대의 온도를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터를 간편한 방식으로 교정함으로써 원거리 화재시험, 초저온 및 초고온 온도측정시험의 정확도를 향상시키고 측정 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.

Description

원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법{Method for Calibrating Temperature Measuring Data in the Long Distant Fire Test Fields}

본 발명은 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터를 간편한 방식으로 교정함으로써 원거리 화재시험, 초저온 및 초고온 온도측정시험의 정확도를 향상시키고 측정 작업의 편의성을 향상시킬 수 있는 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법에 관한 것이다.

일반적으로 원거리의 현장에서 화재시험 및 초저·고온시험을 수행할 경우 온도측정 데이터는 열전대(thermocouple), 써미스터(thermistor) 및 저항온도검출기(Resistance Temperature Detector, RTD)와 같은 온도센서류와 연결된 장거리 신호선 또는 전선의 전압 강하와 노이즈로 인하여 측정 데이터에 손실이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래 기술은 온도 측정 데이터를 보상하기 위하여 소프트웨어 및 하드웨어적인 방법을 사용하고 있다.

종래의 소프트웨어적인 보상방법은 컴퓨터나 임베디드시스템을 이용하여 측정 대상체의 온도차로부터 발생하는 전압(V)에서 온도측정시스템의 기준접점전압(Vr)를 감산하여 보상한다(V-Vr). 그러나 이 방식에 따르면, 정밀한 온도센서를 추가하여야 하고, 계절에 따른 현장 주변온도변화에 따라 재교정을 실시하여 연산해야하는 단점이 있다.

종래의 하드웨어적으로 보상하는 방법은 온도측정대상체로부터 발생하는 전압에서 온도측정시스템의 기준접점 오프셋 전압을 상쇄하기 위해 소형전지를 삽입하거나 보상권선이나 보상회로를 사용한다. 이는 오프셋 전압이 변동될 때마다 매칭되는 전압의 전지로 교체하거나 조정해야하고, 보상회로는 개별 열전대 종류마다 각기 다른 보상회로 제작하여 장착하여야 하고, 전압변동률이 있을 때마다 보상회로를 재설정해야 하는 문제점이 있다. 보상권선은 원거리일 경우 열전대 단자로부터 기준접점까지 어느 정도 연장할 수 있는데, 너무 길게는 연장하기가 곤란하며, 보상권선은 고가이고, 경도가 커서 다루기가 불편하며 보상권선 조차도 30m가 넘어가면 단면적 0.5㎟인 K-type의 경우, 41.4Ω의 전기저항 성분이 발생되며, 이에 대응하는 전압강하가 발생하여 오차가 발생한다는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-2074119호(등록일자: 2020년 01월 31일, 명칭: 원거리 온도 측정을 통한 저항 예측 장치 및 방법)

본 발명의 기술적 과제는 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터를 간편한 방식으로 교정함으로써 원거리 화재시험, 초저온 및 초고온 온도측정시험의 정확도를 향상시키고 측정 작업의 편의성을 향상시키는 것이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법은 원거리 화재 시험 현장에 설치된 복수의 열전대, 상기 열전대와 도전 케이블에 의해 전기적으로 연결되어 있으며 상기 열전대로부터 상기 원거리 화재 시험 현장의 측정온도에 대응하는 전압신호를 전달받는 온도측정장치를 포함하는 온도측정시스템에서 상기 도전 케이블에서의 전압 강하를 포함하는 측정 오차를 교정하는 온도 측정 데이터 교정방법으로서, (a) 상기 열전대의 일단에 보상저항을 직렬 연결하고 상기 보상저항에 시험전압 공급장치의 양극단자를 연결하고 상기 시험전압 공급장치의 음극단자를 상기 열전대의 타단에 연결하여 상기 시험전압 공급장치와 상기 보상저항과 상기 열전대를 포함하는 전류 루프를 생성하는 단계, (b) 상기 보상저항의 양단 전압을 실측하고 실측된 보상저항의 양단 전압을 상기 보상저항으로 나누어 상기 전류 루프의 전류를 계산하는 단계, (c) 상기 전류 루프를 개방하여 상기 시험전압 공급장치에서 바라본 전체 등가저항을 실측하는 단계, (d) 실측된 전체 등가저항에서 상기 보상저항을 감산하여 상기 열전대의 저항을 계산하는 단계, (e) 상기 전류 루프의 전류에 상기 열전대의 저항을 곱하여 상기 열전대의 순수전압을 계산하는 단계 및 (f) 상기 열전대의 순수전압에 따라 상기 열전대의 온도를 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 온도 측정 데이터 교정방법에 있어서, 상기 열전대는 수소용기 화재시험현장에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 온도 측정 데이터 교정방법에 있어서, 상기 열전대의 갯수는 3개 이상 20개 이하이고, 상기 열전대와 상기 온도측정장치를 연결하는 도전 케이블의 길이는 10m 이상 50m 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터를 간편한 방식으로 교정함으로써 원거리 화재시험, 초저온 및 초고온 온도측정시험의 정확도를 향상시키고 측정 작업의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법이 수행되는 시스템 환경을 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법이 수행되는 시스템 환경을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 추가로 참조하면, 원거리 화재시험현장 및 초저온 시험을 위한 온도측정시스템에 따르면, 수많은 종류의 열전대와 온도센서, 길이와 종류가 다른 보상도선 등으로 인한 전압강하와 노이즈 발생으로 오차가 발생한다. 이를 현장에서 손쉽게 캘리브레이션하여 오차를 줄이는 방법은 열전대와 측정단자에 장착할 보상저항을 직렬로 연결하여 보상저항(R1)의 일단을 시험전압 공급장치의 (+)극에 연결하고 보상저항(R1)의 타단을 열전대의 일단에 연결하고 열전대의 타단을 전원공급장치의 (-)극에 연결하여 1~10V의 시험전압(Vs)을 공급하여, 전체 전류(I)의 크기를 계산하고, 보상저항 양단에 걸리는 전압을 계산하거나 측정하여 보상저항에 걸리는 전압을 빼주면 열전대의 걸리는 전압을 계산할 수 있다.

Vs = V1 + V2 = IR1 + IR2 = I(R1 + R2),

I = Vs/(R1 + R2) = Vs/Rs

또한 보상저항의 일단과 열전대의 타단을 개방하여 합성저항, 즉, 시험전압 공급장치에서 바라본 전체 등가저항을 측정 후 보상저항(R1) 값을 빼주면 열전대의 저항값을 구할 수 있으며, 위에서 구한 전류(I)를 이용하여 열전대에 걸리는 순수 전압(V2)을 구할 수 있어, 전압에 대한 열전대의 온도를 계산할 수 있다.

Rs = R1 + R2, R2 = Rs - R1,

V2 = IR2에서, V2 = I*(Rs - R1)

이 때, R1은 보상저항과 구리도선을 연결할 경우 양끝단에 걸리는 저항값을 합산하여 준다. 그런 후, 온도측정시스템에서 V1의 값을 빼주면 순수 열전대의 온도 값을 산출할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시 예를 보다 구체적이고 예시적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법은 원거리 화재 시험 현장에 설치된 복수의 열전대(10), 복수의 열전대(10)와 도전 케이블에 의해 전기적으로 연결되어 있으며 열전대(10)로부터 원거리 화재 시험 현장의 측정온도에 대응하는 전압신호를 전달받는 온도측정장치(20)를 포함하는 온도측정시스템(1)에서 도전 케이블에서의 전압 강하를 포함하는 측정 오차를 교정하는 방법이다.

예를 들어, 열전대(10)는 수소용기 화재시험현장에 설치되도록 구성될 수 있으며, 열전대(10)는 그 갯수가 3개 이상 20개 이하의 어레이로 구성될 수 있고, 열전대(10)와 온도측정장치(20)를 연결하는 도전 케이블의 길이는 10m 이상 50m 이하일 수 있다.

이러한 예시적인 환경에서 동작하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터 교정방법을 설명하면 다음과 같다.

단계 S10에서는, 열전대(10)의 일단에 보상저항(R1)을 직렬 연결하고, 보상저항(R1)에 시험전압 공급장치(30)의 양극단자를 연결하고, 시험전압 공급장치(30)의 음극단자를 열전대(10)의 타단에 연결함으로써, 시험전압 공급장치(30)와 보상저항(R1)과 열전대(10)를 포함하는 전류 루프를 생성하는 과정이 수행된다. 여기서, 보상저항(R1)과 시험전압 공급장치(30)가 공급하는 시험전압은 이미 알고 있는 값이다.

단계 S20에서는, 보상저항(R1)의 양단 전압을 멀티 미터 등과 같은 계측수단을 이용하여 실측하고, 계측수단에 연결된 연산수단이 실측된 보상저항(R1)의 양단 전압을 보상저항(R1)으로 나누어 전류 루프의 전류를 계산하는 과정이 수행된다.

단계 S30에서는, 시험전압 공급장치(30)를 전기적으로 분리하여 전류 루프를 개방한 상태에서 멀티 미터 등과 같은 계측수단을 이용하여 시험전압 공급장치(30)에서 바라본 전체 등가저항을 실측하는 과정이 수행된다.

단계 S40에서는, 계측수단에 연결된 연산수단이 실측된 전체 등가저항에서 상저항을 감산하여 열전대(10)의 저항을 계산하는 과정이 수행된다.

단계 S50에서는, 연산수단이 전류 루프의 전류에 열전대(10)의 저항을 곱하여 열전대(10)의 순수전압을 계산하는 과정이 수행된다.

단계 S60에서는, 연산수단이 열전대(10)의 순수전압에 따라 열전대(10)의 온도를 계산하는 과정이 수행된다.

이러한 과정을 수식으로 표현하면 다음과 같다.

Vs = V1 + V2 = IR1 + IR2 = I(R1 + R2),

I = Vs/(R1 + R2) = Vs/Rs

Rs = R1 + R2, R2 = Rs - R1,

V2 = IR2에서, V2 = I*(Rs - R1)

Vs는 시험전압, R1은 보상저항, R2는 열전대의 저항, V1은 보상저항 양단의 전압, V2는 열전대 양단의 전압이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 원거리 화재 시험 현장에서의 온도 측정 데이터를 간편한 방식으로 교정함으로써 원거리 화재시험, 초저온 및 초고온 온도측정시험의 정확도를 향상시키고 측정 작업의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

1: 온도측정시스템
10: 열전대
20: 온도측정장치
30: 시험전압 공급장치
R1: 보상저항

Claims (3)

1. 원거리 화재 시험 현장에 설치된 복수의 열전대, 상기 열전대와 도전 케이블에 의해 전기적으로 연결되어 있으며 상기 열전대로부터 상기 원거리 화재 시험 현장의 측정온도에 대응하는 전압신호를 전달받는 온도측정장치를 포함하는 온도측정시스템에서 상기 도전 케이블에서의 전압 강하를 포함하는 측정 오차를 교정하는 온도 측정 데이터 교정방법으로서,
   (a) 상기 열전대의 일단에 보상저항을 직렬 연결하고 상기 보상저항에 시험전압 공급장치의 양극단자를 연결하고 상기 시험전압 공급장치의 음극단자를 상기 열전대의 타단에 연결하여 상기 시험전압 공급장치와 상기 보상저항과 상기 열전대를 포함하는 전류 루프를 생성하는 단계;
   (b) 상기 보상저항의 양단 전압을 실측하고 실측된 보상저항의 양단 전압을 상기 보상저항으로 나누어 상기 전류 루프의 전류를 계산하는 단계;
   (c) 상기 전류 루프를 개방하여 상기 시험전압 공급장치에서 바라본 전체 등가저항을 실측하는 단계;
   (d) 실측된 전체 등가저항에서 상기 보상저항을 감산하여 상기 열전대의 저항을 계산하는 단계;
   (e) 상기 전류 루프의 전류에 상기 열전대의 저항을 곱하여 상기 열전대의 순수전압을 계산하는 단계; 및
   (f) 상기 열전대의 순수전압에 따라 상기 열전대의 온도를 계산하는 단계를 포함하는, 온도 측정 데이터 교정방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열전대는 수소용기 화재시험현장에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 데이터 교정방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 열전대의 갯수는 3개 이상 20개 이하이고, 상기 열전대와 상기 온도측정장치를 연결하는 도전 케이블의 길이는 10m 이상 50m 이하인 것을 특징으로 하는, 온도 측정 데이터 교정방법.
   

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