한국표준과학연구원(KRISS) 물리표준부 질량힘그룹 압력연구실 우삼용

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1 한국표준과학연구원(KRISS) 물리표준부 질량힘그룹 압력연구실 우삼용
압력 계측 기술 한국표준과학연구원(KRISS) 물리표준부 질량힘그룹 압력연구실 우삼용

2 KRISS 소개

3 KRISS 연 혁 국가표준기관으로 한국표준연구소 설립 국가교정업무 시행 한국표준주파수국(HLA) 개국 국제도량형위원회(CIPM) 자문위원회 회원기관 최초 피선 (1988년 이후 현재까지 10개 분야 자문위원회 중 9개 분야 피선) 한국표준과학연구원으로 기관 명칭 변경 국가표준기본법에 국가측정표준대표기관으로 명문화 출연(연)법에 의하여 공공기술연구회 소관 연구기관으로 변경

4 헌법 제127조 제2항 국가는 국가표준제도를 확립한다.
압력실 View of KRISS

5 국가표준의 정의 국가 표준 측정표준 : 국제단위(SI)를 바탕으로 측정기술 중심의 표준
산업표준 : 산업규격(KS)에 의한 표준화를 중심으로 하는 표준 측정표준이란 측정의 정밀정확도를 유지하고 호환성을 보장하여 원활한 산업활동과 과학기술 연구를 도모하기 위하여 국가적으로 준용되어야 하는 측정의 기준 1 2 국가표준 국제표준 측정 현장 산업체 연구소 교육기관

6 BIPM Definitions: kg / m / s “Primary” Reference Standards: ± 0.001% % Rdg Transfer Standards: ± 0.01% % FS or Rdg Field / Shop working standards: ± 0.1% - 1% FS Process level gauges: ± 1% FS and greater

7 표준 관련 국제기구 및 국가표준기관 CIPM, OIML, ISO/IEC, ILAC EU APEC NAFTA 국제협력
EUROMET EA APEC APMP APLAC NAFTA SIM IAAC NIST INMS CENAM PTB NPL IMGC NMi KRISS NMIJ NIM NML CMS VMI NIMT NPL-i

8 압력의 표준

9 압력의 종류 기압계, 진공계 절대압 게이지압 차압

10 압력표준기들                                                                                                                                                                                                                                                                            

11 1 기압: 1 kgf/ cm2 760 mmHg 10 mH2O 100,000 Pa 1013 mb 대기압: 지구 공기층의 무게
* 1644 Toricelli : 수은주 이용 대기압 측정 대기압: 지구 공기층의 무게 (지표면 공기밀도= g/cm3) 가로,세로 1 m인 정사각형 면적 작용하는 대기압 : 펌프로 10 m 이상 깊이의 물을 퍼 올릴 수 없다. 물속 10 m 깊이 마다 1 기압씩 증가 - 잠수병1: 상승시 숨을 참아 부피팽창으로 혈액에 공기유입,동맥순환 방해 - 잠수병2: 수중에서 혈액 중에 용해된 질소가 급속한 상승시 기포로 방출 고도가 높아지면 기압이 감소 (6 km 상공은 ½로 감소) 10 톤

12 The Units Pascal (Pa) N Pa = m2 The SI unit for pressure is:
Pressure is force per unit area, but how can we visualize this? Pa = N m2 1 N = a mass of 1 kg accelerated by 1 m/s^2. Therefore we can approx round up std grav. to be ~ 10 m/s^2, and visualizing 1 Pa as 100 g spread out over 1 m^2 N = kg x m/s² 1 m Pa = kg x m/s² m² 1 m

13 압력의 정의 F P = ____ A Primary Pressure Standard Pressure
Mercury manometer Pressure Balance (Piston/Cylinder Unit) Pressure Force = Mass x Acceleration Area Pr P F P = ____ =  gl h A

14 Mercury Manometer NIST 360 kPa UIM in Metrology 220 Building
NPL mercury Barometer

15 PRESSURE BALANCE From 1.6mm to 35mm
Deviation from Ideal Geometry less than mm

16 고압 표준기 Oil : 0 to 1.0 GPa [gauge]
Accuracy 0.1% reading to % reading

17 피스톤/실린더 장치 국가 압력 표준기의 구성 직경 35 mm 부터 1.6 mm 까지 구성
-압력측정범위 : 500 MPa (5000 기압) -유압용 압력표준기의 핵심 장치 텅스텐카바이드 재질 간격 mm 이하 우수한 원통도(진원도,진직도)

18 측정식 P2 DUT h P1 STD. P2 = P1 - (f - a)  h  gl

19 미압(차압)에서 사용하려면? Ooiwa(Japan): Conical Piston/Cylinder

20 Measurement Principles
1) Force balanced Force resulting from the difference in pressure across the piston is measured by a force balanced load cell Piston is mechanically held at its center and connected to the load cell by a double universal joint system Called force balanced piston gauge because load cell operates on electromagnetic force balance principle. When you push on it, it tells you how hard it is pushing back. Cylinder shape is odd but we’ll worry about that in a moment. The mechanical connection of the piston to the balance is by a double universal joint coupling system. This coupling provides two rotational and two translational degrees of freedom for the piston which is mounted about its center of gravity. This allows the piston to center itself in the cylinder while preventing rotation about its axis.

21 Measurement Principles
2) Non-rotating piston Piston is centered in the cylinder by lubricating gas flow through conical gap Lubricating gas is 40 kPa higher than PRef and humidified to 50% RH. Lubricating gas flows to center of cylinder through same passages as piston force coupling system For a piston-cylinder to operate properly, measures must be taken to assure that the piston is centered in the cylinder. Otherwise, their will be friction between the piston and the cylinder with unpredictable effects on the relationship between force on the area and pressure. This causes insensitivity. Many limitations would come from rotating it. So used Dr. Ooiwa’s conical gap system. Conical gap is grossly exaggerated in the illustration. Actual gap is 6 micron in the center and 1 micron at ends. Maximum total gas flow (sum of both chambers) from lubricating has is about 1 ml/min (1 sccm).

22 Change Bell-jar Pressure
저압(진공)에서 사용하려면? 저압에서 문제점: 피스톤의 무게에 의해 어떤 압력 이하는 측정이 불가 Woo: Residual bell-jar pressure method Change mass Constant Change Bell-jar Pressure  CDG

23 Calibration Set-up Gauges under calibration Weight loading mechanism
filter Precise Pressure Monitor (Barometer) Gauges under calibration Pressure Controller Vac. Pump Motor Controller Stepping Motor N2-Gas RP Piston/Cylinder Monitor Ion Gauge V3 Gas out Gas in V1 V2 V4 V7 V5 V6 Weight loading mechanism Piston

24 (1) (3) (5) (6) (7) (10) (11) (12) (8) (9) (2) (4)

25 1 1, 9, 90 2 2, 18, 180 4 4, 36, 360 8 8, 72, 720 3.3 3.3, 30, 300

26 (for monitor pressure) Pressure controller (for bell-jar pressure)
G F E D C B Weight selector & Motor Controller Pressure controller (for monitor pressure) Pressure controller (for bell-jar pressure)

27 Correction factor : 10 Torr CDG (Absolute type)