KR102471346B1 - 진공압력산출장치 - Google Patents

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Abstract

측정된 압력을 온도에 따라 보정하여 산출하는 진공압력산출장치는 압력에 대한 전압을 측정하기 위한 압력측정저항, 온도에 대한 전압을 측정하기 위한 온도보상저항 및 소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항과 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장하고, 매핑테이블 중 소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 사이의 복수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항과 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 기초하여 온도 별 가중치에 대응하는 동적매핑테이블을 생성하며, 압력측정저항 및 온도보상저항 각각에서 전압데이터를 감지하면 감지된 압력측정저항 및 온도보상저항 각각의 전압데이터에 대응하는 동적매핑테이블에서 압력데이터를 추출하는 진공압력산출부를 포함한다.

Description

진공압력산출장치{Vacuum Pressure Calculator}
본 발명은 진공압력산출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력을 측정하기 위한 측정저항과 상기 측정저항의 온도영향을 보상하기 위한 보상저항을 갖는 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로로 진공압력을 검출하는 진공압력검출장치(MEMS(Micro-electro-mechanical system) Pirani Gauge)를 이용하여 측정된 압력을 보정하여 산출할 수 있는 진공압력산출장치에 관한 것이다.
진공압력검출장치(MEMS(Micro-electro-mechanical system) Pirani Gauge)는 IC형태로 집적화되어 있기 때문에 기존의 Pirani Gauge보다 센서 응답속도가 빠르고, 구성이 용이하여 제품구성 시 소형화할 수 있는 장점이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 진공압력검출장치(MEMS(Micro-electro-mechanical system) Pirani Gauge)는 측정저항(Rp)과 보상저항(Rk)이 연결된 상태의 휘스톤 브리지 회로로 이루어진다.
그러나 진공압력검출장치(MEMS(Micro-electro-mechanical system) Pirani Gauge) 내부의 저항특성이 측정저항(Rp)은 압력과 온도의 영향을 받고, 보상저항(Rk)은 온도의 영향만 받아야 하지만, 보상저항(Rk)이 압력의 영향을 같이 받을 경우 오차가 발생하여 정확한 진공압력이 측정되지 않는다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 압력을 측정하는 경우 온도에 대한 영향을 보정하여 정확한 압력을 산출할 수 있는 진공압력산출장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 측정된 압력을 온도에 따라 보정하여 산출하는 진공압력산출장치는, 압력에 대한 전압을 측정하기 위한 압력측정저항; 온도에 대한 전압을 측정하기 위한 온도보상저항; 및 소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 상기 압력측정저항과 상기 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장하고, 상기 매핑테이블 중 소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 사이의 복수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 상기 압력측정저항과 상기 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 기초하여 온도 별 가중치에 대응하는 동적매핑테이블을 생성하고 저장하며, 상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항 각각에서 전압데이터를 감지하면 감지된 상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항 각각의 전압데이터에 대응하는 상기 동적매핑테이블에서 압력데이터를 추출하는 진공압력산출부를 포함한다소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항과 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장하고, 저장된 매핑테이블을 이용하여 압력측정저항과 온도보상저항 각각에 대하여 복수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대한 동적매핑테이블을 생성하며, 압력측정저항 및 온도보상저항에서 감지된 실시간 전압데이터 각각에 대응하는 압력값을 동적매핑테이블을 참고하여 정확한 압력값을 추출하므로 압력측정의 정확성이 향상될 수 있다.
여기서, 상기 동적매핑테이블은, 상기 압력측정저항에 의해 측정된 복수의 온도 각각에서 설정된 복수의 압력을 가하여 복수의 압력 각각에 대응하여 측정된 복수의 압력전압데이터와, 상기 온도보상저항에 의해 측정된 복수의 온도 각각에서 설정된 복수의 압력을 가하여 복수의 압력 각각에 대응하여 측정된 복수의 보상전압데이터를 포함하면 압력측정저항 및 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 대응하는 압력값에 대한 온도영향을 보정할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 진공압력산출부는, 상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항에서 감지된 각각의 전압데이터가 상기 복수의 압력전압데이터와 상기 복수의 보상전압데이터 중 어느 2개의 압력전압데이터 사이와 어느 2개의 보상전압데이터 사이에 있는 경우 동일한 압력구간인 경우 유효한 압력데이터로 인정하고, 상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항에서 감지된 각각의 전압데이터가 유효한 압력데이터로 인정되면 상기 복수의 보상전압데이터 중 어느 2개의 압력전압데이터 사이와 어느 2개의 보상전압데이터 사이에서 선형보간법을 이용하여 압력데이터를 추출하면 산출 압력의 신뢰성을 확보하여 압력을 구할 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 진공압력산출부는, 상기 매핑테이블을 동적으로 생성하면 진공압력산출장치의 저장 공간의 한계로 인한 온도가중치 분해능의 한계가 발생할 수 있는 것을 극복할 수 있어 바람직하다.
본 발명에 따르면 소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항과 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장하고, 저장된 매핑테이블을 이용하여 압력측정저항과 온도보상저항 각각에 대하여 복수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대한 동적매핑테이블을 생성하며, 압력측정저항 및 온도보상저항에서 감지된 실시간 전압데이터 각각에 대응하는 압력값을 동적매핑테이블을 참고하여 정확한 압력값을 추출하므로 압력측정의 정확성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 압력측정저항 및 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 대응하는 압력값에 대한 온도영향을 보정할 수 있고, 산출 압력의 신뢰성을 확보하여 압력을 구할 수 있으며, 진공압력산출장치의 저장 공간의 한계로 인한 온도가중치 분해능의 한계가 발생할 수 있는 것을 극복할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존의 진공압력검출장치(MEMS(Micro-electro-mechanical system) Pirani Gauge)의 휘스톤 브리지 회로의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 진공압력산출장치의 제어블록도이다.
도 3은 진공압력산출장치의 회로 예시도이다.
도 4는 저장된 매핑테이블과 동적매핑테이블의 예시도이다.
도 5는 Rp와 Rk의 동적매핑테이블의 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공압력산출장치(1)를 상세히 설명한다.
도 1은 진공압력검출장치(MEMS(Micro-electro-mechanical system) Pirani Gauge, 2)의 휘스톤 브리지 회로의 예시도이다.
먼저, Rp는 IC내부에 있는 압력측정저항이고, Rk는 IC내부에 있는 온도보상저항이다.
휘스톤 브리지 전압계산식은 출력전압 Vp = (R2/(R1+R2)- Rp/(Rp+Rk)V0 이다. 이때, 출력전압 Vp는 상기의 휘스톤 브리지 전압계산식에서와 같이 산출되고, 이 출력전압을 압력매핑(Mapping)을 통해서 진공압력을 산출한다. 이때 Rk는 온도영향에 의한 오차를 보상해주는 역할을 한다.
그러나 진공압력검출장치(MEMS(Micro-electro-mechanical system) Pirani Gauge) IC내부의 압력측정저항(Rp저항, 2-1)과 온도보상저항(Rk저항, 2-2)은 압력변화, 온도변화 모두 영향을 받는다. 물론 압력측정저항(Rp저항)은 압력변화에 더 민감하게 동작하고, 온도보상저항(Rk저항)은 온도변화에 더 민감하게 동작한다.
그러나, 도 1의 휘스톤 브리지 회로와 같은 방식의 압력추출방법은 이러한 미세한 변화를 보상하여 정확한 압력측정에는 한계가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 진공압력산출장치(1)의 제어블록도이다. 도 3은 진공압력산출장치(1)의 회로 예시도이다.
도2를 참조하여 진공압력산출장치(1)의 구성을 설명한다.
진공압력산출장치(1)는 압력측정저항(10), 온도보상저항(20), 진공압력산출부(30) 및 압력출력부(40)를 포함한다.
압력측정저항(10)은 압력에 대한 전압을 측정하기 위한 구성이다.
온도보상저항(20)은 압력측정저항(10)과 분리되며 온도에 대한 전압을 측정하기 위한 구성이다.
진공압력산출부(30)는 소정 간격의 2개의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항(10)과 온도보상저항(20)에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장하고, 매핑테이블 중 소정 간격의 2개의 온도 사이의 복수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항(10)과 온도보상저항(20)에서 감지된 전압데이터에 기초하여 온도 별 가중치에 대응하는 동적매핑테이블을 생성하고, 상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항 각각에서 전압데이터를 감지하면 감지된 압력측정저항(10) 및 온도보상저항(20) 각각의 전압데이터에 대응하는 동적매핑테이블에서 압력데이터를 추출한다.
여기서, 매핑테이블은 압력측정저항(10)에 의해 측정된 복수의 온도 각각에서 설정된 복수의 압력을 가하여 복수의 압력 각각에 대응하여 측정된 복수의 압력전압데이터와, 온도보상저항(20)에 의해 측정된 복수의 온도 각각에서 설정된 복수의 압력을 가하여 복수의 압력 각각에 대응하여 측정된 복수의 보상전압데이터를 포함할 수 있다.
진공압력산출부(30)는 압력측정저항(Rp저항, 10)과 온도보상저항(Rk저항, 20)에서 감지된 각각의 전압데이터가 복수의 압력전압데이터와 복수의 보상전압데이터 중 어느 2개의 압력전압데이터 사이와 어느 2개의 보상전압데이터 사이에 있는 경우 동일한 압력구간인 경우 유효한 압력데이터로 인정할 수 있다.
진공압력산출부(30)는 압력측정저항(10) 및 온도보상저항에서 감지된 각각의 전압데이터가 유효한 압력데이터로 인정되면 복수의 보상전압데이터 중 어느 2개의 압력전압데이터 사이와 어느 2개의 보상전압데이터 사이에서 선형보간법을 이용하여 압력데이터를 추출할 수 있다.
진공압력산출부(30)는 동적매핑테이블을 압력을 측정할 때마다 생성할 수 있다. 진공압력산출부(30)는 압력을 측정할 때마다 동적매핑테이블을 생성하여 압력을 추출하며, 압력이 추출되면 동적매핑테이블을 삭제한다. 이후 압력을 측정할 때마다 동적매핑테이블을 생성하여 압력을 추출하며, 압력이 추출되면 동적매핑테이블을 삭제하여 저장공간의 부하가 생기지 않도록 할 수 있다.
압력출력부(40)는 진공압력산출부(30)에서 산출된 압력을 출력한다.
여기서, 진공압력산출부(30)는 저장부를 가지고 있을 수 있다.
또한, 진공압력산출장치(1)는 압력측정저항(10), 온도보상저항(20), 진공압력산출부(30) 및 압력출력부(40)로 전원을 공급하는 전원공급부를 추가로 가질 수 있다.
도 4는 동적매핑테이블의 예시도이다.
소정 간격의 2개의 온도(T1, T2) 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항(Rp저항, 10)과 온도보상저항(Rk저항, 20)에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장한다. 상위 4개의 테이블이 매핑테이블이다.
도4의 동적매핑테이블은 온도가중치가 적용된 동적매핑테이블이다.
동적매핑테이블은 하위 2개의 테이블이다. 동적매핑테이블이란 T1에서 측정된 압력측정저항(Rp저항, 10)과 온도보상저항(Rk저항, 20)의 압력 관련 전압데이타와 T2에서 측정된 압력측정저항(Rp저항, 10)과 온도보상저항(Rk저항, 20)의 압력 관련 전압데이터를 이용하여 임의의 온도 Tn에서의 압력측정저항(Rp저항, 10)과 온도보상저항(Rk저항, 20)의 전압데이터를 선형보간법을 이용하여 추출한 압력과 데이터(AD Value)와 관계를 나타내는 테이블이다.
온도 가중치는 -n부터 +n까지 세분화할 수 있으며, n의 숫자가 증가할수록 생성되는 데이터의 양이 증가하며 더욱 정확한 압력데이터를 추출할 수 있다.
동적매핑테이블을 압력을 측정할 때마다 동적으로 사용하는 이유는 진공압력산출장치(1)의 저장공간의 한계로 인해 온도 가증치 분해능의 한계를 극복하기 위해서이다.
생성된 2개의 동적매핑테이블의 유효 판정은 실시간 데이터와 동적매핑테이블 데이터가 일치하는 압력의 유무로 판정된다. 이를 테면, 실시간 측정저항(Rp저항, 10)의 데이터 값이 동적매핑테이블의 P2와 P3의 데이터와 사이에 존재한다면, 보상저항(Rk저항, 20)의 데이터 값도 동적매핑테이블의 P2와 P3의 데이터와 사이에 존재해야 유효한 데이터로 인정할 수 있고, 현재의 압력을 P2와 P3 사이의 값으로 추출할 수 있다. 실제 압력은 P2와 P3 값을 이용하여 선형보간법을 이용하여 추출한다. 유효한 데이터로 인정되지 않으면 적용된 동적맵핑테이블을 생성하여 동일한 작업을 반복한다.
상기의 실시 예 이외의 변형 가능한 실시 예를 설명한다.
상기의 압력측정저항(10)과 온도보상저항(20)를 복수개 마련하여 동적매핑테이블을 동일한 온도구간과 동일한 압력구간에서 만들어 보다 세밀한 동적매핑테이블을 구출할 수 있도록 할 수 있다.
상기의 저장된 매핑테이블이 2개의 온도에서 측정된 매핑테이블이 아니고, 다수의 온도에서 측정된 매핑테이블이 저장될 수 있다.
상기의 진공압력산출장치(1)로 인하여, 소정 간격의 2개의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 압력측정저항(10)과 온도보상저항(20)에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장하고, 압력측정저항(10)과 온도보상저항(20) 각각에 대하여 복수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대한 전압데이터를 측정하여 동적매핑테이블을 생성하며, 압력측정저항(10) 및 온도보상저항(20)에서 감지된 실시간 전압데이터 각각에 대응하는 압력값을 동적매핑테이블을 참고하여 정확한 압력값을 추출하므로 압력측정의 정확성이 향상될 수 있다.
또한, 압력측정저항(10) 및 온도보상저항(20)에서 감지된 전압데이터에 대응하는 압력값에 대한 온도영향을 보정할 수 있고, 산출 압력의 신뢰성을 확보하여 압력을 구할 수 있으며, 진공압력산출장치(10)의 저장 공간의 한계로 인한 온도가중치 분해능의 한계가 발생할 수 있는 것을 극복할 수 있다.
1: 진공압력산출장치(1) 2: 진공압력검출장치
2-1: 측정저항 2-2: 보상저항
10: 압력측정저항 20: 온도보상저항
30: 진공압력산출부 40: 압력출력부

Claims (5)

  1. 측정된 압력을 온도에 따라 보정하여 산출하는 진공압력산출장치에 있어서,
    압력에 대한 전압을 측정하기 위한 압력측정저항;
    온도에 대한 전압을 측정하기 위한 온도보상저항; 및
    소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 상기 압력측정저항과 상기 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 따른 매핑테이블을 저장하고, 상기 매핑테이블 중 소정 간격의 2개 또는 다수의 온도 사이의 복수의 온도 각각에 대한 복수의 압력 각각에 대하여 상기 압력측정저항과 상기 온도보상저항에서 감지된 전압데이터에 기초하여 온도 별 가중치에 대응하는 동적매핑테이블을 생성하며, 상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항 각각에서 전압데이터를 감지하면 감지된 상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항 각각의 전압데이터에 대응하는 상기 동적매핑테이블에서 압력데이터를 추출하는 진공압력산출부를 포함하되,
    상기 매핑테이블은,
    상기 압력측정저항에 의해 측정된 복수의 온도 각각에서 설정된 복수의 압력을 가하여 복수의 압력 각각에 대응하여 측정된 복수의 압력전압데이터와, 상기 온도보상저항에 의해 측정된 복수의 온도 각각에서 설정된 복수의 압력을 가하여 복수의 압력 각각에 대응하여 측정된 복수의 보상전압데이터를 포함하고,
    상기 진공압력산출부는,
    상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항에서 감지된 각각의 전압데이터가 상기 복수의 압력전압데이터와 상기 복수의 보상전압데이터 중 어느 2개의 압력전압데이터 사이와 어느 2개의 보상전압데이터 사이에 있는 경우 동일한 압력구간인 경우 유효한 압력데이터로 인정하는 것을 특징으로 하는 진공압력산출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 진공압력산출부는,
    상기 압력측정저항 및 상기 온도보상저항에서 감지된 각각의 전압데이터가 유효한 압력데이터로 인정되면 상기 복수의 보상전압데이터 중 어느 2개의 압력전압데이터 사이와 어느 2개의 보상전압데이터 사이에서 선형보간법을 이용하여 압력데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 진공압력산출장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 진공압력산출부는,
    상기 동적매핑테이블을 압력을 측정할 때마다 생성하는 것을 특징으로 하는 진공압력산출장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000509151A (ja) * 1996-04-30 2000-07-18 ライボルト ヴァークウム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 熱伝導真空計の温度補償回路
KR20150097803A (ko) * 2012-12-24 2015-08-26 인피콘 게엠베하 측정 셀 장치를 이용하여 진공 압력을 측정하기 위한 방법 및 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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