KR20020037562A - 정전기 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연구실이나 실험실 또는 특정 산업체의 생산라인에서 각 물체에서 발생되고 있는 정전기의 세기를 측정하여 표시함으로써 사용자가 각 물체에서의 정전기의 세기를 용이하게 확인할 수 있도록 하는 정전기 측정장치에 관한 것으로서,

측정대상이 되는 물체와 대향되도록 배치되어 정전기의 세기를 측정하여 적분 및 증폭하는 정전기 센서부와, 상기 정전기 센서부에서 측정된 값을 입력받아 실효치 값으로 변환하여 출력하는 실효치 출력부와, 특정 발진주파수에 따라 동작하고 상기 실효치 출력부에서 출력되는 실효치와 기준전압을 비교하여 그 결과신호를 출력하는 컨버터부와, 상기 컨버터부에 기준전압을 제공하는 기준전압 제공부와, 상기 컨버터부에 특정의 발진주파수를 제공하는 발진 회로부와, 상기 컨버터부에서 출력되는 신호에 따라 정전기의 세기를 사용자가 확인할 수 있도록 디지털 또는 아날로그 수치로 표시하는 디스플레이부와, 배터리의 전압을 기준전압과 비교하여 저전압 상태를 판정하고 그 결과가 상기 디스플레이부에서 표시되도록 신호를 출력하는 전압비교 회로부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

정전기 측정장치 { Measurement apparatus for static electricity }

본 발명은 정전기 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연구실이나 실험실 또는 특정 산업체의 생산라인에서 각 물체에서 발생되고 있는 정전기의 세기를 측정하여 표시함으로써 사용자가 각 물체에서의 정전기의 세기를 용이하게 확인할 수 있도록 하는 정전기 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 정전기는 물체 상에 정지한 상태 또는 그 이동이 극히 완만한 상태로 대전되어 있는 전하를 나타내는데, 상이한 물질로 된 물체들이 접촉하면 접촉계면에서 거의 순간적으로 전자 또는 이온 등의 하전입자가 이동하게 되고 이어서 물체들이 분리되면 전하의 대부분이 복귀하지만 그 일부가 물체 표면에 남아 정전기가 된다.

상기 정전기의 주변에는 특유한 물리현상으로서, 전하가 존재하면 전하가 보유하고 있는 정전기 에너지가 주변공간에 발산하여 주변공간에 정전기의 작용이 미치는 영역 즉, 전계가 형성되어 미소한 물체를 흡인하거나 반발하여 주변에 영향을 미치게 된다. 이와 같은 정전기에 의한 재해 장해는 모두 이들 현상으로 인해 야기되는 트러블이며, 산업현장에서 발생되고 있는 정전기는 인체에 유해하고 산업설비와 제품의 파괴, 화재폭발, 전기적 쇼크, 먼지흡착 등을 유발하여 인적피해와 제품의 신뢰도 및 생산성 저하를 발생시키고 있다. 예를 들어, 정전기가 생체에 작용하는 경우에는 감전이 발생될 수 있고, 열로서 작용하는 경우에는 화재 및 폭발사고 또는 반도체 소자의 파괴 등이 발생될 수 있고, 전자파로서 작용하는 경우에는 노이즈(noise)가 된다.

상기와 같은 이유로 인해 정전기를 측정하고, 그 정전기를 제거하여야 하는 필요성이 발생되고 있는데, 정전기 측정장치가 제시되고 있다. 상기 정전기 측정장치는 어떠한 대전체에 대전된 정전기의 세기를 측정하는 것으로서, 아날로그 방식과 디지털 방식으로 구분된다.

도 1은 종래 기술에 의한 정전기 측정장치의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 1을 참조하면, 참조번호 1은 측정대상이 되는 물체와 대향되도록 배치되어 정전기의 세기를 측정하는 정전기 센서를 나타내고, 2는 상기 정전기 센서(1)에서 측정된 값을 제1 저항(R1)을 통해 입력받아 실효치 값으로 출력하는 버퍼를 나타내고, 3은 배터리 전원(Vcc)과 연결되어 구동전원의 세기를 조절함으로써 측정배율을 조정하는 배율조정부를 나타내고, 4는 측정된 결과를 사용자가 확인할 수 있도록 수치로서 나타내는 지시계기를 나타내고, 5는 상기 버퍼(2)에서 출력된 신호를 원하는 크기로 증폭하여 상기 지시계기(4)로 제공하는 증폭부를 나타내고, 6은 다수의 저항(R2, R3)을 통해 배터리 전원(Vcc)을 분압하여 상기 증폭부(5)에 기준전압으로서 제공하는 기준전압 제공부를 나타내고, 7은 배터리의 전압을 체크할 수있도록 상기 증폭부(5)로 제공되는 버퍼(2)의 출력신호를 차단하고 상기 증폭부(5)에 배터리 전원(Vcc)을 연결하는 스위칭부를 나타낸다.

상기에서 배율조정부(3)는 다수의 저항과 스위치로 이루어져, 스위치의 트랜스퍼 접점이 A단자에 연결되는 경우에는 전체 저항이 제4 저항(R4)과 같게 되고, 상기 트랜스퍼 접점이 B단자에 연결되는 경우에는 전체 저항이 제4 저항과 제5 저항의 합(R4+R5)과 같게 되어 배율을 조정할 수 있게 된다.

또한, 상기 스위칭부(7)는 스위칭 소자로 이루어지고, 트랜스퍼 접점이 X단자에 연결되는 경우에는 상기 증폭부(5)로 버퍼(2)의 출력신호가 입력되도록 하고, 상기 트랜스퍼 접점이 Y단자에 연결되는 경우에는 상기 증폭부(5)에 배터리 전원(Vcc)을 연결하여 배터리의 전압을 체크할 수 있도록 한다.

상기와 같은 종래 기술에 의한 구성에서 배터리 전원(Vcc)은 9V를 사용하는데, 정전기 측정장치의 사용기간에 따라 배터리 전원(Vcc)이 방전하여 그 전압이 변동되는 경우에는 측정치의 측정값이 변동되기 때문에 측정결과에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생된다.

또한, 상기 지시계기(4)에 지침으로써 배터리 전원의 전압(Vcc)이 표시되기 때문에 일반 사용자들은 배터리의 교환시기를 이해하기 어려워 정전기 측정장치의 사용이 불편하게 되는 문제점이 발생된다.

또한, 저항을 이용하여 배율을 조정하고 배터리의 전압이 방전에 따라 변동되기 때문에 측정시마다 영점이 변동되어 정전기 측정장치 시스템의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 발생한다.

또한, 종래의 회전 섹터방식을 사용하는 정전기 측정장치에서는 모터를 구동시켜야 하기 때문에 전력소모가 증가하는 동시에 제품의 무게가 증가하게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 ±5V의 정격전원을 사용하여 정전기의 측정시 전압변화에 대한 오차를 제거하여 제품의 정밀성을 향상시킬 수 있는 정전기 측정장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 정전기의 측정시 자동으로 영점이 조정되도록 하고, 센서에서 감지된 모든 신호를 실효치(RMS) 값으로 출력하도록 함으로써 정확한 측정값을 사용자에게 제공하여 측정결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 정전기 측정장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 디스플레이 수단에 배터리의 전압에 대한 상황표시를 하고 정밀측정 범위를 사용자에게 경고함으로써 배터리의 교환시기를 정확히 알려주어 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 정전기 측정장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 사용자에 의한 버튼 선택에 따라 모든 기능이 제어되도록 함으로써 측정버튼을 누른 경우에만 정전기 데이터의 측정이 이루어지도록 하여 사용상의 편의성을 높이고, 배터리의 소모를 줄일 수 있는 정전기 측정장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 정전기 측정장치의 회로 구성을 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 의한 정전기 측정장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 디지털 정전기 측정장치의 회로 구성을 나타내는 도면

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 아날로그 정전기 측정장치의 회로도

도 5의 (A), (B)는 본 발명에 의한 디지털 및 아날로그 정전기 측정장치의 외관을 나타내는 도면

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 배터리 전원 20 : 스위칭부

21 : 파워(POWER) 스위치 22 : 테스트(TEST) 스위치

23 : 레인지(RANGE) 스위치 30 : 정전기 센서부

31 : 센서 32 : 커패시터

33 : 리셋용 스위치 40 : 실효치 출력부

41 : 버퍼 42,43 : 연산증폭기

44 : 증폭도 조정용 스위치 50 : 컨버터부

60 : 기준전압 제공부 70 : 발진 회로부

80 : 디스플레이부 81 : 파워(POWER) LED

82 : 배터리(BATTERY) LED 90 : 전압비교 회로부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 측정대상이 되는 물체와 대향되도록 배치되어 정전기의 세기를 측정하여 적분 및 증폭하는 정전기 센서부와, 상기 정전기 센서부에서 측정된 값을 입력받아 실효치 값으로 변환하여 출력하는 실효치 출력부와, 특정 발진주파수에 따라 동작하고 상기 실효치 출력부에서 출력되는 실효치와 기준전압을 비교하여 그 결과신호를 출력하는 컨버터부와, 상기 컨버터부에 기준전압을 제공하는 기준전압 제공부와, 상기 컨버터부에 특정의 발진주파수를 제공하는 발진 회로부와, 상기 컨버터부에서 출력되는 신호에 따라 정전기의 세기를 사용자가 확인할 수 있도록 디지털 또는 아날로그 수치로 표시하는 디스플레이부와, 배터리의 전압을 기준전압과 비교하여 저전압 상태를 판정하고 그 결과가 상기 디스플레이부에서 표시되도록 신호를 출력하는 전압비교 회로부를 포함하여 구성되는 정전기 측정장치를 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 배터리 전원의 출력단에 연결되어 사용자의 조작에 따라 온/오프됨으로써 상기 정전기 센서부의 동작여부를 포함한 시스템의 구동을 결정함으로써 정전기 측정이 이루어지는 동안에 만 배터리 전원이 공급되도록 하는 스위칭부를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 정전기 측정장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명에 의한 디지털 정전기 측정장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.

상기 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하면, 참조번호 10은 배터리 전원을 나타내고, 20은 상기 배터리 전원(10)의 출력단에 연결되어 시스템 전체로 구동전압을 공급할 것인지를 결정하는 스위칭부를 나타내고, 30은 측정대상이 되는 물체와 대향되도록 배치되어 정전기의 세기를 측정하여 적분 및 증폭하는 정전기 센서부를 나타내며, 40은 상기 정전기 센서부(30)에서 측정된 값을 입력받아 실효치 값으로 변환하여 출력하는 실효치 출력부를 나타낸다.

또한, 참조번호 50은 특정 발진주파수에 따라 동작하고 상기 실효치 출력부(40)에서 출력되는 실효치와 기준전압을 비교하여 그 결과신호를 출력하는 컨버터부를 나타내고, 60은 상기 컨버터부(50)에 기준전압을 제공하는 기준전압 제공부를 나타내고, 70은 상기 컨버터부(50)에 특정의 발진주파수를 제공하는 발진 회로부를 나타내고, 80은 상기 컨버터부(50)에서 출력되는 신호에 따라 정전기의 세기를 사용자가 확인할 수 있도록 디지털 또는 아날로그 수치로 표시하는 디스플레이부를 나타낸다.

또한, 참조번호 90은 상기 배터리 전원(10)의 전압을 기준전압과 비교하여 저전압 상태를 판정하고 그 결과가 상기 디스플레이부(80)에서 표시되도록 신호를 출력하는 전압비교 회로부를 나타낸다.

상기의 구성에서, 시스템으로 구동전압을 공급하는 전원 전압은 ±5V 정격전압을 사용하여 출력전압이 낮아지는 경우에도 테스트 동작시 자동으로 영점이 조정되어 동일한 영점을 유지할 수 있도록 함으로써 정밀한 측정이 가능하도록 하였다. 또한, 상기 스위칭부(20)는 사용자의 조작에 따라 온/오프 됨으로써 상기 정전기 센서부(30)의 동작여부를 포함한 시스템의 구동을 결정함으로써 정전기 측정이 이루어지는 동안에 만 배터리 전원(10)이 공급되도록 한다.

또한, 상기 정전기 센서부(30)는 센서(31)에 커패시터(32)가 직렬로 연결되어 상기 센서(31)에서 감지되는 정전기의 세기에 따라 상기 커패시터(32)의 전압이 달라지며 그 전압을 출력하게 된다. 이때, 상기 커패시터(32)에는 리셋용 스위치(33)가 병렬로 연결되어 시스템의 동작이 이루어지지 않는 동안에 상기 커패시터(32)를 완전히 방전시켜 리셋시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기에서 사용된 센서(31)는 대전판 센서방식을 사용하며, 대전판의 충방전에 의해 측정값을 정확하게 읽을 수 있도록 하였다. 또한, DC 정전기를 측정하기 위해 폭50mm * 높이 20mm의 크기로 설계되었으며, 평판형 정전기 발생기를 사용하여 교정함으로써 최대한의 정밀도를 보장하였다.

또한, 상기 실효치 출력부(40)는 버퍼(41)와 2단의 연산증폭기(42,43) 및 앞단의 연산증폭기(42)의 증폭도를 조정하여 출력전압을 원하는 전압값으로 만드는 증폭도 조정용 스위치(44)를 포함하여 구성된다.

상기 도 3의 구성에서는 디지털 정전기 측정장치의 예를 설명하였으나, 도 4와 같은 구성으로 아날로그 정전기 측정장치에 적용이 가능하다.

한편, 도 5의 (A), (B)는 본 발명에 의한 디지털 및 아날로그 정전기 측정장치의 외관을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 5의 (A)를 참조하면 디지털 정전기 측정장치에서는, 상기 스위칭부(20)는 구동전압의 공급여부를 결정하는 파워(POWER) 스위치(21)와, 정전기 측정의 개시를 결정하는 테스트(TEST) 스위치(22)를 포함하여 구성되고, 상기 디스플레이부(80)는 디지털 신호 즉, 숫자로서 정전기의 세기를 표시하기 위하여 액정패널을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 액정패널에는 정전기의 세기 뿐 만 아니라 배터리 전원(10)의 공급여부 및 배터리 전원(10)의 세기 등이 숫자 또는 문자로서 표시된다.

한편, 도 5의 (B)를 참조하면 아날로그 정전기 측정장치에서는, 상기 스위칭부(20)는 구동전압의 공급여부를 결정하는 파워(POWER) 스위치(21)와, 정전기 측정의 개시를 결정하는 테스트(TEST) 스위치(22)를 포함하고, 측정범위를 결정하는 레인지(RANGE) 스위치(23)를 더 포함하여 구성된다. 또한, 상기 디스플레이부(80)는 정전기의 세기를 아날로그 신호로 표시하기 위하여 측정된 정전기의 세기에 따라 회동량이 결정되는 지시침과 표시판을 포함하며, 상기 배터리 전원(10)의 공급여부를 표시하기 위한 파워(POWER) LED(81)와, 상기 배터리 전원(10)의 전압이 기준 이하로 떨어진 경우에 점등되어 사용자에게 배터리의 교환시기를 알려주는 배터리(BATTERY) LED(82)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 정전기 측정장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. 이때, 이하의 설명에서는 디지털의 경우를 예로 들어 설명하고자한다.

먼저, 사용자가 상기 파워(POWER) 스위치(21)를 온(ON) 시켜 구동전압의 공급을 결정하고, 그 즉시 상기 디스플레이부(80)가 온(ON) 되면서 시스템이 초기화가 이루어지면 사용자가 그 전원공급 상태를 확인하고 상기 테스트(TEST) 스위치(22)를 온(ON) 시킴으로써 정전기 측정의 개시를 결정한다. 이때, 사용자는 측정하고자 하는 대전체에 상기 센서부(30)를 50㎝(1 inch)의 거리를 유지하도록 한 후 상기 테스트(TEST) 스위치(22)를 온(ON) 시키는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 대전체로부터 센서부(30)의 거리가 멀어지면 정전기의 측정값이 감소하고 거리가 가까우면 정전기로 인한 센서의 파괴가 우려되기 때문이다.

상기의 동작에 의해 정전기 센서부(30)가 동작이 개시되고, 센서(31)에서 감지되는 정전기의 세기에 따라 상기 커패시터(32)에 충전되어 출력되는 전압값이 달라지게 된다. 상기 정전기 센서부(30)에서 출력되는 전압값은 상기 실효치 출력부(40)의 버퍼(41)와 2단의 연산증폭기(42,43)를 통과하면서 실효치로 변환되어 상기 컨버터부(50)로 입력된다.

상기 컨버터부(50)에서는 발진 회로부(70)에서 제공되는 특정 발진주파수에 따라 동작하고, 상기 실효치 출력부(40)에서 출력되는 실효치와 상기 기준전압 제공부(60)에서 제공되는 기준전압을 비교하여 그 결과신호를 상기 디스플레이부(80)로 출력하게 된다. 이때, 상기 디스플레이부(80)에서는 정전기의 세기를 사용자가 확인할 수 있도록 디지털 수치로 표시하게 된다.

상기의 동작이 이루어지는 동안에 상기 전압비교 회로부(90)에서는 배터리전원(10)의 출력전압을 계속적으로 체크하여 기준전압과 비교함으로써 저전압 상태를 판정하고 그 결과가 저전압인 경우에 상기 디스플레이부(80)에서 표시되도록 신호를 출력하게 된다.

상기의 동작 중 시스템에서 사용되는 구동전압의 영점은, 0V인 GND를 영점으로 사용하기 때문에 배터리의 사용이 계속되어 전압이 낮아지는 경우에도 계속적으로 동일한 영점이 유지되게 된다. 즉, 본 발명에서는 상기 테스트(TEST) 스위치(22)를 오프(OFF) 시키면 자동으로 영점이 조정되어 정전기의 측정시 마다 정확한 측정이 가능하게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 정전기 측정장치는 정격전원을 사용하여 정전기의 측정시 전압변화에 대한 오차를 제거하고, 센서에서 감지된 모든 신호를 실효치(RMS) 값으로 출력하도록 하며, 정전기의 측정시 자동으로 영점이 조정되도록 함으로써 측정결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되고, 측정범위는 ±199.9kV로서 넓은 측정범위를 갖도록 함으로써 표시치의 재연성 및 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 디스플레이 수단에 배터리의 전압에 대한 상황표시를 하여 사용자에게 배터리의 교환시기를 정확히 알려주고, 측정버튼을 누른 경우에만 정전기 데이터의 측정이 이루어지도록 함으로써 사용상의 편의성을 높이고, 배터리의 소모를 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 대전판 센서방식을 사용함으로써 모터가 필요없게 되기 때문에 전력소모량을 줄일 수 있으며, 제품의 소형 및 경량화가 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 측정대상이 되는 물체와 대향되도록 배치되어 정전기의 세기를 측정하여 적분 및 증폭하는 정전기 센서부와, 상기 정전기 센서부에서 측정된 값을 입력받아 실효치 값으로 변환하여 출력하는 실효치 출력부와, 특정 발진주파수에 따라 동작하고 상기 실효치 출력부에서 출력되는 실효치와 기준전압을 비교하여 그 결과신호를 출력하는 컨버터부와, 상기 컨버터부에 기준전압을 제공하는 기준전압 제공부와, 상기 컨버터부에 특정의 발진주파수를 제공하는 발진 회로부와, 상기 컨버터부에서 출력되는 신호에 따라 정전기의 세기를 사용자가 확인할 수 있도록 디지털 또는 아날로그 수치로 표시하는 디스플레이부와, 배터리의 전압을 기준전압과 비교하여 저전압 상태를 판정하고 그 결과가 상기 디스플레이부에서 표시되도록 신호를 출력하는 전압비교 회로부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전기 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   배터리 전원의 출력단에 연결되어 사용자의 조작에 따라 온/오프됨으로써 상기 정전기 센서부의 동작여부를 포함한 시스템의 구동을 결정함으로써 정전기 측정이 이루어지는 동안에 만 배터리 전원이 공급되도록 하는 스위칭부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전기 측정장치.