Education volume meter

교육용 부피 측정기 {An Educational Instrument for Volume Measurement}

본 고안은 교육용 부피 측정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형상이 일정하지 않은 물체의 부피를 측정하는 교육용 부피 측정기에 관한 것이다.

일반적으로 물체의 형상이 기하학적으로 정형화된 경우에는 가로, 세로, 높이 등을 측정하여 계산으로 구하거나, 물체의 무게를 측정하고, 비중으로 나누어 부피를 계산하는 방법이 있다. 그러나, 형상이 불규칙하거나, 비중을 알 수 없는 경우에는 액체 속에 물체를 담궈 변화된 액체의 부피로 물체의 부피를 측정할 수 있다. 등록 실용신안공보 제20-0431982호를 보면, 투명한 재질의 실린더, 눈금판, 피스톤으로 구성된 부피측정기구가 제시되어 있다. 액체의 밀도와 부피는 온도에 따라 변화하므로, 액체의 온도 측정이 함께 이루어져야만 정확한 부피 측정을 할 수 있다. 따라서, 물체의 부피 측정에 영향을 주지않으면서도 액체의 온도를 효과적으로 측정할 수 있도록 온도 측정 수단이 구비되어 있고, 물체 투입시 비이커가 파손되지 않도록 비이커 보호 수단이 구비된 교육용 부피 측정기의 필요성이 제기되고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 고안에 의한 교육용 부피 측정기는 투명한 비이커 내부에 액체의 온도를 감지할 수 있도록 무선 온도 센서가 내장되고, 물체 투입시 비이커의 파손을 방지할 수 있도록 비이커의 바닥에 비이커 보호용 패트가 부착된 부피 측정용 비이커와, 부피 측정용 비이커에 담긴 액체의 온도와 비이커의 무게를 측정할 수 있는 부피 측정용 비이커 무게 계측부와, 비이커에서 넘처 흐른 물의 무게를 측정할 수 있는 오버플로 비이커 무게 계측부가 구비된 교육용 부피 측정기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 교육용 부피 측정기는 투명한 유리 재질로 이루어지고, 상부는 개방된 컵 형태를 이루고 있으면서, 상부의 일 측면에는 투입된 액체가 일정 수위를 넘으면 넘쳐 흘러나오도록 오버플로 배출구(105)가 형성되어 있는 부피 측정 비이커(101)와; 상기 부피 측정 비이커(101)에서 넘쳐 흘러나온 액체를 담을 수 있도록 상부가 개방된 컵 형태를 이루는 오버플로 비이커(129)와; 상기 부피 측정 비이커(101)의 하부에 위치하고, 상기 부피 측정 비이커(101)의 무게를 감지하는 제 1 로드셀(131)과; 상기 부피 측정 비이커(101)의 무게가 상기 제 1 로드셀(131)에 전달되도록 하는 제 1 로드셀 아답터(133)와; 상기 오버플로 비이커(129)의 무게를 감지하는 제 2 로드셀(125)과; 상기 오버플로 비이커(129)의 무게를 제 1 로드셀(131)에 전달되도록 하는 제 2 로드셀 아답터(127)와; 상기 부피 측정 비이커(101)의 높이와 상기 오버플로 비이커(129)의 높이 차이를 보완하고, 상기 제 2 로드셀(125)이 탑재되어 상기 제 2 로드셀 아답터(127) 및 상기 제 2 로드셀(125)이 수평을 유지하게 하는 제 2 로드셀 지지대(123)와; 상기 제 2 로드셀(125)에서 측정된 무게와 일정 시간 이전에 측정된 무게와 비교할 수 있도록 시간 정보를 제공하는 타이머(203)와; 상기 제 1 로드셀(131)과 상기 제 2 로드셀(125)에서 측정된 무게 정보와 상기 메모리(205)에 저장된 밀도 정보를 이용하여 상기 부피 측정 비이커(101)에 투입된 물체의 부피를 계산하는 제어부(201)와; 측정된 데이터를 일시 저장하고, 온도에 대한 밀도 정보와 상기 제어부(201)의 제어 프로그램이 저장되는 메모리(205)와; 사용자로부터 입력 정보를 입력받아 상기 제어부(201)에 전달하는 입력부(115)와; 상기 제어부(201)의 출력 정보를 표시하는 표시부(113)와; 상기 제어부(201)및 상기 제 1 로드셀(131)과 상기 제 2 로드셀 지지대(123)를 수용하면서, 외부에는 사용자로부터 입력 정보를 입력받는 상기 입력부(115) 및 사용자에게 계산된 출력 정보를 제공하는 상기 표시부(113)가 구비되어 있는 본체(111);를 포함하여 이루어진다.

이와 같이 이루어진 본 고안에 의한 교육용 부피 측정기는 물체의 부피와 밀도를 동시에 측정할 수 있어 학생들의 부피 측정에 대한 교육 효과가 뛰어나며, 액체의 온도를 측정하여 이에 대해 온도 보정을 하므로, 정밀한 부피 측정을 할 수 있으며, 비이커의 바닥에 위치한 온도 센서는 무선으로 본체와 통신을 하므로, 비이커의 착탈이 용이하며, 비이커의 바닥에는 비이커 보호용 패트가 부착되어 있어 피측정 물체 투입시 비이커의 파손을 예방하는 효과가 있다.

도 1은 본 고안에 의한 부피 측정기의 정면도이며,
도 2는 블럭 회로도이며,
도 3은 부피 측정 비이커에 부착된 온도 센서와 본체 사이의 무선 통신 개념도이며,
도 4는 부피 측정 비이커의 측면에 형성되어 있는 오버플로 배출구에 대한 다면도이며,
도 5는 부피 측정 흐름도이다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 고안에 의한 '교육용 부피 측정기'의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다음의 실시 예는 단지 본 고안을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 고안의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

본 고안에 의한 '교육용 부피 측정기'는 투명한 유리 재질로 이루어지고, 상부는 개방된 컵 형태를 이루고 있으면서, 상부의 일 측면에는 투입된 액체가 일정 수위를 넘으면 넘쳐 흘러나오도록 오버플로 배출구(105)가 형성되어 있는 부피 측정 비이커(101)와; 상기 부피 측정 비이커(101)에서 넘쳐 흘러나온 액체를 담을 수 있도록 상부가 개방된 컵 형태를 이루는 오버플로 비이커(129)와; 상기 부피 측정 비이커(101)의 하부에 위치하고, 상기 부피 측정 비이커(101)의 무게를 감지하는 제 1 로드셀(131)과; 상기 부피 측정 비이커(101)의 무게가 상기 제 1 로드셀(131)에 전달되도록 하는 제 1 로드셀 아답터(133)와; 상기 오버플로 비이커(129)의 무게를 감지하는 제 2 로드셀(125)과; 상기 오버플로 비이커(129)의 무게를 제 1 로드셀(131)에 전달되도록 하는 제 2 로드셀 아답터(127)와; 상기 부피 측정 비이커(101)의 높이와 상기 오버플로 비이커(129)의 높이 차이를 보완하고, 상기 제 2 로드셀(125)이 탑재되어 상기 제 2 로드셀 아답터(127) 및 상기 제 2 로드셀(125)이 수평을 유지하게 하는 제 2 로드셀 지지대(123)와; 상기 제 2 로드셀(125)에서 측정된 무게와 일정 시간 이전에 측정된 무게와 비교할 수 있도록 시간 정보를 제공하는 타이머(203)와; 상기 제 1 로드셀(131)과 상기 제 2 로드셀(125)에서 측정된 무게 정보와 상기 메모리(205)에 저장된 밀도 정보를 이용하여 상기 부피 측정 비이커(101)에 투입된 물체의 부피를 계산하는 제어부(201)와; 측정된 데이터를 일시 저장하고, 온도에 대한 밀도 정보와 상기 제어부(201)의 제어 프로그램이 저장되는 메모리(205)와; 사용자로부터 입력 정보를 입력받아 상기 제어부(201)에 전달하는 입력부(115)와; 상기 제어부(201)의 출력 정보를 표시하는 표시부(113)와; 상기 제어부(201)및 상기 제 1 로드셀(131)과 상기 제 2 로드셀 지지대(123)를 수용하면서, 외부에는 사용자로부터 입력 정보를 입력받는 상기 입력부(115) 및 사용자에게 계산된 출력 정보를 제공하는 상기 표시부(113)가 구비되어 있는 본체(111);를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 고안에 의한 '교육용 부피 측정기'는 상기 부피 측정 비이커(101)의 바닥에 위치하고, 액체의 온도를 감지하여 투명한 유리를 통하여 적외선 통신 또는 RF 무선 통신으로 온도 정보를 전송하는 온도 센서 모듈(109)과;

상기 온도 센서 모듈(109)로부터 온도 정보를 수신하여 상기 제어부(201)에 전달하는 온도 센서 수신부(207);를 더 구비하여 이루어지고, 상기 제어부(201)에서는 측정된 액체의 무게를 상기 메모리(205)에 기 저장된 밀도 정보를 측정된 온도 정보로 보정 하여 부피 계산을 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 의한 '교육용 부피 측정기'의 상기 부피 측정 비이커(101)는 피측정 물체 투입시 충격을 완화하도록 상기 부피 측정 비이커(101)의 바닥에는 충격 방지 패드(107)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 '교육용 부피 측정기'는 피 측정 물체의 부피를 측정하기 위하여 피 측정 물체를 측정용 보조 액체에 담구지 않은 상태에서 측정용 보조 액체를 부피 측정 비이커(101)에 가득 체워 부피 측정 비이커(101)의 오버플로 배출구(105)를 통해 측정용 보조 액체가 넘쳐 흘러나올 때까지 채운다. 그리고, 이때의 부피 측정 비이커(101)의 무게와 오버플로 비이커(129)의 무게를 측정한다. 다음, 부피 측정 비이커(101)에 피 측정 물체를 담근 후, 측정용 보조 액체가 넘처 흐르는 것이 멈추면, 다시 부피 측정 비이커(101)의 무게와 오버플로 비이커(129)의 무게를 측정한다. 넘쳐 흐른 측정용 보조 액체의 무게를 측정하여 메모리(205)에 기저장되어 있는 해당 온도의 밀도 데이터로 나누면, 넘쳐 흐른 측정용 보조 액체의 부피를 구할 수 있고, 넘쳐 흐른 측정용 보조 액체의 부피는 피 측정 물체(103)의 부피와 일치한다.

또한, 피 측정 물체를 부피 측정 비이커(101)에 담구기 전과 후의 무게 차이를 오버플로 배출구(105)를 통해 오버플로 비이커(129)로 배출된 측정용 보조 액체의 부피로 나누면, 이는 피 측정 물체와 측정용 보조 액체의 밀도차가 된다. 따라서, 피 측정용 물체의 밀도는 측정용 보조 액체의 밀도에 상기 계산된 밀도차를 더하면 구할 수 있다.

도 1을 참조하면, 부피 측정 비이커(101)는 투명한 유리 재질로 이루어지고, 상부는 개방된 컵 형태를 이루고 있으면서, 상부의 일 측면에는 투입된 액체가 일정 수위를 넘으면 넘쳐 흘러나오도록 오버플로 배출구(105)가 형성되어 있다. 오버플로 비이커(129)는 상기 부피 측정 비이커(101)에서 넘쳐 흘러나온 액체를 담을 수 있도록 상부가 개방된 컵 형태를 이루어져 있다. 제 1 로드셀(131)은 상기 부피 측정 비이커(101)의 하부에 위치하여 부피 측정 비이커(101)의 무게를 감지한다. 제 1 로드셀 아답터(133)는 제 1 로드셀(131)과; 부피 측정 비이커(101)의 무게가 제 1 로드셀(131)에 전달되도록 한다. 제 2 로드셀(125)은 오버플로 비이커(129)의 무게를 감지하며, 제 2 로드셀 아답터(127)는 오버플로 비이커(129)의 무게를 제 1 로드셀(131)에 전달되도록 한다. 제 2 로드셀 지지대(123)는 부피 측정 비이커(101)의 높이와 오버플로 비이커(129)의 높이 차이를 보완하고, 상부에는 제 2 로드셀(125)이 탑재되어 제 2 로드셀 아답터(127) 및 제 2 로드셀(125)이 수평을 유지하도록 한다.

본체(111)는 제어부(도 2 참조, 201)및 제 1 로드셀(131)과 제 2 로드셀 지지대(123)를 수용하면서, 외부에는 사용자로부터 입력 정보를 입력받는 입력부(115) 및 사용자에게 계산된 출력 정보를 제공하는 표시부(113)가 구비되어 있다. 온도 센서 모듈(109)은 부피 측정 비이커(101)의 바닥에 위치하고, 액체의 온도를 감지하여 투명한 유리를 통하여 적외선 통신 또는 RF 무선 통신으로 본체(111)에 구비되어 있는 온도 센서 수신부(207)에 온도 정보를 전송한다.

또한, 부피 측정 비이커(101)의 바닥에는 피측정 물체 투입시 충격을 완화하도록 충격 방지 패드(107)가 구비되어 있어 부피 측정 비이커(101)가 투입시의 충격에 의해 파손되는 것을 예방한다. 메뉴 버튼(117)은 사용자가 메뉴를 선택하게 하며, 시작 버튼(121)은 측정을 시작하게 한다.

도 2를 참조하면, 타이머(203)는 제 2 로드셀(125)에서 현재 측정된 무게와 일정 시간 이전에 측정된 무게를 비교할 수 있도록 시간 정보를 제공하며, 현재 측정된 무게와 일정 시간 이전에 측정된 무게가 같으면, 측정용 보조 액체가 오버플로 비이커(129)로 넘쳐 흐르는 동작이 멈춘 것으로 판단한다. 제어부(210)는 제 1 로드셀(131)과 제 2 로드셀(125)에서 측정된 무게 정보와 메모리(205)에 저장된 측정용 보조 액체의 밀도 정보를 이용하여 부피 측정 비이커(101)에 투입된 물체의 부피를 계산한다. 메모리(205)에는 제어부(201)의 제어 프로그램이 저장되며, 계산을 위하여 측정된 측정 데이터를 일시 저장하고, 측정용 보조 액체의 온도에 대한 밀도 정보가 저장되어 있다. 입력부(115)에는 사용자로부터 입력 정보를 입력받아 제어부(201)에 전달하며, 표시부(113)는 제어부(201)의 출력 정보를 표시한다.

도 3을 참조하면, 제어부(201)는 온도 센서 수신부(207)를 통해 수신된 온도 정보에 따라, 메모리(205)에 기 저장되어 있는 측정용 보조 액체의 밀도 정보에 넘쳐 흐른 측정용 보조 액체의 부피를 계산한다.

도 4를 참조하면, 부피 측정 비이커(101)의 측면에는 통공되게 돌출된 오버플로 배출구(105)다 형성되어 있어, 측정용 보조 액체가 넘쳐 흘러내릴 수 있도록 되어 있다.

도 5를 참조하면, 본 고안에 의한 '교육용 부피 측정기'를 사용하여 피 측정 물체의 부피를 측정하기 위해서는 먼저 피 측정 물체를 측정용 보조 액체에 담구지 않은 상태에서 측정용 보조 액체를 부피 측정 비이커(101)에 가득 체워 부피 측정 비이커(101)의 오버플로 배출구(105)를 통해 측정용 보조 액체가 몇 방울 넘쳐 흘러나올 때까지 가득 채운다. 그리고, 시작 버튼(121)을 누르면, 초기화(S101)을 수행한 후, 부피 측정 비이커(101)의 무게와 오버플로 비이커(129)의 무게를 측정하여 초기 영점 측정한다(S103). 그런 다음, 부피 측정 비이커(101)에 피 측정 물체를 담근 후, 내부의 타이머(203)를 이용하여 일정 주기로 측정하여(S105) 측정용 보조 액체가 넘처 흐르는 것이 멈추는지를 관찰한다(S107, S109). 타이머(203)에 의해 설정된 일정 시간 동안 측정용 보조 액체의 흐름이 없으면, 측정된 다시 부피 측정 비이커(101)의 무게와 오버플로 비이커(129)의 무게를 측정하고, 오버플로 비이커(129)의 현재 무게에서 메모리(205)에 일시 저장되어 있는 오버플로 비이커(129)의 초기 무게를 빼면, 넘쳐 흐른 측정용 보조 액체의 무게를 구할 수 있고, 넘쳐 흐른 측정용 보조 액체의 무게를 온도 보정된 밀도 데이터로 나누면(S111), 넘쳐 흐른 측정용 보조 액체의 부피를 구할 수 있으며(S113), 이렇게 해서 구한 측정용 보조 액체의 부피는 피 측정 물체(103)의 부피와 일치한다. 이때 측정용 보조 액체의 밀도는 온도에 따라 변하므로, 측정된 온도로 측정용 보조 액체의 밀도를 보정한 후, 피 측정 물체의 부피를 계산하여 표시부(113)에 표시한다(S115).

101 : 부피 측정 비이커 103 : 피 측정 물체
105 : 오버플로 배출구 107 : 충격 방지 패드
109 : 온도 센서 모듈 111 : 본체
113 : 표시부 115 : 입력부
117 : 메뉴 버튼 121 : 시작 버튼
123 : 제 2 로드셀 지지대 125 : 제 2 로드셀
127 : 제 2 로드셀 아답터 129 : 오버플로 비이커
131 : 제 1 로드셀 133 : 제 1 로드셀 아답터
201 : 제어부 203 : 타이머
205 : 메모리 207 : 온도 센서 수신부