KR20030011867A

KR20030011867A - 투과성 물질의 투과도 또는 스트레인의 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20030011867A
Application number: KR1020027016410A
Authority: KR
Inventors: 케네스 존 데이비
Original assignee: 스트럭처럴 모니터링 시스템즈 엘티디
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2003-02-11
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: RU2267772C2; EP1307725A4; JP2003535326A; WO2001092851A1; AUPQ788000A0; CN1199037C; BR0111286A; CA2414024A1; KR100791154B1; US20020038568A1; CN1441898A; US6591661B2; EP1307725A1; UA73353C2

Abstract

물질(12)의 투과도를 측정하기 위한 장치(10)로서, 도관(11)을 통해 유체 커패시턴스 용기(16)에 연결된 실질적으로 일정한 진공원(14)을 포함하고, 유체 커패시턴스 용기(16)에는 도전체(20)에 의해 진공원(14)을 감시하기 위한 증폭기/표시기(22)에 접속된 압력 변환기(18)가 내장되어 있다. 유체 불투과성 디스크(24)가 물질(12)의 표면(26)상에 그 표면(26)과의 사이에 유체 흐름 공동(28)을 형성하게 설치된다. 디스크(24)는 유체 흐름에 고 임피던스를 제공하는 제한 튜브(30)에 도관(32)을 통해 연결되어 있다. 제한 튜브(30)의 반대측 단부는 유체 커패시턴스 용기(16)와 유체 연통을 이루고 있다. 제한 튜브(30)를 교차하여 압력 변환기(34)가 연결되어 유체 흐름을 측정하게 되어 있다. 유체 불투과성 밀봉(60)에 의해 디스크(24)의 둘레 주위에 밀봉이 형성되며, 밀봉(60)은 표면(26)상에서 반경방향 외측으로 연장되어 있다. 물질(12)이 어느 정도의 투과성을 갖는다고 가정하면 밀봉(60)의 둘레외측으로부터 물질(12)을 통해 공동(28)으로 공기가 투과할 수 있게 된다. 이러한 흐름에 따라 튜브(30)를 교차하여 정지 상태의 차동 압력이 발생되고, 이 압력은 압력 변환기(34)에 의해 검출되어 표시기(38)로부터 판독할 수 있고, 이에 따라 투과도의 측정이 이루어진다.

Description

투과성 물질의 투과도 또는 스트레인의 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASUREMENT OF PERMEABILITY OR STRAIN IN PERMEABLE MATERIALS}

물질의 투과도는 그 물질을 통과하는 유체의 유속으로서 정의할 수 있다. 일례로 콘크리트와 같은 물질의 투과도에 대한 측정은 유체 보유목적 및 구조의 수명 등의 다양한 목적과 관련하여 그 물질의 적합성을 결정함에 있어 중요한 것이다. 응력(stress)에 따른 투과도의 변화에 근거하여 투과성 물질의 스트레인의 측정이 가능하다.

일반적으로, 공지된 투과도 측정 방법에서는 물질에 인가되는 가스의 압력의 변화 및 물질 내로의 액체 침투 깊이의 변화를 측정하고 있다. 펄스 테스트법으로서 알려져 있는 이 방법은 실시하는데 상당한 시간이 걸리고, 특정 시편을 준비해야 할 필요성도 있을 수 있다. 일례로, 현대의 건설 산업에서는 추후 시공할 구조에 대한 대형 콘크리트 슬래브 또는 구조의 강도를 확인함에 있어 그 콘크리트 슬래브 또는 구조의 성형 중에 채취한 시편들에 대해 실시하는 실험실 규모의 테스트에 크게 의존하고 있다. 보다 바람직한 또 다른 방법으로는 정지 상태 테스트법이있는데, 이 방법은 본 명세서에서도 이용하고 있는 것이다. 정지 상태 테스트법은 또한 스트레인의 측정에 실용적인 방법이다. 현장에서 테스트를 하는 방법만이 소요되는 시간 및 비용을 감소시킬 수 있는 보다 바람직한 방법이다.

미국 특허 제 4,979,390 호에는 물질의 상대 투과도를 테스트하기 위한 한가지 방법 및 장치가 기재되어 있다. 일반적으로, 이에 있어서는 투과도 지수를 얻도록 콘크리트편상의 작은 테스트 지역에 부분 진공을 인가한 후 진공의 감쇠 속도를 측정할 필요가 있다. 이 방법 및 장치에 있어서는 상대 투과도의 측정으로 제한되고 상대적으로 작은 지역의 단일 테스트 면으로만 제한되는 제약이 있다.

"튤립 베이(Tulip Bay)"의 국제 출원 제 PCT/AU94/00325 호(WO 94/27130)에는 소정의 구조물 또는 요소의 표면 또는 내부에 형성된 흠 또는 균열을 검출하는데 사용할 수 있는 감시 장치가 기재되어 있다. 기재되어 있는 이 감시 장치는 수정의 구조물의 표면에 도는 내부에 형성된 하나 이상의 미세 흠 감지 공동과 연결된 유체 흐름 장치에 고 임피던스를 통해 직렬 연결되어 있는 실질적으로 일정한 진공원을 포함한다. 미세 흠 감지 공동 또는 공동들의 진공 상태를 감시할 수 있도록 고 임피던스 장치를 교차하여 차동 변압기가 연결되어 있다. 차동 압력 변환기는 미세 흠 감지 공동과 정진공원간의 진공 조건의 변화를 감시한다. 따라서, 균열의 형성 및 전파로 인해 공동 내의 진공 조건이 변화하면 차동 변압기가 이를 검출한다. 대기압 기준보다 단지 200KpA 만큼 낮은 정진공원을 사용하여 250미크론까지의 길이를 갖는 균열을 검출하였다.

"튤립 베이(Tulip Bay)"의 장치는 본 발명의 실시예들에 도입하는데 특히 적합하다. 따라서, "튤립 베이(Tulip Bay)"의 내용을 본 명세서에 참고로 활용하고 있다.

본 발명은 투과성 물질의 투과도 또는 스트레인의 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 장치의 개략도,

도 2는 벌크재의 표면 투과도를 측정하기 위한 도 1의 장치의 적용례를 도시하는 개략도,

도 3은 벌크재의 기질-대-표면 투과도를 측정하기 위한 도 1의 장치의 적용례를 도시하는 개략도,

도 3A는 도 3의 부분 A의 확대도,

도 4는 물질의 시편의 표면-대-표면 투과도를 측정하기 위한 도 1의 장치의 적용례를 도시하는 개략도,

도 5는 물질의 시편의 물질-대-기질 투과도를 측정하기 위한 도 1의 장치의 적용례를 도시하는 개략도,

도 6은 페인트 막의 투과도를 측정하기 위한 도 1의 장치의 적용례를 도시하는 개략도,

도 7은 본 발명의 제2 양상에 따른 장치의 개략도,

도 8은 도 7에 도시된 실시예의 일부를 도시하는 개략도,

도 9는 도 7에 도시된 실시예의 적용례를 도시하는 개략도.

본 발명의 목적은 간단하고 비용이 적게 드는 물질의 투과도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인가되는 응력에 따른 투과도의 변화를 이용하여 투과성 물질의 스트레인(strain)을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 물질의 투과도를 측정하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원(fluid pressure source)과,

상기 물질과의 사이에 대응 유체 흐름 공동(fluid flow cavity)을 형성할 수 있게 상기 물질과 병렬로 위치되는 하나 이상의 유체 불투과성 수단과,

상기 유체 압력원과 상기 유체 흐름 공동사이에 고 임피던스 유체 연통로(high impedance fluid communication)를 제공하는 고 유체 흐름 임피던스 수단과,

상기 물질 및 상기 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 유체 불투과성 영역을 형성하는 밀봉 수단(sealing means); 및

상기 고 유체 흐름 임피던스 수단을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하여 상기 물질의 투과도를 측정하는 수단을 포함한다.

바람직하게는, 상기 밀봉 수단은 상기 물질의 표면상에서 상기 부재의 둘레 가장자리를 밀봉시키며, 상기 둘레 가장자리로부터 연장되어 상기 유체 불투과성 영역을 형성한다.

바람직하게는, 상기 하나 이상의 유체 불투과성 수단은 상기 물질상에 위치하는 평면형 부재를 포함한다.

바람직하게는, 상기 하나 이상의 유체 불투과성 수단은 상기 물질에 형성된 블라인드 구멍(blind hole)에 위치하는 슬리브(sleeve)를 포함하며, 상기 슬리브는 상기 물질의 표면으로부터 상기 구멍의 소정 길이부분만큼 연장되며, 상기 구멍의 저부 상에서 이격된 다운홀(down-hole) 단부를 가지며, 상기 슬리브는 상기 구멍의 상기 소정 길이부분의 내면에 대해 밀봉(seal)을 형성하며, 상기 대응 유체 흐름 공동은 상기 슬리브의 다운홀 단부와 상기 구멍의 저부사이에 형성된다.

바람직하게는, 상기 장치는 상기 구멍의 직경보다 작은 직경을 가지고 있고, 상기 슬리브의 상기 다운홀 단부와 상기 슬리브의 저부 사이의 구멍 부분의 길이보다 짧은 길이를 가지고 있는 유체 불투과성 블랭크(blank)를 포함하며, 상기 블랭크는 상기 슬리브의 삽입 전에 상기 구멍 내에 배치된다.

본 발명에 따르면 물질의 투과도를 측정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원과,

상기 물질과 각각의 제1 유체 불투과성 수단 사이에 대응 유체 흐름 공동을 형성하도록 상기 물질상에 각기 위치되는 상기 하나 이상의 제1 유체 불투과성 수단을 포함하며,

상기 유체 압력원과 상기 제1 유체 흐름 공동사이에 고 임피던스 유체 연통로를 제공하는 제1 고 유체 흐름 임피던스 수단과,

상기 물질 및 상기 제1 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 제1 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 각각의 유체 불투과성 영역을 형성하는 제1 밀봉 수단과,

제2 유체 불투과성 수단과 상기 물질에 형성된 각각의 구멍의 저부와의 사이에 대응하는 제2 유체 흐름 공동을 형성하도록 대응하는 상기 구멍에 각기 위치하는 상기 하나 이상의 제2 유체 불투과성 수단과,

상기 유체 압력원과 상기 제2 유체 흐름 공동사이에 고 임피던스 유체 연통로를 제공하는 제2 고 유체 흐름 임피던스 수단과,

상기 물질 및 상기 제2 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 제2 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 각각의 유체 불투과성 영역을 형성하는 제2 밀봉 수단과,

상기 물질의 투과도를 측정하기 위해서 상기 제1 및 제2 고 유체 흐름 임피던스 수단을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 수단을 포함한다.

본 발명에 따르면 또한 물질의 투과도를 측정하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원을 제공하는 단계와,

상기 유체 압력원을 각각의 고 유체 흐름 임피던스를 통해 상기 물질상에 또는 내부에 형성된 하나 이상의 유체 흐름 공동에 연결시키는 단계와,

각각의 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 대응하는 유체 불투과성 영역을 형성하기 위해 각각의 유체 흐름 공동의 주위에서 물질 상에 또는 내부에 각각의 유체 불투과성 밀봉을 형성하는 단계와,

상기 물질의 투과도를 측정하기 위해서 상기 고 유체 흐름 임피던스를 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면 또한 투과성 물질의 스트레인의 측정하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원과,

제1 및 제2 불투과성 수단과 상기 투과성 물질과의 사이에 대응하는 제1 및 제2 유체 흐름 공동을 형성하도록 서로 다른 위치에서 상기 투과성 물질과 병렬로 위치하는 상기 제1 및 제2 유체 불투과성 수단과,

상기 제1 및 제2 유체 흐름 공동과 상기 유체 압력원 사이에 고 임피던스 유체 연통로를 제공하는 제1 및 제2 고 유체 흐름 임피던스와,

제1 연결점에서 상기 제1 고 유체 흐름 임피던스에 직렬 연결된 상기 제1 유체 흐름 공동 및 제2 연결점에서 상기 제2 고 유체 흐름 임피던스에 직렬 연결된 상기 제2 유체 흐름 공동과,

상기 투과성 물질 및 상기 제1 및 제2 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 제1 및 제2 유체 흐름 공동과 상기 투과성 물질의 자유 표면사이에 유체 불투과성 영역을 형성하는 밀봉 수단과,

상기 투과성 물질의 스트레인을 측정하기 위해서 상기 제1 및 제2 연결점들을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 물질의 스트레인을 측정하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원을 제공하는 단계와,

각각의 제1 및 제2 고 유체 흐름 임피던스들을 통해서 상기 유체 일정한 유체 압력원을 연결하는 단계와,

상기 물질상에 또는 내부에 제1 및 제2 유체 흐름 공동을 형성하는 단계와,

각각의 상기 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 대응하는 유체 불투과성 영역을 형성하도록 상기 제1 및 제2 유체 흐름 공동의 주위에서 상기 물질 상에 또는 내부에 각각의 유체 불투과성 밀봉을 형성하는 단계와,

제1 연결점에서 상기 제1 고 유체 흐름 임피던스를 상기 제1 유체 흐름 공동에 직렬 연결하는 단계와,

제2 연결점에서 상기 제2 고 유체 흐름 임피던스를 상기 제2 유체 흐름 공동에 직렬 연결하는 단계와,

상기 물질의 스트레인을 측정하기 위해서 상기 제1 및 제2 연결점을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 단계를 포함한다.

일 실시예의 경우, 상기 고 임피던스는 미세 유체 흐름이 허용되는 매우 길고 작은 내경의 덕트(small bore duct)를 포함한다.

다른 실시예의 경우, 상기 고 임피던스는 소결 유리 등의 투과성 물질을 포함하며, 미세 유체 흐름이 요구되기 때문에 오리피스(orifice) 또는 니들 밸브와 같은 점 제약(point restriction)은 너무 비실용적인 것으로 여겨진다,

고 유체 흐름 임피던스의 크기는 그 고 임피던스를 통한 미세 흐름에 응답하여 고 임피던스를 교차하여 상당한 압력 강하를 발생시킬 수 있을 정도로 충분히 높아야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.

도 1 내지 도 3A를 참조하면 물질(12)의 투과도를 측정하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 실시예의 장치(10)는 본 실시예의 경우 일정 진공원(constant vacuum source)(14)(부 대기압의 압력원)의 형태로 된 대체로 일정한 유체 압력원을 포함하고 있다. 일정 진공원(14)은 도관(11)을 통해 유체 커패시턴스 용기(fluid capacitance vessel)(16)에 연결되어 있고, 상기 유체 커패시턴스 용기(16)에는 전도체(20)에 의해 일정 진공원(14)을 감시하기 위한 증폭기/표시기(22)에 접속된 제1 압력 변환기(18)가 내장되어 있다. 본 명세서 전반에서 사용하는 "유체 압력원"이란 임의의 특정 절대 압력의 유체 공급원을 나타내는 것이다.

유체 불투과성 디스크(24)의 형태로 된 제1 유체 불투과성 수단이 물질(12)의 표면(26)상에 그 표면(26)과의 사이에 제1 유체 흐름공동(28)(도 2 참조)을 형성하게 설치된다. 디스크(24)는 유체 커패시턴스 용기(16)와 연결되어 있고, 이에 따라 제한 튜브(30)(전형적으로 0.30mm미만의 내경과 3m을 초과하는 길이를 갖는) 등의 일정 길이의 소경 도관의 형태로 된 고 임피던스 유체 흐름 수단을 통해 진공원(14)에 연결되어 있다. 즉, 임피던스(30)의 일단은 용기(16)에 연결되어 있고, 다른 단은 도관(32)을 통해 디스크(24)에 연결되어 있다. 임피던스(30)를 가로질러 제2 압력 변환기(34)가 설치되어 도전체(36)에 의해 증폭기/디지털 표시기(38)에 접속되어 있다.

슬리브(40)의 형태로 된 제2 유체 불투과성 수단이 도관(42) 및 튜브(30)와 동일한 칫수를 가지고 있는 제한 튜브(44)의 형태로 된 고 유체 흐름 임피던스를 통해 용기(16)에, 그리고 그에 따라 진공원(14)에 연결되어 있다. 슬리브(40)와 진공원(14) 사이에는 압력 변환기(46)가 유체 임피던스(44)를 가로질러 효과적으로 연결되어 있다. 압력 변환기(46)는 또한 도전체(48)에 의해 증폭기/디지털 표시기(50)에 접속되어 있다.

슬리브(40)는 물질(12)에 형성된 일단이 막힌 구멍(52)내에 위치된다. 슬리브(40)는 다운홀 단부(54)가 구멍(52)의 저부(56)로부터 이격될 수 있도록 물질의 표면(26)으로부터 구멍(52)의 길이의 일부까지만 연장되어 있다. 슬리브(40)는 그가 연장되는 구멍(52) 부분의 내면에 대해 밀폐를 이루고 있다(도 3A에서 슬리브(40)와 구멍(52)의 내면사이에 틈새가 있는 것으로 도시하였으나, 이는 도해의 명료함을 위해 도시한 것일 뿐 실제로는 그러한 틈새는 존재하지 않는다.). 슬리브의 다운홀 단부(54)와 구멍의 저부(56)사이에는 유체 흐름 공동(58)이 형성되어 있다. 이 공동은 슬리브(40)에 형성되어 있는 축공(59)에 연결되는 도관(42)에 의해 진공원(14)과 유체 연통을 이루고 있다.

공동(28, 58)은 진공원(14)과 유체 연통을 이루고 있는 디스크(24)아래의 물질의 표면적을 구멍(52)의 저부면의 면적을 포함하는, 슬리브(40)의 다운홀 단부(54)와 구멍(52)의 저부(56)사이의 구멍(52)의 표면적과 실질적으로 동일하게 할 수 있도록 구성되어 있다.

디스크(24)와 관련하여, 그리고 그에 따라 제1 유체 흐름 공동(28)과 관련하여 유체 불침투성 밀봉(60)이 설치되어 있다. 밀봉(60)은 디스크(24)의 둘레 주위에 밀봉을 형성하며, 물질(12)의 표면(26)상에서 반경방향 외측으로 연장되어 있다. 그리하여, 밀봉(60)은 유체 흐름 공동(28)과 물질(12)의 "자유 표면"사이에서 물질의 표면(26)상에 유체 불침투성 지역 또는 영역(62)을 형성한다. "자유 표면"이란 제 3의 방해 없이 주위의 대기/환경과 유체 연통을 이루고 있는 물질(12)의 임의의 표면으로, 이 자유 표면은 주의의 대기/환경과 유체 연통을 이루고 있는, 물질에 형성된 구멍 또는 공동의 표면을 포함한다(구체적으로 후술하는 도 5에 도시된 바와 같이).

밀봉(64)의 형태로 된 제2 유체 불침투성 밀봉에 의해 표면(26)에서 슬리브(40)의 둘레 주위에 밀봉이 형성되는데, 이 밀봉은 물질(12)의 표면(26)상에서 반경방향 외측으로 연장되어 있다. 밀봉(64)은 슬리브(40)와 관련된 유체 흐름 공동(58)과 물질(12)의 자유 표면사이에 유체 불침투성 지역 또는 영역(66)(도 3 및 도 3A 참조)을 형성하고 있는데, 상기 밀봉(60, 64)은 실질적으로 동일한 반경방향 폭을 가지고 있다.

장치(10)를 물질(12)에 적용할 시, 초기 과도기간이 지나면 디스크(24) 아래의 유체 흐름 공동(28)과 슬리브(40) 아래의 유체 흐름 공동(58)에는 일정(정지 상태) 진공이 존재하게 된다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 이에 따라 공동(28, 58)과 주위 환경사이에 압력차가 발생하게 된다. 물질(12)이 어느 정도의 투과성을 갖는다고 가정하면 유체 불투과성 지역/영역(62, 66)의 외부에서 공기가물질(12)을 통해 유체 공동(28, 58)으로 침투할 수 있다. 이러한 흐름에 의해 대응하는 고 유체 임피던스 제한 튜브(30, 44)의 양단에서 불변상태의 차동압력이 발생하게 되는데, 이 압력은 대응하는 표시기(38, 50)에 표시되게 될 것이다. 이러한 표시 압력은 투과도로 직접 환산될 수 있다. 따라서, 장치(10)는 물질(12)의 비투과도를 측정할 수 있다. 특히, 장치(10)는 디스크(28)를 통해 표면 비투과도에 대한 측정 또는 슬리브(40)를 통해 기질 비투과도에 대한 측정, 또는 양자 모두를 행할 수 있다.

장치(10)를 기질 투과도의 측정을 위해 사용할 경우 장치(10)의 초기 적용 시 구멍(52)의 저부에서의 진공 상태를 안정화시키는데 걸리는 시간을 감소시킬 수 있도록 블랭크(blank)(68)를 제공하여 구멍(52)의 내부에서 슬리브(40)의 다운홀 단부(54)와 구멍(52)의 저부(56)사이에 삽입시킬 수 있다. 블랭크(68)는 구멍(52)보다 작은 직경을 가지고 있다. 블랭크(68)의 사용 목적은 단순히 유체 흐름 공동(58)을 구성하는 구멍 부분의 체적을 감소시킴으로써, 투과도 측정 개시에 앞서 구멍 저부를 진공화시키는데 걸리는 시간을 감소시키는 것이다.

반복성과 관련하여 아주 정확하고 의미 있는 결과를 얻을 수 있게 하기 위해서는 공동(28, 58)의 내부에서의 물질의 표면적에 대한 유체 불투과성 지역 또는 영역(62/66)의 비를 최적화 시키는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 구성을 예로 들자면, 만일 유체 불투과성 지역(62)이 너무 작으면 공동(28)과 물질(26)의 자유 표면사이의 유체 흐름 경로가 물질의 투과도를 정확히 측정할 수 없을 정도로 너무 짧게 될 것이다. 즉, 투과도를 정확히 판독할 수 있을 정도로 충분한 유체 흐름경로 길이가 물질(12)내에 존재하지 않게 된다. 그러나, 유체 불투과성 지역(62)을 연장시켜 공동(28)의 둘레로부터 소정의 거리 또는 반경에 도달하면 투과도 측정값에 별다른 차이가 없게 된다. 지역(62)의 외경과 공동(28)간의 비는 특정 물질 물질과 관련하여 경험적으로 결정할 수 있다. 전형적인 비는 6:1이다. 또한, 밀봉(60, 64)으로 덮인 면적은 대략 동일한 것이 바람직하다.

일반 적용의 경우, 대응 밀봉(60/64)들을 갖는 복수의 디스크(24) 및/또는 슬리브(40)들을 하나의 고 유체 흐름 임피던스에 연결된 선 군의 형태로 또는 2개 이상의 고 유체흐름 임피던스 제한 튜브에 연결된 동시 표면 및 기질 시험장치로서 배열될 수 있다. 물론 복수의 공동을 사용함으로 인해 공동(28, 58)의 총 노출면적의 합이 변화되는 경우에는 임피던스의 척도를 보상할 필요가 있다.

도 1에 도시된 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 디스크(24)를 사용하여 벌크재(12)의 표면-대-표면 투과도의 측정 및 도 3에 도시된 슬리브(40)를 사용하여 벌크재(12)의 표면-대-기질 투과도의 측정을 이룰 수 있게 구성되어 있다. 그러나, 반드시 장치(10)를 표면-대-표면 투과도 측정 및 표면-대-기질 투과도 측정을 동시에 실시하도록 구성해야 하는 것은 아니다. 고 임피던스 제한 튜브(30, 44) 중 어느 하나를 분리하여 장치(10)를 벌크재(12)의 표면-대-표면 투과도 측정 및 표면-대-기질 투과도 측정 중 단지 하나만을 실시하게 할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 국제 출원 제 PCT/AU94/00325 호(Tulip)에는 본 발명의 실시예에 도입시키기에 아주 적합한 감시 장치가 기재되어 있다. 특히 도 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이 임피던스(30, 44), 압력 변환기(34, 46), 그리고 표시기(30, 50)들은 모두 Tulip Bay의 출원에 기재되어 있는 형태를 취할 수 있다. Tulip Bay의 장치를 도입시키는 경우에 얻어지는 특별한 이점은 종래의 질량 유량계의 하한보다 훨씬 낮은 유량의 검출이 가능하다는 점이다. 또한, 필요하다면 고 유체 흐름 임피던스를 증가시킴으로써 장치의 감도를 무한대로 증가시킬 수 있다.

또한, 또 다른 적용에 있어 장치(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 벽돌(70)등의 단위 시편의 물질에 대한 표면-대-표면 투과도의 측정을 실시할 수 있게 구성될 수 있다. (본 실시예의 경우 벽독은 복수의 구멍(71)이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이러한 구멍의 형성이 필수적인 사항은 아니다.) 본 적용의 경우, 직사각형 시트(24')의 형태로 된 유체 불투과성 수단이 접착제로 된 둘레 띠(74)를 이용하여 벽돌(70)의 외면(72)에 밀봉된 상태로 설치되어 있다. 시트(24')와 그 하부의 벽돌(70)의 외면(82)지역사이에는 대응 공동(가려 있음)이 형성되어 있다. 시트(24')하부의 공동은 도관(32')을 통해 고 유체 임피던스(30)과 유체 연통을 이루고 있는데, 이 구성은 도 1의 경우와 비교할 때 디스크(24)를 시트(24')로 대치하고 있는 것이다. 구멍(71)의 표면 지역은 포함하나 직사각형 지역(26')은 제외한 벽돌(70)의 외면(72)의 나머지 전 지역은 밀봉 화합물로 밀봉되어 있다. 지역(26')은 시트(24')로부터 소정의 거리를 두고 이격되어 있으며, 진공원(14)과 유체 연통을 이루고 있는 시트(24') 아래의 벽돌(70)의 표면 지역과 동일한 면적을 가지고 있다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서의 장치(10)의 동작에 따라 시트(24')와 지역(26')사이에서의 벽돌(70)의 표면층의 투과도를 측정할 수 있다.

도 5에는 벌크재(12)의 기질-대-기질 투과도 측정을 실시하기 위한 구성이예시되어 있다. 도 1에 도시된 장치(10) 및 도 3의 구성과 비교할 때 도 5의 구성은 디스크(24)가 사용되지 않고, 자유 표면(26)이 벌크재(12)에 형성된 구멍(78)의 하부(76)의 표면 지역이고, 밀봉(64)이 벌크재(12)의 보다 큰 표면 지역을 밀봉하고 있다는 점에서 다르게 되어 있다. 이러한 점에서, 밀봉(64)은 슬리브(40)로부터 벌크재(12)의 표면을 따라 구멍(52, 78)간의 거리보다 실질적으로 큰 거리만큼 연장되어 있다. 또한, 밀봉(64)은 구멍(78)의 길이의 일부만큼 하부(76)까지 연장되어 있다. 그러나, 밀봉(64)은 구멍(78)을 완전히 폐쇄시키지는 않고, 이에 따라 연통홈(80)이 잔존 또는 달리 형성되어 구멍(76)의 저부의 표면(26)과 대기간에 유체 연통이 이루어지게 되어 있다. 표면(26)의 면적은 슬리브(40)의 다운홀 단부(54) 아래에서의 구멍(52)의 표면적과 대체로 동일하게 되어 있다.

물론, 물질 시편의 기질-대-기질 투과도 측정은 도 5에 도시된 장치와 동일한 구성을 이용하여 실시할 수 있고, 이에 있어서의 추가 요건은 단지 밀봉(64) 도는 또 다른 밀봉 또는 실링 화합물을 사용하여 도 4와 관련하여 설명한 바와 유사한 그리고 그에 도시된 바와 유사한 방식으로 시편의 전 표면을 밀봉해야 한다는 점 뿐이다.

상술한 실시예들에 있어서는 정유체 압력원(10)을 진공원으로서 설명하였다. 그러나, 이 공급원은 실질적으로 일정한 압력의 물 등의 액체일 수 있다. 이 경우에는 물질(12)의 투수도를 측정할 수 있다. 이 경우에는 제한 튜브(30, 44)의 임피던스를 증가시켜 공기에 비한 물의 투과 유량의 감소만큼 감도를 증대시켜야 한다. 전형적으로는 1 x 10^-11m/초의 투과율을 측정하는 데에는 30m의 공칭길이가 필요하다.

도 4에 도시된 제2 실시예에 따라 실시하는 측정은 요구되는 테스트 장치의 표면 및 대기 연통 표면간의 거리에서의 그 표면들의 칫수에 대한 경험적인 결정이 이루어지지 않는 한 도 2 및 도 3에 도시된 구성에 따른 측정과 직접적인 관련을 갖지 않을 수도 있다.

도 6에는 페인트 막의 투과도를 측정하기 위한 도 1의 장치의 적용례를 도시하고 있다. 소정의 표면상에 피복에 의해 준비하고 후속적으로 용해되는 페인트 막(90)을 단면도로 도시하고 있다. 이어서 막(90)은 불투과성 용기(94)의 형태로 된 유체 불투과성 수단 내에 내장되고 둘레 밀봉(96)에 의해 용기(94)에 둘레가 밀봉된 상태로 완전 투과성 지지 매체(92)상에 놓여지게 된다. 여기서, 페인트 막(90)과 용기(94)사이에는 매체(92)에 의해 유체 흐름 공동(28")이 형성되게 된다. 도관(32)과 유사한 방식으로, 도관(32a)에 의해 공동(28")과 도 1의 진공원(14)사이에서 도 1의 장치(10)에 대한 유체 연통이 대응하는 고 유체 임피던스 및 압력 변환기를 거쳐 이루어진다. 이에 따라 막의 투과도를 결정할 수 있고, 열화에 대한 환경 노출의 효과를 주기적으로 비교할 수 있다.

도 7은 투과성 물질의 스트레인을 측정하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략도이다. 도 1 및 도 7을 참조하면, 유체 커패시턴스 용기(16)이 도해의 명료함을 위해 제거되어 있다. 용기(16)는 통상 요소의 편리한 보유체로서 작용하며, 진공원(14)로부터 발생될 수 있는 맥동을 완화시켜 준다. 도 1의 도관(11)을 압력 변환기(18, 34, 46), 고 유체 임피던스 튜브(30, 44)에 연결하면 용기(16)는 여분의 것이 되어 도 7과 같이 단순화시킬 수 있는 것이 분명할 것이다.

도 7의 도면은 통상의 휘트스톤 브리지(wheatstone bridge)의 유체 유추기인 시스템(10a)을 나타내도록 구성되어 있다. 특히, 2개의 "투과도 작동형"의 유사 스트레인 게이지(R3, R4)를 사용하는 스트레인 게이지 하프 브리지(strain gauge half bridge)와 유사하다.

도 7, 도 8, 도 9를 참조하면, 진공원(14a)이 도관(11a)을 통해 고 유체 임피던스 튜브(30a, 44a)(R1, R2)에, 그리고 그에 따라 물질 기판(101)의 표면(11)에 각기 형성된 두개의 공동(28a, 28b)에 연결되어 있다. R3, R4의 저항부호는 물질(101)을 통해 공동(28a, 28b)내로의 대기공기의 투과에 대한 저항을 나타낸다. 물질(101)의 저항에 대항하면서 이루어지는 공동(28a, 28b)내로의 대기공기의 유입은 백색 화살표로 표시하였다.

스트레인 게이지 설비와 유사하게, 공동(28a, 28b)은 그 공동들이 설치되는 물질 표면의 신장 및 압축에 응답한다. 전기 저항의 변화가 발생하는 스트레인 게이지와는 다르게, 공동(28a, 28b)들에서는 그 공동을 부분적으로 형성하고 있는 물질(101)의 투과도의 변화로 인해 진공조건의 변화가 발생하게 된다. 하프 브리지 구성의 스트레인 게이지와는 유사한 방식으로, 공동들 중 하나는 인장부하를 받는 표면에 설치되고, 다른 하나는 압축 부하를 받는 표면에 설치된다.

스트레인 게이지 설비에 대한 또 다른 유추기에 있어서는, 도관(32a, 42a)에 의해 R1/R3 및 R2/R4 연결부에 유체 연통 가능하게 연결되어 있는 차동 압력 변환기(34A)의 양단에서의 압력차가 측정된다. 도전체(20a)에 의해 증폭기/표시기(38a)에 대한 전기 접속이 이루어진다. 무부하 하에서의 브리지 밸런스를 달성할 수 있게 하기 위해 고 유체 임피던스 튜브(30a, 44a(R1, R2))를 조정 가능하게 구성할 수 있다. 이는 튜브들을 나선형으로 권취한 상태에서 조정 가능한 압력판들 사이에 내장시킴으로써 용이하게 달성할 수 있다. 이와는 다른 방법으로서, 이와 같은 조정 가능한 장치를 하나 도관(32a, 42a)에 대한 공동 연결부들 중 하나와 적절히 직렬 연결시켜 설치할 수 있다.

도 8에는 일례로 도 7에서 부호(28a(R3))로 표시되어 있는 스트레인 게이지와 유사한 기능을 수행하는 전형적인 공동이 구체적으로 도시되어 있다.

콘크리트(101)의 일부를 절개하여 유체 불투과성 밀봉(120)의 표면 피막에 의해 콘크리트(101)에 둘레가 밀봉되어 있는 불투과성재의 긴 스트립(24a) 아래에 형성되어 있는 공동(28a)을 노출시키고 있다. 유사하게, 불투과성재의 제2의 긴 스트립(25a)에 의해 공동(29a)을 형성하고 있는데, 상기 스트립(25a)은 24a/28a로부터 소정의 평행한 거리를 두고 위치되어 있다. 공동(29a)은 도관(33a)을 거쳐 대기에 유체 연통 가능하게 연결되는 내후성 대기압 기준으로서 작용한다. 공동(24a)은 도관(32a)을 통해 도 7의 시스템(10a)의 나머지 부분에 유체 연통 가능하게 연결되어 있고, 이에 따라 진공원(14a)에 연결되어 있다.

도 8을 참조하면 흑색 화살표로 표시된 바와 같이 변화하는 응력에 응답하여변화하는 투과성 공기 흐름이 백색 화살표로 도시되어 있다. 이 공기 흐름은 대기압하의 공동(29a)과 진공 공동(28a)사이에 도시되어 있다. 콘크리트(101)의 표면에 형성된 미세 균열을 개방 및 폐쇄시키기 위한 효과를 발생시키기 위해 인가되는 응력의 변화에 따라 상기 미세 균열이 개방 및 폐쇄되게 된다. 유체 불투과성 밀봉(120)은 내후성, 특히 비에 대한 내후성을 제공할 수 있게 충분히 연장되어 있다.

도 9는 콘크리트(101)로 구조된 고층 빌딩(115)에의 시스템(10a)의 적용례를 도시하고 있다.

공동(28a, 28b)은 일례로 바람 부하에 의해 발생되는, 흑색 화살표로 표시된 힘에 기인하는 스트레인을 측정하기 위해 도시된 바와 같이 빌딩의 측벽의 표면(100)상에 설치된다.

콘크리트내의 수분 함량에 대한 가스 투과도 측정값의 정정이 이루어진다. 이는 도전성의 측정에 의해 직접적으로 달성할 수 있다. 이와는 다른 방법으로 화학적 흡수와 같은 방법 또는 소형의 캐패시터 판을 냉각시켜 수분을 수집하고, 그 결과를 전자 발진 회로 내에서 캐패시턴스로 그리고 그에 따라 주파수로 변환시키는 장치를 이용하여 소정기간동안 작은 공기 흐름내의 물의 양을 측정하여 정정값을 구할 수도 있을 것이다.

지금까지 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하였으나 당해 기술분야에서 숙련된 자라면 본 발명의 기본 개념을 일탈함이 없이 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일례로, 도 1에 도시된 장치는 표면 투과도를 제공하기 위한 단일 디스크(24)의 사용 및 기질 투과도를 제공하기 위한 슬리브(40)의 사용을 도시하고 있다. 그러나, 복수 디스크(24) 및/또는 슬리브(40)를 도입하여 물질의 큰 면적을 테스트하고 그리고/또는 표면 투과도 및 기질 투과도 모두에 대한 측정을 제공할 수 있게 할 수 있다.

또 다른 변형예로서, 일측에서 타측으로의 유체 흐름을 발생시키게 되어 있고 모든 주 표면이 밀봉되어 있는 도 3의 구성에서의 두 요소를 제공하여 선택된 깊이에서의 콘크리트 층의 투과도에 대한 측정을 달성할 수도 있다.

또한, 용기(16)의 구비는 필수적인 사항은 아니며, 정압력원의 용량에 크게 좌우된다.

스트레인 측정과 관련하여 잠수 적용례 등에서는 가스 대신에 액체가 적합할 수 있다. 또한, 도 7 내지 도 9에 도시된 실시예의 경우에는 스트레인이 측정될 물질에 형성되는 공동들이 물질의 표면상에 형성되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 도 3 및 도 3a에 도시된 바와 유사한 방식으로 공동을 물질의 내부에 형성시킬 수도 있다.

상기한 바와 같은 변경 및 수정 그리고 당해 기술분야에서 숙련된 자에게 명백한 그 외의 사항들은 상기한 설명 및 이하의 청구범의에 의해 결정되는 성질의 본 발명의 범위 내에 있음은 물론이다.

Claims

물질의 투과도를 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원(fluid pressure source)과,

하나 이상의 유체 불투과성 수단과 상기 물질 사이에 대응 유체 흐름 공동(fluid flow cavity)을 형성하도록 상기 물질과 병렬로 위치하는 상기 하나 이상의 유체 불투과성 수단과,

상기 유체 압력원과 상기 유체 흐름 공동사이에 고 임피던스 유체 연통로(high impedance fluid communication)를 제공하는 고 유체 흐름 임피던스 수단과,

상기 물질 및 상기 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 유체 불투과성 영역을 형성하는 밀봉 수단(sealing means); 및

상기 고 유체 흐름 임피던스 수단을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하여 상기 물질의 투과도를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 밀봉 수단은 상기 물질의 표면상에서 상기 부재의 둘레 가장자리를 밀봉하는 밀봉하며, 상기 둘레 가장자리로부터 연장되어 상기 유체 불투과성 영역을 형성하는 밀봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체 불투과성 수단은 상기 물질 상에 설치되는 평면형 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유체 불투과성 수단은 상기 물질에 형성된 블라인드 구멍 안에 배치된 슬리브를 포함하며, 상기 슬리브는 상기 물질의 표면으로부터 상기 구멍의 소정 길이부분 만큼 연장되며 상기 구멍의 저부 위로 이격된 다운홀 단부를 갖으며, 상기 슬리브는 상기 구명의 상기 소정 길이부분의 내면에 대해 밀봉을 형성하며, 상기 대응 유체 흐름 공동은 상기 슬리브의 상기 다운홀 단부와 상기 구멍의 저부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 상기 구멍의 직경보다 작은 직경을 가지고 있고, 상기 슬리브의 상기 다운홀 단부와 상기 구멍의 저부 사이에서 구멍 부분의 길이보다 짧은 길이를 갖는 유체 불투과성 블랭크를 포함하며, 상기 블랭크는 상기 슬리브의 삽입 전에 상기 구멍 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
물질의 투과도를 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원과,

상기 물질과 각각의 제1 유체 불투과성 수단 사이에 대응 유체 흐름 공동을 형성하도록 상기 물질 상에 각기 위치되는 상기 하나 이상의 제1 유체 불투과성 수단을 포함하며,

상기 유체 압력원과 상기 제1 유체 흐름 공동사이에 고 임피던스 유체 연통로를 제공하는 제1 고 유체 흐름 임피던스 수단과,

상기 물질 및 상기 제1 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 제1 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 각각의 유체 불투과성 영역을 형성하는 제1 밀봉 수단과,

제2 유체 불투과성 수단과 상기 물질에 형성된 각각의 구멍의 저부와의 사이에 대응하는 제2 유체 흐름 공동을 형성하도록 대응하는 상기 구멍에 각기 위치하는 상기 하나 이상의 제2 유체 불투과성 수단과,

상기 유체 압력원과 상기 제2 유체 흐름 공동사이에 고 임피던스 유체 연통로를 제공하는 제2 고 유체 흐름 임피던스 수단과,

상기 물질 및 상기 제2 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 제2 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 각각의 유체 불투과성 영역을 형성하는 제2 밀봉 수단과,

상기 물질의 투과도를 측정하기 위해서 상기 제1 및 제2 고 유체 흐름 임피던스 수단을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
물질의 투과도를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원을 제공하는 단계와,

상기 유체 압력원을 각각의 고 유체 흐름 임피던스를 통해 상기 물질 상에 또는 내부에 형성된 하나 이상의 유체 흐름 공동에 연결시키는 단계와,

각각의 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 대응하는 유체 불투과성 영역을 형성하기 위해 각각의 유체 흐름 공동의 주위에서 물질 상에 또는 내부에 각각의 유체 불투과성 밀봉을 형성하는 단계와,

상기 물질의 투과도를 측정하기 위해서 상기 고 유체 흐름 임피던스를 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
투과성 물질의 스트레인을 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원과,

제1 및 제2 불투과성 수단과 상기 투과성 물질과의 사이에 대응하는 제1 및 제2 유체 흐름 공동을 형성하도록 서로 다른 위치에서 상기 투과성 물질과 병렬로 위치하는 상기 제1 및 제2 유체 불투과성 수단과,

상기 제1 및 제2 유체 흐름 공동과 상기 유체 압력원 사이에 고 임피던스 유체 연통로를 제공하는 제1 및 제2 고 유체 흐름 임피던스와,

제1 연결점에서 상기 제1 고 유체 흐름 임피던스에 직렬 연결된 상기 제1 유체 흐름 공동 및 제2 연결점에서 상기 제2 고 유체 흐름 임피던스에 직렬 연결된 상기 제2 유체 흐름 공동과,

상기 투과성 물질 및 상기 제1 및 제2 유체 불투과성 수단과 병렬로 위치되어 상기 제1 및 제2 유체 흐름 공동과 상기 투과성 물질의 자유 표면사이에 유체 불투과성 영역을 형성하는 밀봉 수단과,

상기 투과성 물질의 스트레인을 측정하기 위해서 상기 제1 및 제2 연결점들을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
물질의 스트레인을 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도:

실질적으로 일정한 유체 압력원을 제공하는 단계와,

각각의 제1 및 제2 고 유체 흐름 임피던스들을 통해서 상기 유체 일정한 유체 압력원을 연결하는 단계와,

상기 물질 상에 또는 내부에 제1 및 제2 유체 흐름 공동을 형성하는 단계와,

각각의 상기 유체 흐름 공동과 상기 물질의 자유 표면사이에 대응하는 유체 불투과성 영역을 형성하도록 상기 제1 및 제2 유체 흐름 공동의 주위에서 상기 물질 상에 또는 내부에 각각의 유체 불투과성 밀봉을 형성하는 단계와,

제1 연결점에서 상기 제1 고 유체 흐름 임피던스를 상기 제1 유체 흐름 공동에 직렬 연결하는 단계와,

제2 연결점에서 상기 제2 고 유체 흐름 임피던스를 상기 제2 유체 흐름 공동에 직렬 연결하는 단계와,

상기 물질의 스트레인을 측정하기 위해서 상기 제1 및 제2 연결점을 교차하여 발생하는 정지 상태 차동 압력을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.