스마트계측기[blog]

BOD 측정을 위한 희석율

실험목적

대상 시료를 20℃에서 5일간 저장하여 두었을 때 시료중의 유기물을 이용한 호기성 미생물의 증식과 호흡작용에 의하여 소비되는 용존산소의 양으로부터 유기물농도를 측정한다.

2. 본 실험의 용도

⑴ 하천 및 기타 수질측정 대상 수중에 존재하는 생물 화학적으로 분해 가능한 유기물의 농도 확인.

⑵ 하수 및 폐수처리장의 유기물 부하량과 처리효율 산정에 대한 측정자료로 활용.

3. 실험준비

⑴ 시료 및 시약

① 일반 하천수, 폭기수(증류수), 수돗물

② 용존산소 측정용 시약 일체

③ Solution A : K2HPO4 21.75g, KH2PO4 8.5g, Na2HPO4․12H2O 44.6g, NH4Cl 1.7g, 물 --> 1liter(pH 7.2)

④ Solution B : MgSO4․7H2O 22.5g + 증류수 --> 1liter

⑤ Solution C : CaCl2 27.5g + 증류수 --> 1liter

⑥ Solution D : FeCl2․6H2O 0.25g + 증류수 --> 1liter

⑵ 기구 및 장비

① 300ml BOD병

② 100ml 용량 플라스크 4개

③ 피펫 등 기타 초자기구류

④ 교반장치

⑤ 항온기 (20±1℃)

4. 실험방법

⑴ 시료의 전처리

시료가 산성 또는 알칼리성을 나타내거나 잔류염소 등 산화성 물질을 함유하였거나 용존산소가 과포화 되어 있을 때에는 다음과 같이 전처리를 행한다.

가. 산성 또는 알칼리성 시료

pH가 6.5～8.5의 범위를 벗어나는 시료는 염산( 1+11 ) 또는 4 % 수산화나트륨 용액으로 시료를 중화하여 pH 7로 한다. 다만 이때 넣어주는 산 또는 알칼리의 양이 시료량의 0.5 %가 넘지 않도록 하여야 한다.

나. 잔류염소가 함유된 시료

시료 100 ㎖에 아지드화나트륨 0.1 g과 요오드화칼륨 1 g을 넣고 흔들어 섞은 다음 염산을 넣어 산성으로 한다( pH 약 1 ) 유리된 요오드를 전분지시약을 사용하여 아황산나트륨용액( 0.025N )으로 액의 청색이 무색으로 될 때까지 적정하여 얻은 아황산나트륨액( 0.025N )의 소비 ㎖를 남아 있는 시료의 양에 대응하여 넣어 준다. 일반적으로 잔류염소가 함유된 시료는 BOD용 식종희석수로 희석하여 사용한다.

다. 용존산소가 과포화된 시료

수온이 20℃ 이하이거나 20℃일 때의 용존산소 함유량이 포화량 이상으로 과포화되어 있을 때에는 수온을 23～25℃로 하여 15 분간 통기하고 방냉하여 수온을 20℃로 한다.

라. 시료는 시험하기 바로 전에 온도를 20±1℃로 조정한다.

⑵ 실험순서

가. 실험방법

시료( 또는 전처리한 시료 )의 예상 BOD치로부터 단계적으로 희석배율을 정하여 3～5 종의 희석검액을 2 개를 한조로 하여 조제한다.

예상 BOD치에 대한 사전경험이 없을 때에는 다음과 같이 희석하여 검액을 조제한다. 강한 공장폐수는 0.1～1.0 %, 처리하지 않은 공장폐수와 침전된 하수는 1～5 %, 처리하여 방류된 공장폐수는 5～25 %, 오염된 하천수는 25～100 %의 시료가 함유되도록 희석 조제한다.

BOD용 희석수 또는 BOD용 식종희석수를 사용하여 검액을 희석할 때에는 2 L 메스실린더에 공기가 갇히지 않게 조심하면서 ½용량만큼 채우고, 시료( 또는 전처리한 시료 ) 적당량을 넣은 다음 BOD용 희석수 또는 식종 희석수로 희석배율에 맞는 눈금의 높이까지 채운다. 공기가 갇히지 않게 젖은 막대로 조심하면서 섞고 2 개의 300 ㎖ BOD병에 완전히 채운 다음, 한병은 마개를 꼭 닫아 물로 마개주의를 밀봉하여 BOD용 배양기에 넣고 20 ℃ 어두운 곳에서 5일간 배양한다. 나머지 한병은 15 분간 방치후에 희석된 시료자체의 처음 용존산소를 측정하는데 사용한다. 같은 방법으로 미리 정하여진 희석배율에 따라 몇 조( 組 )의 희석검액을 조제하여 2 개의 300 ㎖ BOD병에 완전히 채운 다음 위와 같이 실험한다. 처음의 희석 시료 자체의 용존산소량과 20 ℃에서 5 일간 배양할 때 소비된 용존산소의 양을 제3항 용존산소 측정법에 따라 측정하여 구한다. 5일간 저장한 다음 산소의 소비량이 40～70 % 범위안의 희석검액을 선택하여 처음의 용존산소량과 5 일간 배양한 다음 남아 있는 용존산소량의 차로부터 BOD를 계산한다. 다만 시료를 식종하여 BOD를 측정할 때는 실험에 사용한 식종액을 희석수로 단계적으로 희석하여 이하 위의 실험방법에 따라 실험하고 배양후의 산소 소비량이 40～70 % 범위안에 있는 식종 희석수를 선택하여 배양전후의 용존산소량과 식종액 함유율을 구하고 시료의 BOD 값을 보정한다.

나. BOD용 희석수 및 BOD용 식종희석수의 검토

시료( 또는 전처리한 시료 )를 BOD용 희석수( 또는 BOD용 식종희석수 )를 사용하여 희석할 때에 이들 중에 독성물질이 함유되어 있거나 구리, 납 및 아연 등의 금속이온이 함유된 시료( 또는 전처리한 시료 )는 호기성 미생물의 증식에 영향을 주어 정상적인 BOD값을 나타내지 않게 된다. 이러한 경우에 다음의 시험을 행하여 적정여부를 검토한다. 글루코오스 및 글루타민산 각 150 ㎎씩을 취하여 물에 녹여 1,000 ㎖로 한 액 5～10 ㎖를 3 개의 300 ㎖ BOD병에 넣고 BOD용 희석수( 또는 BOD용 식종희석수 )를 완전히 채운다음 이하 BOD시험방법에 따라 시험할 때에 측정하여 얻은 BOD 값은 220±20 ㎎/L의 범위안에 있어야 한다. 얻은 BOD 값의 편차가 클 때에는 BOD용 희석수( 또는 BOD용 식종희석수 ) 및 시료에 문제점이 있으므로 시험전반에 대한 검토가 필요하다.

다. BOD 계산

◦ 식종하지 않은 시료의 BOD

BOD( ㎎/L ) = (D1-D2) × P

◦ 식종희석수를 사용한 시료의 BOD

BOD( ㎎/L ) = [ (D1-D2) - (B1-B2) × f ] × P

D1 : 희석(조제)한 검액(시료)의 15분간 방치한 후의 DO( ㎎/L )

D2 : 5일간 배양한 다음의 희석(조제)한 검액(시료)의 DO( ㎎/L )

B1 : 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양전의 DO( ㎎/L )

B2 : 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양후의 DO( ㎎/L )

f : 시료의 BOD를 측정할 때 희석시료 중의 식종액 함유율( x %) 에 대한 식종액의 BOD를 측정할 때 희석한 식종액 중의 식종액 함유율( y % )의 비( x/y )

p : 희석시료 중 시료의 희석배수( 희석시료량/시료량 )

5. 시료 채취 및 실험시 유의사항

⑴ 미생물이 존재하지 않는 특별한 조건의 시료는 BOD 실험전 토양에서 추출된 미생물을 식종하여, 생물화학적 분해가 충분히 일어나도록 한다.

⑵ 측정전 과폭기된 시료의 경우, 탈기과정을 통해 20℃ 기준의 산소포화농도 이하로 낮춰주어야 한다. 만약 시료의 용존산소 농도가 5mg O/l 이하면, 폭기를 통해 산소를 충분히 용존시킨 후 실험한다.

⑶ 질산화 미생물의 활동이 왕성한 시료의 경우, 질산화 억제제를 투입하여 질산화에 의한 산소의 감소를 방지하여야 한다.

⑷ 5일간의 산소소모량이 3.5～6.5mg O/l 가 되도록 희석수와 식종액을 이용해 희석을 한다.

6. 비고

⑴ 국내 주요 상수원, 하수관거내 그리고 처리장 폭기조의 일반적인 BOD 농도 확인

⑵ 국내 하천, 호소, 해역 등의 수질기준, 배출허용기준, 방류수 수질기준 중 BOD에 대한 국내 수질기준 확인

⑶ 온도, 기타 물질의 용존 정도에 따른 BOD 농도의 변화에 대해 확인.

⑷ 미생물에 대한 독성영향으로 BOD 실험을 방해하는 물질에 대해 확인.

물의 경도(Water Hardness) 란?

경수는 일반적으로 비누 및 세제의 작용을 방해하고, 보일러나 heater 등의 배관에 scale을 형성하는 등 일상 생활과 산업활동에 많은 장해를 

일으킨다. 그래서 많은 노력과 경비가 필요 이상으로 소모되는 경우가 있다. 최근에는 종합세제의 개발로 경수에서도 세척력을 충분히 발휘할 수

있는 제품이 나와 이러한 문제는 거의 해결되었다.

그러나 배관 및 기타 물을 사용하는 곳에서의 scale 형성은 아직도 그 문제가 완벽히 해결되지 않았다. 

경도는 물 속에 포함되어 있는 경도성분의 농도에 따라 다음과 같이 분류 할 수 있다. 

1. 경도의 정의

경도는 수중의 +2가 양이온금속에 의해 발생한다. 그 대표적인 물질로 Ca+2와 Mg+2를 들 수 있으며 그 외에 Sr+2, Fe+2, Mn+2 등을 들 수 있다. 이러한 이온들은 비누나 세제의 작용을 방해하고 특정 음이온이 존재할 경우 scale을 형성한다. 경도 유발물질과 주요 결합 음이온은 다음 표와 같다. 

대부분의 경도는 토양과 암석으로부터 유발된다. 비가 내리면 그 빗물은 땅속으로 스며들게 되고 그 과정에서 빗물에는 토양 미생물의 활동에 의해 생성된 CO2가 녹아들게 된다. 그렇게 되면 물은 산성을 띄게 되고 그 물은 토양이나 암석 등과 접촉하며 양이온 금속들이 녹아들게 된다.

2. 경도의 결정

경도는 보통 CaCO3로 환산한 값을 기준으로 한다. 경도를 결정하는 방법으로는 계산에 의한 방법과 EDTA(EthyleneDiamineTetraaceticAcid)로 적정하는 방법을 사용한다.

1) 계산법

물속의 +2가 양이온 금속이온의 농도를 측정해 그 값을 CaCO3의 양으로 환산하여 경도를 결정한다.

그 계산방법은 다음과 같다.

​

 경도 as CaCO3 = M+2(ppm) x 50/(M+2의 당량(wt))   ∴ M+2 : +2가 양이온금속

예를들어 수질분석 결과가 다음과 같다고 할 때 경도를 계산해 보면 다음과 같다.

2) EDTA 적정법

이 방법은 EDTA 용액이나 그 Na염을 이용해 적정을 하는 방법이다. 

이러한 화합물은 일반적으로 EDTA로 표현되며 Ca+2, Mg+2과 안정한 화합물을 형성한다.   

M+2 + EDTA → [M․EDTA] complex

EDTA를 이용하여 완벽하게 경도를 측정하려면 EDTA의 양을 측정할 수 있는 지시약이 필요하다. 보통 Eriochrome Black T라 하는 염료가 사용되는데 파란색을 띄고 있으며 경도성분이 포함된 pH10정도의 물에 혼합되면 Ca+2, Mg+2와 약하게 결합하며 붉은 빛을 띄게 된다. 

M+2 + Eriochrome Black T → M․Eriochrome Black T (붉은색 화합물)

EDTA로 적정을 하게되면 모든 경도유발 물질은 EDTA와 반응하여 더 안정한 화합물을 형성하게 된다. 이 반응은 Eriochrome Black T의 파란색이 붉은색으로 바뀌는 시점에서 그 반응의 완료를 확인할 수 있다.

3. 경도의 종류

총경도는 경우에 따라 경도의 존재형태를 확인해야 할 필요가 있다. 경도는 다음 두 가지로 분류할 수 있는데, 첫 번째는 금속이온에 의한 것이고 두 번째는 금속이온과 음이온이 결합되어 있는 형태이다.

1) Ca+2, Mg+2 경도

Ca+2, Mg+2은 자연수의 경도유발물질 중 가장 많은 부분을 차지하고 있다. 따라서 Ca+2, Mg+2의 양을 측정하는 것은 경도 측정에 있어 중요한 일이다. 예를들어 Mg+2의 경우 lime-soda ash를 이용해 연수화를 할 경우 Mg+2의 존재양은 필요한 lime-soda ash의 양을 결정하는 중요한 요소가 된다.

만약 총경도가 Ca+2, Mg+2에 의해서만 형성되었다고 하면 총경도에서 Ca+2에 의한 경도를 빼면 Mg+2 에 의한 경도가 될 것이다.   

총 경도 - Ca+2 경도 = Mg+2 경도

2) 탄산염(Carbonate), 비탄산염(Noncarbonate) 경도

총경도를 구성하는 물질이 중탄산염 그리고 탄산염 알칼리도와 동등한 수준일 경우 총경도는 탄산염에 의한 경도로 생각할 수 있다. 알칼리도와 경도는 CaCO3의 양으로 환산하여 비교하면 다음과 같은 관계를 알 수 있다.

* 알칼리도 < 총 경도 : 탄산염 경도 (ppm) = 알칼리도 (ppm) 

* 알칼리도 ≥ 총 경도 : 탄산염 경도 (ppm) = 총 경도 (ppm)

탄산염 경도는 보일러 등과 같이 온도가 높은 곳이나 또는 lime에 의한 연수화 과정에서 침전을 형성한다.   

Ca+2 + 2HCO3- → CaCO3 + CO2↓ + H2O

Ca+2 + 2HCO3- + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O

탄산염 경도는 일반적으로 일시경도(Temporary hardness)라 부르는데 그 이유는 위에서와 같이 가열방법으로 비교적 쉽게 제거할 수 있기 때문이다.

총경도는 상기 탄산염 경도 이외에 다른 경보성분이 포함되어 있다. 즉 탄산염 경도 이외의 경도를 비탄산염 경도(noncarbonate hardness)라 한다.

비탄산염 경도 = 총 경도 - 탄산염 경도

상기에서 본 바와 같이 경도는 물론 알칼리도는 CaCO3로 환산하여 표시할 수 있으며, 경도와 알칼리도는 서로 관계가 있음을 알 수 있다. 비탄산염 경도는 보통 영구경도(permanent hardness)라고 표현하는데 탄산염 경도와 같이 가열방법으로는 제거되지 않기 때문이다. 비탄산염 경도유발 양이온은 sulfate, chloride, nitrate 와 같은 음이온과 결합되어 있는 경우이다.

3) 유사경도 (Pseudo Hardness)

바닷물 및 기타 Na+가 많이 포함되어 있는 물에서는 일반적으로 비누의 작용이 원활하지 못하다. 그 이유는 공통이온효과 때문이다. Na+는 경도를 유발하는 이온은 아니지만 다량 포함되어 있을 경우 경도와 유사한 효과를 가져온다.

수질 측정장비나 기타 측정기기의 RS485에 대한 설명

RS485는 EIA에 의해서 전기적인 사양이 규정되어 있으나 물리적인 코넥터 및 핀에 대한 사양은 아직 규정되어 있지 않다.

업체에 따라 규정하여 사용하는 사양이 조금씩 틀릴수 있으니 자세한 내용은 업체의 관련자료를 참고하기 바란다. RS485인 경우 RS232나 RS422처럼 Full Duplex가 아닌 Half Duplex 전송방식만 지원하기 때문에 RS422의 Multi-Drop 모드의 슬레이브처럼 RS485의 모든 마스터는 TXD신호를 멀티포인트 버스(RS485의 모든 마스터가 공유하는 신호라인을 그렇게 부른다.)에 접속 또는 단락시켜야만 할뿐만 아니라 RXD신호 역시 모드에 따라서는 접속, 단락의 제어를 하여야

한다. RS485에서는 Echo 모드와 Non Echo 모드 두가지가 있다.

 

 

▶ 신호선에 대한 설명

신호선에 대한 설명은 RS232와 별차이가 없고 다만 물리적으로 하나의 신호선에 두 개의 라인이 필요한데 그들의 표현은 신호선명뒤에 + 와 - 로써 구분표기

한다. 하지만 UART의 TXD, RXD신호선이 멀티포인트 버스에 의하여 공동으로 사용하게됨에 유의하여야 한다. 즉 하나의 마스터는 멀티포인트 버스를 출력이면 출력, 입력이면 입력으로 구분하여 사용할 수 밖에 없다. 

RS485 Echo, Non Echo 모드에 대한 설명

멀티포인트 버스를 사용하는 시스템은 하나의 버스에 여러개의 마스터가 연결되어 사용한다. 이 때문에 하나의 마스터가 다른 마스터와 통신을 할 경우에는 반드

시 출력 개폐를 하여야만 한다.

이것의 원리는 RS422의 Multi-Drop 모드와 동일하니 그쪽을 살펴보시기 바람. 하지만 동시에 여러개의 마스터가 출력을 하여 데이터가 충돌하는 현상이 발생하기 때문에 이러한 문제는 S/W에 의하여 해결되어야 한다. 이렇게 충돌 여부를 확인하는 방법 중 하나가 자기가 보낸 정보를 자기가 받아보아 충돌여부를 확인하는

것인데 이것을 RS485 Echo 모드라 부른다.

즉, 어떤 마스터가 멀티포인트 버스에 예를 들어 "ABC"라는 데이터를 보내면 이것이 자동적으로 되돌아 오므로(Echo) 이것을 읽어와 "ABC"여부를 확인하여 동일한 정보가 아니거나 들어온 데이터의 수가 틀리면 충돌한 것으로 보고 적절한 시간의 지연을 거쳐 다시 출력시켜 정확한 값이 되돌아 올 때 까지 되풀이하면 된다. 이때 마스터의 RXD신호선은 항상 멀티포인트 버스에 접속되어 있어 자신의 데이터 뿐만 아니라 다른 어느 마스터가 보내는 데이터를 받을 수가 있다.

이러한 데이터를 자신에게 필요한 정보 인지를 판단 하는 것은 S/W에 의해서 결정된다. 위의 내용을 요약하면 RS485 Echo 모드는 마스터의 RXD신호선은 항상 멀티포인터 버스 에 접속되어 있고 TXD신호선은 데이터를 출력할 때만 멀티포인터 버스에 접속시키야 하고 나머지는 반드시 단락 시켜야한다. 만약 단락시키지 않으면 RS422의 Multi-Drop모드와 같이 다른 마스터가 데이터를 보내도 충돌이 발생하여 절대로 올바른 송수신이 발생 할 수가 없다.

위의 RS485 Echo 모드에서 자기가 보낸 데이터가 자기자신에게 되돌아 오는 기능을 없앤 것이 RS485 Non Echo 모드이다. RS485 Non Echo 모드는 TXD신호선을 멀티포인트 버스에 접속시키면 그즉시 RXD신호선 이 멀티포인트 버스에서 단락되고, TXD신호선을 멀티포인트 버스에서 단락시키면 그즉시 RXD신호선이 멀티포인트 버스에 접속하게 된다.

멀티포인터 버스에 접속 및 단락할 때 필요한 타이밍관계는 RS422 Multi-Drop에 대한 설명을 참고하기 바란다.

일반적으로 RS485 개폐신호는 RTS나 DTR신호중 하나를 사용한다.  

수질측정장비나 기타 측정기기의 경우 RS232등의 통신 포트를 이용해 PLC나 모니터링 설비등과 정보를 교환할 수 있다.

여기서는 수질측정설비에서 기본적으로 이용하는 RS232통신에 관련된 내용을 참고자료를 이용해서 간략하게 정리해 본다.

일반적으로 정보를 외부와 교환하는 방법으로는 병렬통신과 직렬통신 2가지로 나눌 수 있는데, 일반적으로 컴퓨터내의 장치와 정보교환을 할 때는 통상적으로

고속의 통신속도를 필요로하여 한꺼번에 많은 정보를 처리할 수 있는 병렬통신 방식을 주로 쓴다.

이는 대량의 정보를 빠른시간에 한꺼번에 처리함으로써 컴퓨터의 성능을 향상 시킬 수가 있기 때문인데 이러한 방법의 대표적인 것이 마이크로프로세서 자체의

정보처리량을 증가시키는 것이며 이것은 데이터 비트수(16,32,64 비트)로써 나타난다.

그외 HDD, VIDEO 카드등이 대표적인 병렬통신 방식을 사용하는 장치라 할 수 있는데, 모든 경우에 병렬통신 방식을 사용할 수는 없다.

그이유는 통신거리의 제한성, 구현상의 기술적인 어려움과 비용이 너무 비싸다는데있다. 

또한 어플리케이션 자체가 고속의 통신속도를 필요로 하지않을 경우도 많다.  

이러한 이유로 컴퓨터가 외부와의 통신을 할 때나 다른 측정기기들은 직렬통신 방식을 많이 사용한다.

직렬통신 방식이란 데이터비트를 1개의 비트단위로 외부로 송수신하는 방식으로써 구현하기가 쉽고, 멀리갈 수가 있고, 기존의 통신선로(전화선등)를 쉽게 활용

할 수가 있어 비용의 절감이 크다는 장점이 있다.

직렬통신의 대표적인 것으로 모뎀, LAN, RS232 등이 있다. 하지만 크게 직렬통신을 구분하면 비동기식 방식과 동기식 방식 2가지로 나누어진다.

많은 사람들이 비동기식 통신방식을 RS232로 알고있는데 실질적으로 RS232라는 것은 비동기식 통신콘트롤러에서 나오는 디지털신호를 외부와 인터페이스

시키는 전기적인 신호 방식의 하나일 뿐이다.

일반적으로 RS232를 비동기식 통신방식으로 인식하고 있는 것도 큰무리는 없다. 

비동기식 통신콘트롤러를 일반적으로 UART(Universal Asynchronous Receiver/ TransmItter)라 부른다. UART에서 나오는 신호는 보통 TTL신호레벨을 갖기

때문에 노이즈에 약하고 통신거리에 제약이 있다. 이러한 TTL신호를 입력받아 노이즈에 강하고 멀리갈 수 있게 해주는 인터페이스 IC를 LINE DRIVER/RECEIVER

​라 부르며 이중 대표적인 것이 RS232, RS422 및 RS485가 있다.

이들 인터페이스 방식의 특성은 아래 표에 나타나 있다.

위의 표에서 알 수 있듯이 RS-232과 RS-423(Single-Ended 통신방식) 통신방식은 RS422와 RS485에 비해서 통신속도가 늦고 통신거리가 짧은 단점이 있으나

동작모드에서 알 수 있듯이 하나의 신호전송에 하나의 전송선로가 필요하기 때문에 비용절감의 장점이 있다.(RS422인 경우 하나의 신호 전송에 2개의 전송선로가 필요함) 위의 인터페이스 방식중 RS232, RS422 및 RS485에 대해서 각자 설명하겠다. 현재의 RS422 또는 RS485칩의 경우 위의 표에 나와있는 Driver와 Receiver의 수보다도 훨씬 많이 지원하고 있으며 RS485인 경우 최대 256의 노드를 갖는 칩도 있다.

수질 측정장비나 기타 측정기기의 RS422에 대한 설명

RS422는 EIA에 의해서 전기적인 사양이 규정되어 있으나 물리적인 코넥터 및 핀에 대한 사양은 아직 규정되어 있지 않다. 업체에 따라 규정하여 사용하는 사양이 조금씩 틀릴수 있으니 자세한 내용은 업체의 관련자료를 참고하기 바란다. RS422에서는 Point To Point 모드와 Multi-Drop 모드 두가지가 있다. Point To Point 모드인 경우 RS232와 신호선당 2개의 라인이 필요한 것만 빼고 사용하는 방법에 있어서 별다른 차이가 없다. 하지만 Multi-Drop 모드인 경우는 사용법이 좀 복잡하다. Multi-Drop의 자세한 내용은 업체의 자료를 참고하기 바란다. 

 

   

▶ 신호선에 대한 설명

 

신호선에 대한 설명은 RS232와 별차이가 없고 다만 물리적으로 하나의 신호선에 두 개의 라인이 필요한데 그들의 표현은 신호선명뒤에 + 와 - 로써 구분표기

한다. 즉, 예를 들면 RS232의 TXD 신호선이 RS422에서는 TXD+와 TXD-로 나누어 질 뿐이다.  

 

 

▶ RS422 Multi-Drop 모드에 대한 설명

Multi-Drop모드가 사용되는 시스템은 하나의 마스터에 여러개의 슬레이브가 연결되어 마스터가 어떤 슬레이브와 통신을 할것인지를 결정하고 해당 슬레이브를

호출하면 호출된 슬레이브가 응답을하는 체제로 구성되어진다.

이때, 하나의 마스터에 최대 10개까지의 슬레이브가 연결될 수가 있고 이때 마스터는 Point To Point모드로 설정되어 있어도 상관이 없으나 슬레이브는 반드시 Multi-Drop 모드로 설정이 되어져 있어야 한다.

 

여기서 주의하여야 할내용은 모든 슬레이브의 TX신호라인을 정보를 출력시킬때만 공동 TXD라인에 접속 시켜야만 하며 그렇지않고 하나의 슬레이브가 계속 TX

​신호라인을 공동 TXD라인에 접속시키면 마스터에 의해서 호출된 다른 슬레이브가 정보를 출력시켜도 계속 접속된 슬레이브 때문에 공동 TXD라인에 전기적인

충돌이 발생되어 마스터로 정보가 전달되지 않는다. 즉 동시에 2개이상의 슬레이브가 공동 TXD라인에 접속하면 않되는 것을 반드시 지켜야만 한다.

 

TX신호선과 공동 TXD라인에 TX신호선을 접속 또는 단락시켜주는 개폐신호사이에는 S/W 또는 H/W에 의한 적절한 타이밍의 조절이 필요한데 일반적으로 S/W에 의한 방법을 많이 사용한다.

우선 TX신호선과 개폐신호사이의 관계를 알아보는 것이 중요한데 이들간에 필요한 타이밍 정보를 아래 그림을 통해서 알아보자. 

먼저 슬레이브가 마스트로 데이터를 출력하기전(슬레이브측의 UART TXD 신호선) 먼저 개폐신호를 출력시켜야 한다.(슬레이브측의 RS422 개폐신호(Logic "1"

​이면 접속 Logic "0" 이면 단락)를 참조)

즉, TXD라인을 통해서 출력하는 첫 번째 데이터 "A"의 스타트비트가 출력되기전 최소한 RS422 드라이버칩이 개폐신호를 받고 접속되는데 걸리는 시간인 Driver Enable to Output High Delay Time(tZH)이나 Driver Enable to Output Low Delay Time(tZL)이전에 RS422 개폐 신호를 접속하는 상태로 출력시켜야만 한다.(Logic "1"상태)

여기서 tZH와 tZL의 수치는 칩제조회사마다 약간씩 틀리나 보통 수십에서 수백 nS사이의 값이다.

하지만 이수치값이 최소수치이기 때문에 정확하게 지킬필요는 없고 여유있게 주면된다. 즉, S/W에서 먼저 RS422 개폐신호를 접속상태로 출력시키고 난후 TXD

​라인에 데이터를 출력시키며 TXD라인에 마지막 데이터의 스톱비트까지 출력되고 난 것을 확인후 개폐 신호를 단락상태로 출력시키면 된다.(그림상에서 데이터 "B"의 스톱비트가 출력된후 RS422 개폐신호가 단락상태(Logic "0")로 전환되는 것을 보면 알수가 있다.)

위그림에서 알수있드시 RS422 개폐신호가 접속상태일 때 슬레이브측의 RS422칩의 출력단인 TXD+와 TXD-출력단에 신호가 출력되어(데이터 "A", "B") 마스터

측의 UART RXD입력단에 신호가 입력됨을 알수가 있고(데이터 "A", "B") RS422 개폐신호가 단락 상태일 때 슬레이브측의 TXD+와 TXD-출력단이 플로팅(Hi-Z)

​상태가 되어 신호가 출력 되지 않아(데이더 "C") 마스터측의 UART RXD입력단에 아무신호가 입력되지 않음을 알수가 있다

TXD+와 TXD-신호는 공동 TXD라인에 접속시 서로 반대의 상태를 갖고 출력되고 단락시 동시에 플로팅 상태임을 그림을 통해 알 수 있다.

 

일반적으로 RS422 개폐신호는 RTS나 DTR신호중 하나를 사용한다.

 

사실 TXD신호선을 S/W에 의해서 접속 또는 단락하는 것 자체에 별문제는 없으나 프로그래머 입장에서는 까다롭고 귀찮은 일임에 틀림없다.

​이러한 불편함을 해소하기 위해서 나온 방법이 TXD신호선에서 데이터가 나올때만 H/W가 이를 감지하여 자동으로 접속 또는 단락 동작을 자동으로 하는 것이다. 이 방법은 프로그래머에게 편리함과 다른 S/W와의 호환성유지(Multi-Drop용의 S/W가 아닌 경우)에 유용하다라고는 하겠으나 전세계적으로 그러한 기능을 제공하는 칩 및 제품은 없다.

수질측정장비나 기타 측정기기의 경우 RS232등의 통신 포트를 이용해 PLC나 모니터링 설비등과 정보를 교환할 수 있다.

여기서는 수질측정설비에서 기본적으로 이용하는 RS232통신에 관련된 내용을 참고자료를 이용해서 간략하게 정리해 본다.

일반적으로 정보를 외부와 교환하는 방법으로는 병렬통신과 직렬통신 2가지로 나눌 수 있는데, 일반적으로 컴퓨터내의 장치와 정보교환을 할 때는 통상적으로

고속의 통신속도를 필요로하여 한꺼번에 많은 정보를 처리할 수 있는 병렬통신 방식을 주로 쓴다.

이는 대량의 정보를 빠른시간에 한꺼번에 처리함으로써 컴퓨터의 성능을 향상 시킬 수가 있기 때문인데 이러한 방법의 대표적인 것이 마이크로프로세서 자체의

정보처리량을 증가시키는 것이며 이것은 데이터 비트수(16,32,64 비트)로써 나타난다.

그외 HDD, VIDEO 카드등이 대표적인 병렬통신 방식을 사용하는 장치라 할 수 있는데, 모든 경우에 병렬통신 방식을 사용할 수는 없다.

그이유는 통신거리의 제한성, 구현상의 기술적인 어려움과 비용이 너무 비싸다는데있다. 

또한 어플리케이션 자체가 고속의 통신속도를 필요로 하지않을 경우도 많다.  

이러한 이유로 컴퓨터가 외부와의 통신을 할 때나 다른 측정기기들은 직렬통신 방식을 많이 사용한다.

직렬통신 방식이란 데이터비트를 1개의 비트단위로 외부로 송수신하는 방식으로써 구현하기가 쉽고, 멀리갈 수가 있고, 기존의 통신선로(전화선등)를 쉽게 활용

할 수가 있어 비용의 절감이 크다는 장점이 있다.

직렬통신의 대표적인 것으로 모뎀, LAN, RS232 등이 있다. 하지만 크게 직렬통신을 구분하면 비동기식 방식과 동기식 방식 2가지로 나누어진다.

많은 사람들이 비동기식 통신방식을 RS232로 알고있는데 실질적으로 RS232라는 것은 비동기식 통신콘트롤러에서 나오는 디지털신호를 외부와 인터페이스

시키는 전기적인 신호 방식의 하나일 뿐이다.

일반적으로 RS232를 비동기식 통신방식으로 인식하고 있는 것도 큰무리는 없다. 

비동기식 통신콘트롤러를 일반적으로 UART(Universal Asynchronous Receiver/ TransmItter)라 부른다. UART에서 나오는 신호는 보통 TTL신호레벨을 갖기

때문에 노이즈에 약하고 통신거리에 제약이 있다. 이러한 TTL신호를 입력받아 노이즈에 강하고 멀리갈 수 있게 해주는 인터페이스 IC를 LINE DRIVER/RECEIVER

​라 부르며 이중 대표적인 것이 RS232, RS422 및 RS485가 있다.

이들 인터페이스 방식의 특성은 아래 표에 나타나 있다.

위의 표에서 알 수 있듯이 RS-232과 RS-423(Single-Ended 통신방식) 통신방식은 RS422와 RS485에 비해서 통신속도가 늦고 통신거리가 짧은 단점이 있으나

동작모드에서 알 수 있듯이 하나의 신호전송에 하나의 전송선로가 필요하기 때문에 비용절감의 장점이 있다.(RS422인 경우 하나의 신호 전송에 2개의 전송선로가 필요함) 위의 인터페이스 방식중 RS232, RS422 및 RS485에 대해서 각자 설명하겠다. 현재의 RS422 또는 RS485칩의 경우 위의 표에 나와있는 Driver와 Receiver의 수보다도 훨씬 많이 지원하고 있으며 RS485인 경우 최대 256의 노드를 갖는 칩도 있다.

RS232에 대한 설명

수질측정장비나 기타 측정기기의 경우 RS232등의 통신 포트를 이용해 PLC나 모니터링 설비등과 정보를 교환할 수 있다.

여기서는 수질측정설비에서 기본적으로 이용하는 RS232통신에 관련된 내용을 참고자료를 이용해서 간략하게 정리해 본다.

 

일반적으로 정보를 외부와 교환하는 방법으로는 병렬통신과 직렬통신 2가지로 나눌 수 있는데, 일반적으로 컴퓨터내의 장치와 정보교환을 할 때는 통상적으로

고속의 통신속도를 필요로하여 한꺼번에 많은 정보를 처리할 수 있는 병렬통신 방식을 주로 쓴다.

이는 대량의 정보를 빠른시간에 한꺼번에 처리함으로써 컴퓨터의 성능을 향상 시킬 수가 있기 때문인데 이러한 방법의 대표적인 것이 마이크로프로세서 자체의

정보처리량을 증가시키는 것이며 이것은 데이터 비트수(16,32,64 비트)로써 나타난다.

그외 HDD, VIDEO 카드등이 대표적인 병렬통신 방식을 사용하는 장치라 할 수 있는데, 모든 경우에 병렬통신 방식을 사용할 수는 없다.

그이유는 통신거리의 제한성, 구현상의 기술적인 어려움과 비용이 너무 비싸다는데있다. 

또한 어플리케이션 자체가 고속의 통신속도를 필요로 하지않을 경우도 많다.  

 



이러한 이유로 컴퓨터가 외부와의 통신을 할 때나 다른 측정기기들은 직렬통신 방식을 많이 사용한다.

직렬통신 방식이란 데이터비트를 1개의 비트단위로 외부로 송수신하는 방식으로써 구현하기가 쉽고, 멀리갈 수가 있고, 기존의 통신선로(전화선등)를 쉽게 활용

할 수가 있어 비용의 절감이 크다는 장점이 있다.

직렬통신의 대표적인 것으로 모뎀, LAN, RS232 등이 있다. 하지만 크게 직렬통신을 구분하면 비동기식 방식과 동기식 방식 2가지로 나누어진다.

많은 사람들이 비동기식 통신방식을 RS232로 알고있는데 실질적으로 RS232라는 것은 비동기식 통신콘트롤러에서 나오는 디지털신호를 외부와 인터페이스

시키는 전기적인 신호 방식의 하나일 뿐이다.

일반적으로 RS232를 비동기식 통신방식으로 인식하고 있는 것도 큰무리는 없다. 

비동기식 통신콘트롤러를 일반적으로 UART(Universal Asynchronous Receiver/ TransmItter)라 부른다. UART에서 나오는 신호는 보통 TTL신호레벨을 갖기

때문에 노이즈에 약하고 통신거리에 제약이 있다. 이러한 TTL신호를 입력받아 노이즈에 강하고 멀리갈 수 있게 해주는 인터페이스 IC를 LINE DRIVER/RECEIVER

​라 부르며 이중 대표적인 것이 RS232, RS422 및 RS485가 있다.

 

이들 인터페이스 방식의 특성은 아래 표에 나타나 있다.

위의 표에서 알 수 있듯이 RS-232과 RS-423(Single-Ended 통신방식) 통신방식은 RS422와 RS485에 비해서 통신속도가 늦고 통신거리가 짧은 단점이 있으나

동작모드에서 알 수 있듯이 하나의 신호전송에 하나의 전송선로가 필요하기 때문에 비용절감의 장점이 있다.(RS422인 경우 하나의 신호 전송에 2개의 전송선로가 필요함) 위의 인터페이스 방식중 RS232, RS422 및 RS485에 대해서 각자 설명하겠다. 현재의 RS422 또는 RS485칩의 경우 위의 표에 나와있는 Driver와 Receiver의 수보다도 훨씬 많이 지원하고 있으며 RS485인 경우 최대 256의 노드를 갖는 칩도 있다.

1. RS232에 대한 설명

RS232C는 EIA(Electronic Industries Association)에 의해 규정되어 졌으며, 그내용은 데이터단말기(DTE: Data Terminal Equipment)와 데이터통신기(DCE: Data Communication Equipment)사이의 인터페이스에 대한 전기적인 인수, 컨트롤 핸드쉐이킹, 전송속도, 신호 대기시간, 임피던스 인수등를 정의하였으나

전송되는 데이터의 포맷과 내용은 지정하지 않으며 DTE간의 인터페이스에 대한 내용도 포함하지 않는다.

같은 규격이 CCITT(Consultative Committee for International Telegraph and Telephony) 에서도 CCITT V.24에서 DTE와 DCE간의 상호 접속회로의 정의, 핀

번호와 회로의 의미에 대해서 규정을 하고 있다.   

RS-232C는 「Recommend Standard number 232 」의 약어이고,「C 」는 표준 규격의 최신판을 나타내는 것이다．거의 대부분의 PC의 시리얼 포트는 RS-232C의 서브 세트(9핀)가 표준 장비화되어 있다．풀 규격은 25-pin의 "D"형태 커넥터로，이 중 22핀을 통신에 사용한다.

그러나 보통의 PC 통신에서는 이들 대부분의 핀은 사용되지 않고, 통상 수컷(male)의 9핀 "D" 타입 커넥터가 장비되고 있다.  

RS232C 규격으로는 최대 케이블의 길이는 약 15m로 되어 있다．그러나 실제로는 잘 실드(shielded)된  고품질 케이블을 사용한다면 최장 1km

정도까지 향상시키는 것이 가능하다. 실드가 불충분한 케이블의 경우 외부 환경에 크게 영향을 받고, 전기적인 노이즈가 발생하기 쉬운 환경에서는 짧은 케이블을 이용해도 노이즈에 영향을 받을수 있다. 

신호선에 대한 설명

․ TXD - Transmit Data   : 비동기식 직렬통신 장치가 외부 장치로 정보를 보낼 때 직렬통신 데이터가 나오는 신호선.

․ RXD - Receive Data   : 외부 장치에서 들어오는 직렬통신 데이터를 입력받는 신호선. 

․ RTS - Ready To Send   : 컴퓨터와 같은 DTE장치가 모뎀 또는 프린터와 같은 DCE장치에게 데이터를 받을 준비 가 됐음을 나타내는 신호선. 

․ CTS - Clear To Send : 모뎀 또는 프린터와 같은 DCE장치가 컴퓨터와 같은 DTE장치에게 데이터를 받을 준비 가 됐음을 나타내는 신호선.

․ DTR - Data Terminal Ready  : 컴퓨터 또는 터미널이 모뎀에게 자신이 송수신 가능한 상태임을 알리는 신호선이며 일반적으로 컴퓨터등이

                                                 전원 인가후 통신 포트를 초기화한 후 이신호를 출력시킨다.

․ DSR - Data Set Ready   : 모뎀이 컴퓨터 또는 터미널에게 자신이 송수신 가능한 상태임을 알려주는 신호선이며 일반적으로 모뎀에 전원 인가

                                          후 모뎀이 자신의 상태를 파악한후 이상이 없을 때 이신호 를 출력시킨다.

․ DCD - Data Carrier Detect :  모뎀이 상대편 모뎀과 전화선등을 통해서 접속이 완료되었을 때 상대편 모뎀이 캐리어 신호를 보내오며 이신호를

                                              검출하였음을 컴퓨터 또는 터미널에 알려주는 신호선이다.

․ RI - Ring Indicator   : 상대편 모뎀이 통신을 하기위해서 먼저 전화를 걸어오면 전화 벨이 울리게 된다. 이때 이신호를 모뎀이 인식하여 컴퓨터

                                   또는 터미널에 알려주는 신호선이며 일반적으로 컴퓨 터가 이신호를 받게되면 전화벨 신호에 응답하는 프로그램을

                                   인터럽터등을 통해서 호출 하게 된다.   

▶ 용어 설명 

․ Baud Rate : 보오(Baud)라고 말하는 단위는 프랑스 전신 공사의 Jean Maurice Baudot씨의 이름에서 유래된 것으로, 그는19세기 후반에

                     5 단위 부호를 고안한 인물입니다．보레이트는 RS232C에 있어서 가장 기본이 되는 전송속도에 대한 약속으로 우리들이 모뎀을

                     사용할 때 흔히 접하게 되는 1200 BAUD, 2400, 4800, 9600, 19200 BAUD 같은 수치들로써 전송속도를 말합니다.

․ Parity Bit : 스타트 비트와 스톱 비트에 의하여 데이터의 단락을 나타냅니다. 패리티 비트라고 불리는 것을 이용하여 데이터의 구조를 확인하는

                  경우가 있습니다．데이터의 송신 중에 데이터에 어떠한 누락이 생기고 있지 않을까 해서 그것을 체크 하는 것이 패리티 비트입니다．

                  패리티에는 짝수 패리티(Even parity)，홀수 패리티(Odd parity)，마크 패리티(Mark parity)，스페이스 패리티(Space parity)，

                  혹은 패리티 없음(None at all)을 선택할 수 있습니다.  짝수 또는 홀수 패리티를 이용하면 ，각 데이터 바이트 중의 1의 개수를

                  헤아리고，보내진 그수가，짝수，또는 홀수가 되도록 패리티 비트를 송신합니다．
                  예를 들면，짝수 패리티를 선택했다면, 데이터 중에 1이 짝수 개 있는 경우，패리티 비트는 0로 됩니다.

                  그러니까，바이너리 데이터 0110 0011에 대한 짝수 패리티는0입니다．역으로 바이너리 데이터 1101 0110의 경우，패리티 비트는

                  1로  됩니다．홀수 패리티는 이 반대로 생각하십시오．에러가 발생한 때에，에러의 존재를 알리는 것은 가능합니다 하지만 패리티

                  비트로  에러를 검출하는 것은 불가능합니다．마크 패리티나 스페이스 패리티는 실용적인 이점이 없기 때문에，현재，대부분 거의

                  이용되고 있지 않습니다.

트리할로메탄 (THMs)에 대해서

1. 물리․화학적 특성

염소 소독시 발생하는 소독 부산물로서  트리할로메탄류는 메탄의 수소원자가 할로겐 원자(주로 염소, 브롬, 요오드)로 치환된 화합물로서 클로로포름, 브로모디클로로메탄, 디브로모클로로메탄, 브로모포름의 총량을 말하는 것으로, 발암성 물질인 것으로 밝혀지며 많은 관심의 대상이 되고 있다.

일반적인 구조식은 CHCl3, CHBrCl2, CHBr2Cl, CHBr3 이며 다음과 같은 특성을 갖고 있다. 

표3.6.1. 트리할로메탄류의 물리화학적 특성

(출처 : 일본수도협회, (1993), 일본상수시험방법)

2. 노출경로

트리할로메탄류는 물 속에 들어있는 유기물질(Humic acid, Fulvic acid 등)이 소독제로 사용되는 염소와 반응하여 생성되는데 염소처리된 최종 물에 들어있는 트리할로메탄류의 농도는 원수에 들어있는 농도보다 높게 나타나고 있지만 원수에는 거의 검출되지 않을 정도의 트리할로메탄이 들어 있을 때가 많다. 트리할로메탄은 휴민산(Humin acid)의 농도가 높을수록 pH와 온도가 높을수록 생성량이 증가한다.

3. 대사

클로로포름이 13.2～31.8g/㎥의 농도로 함유되어 있는 공기에 3～10분간 노출되었을 때 73% 정도 흡수되며, 흡수된 클로로포름은 혈관으로 유입되어 신체 조직속으로 이동하게 된다. 동물시험에서는 체지방에 가장 많이 축적되며, 뇌, 허파, 간장, 근육 및 혈액내에서도 소량 발견된다. 사람에게 있어서 체중 kg당 7mg을 경구투여할 경우 50.6%까지는 탄산가스로 대사되었으나 사람에 따라 큰 차이가 있었으며, 섭취된 클로로포름의 63.8%까지는 변하지않은 상태로 배출된다

4. 각국의 수질기준

표3.6.2.각국의 트리할로메탄류의 수질기준 ( 단위 : ㎍/L )

5. 건강에 미치는 영향

1) 독성

클로로포름은 수돗물중에 들어있는 트리할로메탄류중에서 가장 농도가 높으며, 트리할로메탄류의 독성은 클로로포름과 유사하다. 클로로포름은 중추신경 계통의 작용을 억제하고, 간장과 신장의 작용에 영향을 미친다. 중독되면 의식을 잃게되고 혼수상태가 되거나 사망할 수 있으며 클로로포름에 노출된 후 24～48 시간이 지나서야 신장의 손상을 발견할 수 있으며 2～5일이 지나야 간장의 손상을 발견할 수 있다. 체중 70kg인 남자의 경우 치사량은 체중 1kg당 약 630mg이나 사람에 따라 많은 차이가 있다.

2) 발암성

인간이 하루 2ℓ씩 70년간 마신다고 할 경우 인구 백만명 당 THMs으로 인해 추가로 발생되는 암환자는 13.7명이며, 인간이 1㎍/L의 클로로포름이 함유된 먹는물을 하루 2ℓ씩 10년간 마실 경우 추가 암 발생율은 100만명 당 1.7명이다.

6. 오염사례

1990년 감사원에서 8개 정수장의 수돗물을 조사한 결과 THMs이 외국의 수질기준을 초과한다고 발표하여, 수돗물의 수질중 THMs에 대한 관심을 갖는 계기가 되었으며, 먹는물 수질기준에 THMs기준 설정, 소독제 대체, 활성탄 사용등의 수돗물 수질개선 조치가 이루어졌다.

7. 저감대책

원수의 저장방법 및 정수처리 방법의 변경과 중간염소처리 등 염소주입점을 변경하며, 원수의 수질이 악화될 경우에는 고도정수처리시설의 설치, 정수처리시에 염소와 이산화염소․오존 등을 병용하여 사용하고 THMs이 생성될 경우에는 활성탄 등의 흡착제를 사용한다.

참고문헌

1. 보건사회부, (1990), 음용수 수질관리 지침서

2. 일본 수도협회, (1993), 일본 상수 시험방법

 출처 : 환경부 홈페이지

ShinHO System Data Sheet PT100 온도센서의 온도테이블

비수용성용액에서의 pH 측정의 문제점 및 적용방법

강산 및 강염기 또는 고농도염용액에서의 pH 측정

4~20mA 계장용 신호란?

계측제어를 하기 위해서 검출해야 할 양 으로서는 각종 측정값(pH, DO, EC등), 온도, 유량, 압력, 액위 성분 등이 있다. 이들의 양은 그대로는 목표치와 비교하거나 멀리 떨어진 장소에 전송하는 데에 적합치 않다. 따라서 측정기 및 검출기는 이들 양을 보다 취급 하기 쉬운 신호로 변환하는데 이것을 통상 계장용 신호라 부른다.

계측제어에서 신호로 사용되는 것은 공기압, 전압, 전류, 디지털, 광신호 등이 있다.

물리량 변환의 과정을 두 가지로 나누어 생각하면, 1차 변환에서는 계측 제어대상인 물리량을 힘, 변위, 전압, 전기저항으로 변환되고, 2차 변환 과정에서는 1차 변환의 출력 신호에 보조 에너지를 가하여 공기압, 또는 전압, 전류신호등으로 변환된다.

즉, 2차 변환에 의해 보다 취급하기 쉽고 통일된 신호가 얻어진다.

1차 변환을 하는 것을 검출기라 하고, 2차 변환만을 하는 것을 전송기라 한다, 또한 하나의 장치에서 검출기와 전송기 기능을 모두 하는 것을 검출전송기 또는 간단히 전송기, 발신기 또는 변환기라고 하는 경우가 많다.  

계장용 신호를 정리하면 아래 표와 같다.

계장용 신호를 정리하면 아래 표와 같다.

가. 공기압 신호

압력은 배관을 사용하면 적은 오차로서 신호 및 동력 전송이 가능하다.

이때 사용되는 매체로서 기름, 물, 공기가 주로 사용되는데 액체의 매체는 높이차가 있으면 오차가 발생된다. 따라서 동력의 전송에는 많이 사용되고 있으나 신호의 전송에는 공기압이 사용된다. 일반적으로 신호 레벨은 0.2 ∼1.0 kgf/㎠ 이다.

공기압 전송은 이전에는 공업 량 계측에 전반적으로 사용되었었다. 그러나 최근 일렉트로닉스 기술의 발달에 따라 전기식이 대부분이나 아직도 일부 사용처에서는 다음과 같은 특징 때문에 사용하고 있다.

①전기식 전송은 전기적 환경이 나쁜 곳에서는 노이즈 영향이 크다. 반면 공기식은 노이즈 영향이 없다.

②전기식은 폭발성 가스가 있는 곳에서는 폭발을 야기할 수 있으나, 공기식의 경우는 전혀 그런 우려가 없다

③단순히 신호 뿐만 아니라 파워를 전달하는데 겸용할 수 있다. 단점으로 전송거리가 길면 신호 전달지연이 생긴다.

   따라서 공기압 신호의 전달 거리는 통상 100∼150 m 이내로 되어 있다.

나. 전압신호 

센서자체가 전압출력을 내는 원리로 브리지회로, 스트레인게이지, 자계와 홀 발전기 등이 있으며, 전압신호의 경우 전압이 높음과 동시에 신호원의 내부 저항이 낮아야 하고, 부하의 내부 저항은 대단히 커야 한다. 그렇지 아니하면 신호원의 기전력이 부하에 정확히 전달되지 않는다. 따라서 이때 신호원 다음에 증폭기를 사용하면 전압을 높일 수 있을 뿐만 아니라

내부 저항을 크게 할 수 있다.

계장용 신호로 사용되는 전압레벨은 1∼5V이며, 계기반 내 근거리 전송 시 사용한다. 단점으로는 노이즈가 많은 장소에 신호 전송오차가 크다. 한편 미약 전압은 특수 케이블을 사용하는 일이 많으며, 보상도선을 이용하는 열전대 기전력 전송, 전자유량계 검출부와 변환기간 신호 전송, 로드셀에서 변환기까지의 신호전송에 이용되며, 사용 신호레벨은 0 mV ∼ 10 V이다.

다. 전류신호 

전기식 전송의 경우 신호전송에 전류를 쓰는 예가 많다. 전류 신호는 전압신호에 비해 노이즈가 강하다. 유도잡음은 정전 유도잡음과 전자 유도잡음은 전압으로 되어 신호 케이블에 유도 된다. 이 때문에 전압 신호에는 잡음 전압이 중첩되기 때문에 노이즈에 약하지만 전류 신호는 송신회로 입력 임피던스가 높기 때문에 잡음 전압이 수 볼트 유기 되어도 잡음 전류는 적게 된다. 송신측에서 이용되는 파워가 작으므로 보통 신호 레벨이 4 mA 정도라면 전송 측의 각종 전원에 이용할 수 있다.

전류 신호의 적용 예로서 노이즈에 강하기 때문에 현장 계기에서 계기반까지의 신호 전송 거리가 먼 다른 시스템에의 전송이다.

전기식이 전압과 전류 신호로 구분 사용되고 있으나 대부분 전류신호를 채택하고 있는 것은 다음과 같은 특징이 있으므로 많이 사용한다.

 pH 측정 조건은?

1. 센서보정은 pH 전극을 사용할 때마다, 그리고 자주 해줄수록 정확한 측정값을 얻을 수

있습니다. 특히 전극이 오래되었거나 상태가 좋지 않은 경우는 보정을 자주 봐야 됩니다.

2. 보정 혹은 측정하기 전, pH 전극은 증류수로 매번 세척하여 주십시오. 먼저 측정했던 샘플이 전극의 멤브레인이나 바디에 묻어서 일으킬 수 있는 오차를 줄여 줍니다.

3. 보정하실 때, 보정용액(buffer)는 항상 새로운 것을 사용하여 주십시오.

보정용액 7.00은 영점교정에 사용하고, 4.00이나 10.00은 스팬교정에 사용됩니다.

2가지 이상의 보정용액을 사용해서 보정을 보도록 하고, 이때 pH 값이 3이상 벌어지는 보정

용액을 사용하지 마십시오. 즉, 4.00, 7.00 그리고 10.00을 사용하실 때, <4.01과 7.00>,

<7.00과 10.00> 그리고 <4.00, 7.00과 10.00>을 사용하십시오.

측정기에서 기능을 지원 하는 경우, 필요에 따라 pH 2.00과 12.00을 보정용액으로 사용할 수도 있습니다.

보정용액 병은 사용하신 후, 항상 단단히 잠가주시고, 사용 기한이 지난 보정용액은 재사용

하지 마시기 바랍니다.

4. 자동 온도보상을 하지 않는 경우에는 측정하기 전, 샘플의 온도와 pH 측정기의 측정온도가 같아지도록 온도 안정화 시간을 항상 가지십시오.

5. 측정하기 전, pH 전극의 모든 정션(Junction)을 점검하십시오. 이물질이 묻어있거나 하면 측정이 정확히 이루어지지 않습니다. 그리고 전극 내부의 와이어들의 변색여부나 내부 충진 용액의 오염여부도 수시로 확인하여 주시기 바랍니다.

내부 충진용액의 교체가 가능한 전극의 경우는 오염되었을 경우, 용액 교체가 필요합니다.

6. 측정 또는 보정 과정 중에는 모든 샘플이나 보정용액은 일정유속이 상태이어야 합니다.

교반기를 이용하는 것이 이상적이나, 없을 경우는 샘플을 휘저어 주십시오.

그리고 교반기를 이용하실 경우 교반기의 전기적 간섭과 열을 막아줄 수 있는 스티로폼이나 단열재등을 이용하여 주십시오.

전기적 간섭이나 열은 pH 측정에 오차를 발생시킬 수 있습니다.

7. pH전극의 측정부위인 멤브레인에 이물질이 묻어있지 않나 확인하십시오. 전극 멤브레인 부분

에 이물질이 묻어 있으면 측정에 심각한 영향을 미치게 됩니다. 또한 이물질이 묻어있는

경우, 전극 멤브레인 부분을 문지르거나 닦지(rub or wipe)말아 주십시오. 전극 멤브레인에

이물질이 묻어있는 경우 세척하는 이상적인 방법은 흐르는 증류수에 전극을 세척 후, 보풀이

없는 휴지로 빨아들이는 방법(Blotting)입니다.

8. pH 전극의 사용범위를 지켜주시기 바랍니다. 사용범위(pH 측정범위나 사용온도)를 벗어나서 사용하는 경우에는 전극의 멤브레인이나 정션부분에 문제가 될수도 있고, 전극의 수명을 단축시킵니다.

9. pH 전극을 보관 시에는 반드시 보관용액에 보관하여 주십시오.

각 전극에 보관용액이 지정되어 있다면 지정된 보관용액을 사용하여 주십시오.

10. 장기간 사용하지 않으신 pH전극은 사용하시기 전, 최소한 하루는 보관용액에 담가두신 후 사용하시기 바랍니다.

11. 특수한 전극의 경우 동봉된 사용 매뉴얼에 적힌 사용방법을 준수하여 주시기 바랍니다.

온도측정법 및 온도계의 분류

온도측정법의 분류

온도측정방법에는 온도감지부를 피측정물체에 직접 접촉시켜 측정하느냐 접촉시키지 않고 간접적으로 측정하느냐에 따라서 접촉법과 비접촉법으 로 분류한다.  

(1) 접촉법

열은 고온에서 저온으로 이동하고 온도가 다른 두개 이상의 물체를 접촉시켜 충분한 시간이 주어지면 접촉된 물체들은 온도가 같게 되는 열평형상태를 이루며 열역학적 제영법칙 (임의 두 물체가 각각 제3의 물체와 열평형상태를 이룬다면 임의 두 물체도 열평형상태에 있다)에 의거 온도를 측정하고자 하는 피측온체에 감온부를 접촉 열평형상태

를 이루었을 때 감온부의 물리적 변화량 즉 공업적 신호를 측정함으로서 피측온체의 온도를 감지하는 측정방식이다.

(2) 비접촉법

피측정물체에 감온부를 직접 접촉시키지 않는 상태에서 고온의 피측 온체로 부터 방사하는 방사에너지(빛 또는 열)를 감지, 온도와 방사 에너지와의 사이 일정 관계를 이용 온도를 감지하는 측정방식이다.

(3) 접촉법과 비접촉법의 비교 

 표 1 일반적 비교

나. 온도계의 분류

온도측정 원리에 따른 온도계 분류는 다음 표2와 같다. 온도(θ)와 변환 량(Y) 과의 관계는 θ=f(y)이다. 

  표 2 온도계 분류

2. 열전대 온도계와 측온저항 온도계

1) 열전대 온도계

열전대는 구조적으로 간단하고 조작이 간편하여 산업현장이나 실험실 등에서 많이 쓰이는 전기 신호식 온도계이다. 측정값이 전기적 신호인 전압크기로 출력되어 측정값을 먼 거리까지 전송할 수 있어 중앙제어에 유용하게 활용되고 있는 범용의 온도센서이다.

열전대는 -273 ℃부터 3,000 ℃까지 광범위한 측정범위와 0.1～1 %의 정밀도를 갖고있다. 300여종의 열전대가 있으나 한국 산업 표준규격에는 8종류로 규격화되어 있다. 열전대는 제작형태에 따라 일반열전대(KS C 1602)와 시스열전대(KS C 1615)로 나뉘어지고, 온도측정부위에 위치한 열전대로부터 계측기까지는 보상도선(KS C 1609)으로 연장하여 사용하고 있다. 

<표 3-7> 일반열전대의 허용오차(KS C 1602, JIS C 1602, JIS C 1605)

주 1) 허용차란 열기전력을 규준 열기전력표에 의해서 환산한 온도에서 측온접점의 온도를 뺀 값의 허용되는 최대 한도를 말한다.

2) R,S 열전대의 허용오차 클래스 1은 표준열전대에 적용한다.

비고 1. 󰠐t󰠐는 측정 온도의 ＋,－의 기호에 무관한 온도(℃)로 표시되는 값이다.

     2. 구계급은 참고용임.

2) 측온저항체 온도계 

금속은 고유 저항값을 갖고 있으며, 그 전기저항은 온도에 따라 일정하게 변하는 성질을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하여 순도가 아주 높은 금속선을 감온부로 만들어 온도측정 대상체에 접촉시켜 온도를 감지하게 한다. 그리고 온도크기에 따라 변한 저항값을 저항측정기로 계측하여 온도눈금으로 바꾸어 읽는 전기식 온도계를 만들 수 있다. 이 온도계가 측온저항체온도계(Resistance Temperature Detector ; RTD)이다. 표 3-8은 백금측온저항체의 사용온도 범위이고, 표 3-9는 각국의 규격에서의 백금측온저항체의 계급 및 허용 온도오차이며, 표 3-10은 백금측온저항체의 온도에 대한 허용오차를 나타내었다.

<표 3-8> 백금측온저항체의 사용온도

<표 3-9> 백금측온저항체의 등급 및 허용온도 오차

<표 3-10> 백금측온저항체의 온도에 대한 허용오차

제어 시스템 종류 및 설명 및 Controller의 제어방식

위의 목표치와 같은 형태로 제어를 하고자 하는 경우 어떤 시스템이 가장 적합한 제어방법일까?

목표치에 대한 접근은 물론 A가 가장 이상적이지만, 현실에서는 이게 불가능하기 때문에 Proportional

Integral Differential 제어를 이용해 C와 같은 형태로 제어를 하게 된다.

기본적인 제어방법은 먼저 제어대상의 출력 값을 측정하고, 목표치와 비교한 후 차이를 측정하고 이를

통해 제어를 하는 방식이다.
 

(1) 단순 On/Off 제어 

단순한 On/Off 제어의 경우에는 제어 조작 량은 0%와 100% 사이를 왕래하므로 조작 량의 변화가

너무 크고, 실제 목표 값에 대해 지나치게 반복하기 때문에, 목표 값의 부근에서 凸凹를 반복하는

제어로 되고 만다.
 

(2) 비례 제어

 

조작 량을 목표 값과 현재 위치와의 차에 비례한 크기가 되도록 하며, 서서히 조절하는 제어 방법이

비례 제어라고 하는 방식이다. 이렇게 하면 목표 값에 접근하여 미묘한 제어를 가할 수 있기 때문에

미세하게 목표 값에 가까이 접근 할 수 있다.

하지만 목표치 근처에서 잔류편차가 발생하여 오차가 계속 발생한다. 시간이 갈수록 조작 량도 작아

지고, 그 이상 미세하게 조작하기란 힘들어진다. 따라서 시간이 아무리 지나도 목표 값과 제어 량이

완전히 일치하지 않는 상태로 남는다. 또한 단순 이득조정만으로 시스템의 성능을 개선시키기란 힘들다.

잔류편차라는 P제어(비례제어)의 문제점을 개선시킨 것이 바로 PI제어(비례적분제어)이다.

(3) PI 제어

비례 제어로 잘 제어할 수 있을 것으로 생각하겠지만, 실제로는 제어 량이 목표 값에 접근하면 문제가

발생한다. 그것은 조작 량이 너무 작아지고, 그 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 발생한다.

결과는 목표 값에 아주 가까운 제어 량의 상태에서 안정한 상태로 되고 만다.

이렇게 되면 목표 값에 가까워지지만, 아무리 시간이 지나도 제어 량과 완전히 일치하지 않는 상태로

되고 만다. 이 미소한 오차를 "잔류편차"라고 한다. 이 잔류편차를 없애기 위해 사용되는 것이 적분

제어이다. 즉, 미소한 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 어떤 크기로 된 곳에서 조작 량을 증가하여

편차를 없애는 식으로 동작시킨다. 이와 같이, 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어를 "PI 제어"라

부른다. 정상상태에서의 오차를 없애면서 응답속도를 빠르게 하기 위해 사용하는 제어기법이다.

단 이득계수를 잘못 설정하면 Overshoot가 남발하고 시스템이 불안정해지며 응답속도도 느려진다.

이런 문제는 PID제어를 통해 해결할 수 있다.

(4) PID 제어란? 

PI 제어로 실제 목표 값에 가깝게 하는 제어는 완벽하게 할 수 있다. 그러나 또 하나 개선의 여지가

있다. 그것은 제어 응답의 속도이다. PI 제어에서는 확실히 목표 값으로 제어할 수 있지만, 일정한 시간

(시정수)이 필요하다. 이때 정수가 크면 외란이 있을 때의 응답 성능이 나빠진다.

즉, 외란에 대하여 신속하게 반응할 수 없고, 즉시 원래의 목표 값으로는 돌아갈 수 없다는 것이다.

그래서 필요하게 된 것이 미분 동작이다. 이것은 급격히 일어나는 외란에 대해 편차를 보고, 전회 편차

와의 차가 큰 경우에는 조작 량을 많이 하여 기민하게 반응하도록 한다.

이 전회와의 편차에 대한 변화차를 보는 것이 "미분"에 상당한다.  

P : Proportional (비례)

- 비례 이득이 너무 크면 시스템에 큰 오버 슈트 발생

- 비례 이득이 너무 작으면 시스템은 제어 명령치에 도달하지 못한다.

- 비례 제어기만 있는 경우 정상 상태에서 OFFSET 발생 가능

I : Integral (적분)

- 정상 상태 오차가 0 이 될 때까지 오차를 적분하여 출력

- 오차가 0 이 되면 적분 제어기는 이전 출력을 유지 (정상상태의 오차 제거능력 )

- 적분 이득 K 를 잘못 선정하면 오버 슈트 증가 , 불안정 가능

D : Differential (미분)

탁도의 표준시약 제조방법

먹는 물 수질공정시험방법

가) 정제수 (0.02 NTU)를 사용한다.

나) 황산히드라진 1.0 g을 100 ㎖ 용량의 마개 있는 메스플라스크에 넣고 물을 넣어 100 ㎖로 한다.

다) 헥사메틸렌테트라아민 10.0 g을 100 ㎖ 용량의 마개 있는 메스플라스크에 넣고 물을 넣어 100 ㎖로 한다.

라) 황산히드라진용액 5.0 ㎖와 헥사메틸렌테트라아민용액 5.0 ㎖를 섞어 실온에서 24시간 방치한 다음 물을 넣어 100 ㎖로 한다.(이 용액 1 ㎖는 탁도 400 NTU에 해당하며 1개월간 사용한다.)

마) 탁도표준원액을 잘 섞으면서 10.0 ㎖를 정확히 취하여 물로 정확히 10배 희석한다. 이용액은 탁도 40 NTU에 상당하며, 사용할 때에 만든다. 시판되는 탁도 표준용액(조제한 포르마진과 동등한 역가의 스티렌디비닐벤젠비드)을 사용 할 수 있다. 

 

KS M 9166

가) 세균학 연구에서 사용하는 여과지 형태 중 공극의 크기가 0.1 ㎛인 막 여과지를 100 ㎖ 증류수에 1시간 동안 적신다. 여과지를 통해 2501 ㎖의 증류수를 여과하고 거른 액을 버린다. 다음 500 ㎖의 증류수를 2번 반복하여 여과지를 통과시키고 표준용액 조제를 위해 거른 액을 보관한다.

나) 히드라진설페이트 1 g을 물에 녹여 100 ㎖되게 희석한다(용액 B). 이때 주의할 점은 히드라진설페이트는 독성이 있고 발암물질이 가능성이 있다.

다) 헥사메틸렌테트라아민 10 g을 물에 녹여 100 ㎖되게 희석한다.(용액 A)

라) 용액 A(5 ㎖)와 용액 B(5 ㎖)를 혼합한다. 25±3℃에 24시간 동안 방치한다. 다음에 방치한 용액을 100 ㎖되게 물로 희석한다. 포르마진 감쇠단위 또는 포르마진 탁도단위로 표현될 때 이 표준 원액의 탁도는 400 NTU이다. 이 용액은 25±3 ℃의 온도에서 어두운 곳에 보관하면 약 4주 동안 분해되지 않는다.

마) 측정하고자 하는 범위내에서 여러 가지 탁도의 표준 용액을 얻기 위해 피펫과 메스플라스크를 사용하여 표준원액을 물로 희석한다. 이렇게 만들어진 표준용액은 1주일 정도 안정하다. 

 

ISO 2027

가) 세균학 연구에서 사용하는 여과지 형태 중 공극의 크기가 0.1 ㎛인 막 여과지를 100 ㎖ 증류수에 1시간 동안 적신다. 여과지를 통해 2501 ㎖의 증류수를 여과하고 거른액을 버린다. 다음 500 ㎖의 증류수를 2번 반복하여 여과지를 통과시키고 표준용액 조제를 위해 거른액을 보관한다

나) 히드라진설페이트 0.5 g을 약 40 ㎖ 물에 녹인다.(경고-히드라진설페이트는 독성이 있고 발암물질이 가능성이 있다.)

다) 헥사메틸렌테트라이민 5.0 g을 약 40 ㎖ 물에 녹인다.

라) Formazine(C2H4N2) stock Ⅰsuspension(4,000 FAU)

(1) 두 용액을 100 ㎖ 용량플라스크에 넣고, 물로 희석하여 잘 혼합한다.

(2) 25±3 ℃에 24시간 동안 방치한다. 이 용액은 25±3 ℃의 온도에서 어두운 곳에 보관하면 약 4주 동안 안정하다.

마) Formazine(C2H4N2) stock Ⅱ suspension(400 FAU)

포르마진 stockⅠsuspension의 10 ㎖를 100 ㎖ 용량플라스크안에 피펫으로 취한 후 물로 희석한다. 이 용액은 25±3 ℃의 온도에서 어두운 곳에 보관하면 약 4주 동안 안정하다.

바) Diffuse-radiation calibration suspension(0～40 FNU)

측정하고자 하는 범위내에서 여러 가지 탁도의 표준 용액을 얻기 위해 피펫과 용량 플라스크를 사용하여 포르마진 stockⅠsuspension을 물로 희석한다. 이렇게 만들어진 표준용액은 1일 정도 안정하다.

사) Attenuated-radiation calibration suspension(40～4,000 FAU)

감쇠반사 측정을 위해 측정하고자 하는 범위내에서 여러 가지 탁도의 표준용액을 얻기 위해 피펫과 용량플라스크를 사용하여 포르마진 stockⅡ suspension을 물로 희석한다. 40～400 FAU범위의 용액은 25±3 ℃의 온도에서 어두운 곳에 보관하면 약 4주 동안 안정하다. 

 

EPA 180.1

가) 공극의 크기가 0.45 ㎛인 막여과지를 통과한 탈이온화된 증류수를 사용한다.

나) 히드라진설페이트 1.00 g을 100 ㎖ 용량플라스크에 물을 넣어 희석한다. (주의 : 발암물질)

다) 헥사메틸렌테트라아민 1.00 g을 100 ㎖ 용량플라스크에 물을 넣어 희석한다.

라) Stock standard suspension(Formazin)

(1) 100 ㎖ 용량플라스크에 두 용액 5.0 ㎖을 넣어 섞는다. 물로 희석한다.

(2) 25±3 ℃에 24시간 동안 방치하고 나서, 그 다음에 증류수를 가지고 희석한다. 이 용액은 한달 정도 안정하다.

마) Primary calibration standards

(1) Stock standard suspension을 10 ㎖ 취하여 증류수로 100 ㎖ 용량플라스크에 희석한다.

(2) 이 표준액의 탁도는 40 NTU로서 규정한다. 이 용액은 1일 안정하다.

바) 상업적으로 조제된 1차표준 용액에서의 포르마진은 필요한만큼 사용하거나 희석한다. 희석된 탁도표준용액은 매일 조제되어야 한다. 

 

JIS

가) 표준 카오린

(1) 카오린 약 10 g을 500 ㎖ 비이커에 넣고, 정제수 300 ㎖와 피로린산나트륨(Na4P2O7․10H2O) 0.2 g을 첨가하여 마그네틱 스틸러를 사용하여 3분간 잘 교반시킨다.

(2) 이것을 1 L용 메스실린더에 부어 정제수를 첨가하여 1 L로 한 후 1분간 잘 혼합되도록 흔들어 1시간 정치한다.

(3) 다음에 사이펀을 사용하여 액면으로부터 약 5 ㎝까지의 액을 흡입하고, 그 이하 15 ㎝가지의 액을 채취한다.

(4) 채취한 액을 원심분리하여(1500 RPM으로 약 10분간, 4일 이상 정치) 얻어진 침적물을 수용하여 증발 건조시킨 후 미세하게 분쇄하여 105～110 ℃로 3시간 건조시킨 후 용기에 넣어서 보관한다

나) 탁도표준원액(1,000 ㎎/L)

표준 카오린을 105～110 ℃로 3시간 건조하여 냉각시킨 후 이것을 1 g을 메스플라스크 1 L에 부어 정제수 800 ㎖와 포르말린(37 %) 10 ㎖를 첨가하여 여기에 정제수를 부어 전체량이 1 L가 되도록 한다.

다) 탁도표준액(100 ㎎/L)

탁도표준원액을 흔들어서 잘 혼합시켜 피펫을 사용하여 이것 100 ㎖를 메스플라스크 1 L에 넣고, 정제수를 첨가하여 1 L가 되게 한다.