Spinning Rotor Gauge(SRG)를 전달표준기(transfer standard gauge)로 사용하여 한국표준과학연구원(KRISS)의 고진공표준과 이태리 표준연구소인 IMGC(Istituto 야 Metrologia Gustavo Colonnetti)고진공표준의 국제비교를 실시하였다. 그 방법은 SRG의 accommodation coefficient(s)를 각 연구실의 고진공표준기로 측정하여 그 결과를 비교하였다. 이 결과 두 기관에서 교정한 SRG 볼의 $\sigma$값의 평균차이는 0.696%로서 양국의 고진공표준은 오차범위내에서 일치하는 것으로 나타났다.
한국표준과학연구원 진공연구실은 1983년 설립된 이후 초음파간섭 수은주압력계, 정적형 표준기 및 동적교정장치 등을 개발하여 저진공에서 초고진공까지 국가 진공표준의 확립 및 보급을 하고 있다. 본 연구에서는 각각의 진공표준기, 국제표준화기구의 권고에 의한 불확도 분석방법, 그리고 핵심측정표준 국제비교 및 국가간 상호비교 결과를 소개한다.
이번 성원에드워드 학술상 수상자 선정은, 진공기술의 중요성에 공감하고 진공기술 발전을 위한 노력을 독려하자는 진공학회 회원들의 의견을 모아주신 결과로 생각한다. 본 발표에서는 그동안 한국표준과학연구원에서 수행해 온 진공 기술 연구 및 산학연 협력 네트워크 활동을 소개하고자 한다. 진공기술은 진공 환경을 발생시키고 측정 제어하며, 만들어진 진공 환경 안에서 원하는 작업을 할 수 있도록 하는 기술을 말한다. 우리나라의 주력산업인 반도체 및 디스플레이의 경우 그 생산 설비의 1/3이상이 진공 장비이며 진공 공정을 통해 만들어진다. 때문에 우리나라에서는 주력 산업분야나 그 전후방 산업의 경쟁력 강화 측면에서 진공기술 개발 중요성이 아주 크다. 한국표준과학연구원은 국가 대표 측정 기관으로 국가 측정 표준을 확립하고 측정관련 과학기술을 연구개발하며 그 성과를 보급하여 경제발전과 과학기술발전, 그리고 삶의 질 향상에 기여하는 것을 임무로 하고 있다. 우리나라에서 진공 측정 표준에 대한 연구가 본격적으로 시작된 것은 1984년으로 불용 장비로 불하받은 펌프와 챔버, 그리고 차관으로 도입된 Capacitance Diaphragm Gauge 몇 개만으로 시작되었다. 지금은 발전을 거듭하여 초음파 간섭 수은주 압력계를 비롯하여 정적 팽창시스템, 동적 팽창 시스템 등 진공도 범위별 국가 표준기와 리크 표준기를 자체 개발 하여 국가 측정 표준을 확립하고 있다. 우리나라의 진공 표준 및 측정 능력은 국제기구인BIPM에서 실시하는 국가 측정능력 비교시험을 통해 세계 최고 수준으로 인정 받은 바 있으며 교정검사 등을 통해 산학연에 보급되고 있다. 진공 측정 및 표준기술을 토대로, 1999년부터 과학기술부와 산업자원부의 지원을 받아 산학연이 필요로 하는 펌프 계측기 부품 소재 및 공정 특성을 평가하기 위한 장치와 절차를 개발하였다. 이를 이용해 보급되는 기술 data는 진공부품 및 장비 국산화, 국산제품 신뢰성 제고, 검증부품 사용을 통한 장비 품질 향상, 독자적 장비 기술 확보, 생산품 품질관리 등에 쓰이고 있다. 한국 표준연구원 진공센터의 교정 및 시험 능력은 ISO 9001 인증 획득과 국제 전문가의 review를 거쳐, 국제기구 측정능력표에 등재되어 있어 국제적 신뢰도도 확보하고 있다. 정기적인 진공기술 교류회를 개최하고 진공기술 홈페이지를 운영 하는 등 산학연 정보 교류 및 협력 네트워킹 활성화를 위해 노력한 바 있으며 이 분야의 연구 성과는 '국가 우수 연구성과 100선'에 선정된 바 있고, 산업자원부 지정 '산학연 연계 우수사례' 첫 번째로 선정되기도 하였다. 2008년부터는 진공기술 교류회 등을 통한 네트워킹 활동으로 도출된 기술 수요에 따라 대기업과 중소기업 학교 연구소들과 함께 진공공정 실시간 측정 진단 기술과 센서 개발 연구, 그리고 이들 개발품의 신뢰성 검증 및 평가 기술 개발을 위해 노력하고 있다.
진공표준용기에서 압력을 측정하는 진공계의 위치는 측정압력으로부터 계산된 진공펌프의 배기속도가 진실한 값에 얼마나 가까운가를 결정하는 중요한 요소이다. 본 논문에서는 압력을 유효배기확률에 반비례하는 양으로 보아 해석적 방법으로 적절한 진공계위치를 계산하고 있다. 또 진공계가 차지하는 폭과 펌프의 고유배기확률이 압력(또는 배기속도)측정값의 정확도에 미치는 영향에 대해 논의한다.
한국표준과학연구원(Korea Research Institute of Standards and Science, KRISS)에는 초음파간섭 수은주압력계(ultrasonic interferometer manometer, UIM), 정적형표준기(static volume expansion system, SVES), 오리피스형 정압표준기(orifice-type dynamic expansion system, ODES) 등 세 개의 주요한 국가 진공표준기가 있다. 이 장치들의 불확도 평가를 위해 각각 변수들의 측정 및 계산 모델을 개발하였다. 국제표준화기구(International Organization for Standardization, ISO) 지침에 따라 표준기들의 확장불확도(expanded uncertainty, U)를 계산하였다.
스피닝 로터 게이지는 표준기관의 고진공 국제비교에 전달표준기로 상용되고 있으며, 고진공 국가표준기인 동적교정장치를 이용하여 스피닝 로터 게이지를 교정하였다. 교정 결과의 불확도를 국제표준화기구에서 권고한 A형 불확도, B형 불확도, 합성표준불확도, 확장불확도 등으로 구분하여 평가하는 방법을 제시하였다. 이 방법에 따라 평가한 스피닝 로터 게이지의 합성표준불확도는 $1.8007\times10^{-5}$ Pa ~$4.8422\times10^{-5}$ Pa 이었다.
국가표준기본법에 명시되어 있는 3대 표준분야는 측정표준, 성문표준, 참조표준이다. 특히, 참조표준은 엄밀한 평가 과정을 거쳐 그 신뢰성이 보장된 수치 데이터를 의미한다. 데이터의 신뢰성을 보장하기 위해서는 데이터의 평가기준 수립, 평가기준에 의거한 데이터 평가 과정을 거쳐야 한다. 이러한 체계를 갖추기 위하여 국가참조표준센터가 2006년에 설립되었으며 2010년 현재 17개의 데이터센터가 지정되어 각 담당 분야별로 참조표준을 확립하기 위한 작업을 수행하고 있다. 본 발표에서는 참조표준의 개념, 체계 그리고 현황에 대해 알아보고자 한다.
부피가 다른 세 개의 진공용기를 조합하여 정적법 (static expansion method)을 이용한 중진공영역의 국가표준기를 개발하였다. 이 장치를 이용하여 133pa 범위의 용량형 진공게이지 (capacitance diaphragm gauge)를 교정하여 국제표준화기구의 측정불확도 표현지침에 따라 분석하였다. 그 결과 표준압력 0.553Pa에서의 확장불확도 (expanded uncertainty)가 95% 신뢰수준 (confidence level), 포함인자 (coverage factor) k=2에서 $2.628\times10^{-3}Pa$로 우수한 성능을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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