KR100411475B1 - 정전 용량식 압력센서의 제조방법 및 이를 이용한 압력검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관로에 흐르는 유체/기체의 압력을 정확하게 검출토록 한 정전 용량식 압력센서의 제조방법을 제공하여 압력센서의 제조에 용이함을 도모하고, 이를 이용한 압력 검출 장치를 제공하여 압력 검출에 정확성을 기하도록 한 정전 용량식 압력센서의 제조방법 및 이를 이용한 압력 검출 장치에 관한 것으로서,

이러한 본 발명은, 금속 재료를 가공하여 하우징을 성형하는 제1공정, 하우징에 절연재(유리)를 용착시켜 절연부를 형성시키는 제2공정, 상기 절연부를 곡면으로 가공하고, 중심부에 오일 통로를 만드는 제3공정, 곡면으로 가공된 절연부의 단면을 래핑하는 제4공정, 래핑 후 세척을 수행하고, 수분 제거를 위해 건조시키는 제5공정, 상기 절연재의 표면에 알루미늄을 증기상태로 녹여 전극을 증착시키는 제6공정, 감지판 및 절연판을 용접시키는 제7공정, 오일 통로에 실리콘 오일을 충진시키는 제8공정, 오일 충진홀을 마감처리하고, 센서 하우징을 용접하는 제9공정을 통해 압력 센서를 제조함으로써, 압력센서의 제조에 용이함을 제공하고, 압력 검출에 정확성을 도모해준다.

Description

정전 용량식 압력센서의 제조방법 및 이를 이용한 압력 검출 장치{Method for manufacturing capacitance type pressure sensor and pressure detecting device by using the same}

본 발명은 정전 용량식 압력센서 및 이를 이용한 압력 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관로에 흐르는 유체/기체의 압력을 정확하게 검출토록 한 정전 용량식 압력센서의 제조방법 및 이를 이용한 압력 검출 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업현장에서의 자동화/성력화를 위해 없어서는 안돼는 필수 계장 기기중 하나가 압력 검출 기기이다.

이러한 압력 검출 기기는, 관로에 흐르는 유체/기체의 흐름을 검출하는 장비이다.

그러나 종래에 관로에 흐르는 유체/기체의 흐름을 검출하기 위한 센서 및 장치는 많이 제안되어 있으나, 그 구조가 상당히 복잡하여 제조에 어려움이 따랐으며, 특히 정확한 압력 검출을 측정하는 데에도 상당히 어려움이 따랐다.

따라서 본 발명은, 관로에 흐르는 유체/기체의 압력을 정확하게 검출토록 한 정전 용량식 압력센서의 제조방법을 제공하여 압력센서의 제조에 용이함을 도모하고, 이를 이용한 압력 검출 장치를 제공하여 압력 검출에 정확성을 기하도록 한 정전 용량식 압력센서의 제조방법 및 이를 이용한 압력 검출 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "정전 용량식 압력센서의 제조방법"은,

금속 재료를 가공하여 하우징을 성형하는 제1공정과;

상기 하우징에 절연재(유리)를 용착시켜 절연부를 형성시키는 제2공정과;

상기 절연부를 곡면으로 가공하고, 중심부에 오일 통로를 만드는 제3공정과;

상기 곡면으로 가공된 절연부의 단면을 래핑하는 제4공정과;

상기 래핑 후 세척을 수행하고, 수분 제거를 위해 건조시키는 제5공정과;

상기 절연재의 표면에 알루미늄을 증기상태로 녹여 전극을 증착시키는 제6공정과;

감지판 및 절연판을 용접시키는 제7공정과;

상기 오일 통로에 실리콘 오일을 충진시키는 제8공정과;

오일 충진홀을 마감처리하고, 센서 하우징을 용접하는 제9공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 "정전 용량식 압력 센서를 이용한 압력 검출 장치"는,

관로에 흐르는 유체/기체의 압력에 대응하는 정전 용량 신호를 발생하는 압력센서와;

상기 압력센서에서 출력되는 정전용량 신호를 주파수 신호로 변환하는 정전용량/주파수 변환부와;

상기 정전용량/주파수 변환부에서 변환된 주파수를 그에 상응하는 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와;

상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 검출 데이터와 이이피롬에 미리 저장된 파라메터를 비교하여 압력 상태를 판별하며, 판별한 압력 상태 데이터를 전송 및 디스플레이하기 위한 제어 데이터를 출력하는 중앙처리장치와;

상기 중앙처리장치에서 출력되는 압력 검출 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이 측으로 전달하는 디지털/아날로그 변환기와;

상기 중앙처리장치에서 출력되는 압력 검출 데이터를 외부 장치로 전송해주는 통신 처리부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 정전 용량식 압력센서의 구조를 보인 도면이고,

도 2는 본 발명에 의한 정전 용량식 압력센서의 제조 방법을 보인 공정 순서도이고,

도 3은 본 발명에 의한 정전 용량식 압력 센서를 이용한 압력 검출 장치의 구성을 보인 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ..... 압력센서

101 ..... 하우징

102 ..... 절연재(유리)

105, 106 ..... 전극

200 ..... 정전용량/주파수 변환부

300 ..... 아날로그/디지털 변환기

400 ..... 중앙처리장치

500 ..... 이이피롬

600 ..... 디지털/아날로그 변환기

700 ..... 통신 처리부

이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도면 도2는 본 발명에 의한 정전 용량식 압력센서의 제조 방법을 보인 공정 순서도이다.

이에 도시된 바와 같이, 금속 재료를 가공하여 하우징을 성형하는 제1공정과(S101); 상기 하우징에 절연재(유리)를 용착시켜 절연부를 형성시키는제2공정(S102)과; 상기 절연부를 곡면으로 가공하고, 중심부에 오일 통로를 만드는 제3공정(S103)과; 상기 곡면으로 가공된 절연부의 단면을 래핑하는 제4공정(S104)과; 상기 래핑 후 세척을 수행하고, 수분 제거를 위해 건조시키는 제5공정(S105)과; 상기 절연재의 표면에 알루미늄을 증기상태로 녹여 전극을 증착시키는 제6공정(S106)과; 감지판 및 절연판을 용접시키는 제7공정(S107)과; 상기 오일 통로에 실리콘 오일을 충진시키는 제8공정(S108)과; 오일 충진홀을 마감처리하고, 센서 하우징을 용접하는 제9공정(S109 ~ S110)으로 이루어진다.

첨부한 도면 도2는 본 발명에 의해 제조되는 정전 용량식 압력센서의 구조를 보인 것이다.

이하 첨부한 도면 도1 및 도2를 참조하여 정전 용량식 압력센서의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S101에서 열팽창 계수가 가장 적은 특수 금속 재료에 절연체를 만들어 주기 위한 홈 가공을 하여 하우징(101)을 만든다. 다음으로 단계 S102에서 상기 하우징(101)에 형성된 홈에 유전율의 변화가 적은 세라믹 계열의 절연재(고순도 유리)(102)를 용착시켜 절연부를 만들고, 단계 S103에서 고온의 열에 의한 표면부식 및 치수변동이 발생하므로 절연 다이아프램의 곡면을 가공하고, 중심부에 실리콘 오일(104)의 통로(103)를 형성한다.

이러한 구조는 가압시는 분포를 넓게 하여 센서가 안전하게 작동하도록 하고, 감압시는 시간의 지연을 주게되어 검출 특성을 양호하게 한다.

또한, 오일의 통로 끝단부는 90도 또는 30도 간격으로 성형하여 유통의 경로를 확보해준다. 이렇게 함으로써, 오일의 이동을 자유롭게 하면 센서의 응답성을 향상시킬 수 있다.

다음으로 단계 S104에서 다이아몬드 휠을 사용하여 마모와 연삭작용으로 상기 형성된 곡면을 정밀 가공한다(단면 래핑).

이후 단계 S105에서 세척을 수행하고, 세척후 수분을 제거하기 위해 건조기에 넣고 칸을 막을 발 위에서 소정 시간 건조를 수행한다.

이어 단계 S106에서 진공의 챔버속에서 상기 절연재(102)의 표면에 알루미늄을 증기상태로 녹여 피도물에 입히는 공정으로 전극(1050(106)을 증착시킨다.

상기 전극(105)(106)을 증착한 후에는 각각의 전극에 도선(107)(108)을 연결한다.

다음으로 단계 S107에서 0.02mm의 감지판(109) 및 절연판을 용접한다. 여기서 감지판(109) 및 절연판을 용접한 후에는 LEAK TEST를 수행하여 센서의 진공 상태를 확인한다.

여기서 실제적으로 본 발명에 의한 압력센서는 상기와 같은 과정으로 두개의 하우징을 제작하고, 이 두개를 포개어 그 사이에 압력의 크기에 비례하는 두께의 금속판(109)을 끼우고 기밀이 유지되는 정밀 용접을 한다.

아울러 단계 S108에서는 실리콘 오일(104)을 충진시킨다. 그리고 단계 S109에서는 오일 충진 홀(HOLE)을 마감 처리한다.

충진 홀 마감 처리 후에는 각 타입별 정해진 압력으로 가압, 감압을 반복하여 히스테리시스를 체크하고, CELL의 각 타입별 일정 압의 150%를 가하여 과압 테스트를 수행한다. 이러한 테스트를 거친 후 정상으로 판정되면, 단계 S110에서 완성된 셀을 하우징(101)에 용접하여 압력 센서를 제조하게 된다.

첨부한 도면 도2에서 미설명 부호 110은 센서 하우징(101)의 최외각에 용접되는 0.05mm의 스텐레스 굴곡판을 나타내며, 미설명 부호 111은 오일 충진 홀을 마감 처리하는 부분을 나타내며, 미설명 부호 112는 공통 전극을 나타내고, 미설명 부호 113은 압력센서의 온도를 일정하게 유지시켜주기 위해서 압력센서의 온도를 검출하는 온도 검출기를 나타낸 것이다.

이와 같이 제조된 압력센서는, 유체의 압력이 인가되면, 인가된 압력은 0.03t의 금속으로 제작된 플레이트에 의하여 눌러지고, 그 눌러지는 량(힘)은 실리콘 오일(104)에 의하여 전달되어, 감지판(109)이 눌러진다. 이때 곡면부에서 전기적인 용량이 변화하게 되고, 이 변화된 정전 용량은 압력과 비례하며 변화된 정전 용량을 전기적인 신호로 변환/연산을 하면 압력을 정확하게 측정할 수 있게 된다.

첨부한 도면 도3은 상기와 같은 방법으로 제조된 압력 센서를 이용하여 실제 압력 상태를 검출하는 장치를 보인 블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 관로에 흐르는 유체/기체의 압력에 대응하는 정전 용량 신호를 발생하는 압력센서(100)와; 상기 압력센서(100)에서 출력되는 정전용량 신호를 주파수 신호로 변환하는 정전용량/주파수 변환부(200)와; 상기 정전용량/주파수 변환부(200)에서 변환된 주파수를 그에 상응하는 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(300)와; 상기 아날로그/디지털 변환기(300)에서 출력되는 검출 데이터와 이이피롬(500)에 미리 저장된 파라메터를 비교하여 압력상태를 판별하며, 판별한 압력 상태 데이터를 전송 및 디스플레이하기 위한 제어 데이터를 출력하는 중앙처리장치(400)와; 상기 중앙처리장치(400)에서 출력되는 압력 검출 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이 측으로 전달하는 디지털/아날로그 변환기(600)와; 상기 중앙처리장치(400)에서 출력되는 압력 검출 데이터를 외부 장치로 전송해주는 통신 처리부(700)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 압력 센서를 이용한 진공 검출 장치는,

먼저 도면에는 도시하지 않았지만, 전원 공급부에서 입력되는 직류전원을 처리하여 장치 각 단에 필요한 구동 전원을 공급해준다.

다음으로, 전원이 공급되면 압력센서(100)는, 주지한 바와 같이, 유체의 압력이 인가되면, 인가된 압력은 0.03t의 금속으로 제작된 플레이트에 의하여 눌러지고, 그 눌러지는 량(힘)은 실리콘 오일(104)에 의하여 전달되어, 감지판(109)이 눌러진다. 이때 곡면부에서 전기적인 용량이 변화하게 되고, 이러한 정전 용량의 변화 신호를 정전용량/주파수 변환부(200)에 전달한다.

상기 정전용량/주파수 변환부(200)는, 전달되는 정전용량 신호를 그에 대응하는 주파수 신호로 변환을 하여 아날로그/디지털 변환기(300)에 전달한다.

여기서 정전용량/주파수 변환부(200)는 상기 도2에 도시된 온도 검출기(113)에 의해 검출된 온도에 따라 압력센서의 온도를 일정하게 유지시켜주는 작용도 병행한다.

상기 아날로그/디지털 변환기(300)는 전달되는 아날로그 주파수 신호를 그에 상응하는 디지털 신호로 변환을 하여 중앙처리장치(400)에 전달한다.

상기 중앙처리장치(400)는 이이피롬(500)에 미리 저장된 각종 파라메터 정보와 상기 아날로그/디지털 변환기(300)에서 전달되는 검출 데이터를 비교하여 압력 상태를 판별한다. 즉, 압력 값을 추출하게 되는 것이다.

이렇게 추출한 압력 값을 외부 장치로 전송해주기 위해서 중앙처리장치(400)는 통신 처리부(700)에 검출한 압력 값을 전달해주게 되고, 아울러 검출한 압력 상태를 디스플레이하기 위해서 상기 검출한 압력 값을 디지털/아날로그 변환기(600)에 전달해준다.

상기 통신 처리부(700)는 전달되는 압력 값을 통신 라인을 통해 외부 장치로 전송해주게 되며, 아울러 상기 디지털/아날로그 변환기(600)는 전달되는 디지털 압력 데이터를 그에 상응하는 아날로그 신호로 변환을 하여, 도면에는 도시하지 않았지만 후단의 디스플레이 장치에 전달해 줌으로써, 검출한 압력 값이 디스플레이 되는 것이다.

참고적으로, 본 발명에서는 HART PROTOCOL이라는 방식으로 통신을 하게되며, 이이피롬에는 직선성처리, 사용 렌지 정보, 센서 고유번호 자료, 실온 보상 정보, 센서 이상 상태 점검신호 등의 정보가 저장되어 있으며, 필요시 중앙처리장치는 이러한 저장 정보를 이용하여 해당 기능을 수행하게 된다.

이상에서 상술한 본 발명에 의한 "정전 용량식 압력센서의 제조 방법 및 이를 이용한 압력 검출 장치"에 따르면, 제조가 용이하고 정밀한 압력 측정이 가능한 정전 용량식 압력 센서를 제공해주는 이점이 있다.

또한, 이러한 압력 센서를 이용한 압력 검출 장치를 제공해줌으로써, 정확하게 압력을 측정할 수 있는 이점도 있다.

Claims (2)

1. 금속 재료를 가공하여 하우징을 성형하는 제1공정과;

   상기 하우징에 절연재(유리)를 용착시켜 절연부를 형성시키는 제2공정과;

   상기 절연부를 곡면으로 가공하고, 중심부에 오일 통로를 만드는 제3공정과;

   상기 곡면으로 가공된 절연부의 단면을 래핑하는 제4공정과;

   상기 래핑 후 세척을 수행하고, 수분 제거를 위해 건조시키는 제5공정과;

   상기 절연재의 표면에 알루미늄을 증기상태로 녹여 전극을 증착시키는 제6공정과;

   감지판 및 절연판을 용접시키는 제7공정과;

   상기 오일 통로에 실리콘 오일을 충진시키는 제8공정과;

   오일 충진홀을 마감처리하고, 센서 하우징을 용접하는 제9공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 압력센서의 제조 방법.
2. 관로에 흐르는 유체/기체의 압력에 대응하는 정전 용량 신호를 발생하는 압력센서와;

   상기 압력센서에서 출력되는 정전용량 신호를 주파수 신호로 변환하는 정전용량/주파수 변환부와;

   상기 정전용량/주파수 변환부에서 변환된 주파수를 그에 상응하는 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와;

   상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 검출 데이터와 이이피롬에 미리 저장된 파라메터를 비교하여 압력 상태를 판별하며, 판별한 압력 상태 데이터를 전송 및 디스플레이하기 위한 제어 데이터를 출력하는 중앙처리장치와;

   상기 중앙처리장치에서 출력되는 압력 검출 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이 측으로 전달하는 디지털/아날로그 변환기와;

   상기 중앙처리장치에서 출력되는 압력 검출 데이터를 외부 장치로 전송해주는 통신 처리부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정전 용량식 압력 센서를 이용한 압력 검출 장치.