KR100411476B1 - 정전 용량식 진공센서의 제조방법 및 그 진공 센서를이용한 진공 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저 진공부터 중진공까지의 진공 상태를 최적으로 검출할 수 있는 진공 센서의 제조 방법 및 그 진공 센서를 이용한 진공 검출 장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 열에 의한 팽창계수가 적은 금속 용기(금속 케이스)에 고순도 절연체(유리)를 채우고, 제1 및 제2 전극을 증착한 후, 각각의 전극에서 도선을 인출하며, 상기 금속 용기 내에는 진공을 유지할 수 있는 게터를 설치하고, 전극의 면과 사선으로 멤부레인을 설치한 후 진공 흡입관을 통하여 진공을 만드는 방법으로 진공 센서를 제조하고, 진공에서 흡입이 되면 멤부레인이 흡입량에 비례한 당김 현상으로 일측 방향으로 변형되며, 이때 제1전극과 제2전극의 정전 용량의 변화를 주파수로 변환하고, 그 주파수를 진공도로 환산하면 진공 상태를 정확히 검출할 수 있게 된다.

Description

정전 용량식 진공센서의 제조방법 및 그 진공 센서를 이용한 진공 검출장치{Method for manufacturing capacitance type vacuum sensor and vacuum detecting device by using the same}

본 발명은 정전 용량식 진공 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저 진공부터 중진공까지의 진공 상태를 최적으로 검출할 수 있는 진공센서의 제조 방법 및 그 진공 센서를 이용한 진공 검출 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 생산품의 부식/산화/변질 등을 방지하기 위한 방법은 많으나, 그 중에서 진공 용기 내에 보관 및 생산 공정을 유지하는 것이 가장 이상적이다.

진공이 필요한 밀폐된 용기/파이프라인 등의 시설물에는 여러 가지 방법으로 진공을 유지하기 위한 방법이 이용되고 있으며, 진공된 상태를 인지할 수 있는 센서는 복잡하고 고도의 기술을 요구한다.

따라서 본 발명은 저 진공부터 중진공까지의 진공 상태를 최적으로 검출할 수 있는 진공센서의 제조 방법 및 그 진공 센서를 이용한 진공 검출 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

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

절연체(유리)를 성형하기 위해 외형 금속 케이스를 일차 선반 가공하는 제1공정과;

금속 하우징에 글라스, 전극 도선, 세라믹을 조립하여 글라스 성형곡선에 의해 성형하는 제2공정과;

성형된 절연체 케이스를 열처리하여 표면 산화된 금속을 가공하고 성형된 유리를 평면으로 가공하는 제3공정과;

절연부 곡면부위를 가공한 후 상기 절연부 곡면 테두리를 가공하는 제4공정과;

가공 공정이 완료된 절연부를 탈지 세척한 후 항온조에 소정시간 건조시키는 제5공정과;

상기 절연부의 소정 위치에 알루미늄을 증착시켜 전극을 형성시키는 제6공정과;

금속 플레이트를 정밀 선반 가공하는 제7공정과;

상기 선반 가공된 금속 플레이트에 진공흡입관, 겟터하우징, 전극 도선 케이스를 정밀 용접하는 제8공정과;

상기 전극 도선과 유리를 금속케이스에 조립하여 성형하는 제9공정과;

게터를 삽입시키고, 미세 홀이 가공되어 있는 다이어프램을 상기 금속 하우징에 스폿용접하는 제10공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 "정전 용량식 진공센서를 이용한 진공 검출 장치"는,

흡입량에 대응하는 정전 용량 신호를 발생하는 진공센서와;

진공 검출 장치의 필요 부분에 구동용 전원을 공급해주는 전원 공급부와;

상기 전원 공급부에서 필요한 전원을 공급받고, 검출된 온도에 따라 히터 발열을 제어하는 온도 조절부와;

상기 온도 조절부의 제어에 따라 발열하여 온도를 항온으로 유지시켜주고, 상기 진공센서의 온도를 검출하여 상기 온도 조절부에 전달하는 히터 및 온도 센서와;

상기 진공 센서에서 출력되는 정전용량 신호를 주파수 신호로 변환하는 정전용량/주파수 변환부와;

상기 정전용량/주파수 변환부에서 변환된 주파수를 디지털 포트를 통해 읽어들이고, 그 읽어들인 주파수 신호를 진공도로 환산하여 진공 상태를 판별하며, 판별한 진공 상태 데이터를 저장, 전송 및 디스플레이하기 위한 제어 데이터를 출력하는 제어부와;

상기 제어부에서 출력되는 진공 검출 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이 측으로 전달하는 디지털/아날로그 변환부와;

상기 제어부에서 출력되는 진공 검출 데이터를 저장하는 메모리와;

상기 제어부에서 출력되는 진공 검출 데이터를 외부 장치로 전송해주는 통신 처리부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 정전 용량식 진공센서의 구조도이고,

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

도 3은 본 발명에 의한 정전 용량식 진공센서를 이용한 진공 검출 장치의 구성을 보인 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ..... 진공센서

101 ..... 금속 용기(금속 케이스)

102 ..... 절연체(유리)

103, 104 ..... 제1 및 제2 전극

105 ..... 게터

106 ..... 멤부레인

107 ..... 진공흡입관

300 ..... 온도 조절부

400 ..... 정전용량/주파수 변환부

600 ..... 제어부

800 ..... 메모리

900 ..... 통신 처리부

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

첨부한 도면 도2는 본 발명에 의한 정전 용량식 진공센서의 제조방법을 보인 공정 순서도이다.

이에 도시된 바와 같이, 절연체(유리)를 성형하기 위해 외형 금속 케이스를 일차 선반 가공하는 제1공정(S101)과; 금속 하우징에 글라스, 전극 도선, 세라믹을 조립하여 글라스 성형곡선에 의해 성형하는 제2공정(S102)과; 성형된 절연체 케이스를 열처리하여 표면 산화된 금속을 가공하고 성형된 유리를 평면으로 가공하는 제3공정(S103)과; 절연부 곡면부위를 가공한 후 상기 절연부 곡면 테두리를 가공하는 제4공정(S104 ~ S105)과; 가공 공정이 완료된 절연부를 탈지 세척한 후 항온조에 소정시간 건조시키는 제5공정(S106)과; 상기 절연부의 소정 위치에 알루미늄을 증착시켜 전극을 형성시키는 제6공정(S107)과; 금속 플레이트를 정밀 선반 가공하는 제7공정(S108)과; 상기 선반 가공된 금속 플레이트에 진공흡입관, 겟터하우징, 전극 도선 케이스를 정밀 용접하는 제8공정(S109)과; 상기 전극 도선과 유리를 금속케이스에 조립하여 성형하는 제9공정(S110)과; 게터를 삽입시키고, 미세 홀이 가공되어 있는 다이어프램을 상기 금속 하우징에 스폿용접하는 제10공정(S111 ~S112)으로 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 정전 용량식 진공센서의 제조 방법은, 먼저 단계 S101에서 진공센서의 절연체를 만들어주기 위한 금속 하우징을 가공한다, 즉, 절연체(유리)를 성형하기 위해 외형 금속 용기(101)를 선반 가공한다.

다음으로 단계 S102에서 상기 금속 하우징에 글라스(유리), 전극 도선, 세라믹을 조립하여 유리 성형 곡선에 의해 성형을 한다.

다음으로 단계 S103에서 절연체가 성형된 금속 용기를 열처리하여 표면 산화된 금속을 가공하고, 성형된 유리를 평면으로 가공한다.

아울러 단계 S104 및 단계 S105에서 감지 멤부레인이 작동할 수 있는 최적의 곡면부위를 가공하고, 상기 감지 멤부레인을 절연부와 용접시 감지 멤부레인이 최상의 평탄도를 유지시킬 수 있는 단면을 만드는 공정을 수행한다.

이후 단계 S106에서 가공 공정이 끝난 절연부를 가공시 오염된 표면을 깨끗하게 탈지 세척한 후, 항온조(80℃)에서 24시간 건조한 후 내부 오염물의 유출을 확인하는 과정으로 최상의 절연부를 완성시킨다.

즉, 전술한 단계 S101 내지 S106의 과정은 절연체를 제작하는 과정을 보인 것이다, 절연체는 열팽창 계수가 적은 금속의 케이스에 유리를 용착하여 만든다. 이때 금속과 유리의 접착이 확실해야 하고 전혀 리크가 발생되지 않도록 하여야 한다. 또한 전극의 도선/흡입구의 세라믹 도관 등과의 용착이 용이하고 균열이 없어 한다.

한편, 금속 용기는 클리닝 공정에 의한 표면의 이물질을 제거한 후 완전 건조한다. 다음으로 유리의 용착이 용이하도록 금속의 표면에 부식층을 만든다. 이어 적당량의 유리와 전극 도선을 삽입한 후 밀폐형 전기로에 삽입한다. 다음으로 곡면 연삭 가공 방법에 의해 형상 가공을 한다.

다음으로, 단계 S107에서 정전 용량방식의 C값을 측정할 수 있는 전극을 만들어주는 공정을 수행한다. 즉, 절연체(유리)에 알루미늄을 진공 증착시켜 2개의 전극을 증착시킨다.

부연하면, 절연체 표면 위에 진공 증착기로 알루미늄 전극을 2개 증착시키고, 그 증착된 알루미늄을 400℃에서 열처리한다. 여기서 전극과 도선의 연결 관계를 확인하여 접촉 저항이 0.5Ω이하가 되도록 한다.

이렇게 하여 절연부를 제조하고, 다음으로 센서 내부의 최적공간을 고진공 상태로 만들어 주고 유지하는 고진공 챔버(Chamber)를 제작한다.

즉, 단계 S108에서 진공흡입관, 게터 하우징, 전극 도선을 고정시켜주고, 최적의 공간을 만들기 위해 금속 플레이트를 정밀 선반 가공한다.

다음으로 단계 S109에서 정밀 가공한 금속 플레이트에 진공흡입관, 게터하우징, 전극 도선 케이스를 정밀 용접한다(Welding).

이어 단계 S110에서 절연부의 전극을 외부로 연결할 수 있는 전극부를 제작한다. 이 경우에도 상기 절연부와 마찬가지로 전극 도선과 유리를 금속 용기에 조립하여 유리 성형하는 공정이다.

다음으로 단계 S111에서 고진공 유지를 결정짓는 주요 소재인 게터를 삽입시킨다.

마지막으로, 단계 S112에서 진공도를 감지할 수 있도록 진공 연결부와 감지 멤부레인을 설치할 수 있도록 금속 하우징을 가공한다. 여기서 감지 멤부레인이 최상으로 작동할 수 있도록 미세 홀이 가공되어 있는 다이어프램(Diaphragm)을 금속 하우징에 정밀하게 스폿용접을 해야 한다.

즉, 멤부레인을 설치하고, 배면의 게터 홀에 게터를 넣고 밀봉한다. 다음으로 진공 흡입구에 진공 펌프를 연결하고 진공을 기밀에서 밀봉한다. 이후 게터를 작동시킨다.

이러한 과정으로 진공센서 메커니즘 부분을 완료하게 된다.

첨부한 도면 도2는 상기와 같이 제조되는 정전 용량식 진공센서의 구조도이다.

이에 도시된 바와 같이, 열에 의한 팽창계수가 적은 금속 용기(금속 케이스)(101)에 고순도 절연체(유리)(102)를 채우고, 제1 및 제2 전극(103)(104)을 증착한 후, 각각의 전극(103)(104)에서 도선을 인출한다.

다음으로 금속 용기(101)내에는 진공을 유지할 수 있는 게터(105)를 설치하고, 전극의 면과 사선으로 멤부레인(106)을 설치한 후 진공흡입관(107)을 통하여 진공을 만든다.

이 상태에서 진공(108)에서 흡입이 되면 멤부레인(106)은 흡입량에 비례한 당김 현상으로 일측 방향으로 변형되고, 이때 제1전극(103)과 제2전극(104)의 정전 용량이 감소된다.

이렇게 얻어지는 정전용량 신호를 주파수로 변환하고, 그 주파수를 진공도로환산하면 진공 상태를 정확히 검출할 수 있게 된다.

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

이에 도시된 바와 같이, 흡입량에 대응하는 정전 용량 신호를 발생하는 진공센서(100)와; 진공 검출 장치의 필요 부분에 구동용 전원을 공급해주는 전원 공급부(200)와; 상기 전원 공급부(200)에서 필요한 전원을 공급받고, 검출된 온도에 따라 히터 발열을 제어하는 온도 조절부(300)와; 상기 온도 조절부(300)의 제어에 따라 발열하여 온도를 항온으로 유지시켜주고, 상기 진공센서(100)의 온도를 검출하여 상기 온도 조절부(300)에 전달하는 히터 및 온도 센서(400)와; 상기 진공센서(100)에서 출력되는 정전용량 신호를 주파수 신호로 변환하는 정전용량/주파수 변환부(500)와; 상기 정전용량/주파수 변환부(500)에서 변환된 주파수를 디지털 포트를 통해 읽어들이고, 그 읽어들인 주파수 신호를 진공도로 환산하여 진공 상태를 판별하며, 판별한 진공 상태 데이터를 저장, 전송 및 디스플레이하기 위한 제어 데이터를 출력하는 제어부(600)와; 상기 제어부(600)에서 출력되는 진공 검출 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이 측으로 전달하는 디지털/아날로그 변환부(700)와; 상기 제어부(600)에서 출력되는 진공 검출 데이터를 저장하는 메모리(800)와; 상기 제어부(600)에서 출력되는 진공 검출 데이터를 외부 장치로 전송해주는 통신 처리부(900)로 구성된다.

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

먼저 전원 공급부(200)에서 입력되는 직류전원(DC24V)을 처리하여 장치 각단에 필요한 구동 전원을 공급해준다.

다음으로, 전원이 공급되면 온도 조절부(300)는 히터 및 온도 센서(400)에서 검출된 온도에 따라 히터(400)를 제어하여 항상 일정 온도가 유지되도록 한다.

진공 상태를 검출하는 과정은 다음과 같다.

진공센서(100)에서 흡입이 되면 멤부레인은 흡입량에 비례한 당김 현상에 의해 특정 방향으로 변형이 되며, 이때 제1 및 제2 전극의 정전 용량이 변화된 신호가 정전용량/주파수 변환부(500)에 전달된다.

상기 정전용량/주파수 변환부(500)는, 전달되는 정전용량 신호를 그에 대응하는 주파수 신호로 변환을 하여 제어부(600)에 전달하게 되고, 제어부(600)는 그 전달되는 주파수 신호를 아날로그/디지털 포트(도면에는 미도시)를 통해 디지털 신호로 변환을 한다. 이후 변환된 신호를 진공도로 환산하여 진공 상태를 판별한다.

아울러 판별된 진공 검출 데이터를 메모리(800)에 저장하고, 이를 외부 장치로 전송하고자 하면 통신 처리부(900)에 전달해준다. 아울러 검출한 진공 상태의 디스플레이를 위해 디지털/아날로그 변환부(700)에 진공 검출 데이터를 전송한다.

상기 통신 처리부(900)는 전달되는 진공 검출 데이터를 RS-485/RS-422 통신 방식을 통해 외부 장치로 전송해준다.

그리고 디지털/아날로그 변환부(700)는 상기 입력되는 진공 검출 데이터를 그에 상응하는 아날로그 신호로 변환을 하여, 후단의 디스플레이장치에 전달을 해줌으로써, 검출된 진공 상태가 디스플레이 되도록 한다.

이상에서 상술한 본 발명에 의한 "정전 용량식 진공센서 제조 방법 및 이를 이용한 진공 검출 장치"에 따르면, 최적의 진공 센서를 제조할 수 있으므로, 저 진공부터 중진공까지의 진공 상태를 정확히 검출할 수 있는 이점이 있다.

또한, 센서의 구조가 간단하고 제작이 용이한 정전 용량식 진공 센서를 제공해주는 이점도 있다.

Claims (3)

1. 절연체(유리)를 성형하기 위해 외형 금속 케이스를 일차 선반 가공하는 제1공정과;

   금속 하우징에 글라스, 전극 도선, 세라믹을 조립하여 글라스 성형곡선에 의해 성형하는 제2공정과;

   성형된 절연체 케이스를 열처리하여 표면 산화된 금속을 가공하고 성형된 유리를 평면으로 가공하는 제3공정과;

   절연부 곡면부위를 가공한 후 상기 절연부 곡면 테두리를 가공하는 제4공정과;

   가공 공정이 완료된 절연부를 탈지 세척한 후 항온조에 소정시간 건조시키는 제5공정과;

   상기 절연부의 소정 위치에 알루미늄을 증착시켜 전극을 형성시키는 제6공정과;

   금속 플레이트를 정밀 선반 가공하는 제7공정과;

   상기 선반 가공된 금속 플레이트에 진공흡입관, 겟터하우징, 전극 도선 케이스를 정밀 용접하는 제8공정과;

   상기 전극 도선과 유리를 금속케이스에 조립하여 성형하는 제9공정과;

   게터를 삽입시키고, 미세 홀이 가공되어 있는 다이어프램을 상기 금속 하우징에 스폿용접하는 제10공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 정전 용량식진공센서의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제5공정은,

   80℃의 항온조에서 24시간 건조시켜 내부 오염물의 유출시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 진공센서의 제조 방법.
3. 흡입량에 대응하는 정전 용량 신호를 발생하는 진공센서와;

   진공 검출 장치의 필요 부분에 구동용 전원을 공급해주는 전원 공급부와;

   상기 전원 공급부에서 필요한 전원을 공급받고, 검출된 온도에 따라 히터 발열을 제어하는 온도 조절부와;

   상기 온도 조절부의 제어에 따라 발열하여 온도를 항온으로 유지시켜주고, 상기 진공센서의 온도를 검출하여 상기 온도 조절부에 전달하는 히터 및 온도 센서와;

   상기 진공 센서에서 출력되는 정전용량 신호를 주파수 신호로 변환하는 정전용량/주파수 변환부와;

   상기 정전용량/주파수 변환부에서 변환된 주파수를 디지털 포트를 통해 읽어들이고, 그 읽어들인 주파수 신호를 진공도로 환산하여 진공 상태를 판별하며, 판별한 진공 상태 데이터를 저장, 전송 및 디스플레이하기 위한 제어 데이터를 출력하는 제어부와;

   상기 제어부에서 출력되는 진공 검출 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이 측으로 전달하는 디지털/아날로그 변환부와;

   상기 제어부에서 출력되는 진공 검출 데이터를 저장하며 각종 파라메터가 저장된 메모리와;

   상기 제어부에서 출력되는 진공 검출 데이터를 외부 장치로 전송해주는 통신 처리부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정전 용량식 진공센서를 이용한 진공 검출 장치.