KR0160600B1 - 백금온도센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 백금온도센서는 뛰어난 열감도를 나타낸다. 본 발명의 센서는 한쪽 단부에 지지부를 갖는 절연기판을 포함한다. 발멸부가 상기 기판의 다른쪽 단부에 백금막 회로로 형성되어 있다. 낮은 열전도성을 가진 재료로 만들어진 피복물이 절연기판의 지지부 상에 형성되어져서 지지부로부터 열의 분산을 억제한다. 제1열-절연 틈은 백금막 회로와 발열부의 단부 사이에 형성되어 있으며, 제2열-절연 틈은 백금막 회로와 피복물 사이에 형성되어 있다.

Description

백금온도센서
제1(a)도는 본 발명의 구현예에 따른 백금온도센서의 단면도이다.
제1(b)도는 제1(a)도에 나타낸 온도센서의 평면도이다.
제1(c)도는 백금온도센서내의 백금막 회로를 좀 더 자세히 나타낸 평면도이다.
제2(a)도는 백금온도센서에서의 열분포를 보여주는 그래프이다.
제2(b)도는 공지된 백금온도센서에서의 열분포를 보여주는 그래프이다.
제3도는 공지된 백금온도센서의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 백금온도센서 16 : 제1열-절연틈
12 : 지지부 22 : 제2열-절연틈
13 : 절연기판 21 : 피복물
14 : 백금막 회로
본 발명은 백금온도센서에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 주위 온도의 측정을 위한 온도센서 및 기류의 속도를 측정하기 위한 기류센서로 이용되며 뛰어난 열감도를 갖는 백금온도센서에 관한 것이다.
백금온도센서가 보통의 온도센서로 사용될 때에는 백금온도센서가 비교적 저온에서 작동하므로 발열부에서 거의 열을 발생하지 않는다. 즉, 발열부를 통과하는 기류를 제한시켜 발열부는 실질적으로 센서를 둘러싼 주위온도로 유지된다.
반면에, 백금온도센서가 기류 센서로 사용될 경우에는, 발열부가 흐르는 공기의 온도보다 약 200℃나 높은 온도에서 유지되어야 한다. 기류가 발열부를 지나갈 때, 발열부는 기류의 속도에 따라 열손실이 생긴다. 결과적으로, 발열부의 온도가 떨어지며 센서의 저항성이 또한 바뀐다. 따라서, 백금온도센서에 의해 기류속도가 측정되어 진다.
제3도는 통상적인 백금온도센서 1을 나타내는 단면도이다. 온도센서 1은 절연기판 3을 갖는다. 절연기판 3은 한쪽 단부에 지지부 2를 갖는다. 발열부를 형성하는 백금막 회로 4는 절연기판 3의 다른쪽 단부에 형성되어 있다. 백금막 회로 4는, 절연기판 3위에 백금막을 형성한 후 초소형 전자 가공기술로 상기 백금막을 원하는 형태로 가공함으로써 형태가 완성된다. 예를 들어 금으로 만들어진 전극 5가 백금막 회로 4의 한쪽 단부에 형성되어 있다. Ni/Pt-피복된 선인 리드선 6은 예를 들어 각각 전극 5에 접속되어 있다. 리드선 6의 접속부는 유리로 피복되어 유리 고정물(glass ficture) 7을 형성한다. 백금막 회로 4는 보호유리 8로 피복되어 있다.
상기에 설명된 통상적인 백금온도센서 1에서, 절연기판 3은 비교적 열전도성이 큰 알루미나로 만들어져 있다. 이것은 절연기판의 높은 열전도성이 측정되는 온도변화에 대한 반응속도를 개선시키기 때문이다. 그러나, 높은 열전도성은 백금막 회로 4에서 발생되는 열을 절연기판을 통해 백금온도센서와 연결된 외부 구조, 즉 외부 대기로, 전달하는 역할도 한다. 결과적으로, 백금막 회로 4로 형성된 발열부로부터 열의 대부분이 분산된다. 게다가, 백금막 회로 4에 의해 발생된 열도 감소된다. 그러므로, 이런 통상적인 온도센서는 열에 대한 그 감도가 일반적으로 떨어진다는 문제점을 가지고 있다.
발명의 배경과 관계가 있는 다른 종류의 온도센서들은 미국 특허 제 5,197,804호; 제 4,375,056호; 및 제 4,464,646호 등에 공개되어 있으며, 이런 공개 자료들은 본 발명에서 참고로 활용하였다.
특히 기류 센서에서, 센서의 감도를 향상시키기 위하여, 발열부가 높은 열 전도성을 가진 기판상에 지지되어 발열부가 전제적으로 일정한 온도분포를 나타내는게 하는 것이 바람직하다.
발열부에서 발생된 열이 분산되는 것을 막아서, 센서가 기류 이외의 다른 요소들에 의해 발열부로부터 열을 손실시키지 않는 것 또한 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 목적은 우수한 열감도를 나타내는 백금온도센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 백금온도센서는, 그 한쪽 단부에 지지부를 갖는 절연기판; 상기 기판의 다른쪽 단부에 형성되며 발열부를 구성하는 백금막 회로; 및 상기 절연기판의 지지부상에 형성되며 낮은 열전도성을 갖는 재료로 만들어진 피복물을 포함한다. 백금막 회로의 한쪽 단부와 발열부 사이에는 제1열-절연 틈(gap)이 형성되어져 있으며 백금막 회로와 피복물 사이에는 제2열-절연 틈이 형성되어져 있다.
본 백금온도센서에서, 절연기판의 지지부에서의 열의 분산은 피복물과 제1, 제2열-절연 틈에 의해 억제된다.
낮은 열전도성 재료로 만들어진 피복물로 피복된 지지부가 열을 절연해 줌으로써, 백금온도센서는 열분산 문제를 증가시키지 않으면서 상기 지지부를 통해 복합재료 회로 기판 등에 부착될 수 있다.
결과적으로, 백금막 회롤 형성되는 발열부에서의 열 분산이 감소되어, 발열부는 고온으로 유지될 수 있다. 그러므로 본 발명에서, 측정되어질 기류에 대한 백금온도센서의 감도가 향상될 수 있다.
더욱이, 발열부에서의 열의 발생이 향상되므로, 발열부의 면적이 감소될 수 있다. 이것이 발열부 전체의 온도분포를 보다 균일하게 만들 수 있다. 즉, 고온부가 발열부의 대부분을 구성하게 될 것이다. 발열부의 온도가 높아질수록 열에 대한 감도가 강화되기 때문에, 발열부 면적의 감소 또한 열에 대한 감도를 증가시킨다.
본 발명의 다른 장점들과 형태들은 첨부된 도면을 참고로 하는 하기의 본 발명의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
제1(a)도~제1(c)도를 참고로 하여, 본 발명의 구현예를 자세히 설명할 것이다. 백금온도센서 11은 절연기판 13 및 상기 절연기판 13에 의해 지지되는 백금막 회로 14를 포함한다.
절연기판 13에는 여러 가지 재료들이 이용될 수 있다. 백금온도센서 11이 주위온도르 측정하기 위해서 뛰어난 열감도를 갖는 것이 요구되는 경우에는, 절연기판 13이 알루미나, 질화 알루미늄 들의 높은 열전도성을 가진 재료로 만들어지는 것이 적당하다. 이런 재료들은 온도변화에 민감하게 반응할 수 있다.
절연기판 13은 기판 13의 한쪽 단부에 지지부 12를 갖는다. 백금막 회로 14는 기판 13의 다른쪽 단부에 위치해 있다. 백금막 회로 14는 두 개의 단부 15를 가지며, 발열부 24를 형성하는 꼬불꼬불한 패턴(meandering pettern)을 갖는다. 제1열-절연 틈(빈 공간) 16은 상기 두 개의 단부 15와 발열부 24사이에 형성되어 제1열-절연틈 16의 양쪽의 전기통로 25가 상기 단부들 15와 발열부 24의 꼬불꼬불한 패턴의 양 단부사이를 각각 연결시킨다. 제1열-절연 틈 16은 전기통로 25들 사이에 삽입되어져 있다. 전기통로 25는 꼬불꼬불한 패턴의 폭 W와 실질적으로 같은 폭를 갖는 것이 바람직하다. 예로써 백금막 회로 14가 9.5㎜ × 2㎜의 크기를 갖는 경우, 제1열-절연 틈 16은 제1(c)도에 나타난 것처럼 1.5㎜ × 1.0㎜의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
전극 17은 단부 15상에 형성되어져 있으며, 예를 들어 Ni/Pt-피보된 선인 리드선 18은 상기 전극 17에 각각 접속되어져 있다. 유리고정물 19는 리드선 18의 접속부를 덮도록 형성되어 있다. 보호유리 20은 백금막 회로 14를 덮기 위해서 형성되어 있다. 보호유리 20은 열-절연 틈 16을 막지않는 것이 바람직하다.
피복물 21은 절연기판 13의 지지부 12를 덮고 있고 제2열-절연 틈 22는 단부 15와 피복물 21사이에 형성되어 있다. 피복물 21은 절연기판 13의 열전도성보다 낮은 열전도성을 가진 재료로 만들어져서 피복 21이 절연 기판 13을 열적으로 차단시킨다. 낮은 열전도성 재료의 예는 무기 세라믹, 산화지르코늄(ZrO2), 및 에폭시-폴리아미드 혼합수지등이 포함된다. 제2열-절연 틈 22는 단부 15의 모서리와 피복물 21의 모서리에 의해 생성되는 홈이다. 제2열-절연 틈 22의 폭은 가능한 넓은 것이 바람직하다.
전술된 백금막 회로 14는 하기의 방법에 의해 제조되어 진다. 백금막은 스크린 인쇄 혹은 스퍼터링(sputtering) 기술에 의해 절연기판 13 상에 전제적으로 형성된다. 그후, 백금막은 드라이 에칭(dry etching)이나 레이져 처리공정에 의해 모양이 형성되어 꼬불꼬불한 패턴, 제1열-절연 틈 및 단부 15를 형성한다.
제2(a)도는 제1(a)도~제1(c)도의 백금온도센서의 열분포도이다. 열분포는 길이방향으로 중앙의 축을 따라 측정되었다. 제2(b)도는 통상적인 백금온도센서의 열분포도로서 비교를 위해 제2(a)도와 똑같은 조건들에서 측정되었다. 이 도면들에서, 각 축들의 단위는 가변적이다. 가로축은 길이방향을 따라 백금온도 센서 상에서의 상대 위치를 나타내었고 세로축은 백금온도센서의 표면온도를 나타내었다. 점선은 백금온도센서의 평면도를 나타낸 것이다. 제2(a)도에서 관찰되는 것처럼 표면온도가 제1열-절연 틈 16에 상응하는 위치에서 급격히 떨어졌다. 이것은 발열부 24로부터의 열의 분산이 제1열-절연 틈 16에 의해 효과적으로 억제된다는 것을 의미한다. 반면, 통상적인 온도센서의 열분포를 나타내는 제2(b)도에서는 이런 표면온도의 급격한 강하가 관찰되지 않았다.
백금막은 원래 뛰어난 열전도체이므로, 발열부보다 다른 부분들이 원하지 않는 분산의 통로가 된다. 그러므로, 이런 통로의 열 차단은 열의 분산을 감소시킨다. 특별히, 제1온도-절연 틈 16은 전극 17, 유리고정물 19, 그리고 리드선 18에 대한 발열부 24로부터의 열의 분산을 억제한다. 제2온도-절연 틈 22는 지지부 12와 피복물 21에 대한 단부 15로부터의 열의 분산을 억제한다.
게다가, 지지부 12로부터의 열 분산은 피복물 21에 의해 억제된다. 이것은 백금막 회로 14에 의한 열의 보존을 증진시킨다. 이런 억제는 백금온도센서의 지지부가 비교적 높은 열전도성을 가진 기판이나 지지물에 부착되어 있을 경우에 특별히 유용하다.
따라서, 백금온도센서의 열에 대한 감도가 보다 향상될 수 있다.
피복물과 제1, 및 제2열-절연 틈을 가진 백금온도센서가 본 발명의 구현예로 설명되었으나, 피복물, 제1열-절연 틈, 혹은 제2열-절연 틈 중 하나 만으로도 백금온도센서에 유리하게 작용할 수 있음을 분명히 이해하여야 한다.
상기 구현예를 통해 본 발명을 상세히 설명하였지만, 다양한 변형과 응용이 가능함은 당업자에게 명백해질 것이며, 본 발명은 특허 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (4)

  1. 한쪽 단부에 지지부를 갖는 절연기판; 상기 기판의 다른쪽 단부에 형성되며 발열부를 갖는 백금막 회로; 및 상기한 절연기판의 상기한 지지부 상에 형성되어 있고 낮은 열전도성을 가진 재료로 만들어진 피복물을 포함하는 것을 특징으로 하는 백금온도센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 백금막 회로가 하나의 단부를 가지며, 제1열-절연 틈이 전기한 단부와 발열부 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 백금온도센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 피복물과 상기한 백금막 회로의 상기 단부사이에 제2열-절연 틈이 형성된 것을 특징으로 하는 백금온도센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 피복물과 상기한 백금막 회로의 상기 단부사이에 열-절연틈이 형성된 것을 특징으로 하는 백금온도센서.
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