KR100799025B1 - 습도 센서 및 기온 센서로 구성되는 센서 장치 - Google Patents

습도 센서 및 기온 센서로 구성되는 센서 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 센서 장치는 습도 센서(3) 및 기온 센서(4)가 배치된 마운팅 베이스(1)로 구성된다. 습도 센서(3)는 상기 마운팅 베이스의 통공(5) 위로 배치되며, 상기 통공(5)의 적어도 일부를 덮는다. 습도 센서(3), 기온 센서(4) 및 분석될 공기 혼합물 사이의 강한 열결합이 생성된다.

Description

습도 센서 및 기온 센서로 구성되는 센서 장치{sensor unit comprising an air moisture sensor and an air temperature sensor}
본 발명은 공기중의 상대습도를 측정하기 위한 습도 센서와 기온을 측정하기 위한 기온 센서로 구성되는 센서 장치에 관한 것이다. 열이 기체상 매질, 예컨대 수증기로부터 제거되면, 그 매질은 해당 온도에서 액체, 즉 물로 냉각된다. 이 온도를 응결점(condensation point) 또는 이슬점이라고 부르며, 이는 측정된 상대 습도 및 측정된 기온으로부터 계산될 수 있다. 이러한 형태의 센서 장치는 많은 기술 분야, 특히 응결 보호(condensation protection)와 같은 분야에서 사용된다.
상대 습도 측정용 습도 센서와 기온 측정용 기온 센서로 구성되는 센서 장치는 예를 들어 독일특허 DE-PS 197 29 697 C1에 개시되어 있다. 응결을 통해 이슬점을 직접 결정하는 것과는 대조적으로 - 이슬점 레벨에 기초해서 고광택 표면 상에서의 응결이 관찰되기 때문에 - 여기서 상세히 설명되어 있지 않은 계산법을 이용하여 직접 측정하지 않고도 이슬점을 결정하는 것이 또한 가능하다.
상대 습도를 측정하기 위한 습도 센서를 형성하기 위해, 2개의 전기적으로 전도성인 전극 사이의 용량(capacity)은 전형적으로 유전체로서 중합체 층을 사용하여 측정된다. 중합체 층의 유전율(dielectric constant)은 상대 습도에 대한 치수이다.
기온은, 예를 들어 온도-의존적인 저항장치일 수 있는 기온 센서를 통해 습도 센서 근처에서 검출된다.
상대 습도가 주어진 수분 함량에 대하여 기온에 직접 의존한다는 사실 때문에, 습도 센서 및 기온 센서에서의 기온은 동일하여야 하며 또는 온도 편차가 이슬점 계산시 고려되어야만 한다. 공지의 습도 센서 및 공지의 기온 센서의 서로 다른 설치 기술 및 구조적 형태들은 이슬점 결정시 고려되어야만 하는 두 센서들 사이의 온도차를 형성한다.
독일특허 DE 40 35 371 A1은 박층 기술(thin layer technology)에 있어서 이러한 센서 장치의 통합된 구조를 개시한다.
본 발명이 역점을 두고 있는 목적은 박층 기술이 사용될 것을 요할 필요 없이, 습도 센서, 기온 센서 및 분석될 공기 혼합물(air mixture) 사이의 적은 온도차와 강력한 열결합을 생성하는 것이다.
이러한 목적은 두 개의 센서, 즉 습도 센서 및 기온 센서에 대한 공통의 마운팅 베이스(mounting base)를 가진 센서 장치에 의해 달성되는데, 여기서 마운팅 베이스에는 습도 센서 및 기온 센서가 연결되는 열적 전도층이 제공된다. 비전도성 또는 약전도성 물질, 예컨대 플라스틱 물질로 된 종래의 도체판이 사용될 수 있다.
습도 센서는 마운팅 베이스의 통공 상부에 배치될 수 있으며, 통공을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다. 분석될 공기 혼합물이 통공을 통해 습도 센서, 즉 활성 센서 표면으로 또는 그 주변으로 흐를 수 있기 때문에 상기 통공은 습도 센서에 대한 접근성을 개선한다. 공기 혼합물과 습도 센서 사이의 협력은 최적화된다. 상기 통공은 열전도성을 개선하기 위해 금속화될 수도 있다. 습도 센서와 공기 혼합물 사이의 열 또는 온도의 보상은 습도 센서의 보다 큰 접근 가능한 접촉표면을 통해 발생할 수 있다. 습도 센서와 상기 센서들의 운반체 물질(마운팅 베이스) 사이의 온도차는, 특히 상기 기온 센서로부터의 온도차를 방지하기 위해 기체 교환이 증가될 경우 감소될 수 있다.
바람직한 센서 장치에 있어서, 습도 센서는, 바람직하게는 SMD(surface mounted device; 표면 장착 장치) 기술로 용량성(capacitive) 평면 구조 부재로서 형성되며, 마운팅 베이스의 열전도성 코팅과 평면 접촉(flat contacts)을 통해 결합된다. 이것은 마운팅 베이스, 습도 센서 및 기온 센서 사이의 교환을 더욱 개선한다.
추가적인 개선책으로서, 기온 센서는 습도 센서의 직부근(direct vicinity)에 배치된다. 이는 측정된 변수들, 온도 및 상대 습도로부터 이슬점을 계산하는데 있어서 오류를 감소시킨다.
통공의 열전도성은 통공의 내부 표면에 열전도성의 코팅, 바람직하게는 금속 코팅을 제공함으로써 향상될 수 있다.
센서의 하우징이 상기 통공에 대향하여 배치된 공기 통로 개구부들(air passage openings)을 구비한다면, 분석될 공기는 목적하는 방식으로 습도 센서로 공급된다. 가능한 한 열교환은 습도 센서 및 기온 센서에만 일어난다. 공기와 상기 센서의 추가 구조 부재들 사이의 접촉을 통해 측정 오류가 방지된다.
상기 센서들을 마운팅 베이스의 금속 코팅 또는 박막에 납땜결합시키면 열결합이 더욱 증가된다.
환경적 영향으로부터 센서 장치를 보호하기 위해, 기후 영향에 대한 보호로서 케이싱이 상기 운반체 물질에 추가될 수 있다. 이는 기후투과성 물질로부터 일면 또는 양면에 대해 실현될 수 있다. 케이싱이 일면에 대해서만 기후 투과성이라면, 2차적 보호 부재가 기후 불투과성인 물질로부터 실현될 수 있다.
본 발명 센서 장치의 한 실시예가 개략도로 도시되며, 도면에 관한 다음의 설명에서 좀 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 장치의, 공기 흐름과 빗나간 방향의 센서측 사시도이다.
도 2는 도 1의 센서 장치의 기후 케이싱(climate casing)의 사시도이다.
도 1은 마운팅 베이스(1)(인쇄된 회로기판)가 표면상에 열전도성 코팅(2)을 포함하는 열 비전도성 또는 거의 비전도성인 플라스틱 물질로 구성됨을 도시한다. 상기 코팅(2)은 도 1에 개략적으로만 도시되어 있으며, 스위치 기능 외에도 마운팅 베이스(1)의 구성 부품들 사이에 우수한 열전달을 제공하는 기능을 한다. 상대 습도 측정을 위한 습도 센서(3) 및 분석될 공기의 기온을 측정하기 위한 기온 센서(4)는 마운팅 베이스(1) 상에 배치된다. 마운팅 베이스(1)는 이슬점을 결정하기 위한 센서 장치의 일부이다. 마운팅 베이스(1) 상에 위치하는 추가의 구조적 부재들은 명확성을 위하여 도시되지 않았다.
습도 센서(3)는 2개의 전기적으로 전도성인 전극으로 구성되고, 이들 사이에는 중합체가 유전체로서 위치한다. 중합체의 유전 특성은 습도에 의해 영향을 받는다. 상대 습도와 중합체에 의해 분자적으로 흡수되는 물 사이에는 명백한 관련성이 있다. 기온 센서(4)는 온도-의존적 저항장치에 의해 형성된다. 따라서 습도 센서(3)에서의 용량(capacity) 측정 및 기온 센서(4)에서의 저항 측정에 의하여 이슬점을 계산하는 것이 가능하다.
기온 센서(4)는 마운팅 베이스(1)의 두 면 중 한 면 상에 습도 센서(3)의 직부근으로 장착되어 상기 2개의 센서들(3 및 4) 사이의 온도차가 최소화되도록 한다. 표면 장착되는 구조 부재로서 디자인되는 기온 센서(4)는 마운팅 베이스(1) 상에 또는 코팅(2) 상에 평면 납땜에 의해 열적 접촉된다. 코팅(2)과의 평면적 우수한 접촉이 제공된다. 센서들(3 및 4)은 열전도성 코팅(2)을 통해 열적으로 상호 접촉한다.
습도 센서(3)는 SMD(표면 장착 장치) 기술로 표면에 장착될 수 있는 구성 성분으로서 디자인된다. 습도 센서(3)의 활성면이 마운팅 베이스(1)의 함몰부 또는 통공(5) 및 금속 코팅(2)에 접하면, 습도 센서(3)의 기재 물질(base material)의 전면적 접촉은 생략될 수 있다. 장착 기술이 용이해 진다. 습도 센서(3)는 평평한 접촉면의 직접 납땜을 통해 마운팅 베이스(1)의 코팅(2)과 열접촉하게 된다.
주변 공기 또는 기체 혼합물과의 온도차를 줄이기 위해서, 습도 센서(3)는 마운팅 베이스(1)내 함몰부 또는 통공(5) 위로 활성면이 배치되어, 기체 교환 속도가 증가하더라도 습도 센서(3)와 코팅(2) 사이에 아주 약간의 온도차만이 가능하도록 한다. 이는 함몰부(5)의 열전도성 코팅(6)을 통해서도 도움받을 수 있으므로, 기온 센서 및 습도 센서 사이에 온도차 증가는 없게 된다. 함몰부 또는 통공(5)은 가능한 한 큰 표면, 즉 가능하다면 습도 센서(3)의 전체 활성면을 공기 혼합물에 균일하게 접하게 하는 기능을 충족시킨다. 함몰부 또는 통공(5)은 센서 장치의 하우징 내의 해당 공기 슬롯들과 함께, 분석될 공기 혼합물을 목적하는 방식으로 습도 센서(3)로 가이드하기 위한 유동 보조 기구(flow aid)를 형성한다. 함몰부 또는 통공의 코팅된 접촉표면(6)은 공기 혼합물 및 마운팅 베이스(1) 사이의 열교환을 생성한다. 공기 혼합물 및 습도 센서(3) 또는 마운팅 베이스(1) 및 기온 센서(4) 사이의 열교환에 대한 표면 비율은 대략 동일하며 거의 동일한 양의 열이 센서들(3 및 4)로 전달되도록 조절된다. 습도 센서(3)는 공기를 통해 활성 전극에서 가열 또는 냉각되며, 기온 센서(4)는 코팅(6)을 통해 가열 또는 냉각되며, 상기 코팅(2)은 기온 센서(4) 및 습도 센서(3) 사이에서 가열 또는 냉각된다.
습도 센서(3)는 센서의 마주보는 면에 기후 투과성 격판(9)이 덮혀질 수 있다. 기후 케이싱은 센서측으로 제공될 수 있으며, 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 바람직하게, SMD 납땜 기술로 금속 뚜껑(7)이 편측부(partial region)(8)에 배치되어 온도차를 더 줄일 수 있다(도 2).
도면 부호 목록
1. 마운팅 베이스 2. 코팅
3. 습도 센서 4. 기온 센서
5. 함몰부 또는 통공 6. 코팅
7. 금속 뚜껑 8. 편측부(partial region)
9. 격판

Claims (6)

  1. 마운팅 베이스(1);
    상기 마운팅 베이스(1)의 통공(5) 위로 배치되고, 상기 통공(5)의 내부 표면은 열전도성 코팅(6)이 제공되는 습도 센서(3);
    상기 마운팅 베이스(1) 상에 배치된 별도의 기온 센서(4); 및
    상기 습도 센서(3)와 상기 기온 센서(4) 사이에 열접촉을 제공하도록 상기 습도 센서(3)와 상기 기온 센서(4)를 연결하기 위해 상기 마운팅 베이스(1) 상에 배치되는 별도의 열전도성 코팅(2)으로 구성되는 센서 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 센서 장치를 수용하기 위한 케이싱으로 더 구성되고, 상기 케이싱은 상기 통공(5)에 대향하여 배치되는 공기 통로 개구부들을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 습도 센서(3)의 마주보는 면에 배치된 기후 투과성 케이싱(7, 8 또는 9)으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  6. 삭제
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