KR100993208B1 - 장력 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장력 센서에 관한 것으로서 링(ring) 형상을 이루며 하부에 나사산으로 이루어진 결합부가 형성된 베이스와, 상기 베이스의 결합부가 형성된 하부와 반대하는 상부에 한 몸체를 이루도록 막 형태로 형성된 다이아프램과, 상기 다이아프램의 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 상기 베이스에 에워싸이고 서로 반대하는 방향으로 제 1 및 제 2 토드 와이어가 각각 연결되도록 돌출되게 형성되는 돌출부와, 상기 다이아프램과 용접에 의해 형성된 접합부에 의해 접합되는 경도가 높고 내열 특성이 좋으며 탄성력이 큰 절연 물질로 형성된 기판과, 상기 기판상의 상기 베이스와 돌출부 사이에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 갖고 상기 제 1 및 제 2 토드 와이어와 일렬을 이루도록 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체와, 상기 기판 상의 상기 돌출부와 대응하는 부분에 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극과, 상기 기판 상의 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체를 덮으며 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극을 노출하는 개구가 형성된 보호막을 구비한다.

장력 센서, 스트레인 게이지, 휘스톤 브릿지, 다이아프램, 외곽 방호 장비

Description

장력 센서{Tension sensor}

본 발명은 장력 센서에 관한 것으로서, 특히, 스트레인 게이지가 원형의 다이아프램 상에 휘스톤 브릿지 형상으로 형상된 장력 센서에 관한 것이다.

일반적으로 비행장 또는 군부대 등의 국가의 주요 보안시설이나 대기업 사옥, 주요 공장 또는 연구소 등의 기업의 산업시설 등에 적용되는 출입통제 시스템에 있어서 외곽 방호 장비의 개념은 크게 울타리 또는 경계 지역의 외부 침입을 감지하는 외곽 감시 장비와 인원 또는 차량의 출입을 물리적으로 통제하는 장비로 구분될 수 있다.

상기에서 외곽 감시 장비는 외곽으로부터 침입자를 감지하는 센서를 포함하는데, 이 센서의 종류는 외곽 울타리의 형태에 따라 결정된다. 상기에서 외곽 울타리를 토트 와이어(taut wire)로 설치할 때에는 장력 센서(tension sensor)를 사용한다. 즉, 장력 센서를 외곽 울타리로 사용되는 토트 와이어를 고정시키는 기둥 또는 고정 구조물에 설치한 상태에서 양측이 토드 와이어로 각각 연결되어 설치한다. 이에 의해, 불법침입자가 외곽 울타리를 통해 내부로 침입하기 위해 토드 와이어를 닿거나 절단하면, 장력 센서가 이 토드 와이어에 인가되는 장력의 변화를 감지하여 경보를 발생하고, CCTV 등이 연동하여 작동되도록 한다. 따라서, 광범위한 외곽 울타리의 경비를 최소의 인원만으로 효과적으로 수행할 수 있다.

또한, 장력 센서는 실 또는 전선 등을 생산하면서 권취할 때 실 또는 전선의 장력을 감지하여 고르게 권취되도록 하는데 사용될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 장력 센서의 평면도이고, 도 2는 도 1을 A-A 선으로 절단한 단면도이다.

종래 기술에 따른 장력 센서(11)는 제 1 및 제 2 베이스(13a)(13b) 사이에 얇은 두께를 갖는 박판 형상으로 형성된 변형부(15)의 상측 및 하측 표면상에 에폭시 등의 연질 접착제로 이루어진 접합부(17)를 개재시켜 로드셀(load cell)로 이루어진 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(19a)(19b)가 실장된다.

상기에서 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(19a)(19b)는 제 1 및 제 2 기판(21a)(21b) 상에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 갖는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(21a)(21b)(21c)(21d)가 형성된다. 상기에서 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(19a)(19b)를 구성하는 제 1 및 제 2 기판(21a)(21b)은 인장력이 인가될 때 변형부(15)의 변형에 따라 원활하게 변형되기 위해 0.03 ∼ 0.05㎜ 정도의 얇은 두께를 갖는 수지 필름으로 형성된다.

또한, 제 1 및 제 2 기판(21a)(21b) 상에 각각 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(23a)(23b)(23c)(23d)는 휘스톤 브릿지 구성을 이루는데, 장력 방향에 대해 제 1 및 제 3 저항체(23a)(23c)는 수직되고, 제 2 및 제 4 저항체(23b)(23d)는 수평되게 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항 체(23a)(23b)(23c)(23d)는 제 1 및 제 2 기판(21a)(21b)의 길이가 증가될 수록 저항값의 변화량이 커져 센싱(sensing) 특성이 향상되므로 사각 톱니 형상으로 형성된다.

그리고, 제 1 및 제 2 기판(21a)(21b) 상에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(25a)(25b)(25c)(25d)이 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(23a)(23b)(23c)(23d)와 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge) 구성을 이루도록 알루미늄, 구리 또는 은 등의 금속으로 형성된다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(25a)(25b)(25c)(25d)은 개구(도시되지 않음)를 통해 리드(도시되지 않음)에 의해 외부 회로(도시되지 않음)와 전기적으로 연결된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(25a)(25b)(25c)(25d) 중 소정의 마주하는 것, 예를 들면, 제 1 및 제 3 전극(25a)(25c)은 입력 전압이 인가되게 연결되며 나머지 마주하는 것, 예를 들면, 제 2 및 제 4 전극(25b)(25d)은 전압이 출력되도록 휘스톤 브릿지 형상으로 연결된다.

상술한 구성의 장력 센서는 제 1 및 제 2 베이스(13a)(13b)의 외측에 토드 와이어(27a)(27b)가 각각 연결되어 설치된다. 또한, 장력 센서는 제 1 및 제 2 베이스(13a)(13b) 중 어느 하나가 기둥 등에 고정되게 설치한 상태에서 외측에 토드 와이어(27a)(27b)가 각각 연결될 수도 있다.

상술한 장력 센서는 제 1 및 제 2 베이스(13a)(13b)의 외측에 각각 연결된 토드 와이어(27a)(27b) 중 어느 하나에 인가되는 장력이 세기가 변화되면 변형부(15)는 장력 방향으로 신장(伸張, extension)된다. 이에, 변형부(15)의 상측 및 하측 표면에 각각 설치된 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(19a)(19b)를 구성하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(23a)(23b)(23c)(23d)는 저항이 변하게 된다. 즉, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(23a)(23b)(23c)(23d) 중 장력 방향에 대해 수직하게 형성된 제 1 및 제 3 저항체(23a)(23c)는 폭이 증가하여 저항이 감소하고, 수평하게 형성된 제 2 및 제 4 저항체(23b)(23d)는 폭이 감소하여 저항이 증가하는데, 예를 들어, 제 1 및 제 3 전극(25a)(25c)에 입력 전압을 인가하여 제 2 및 제 4 전극(25b)(25d)에서 출력되는 전압을 검출하여 인가된 장력의 세기를 감지한다.

그러나, 종래 기술에 따른 장력 센서는 기둥 등에 고정 또는 고정되지 않게 설치되어도 인가되는 장력의 방향성, 즉, 양측에 각각 연결되는 토드 와이어 중 어느 쪽에 장력이 인가되는지를 알 수 없는 문제점이 있었다. 그리고, 로드 셀로 이루어진 스트레인 게이지의 기판이 얇은 두께를 수지 필름으로 형성되므로 열에 약하여 사용 온도 범위가 좁은 문제점이 있었다. 또한, 변형부와 기판 사이의 접합부가 에폭시 등의 연질 접착제로 형성되므로 접착 후에 잔류 응력이 남아 시간이 경과하면서 초기값의 변화가 발생될 뿐만 아니라 변형부에 인가된 장력을 기판에 완충하여 전달하므로 인가된 장력의 세기를 정확하게 감지할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 장력의 방향성을 용이하게 판단할 수 있는 장력 센서를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 스트레인 게이지를 구성하는 기판이 내열 물질로 이루어져 넓은 온도 범위에서도 안정한 온도 특성을 갖는 장력 센서를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 접합부의 초기값의 변화가 발생되는 것이 방지되고 다이아프램에서 발생된 응력을 완충하지 않고 기판에 전달되도록 하여 인가된 장력의 세기를 정확하게 감지할 수 있는 장력 센서를 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장력 센서는 링(ring) 형상을 이루며 하부에 나사산으로 이루어진 결합부가 형성된 베이스와, 상기 베이스의 결합부가 형성된 하부와 반대하는 상부에 한 몸체를 이루도록 막 형태로 형성된 다이아프램과, 상기 다이아프램의 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 상기 베이스에 에워싸이고 서로 반대하는 방향으로 제 1 및 제 2 토드 와이어가 각각 연결되도록 돌출되게 형성되는 돌출부와, 상기 다이아프램과 용접에 의해 형성된 접합부에 의해 접합되는 경도가 높고 내열 특성이 좋으며 탄성력이 큰 절연 물질로 형성된 기판과, 상기 기판상의 상기 베이스와 돌출부 사이에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 갖고 상기 제 1 및 제 2 토드 와이어와 일렬을 이루도록 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체와, 상기 기판 상의 상기 돌출부와 대응하는 부분에 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극과, 상기 기판 상의 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체를 덮으며 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극을 노출하는 개구가 형성된 보호막을 구비한다.

상기에서 베이스, 상기 다이아프램 및 상기 돌출부가 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강 및 스프링용 동합금 중에서 선택되는 어느 하나로 형성된다.

상기에서 돌출부는 상기 제 1 및 제 2 토드 와이어가 상기 베이스에 접촉되지 않도록 상기 베이스보다 길게 형성된다.

상기에서 접합부는 AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 경땜납(brazing solder)을 용접하므로써 형성된다.

상기에서 기판은 Al₂O₃를 주재료로 하는 알루미나 또는 사파이어나, 또는, 실리콘을 주재료로 하는 SOI(Silicon On Insulator) 구조로 형성된다.

상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체의 각각이 사각 톱니 형태로 형성된다.

따라서, 본 발명은 장력이 인가되는 방향으로 4개의 저항은 각각 길이 변화에 따른 저항이 변화되므로 장력의 방향성을 용이하게 판단할 수 있으며, 스트레인 게이지를 구성하는 기판이 경도가 높은 내열 재료로 형성되므로 고온에서도 사용할 수 있어 넓은 온도 범위에서도 안정한 온도 특성을 가지며, 또한, 다이아프램의 응력이 접합부에서 완충하지 않고 기판에 전달되므로 인가된 장력의 세기를 정확하게 감지할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 장력 센서(31)의 평면도이고, 도 4는 도 3을 B-B 선으로 절단한 단면도이고, 도 5는 돌출부(37)에 장력이 인가될 때 다이아프램(35)의 변형 상태를 나타내는 개략도이다.

본 발명에 따른 장력 센서(31)는 베이스(33), 다이아프램(35), 돌출부(37), 접합부(39), 스트레인 게이지(40) 및 보호막(47)으로 구성된다.

상기에서 베이스(33)는 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금으로 링(ring) 형상을 이루며 하부에 나사산으로 이루어진 결합부(34)가 형성된다.

다이아프램(35)은 베이스(33)의 결합부(34)가 형성된 하부와 반대하는 상부에 0.2 ∼ 3㎜ 정도 두께의 막 형태로 베이스(33)와 한 몸체를 이루도록 형성된다.

돌출부(37)는 다이아프램(35)의 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 베이스(33)에 에워싸이도록 돌출되게 형성된다. 상기에서 돌출부(37)는 양측에 제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53)가 각각 연결되는 것으로 베이스(33) 보다 더 길게 형성되어 연결된 제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53)가 베이스(33)에 접촉되지 않도록 한다.

그러므로, 돌출부(37)는 제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53) 중 어느 하나에 장력이 인가되면 그쪽으로 휘어지며, 이에 의해, 다이아프램(35)은 굴곡지게 된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 토드 와이어(51)에 장력이 인가되면 다이아프램(35)은 장력이 인가되는 쪽의 베이스(33)와 인접하는 부분(a)이 하측으로, 돌출부(37)와 인접하는 부분(b)이 상측으로 각각 굴곡지며, 장력이 인가되는 쪽과 반대하는 돌출부(37)와 인접하는 부분(c)이 하측으로, 베이스(33)와 인접하는 부분(d) 이 상측으로 각각 굴곡진다. 따라서, 다이아프램(35)은 하측으로 굴곡지는 부분(a) 및 부분(c)은 상부 표면이 장력 방향의 길이가 축소되며 상측으로 굴곡지는 부분(b) 및 부분(d)은 상부 표면이 장력 방향의 길이가 증가된다.

스트레인 게이지(40)는 기판(41), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)과 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)으로 이루어진다. 상기에서 기판(41)은 절연 특성을 가지며 내열 특성이 양호하고 경도가 높고 탄성력이 큰 Al₂O₃를 주재료로 하는 알루미나 또는 사파이어나, 또는, 실리콘을 주재료로 하는 SOI(Silicon On Insulator) 구조로 0.1 ∼ 1.0㎜ 정도의 두께로 형성되며 다이아프램(35)과 경땜납(brazing solder) 등의 용접에 의해 형성된 접합부(39)에 의해 접합된다.

상기에서 기판(41)은 제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53) 중 어느 하나에 장력이 인가되면 다이아프램(35)과 같이 굴곡지게 된다. 즉, 제 1 토드 와이어(51)에 장력이 인가되면 기판(41)도 도 5에 도시된 다이아프램(35)의 굴곡지는 것과 같이 부분(a)과 대응하는 부분은 하측으로, 부분(b)과 대응하는 부분은 상측으로, 부분(c)과 대응하는 부분은 하측으로, 부분(d)과 대응하는 부분은 상측으로 각각 굴곡진다. 이에 의해, 기판(41)도 다이아프램(35)과 같이 하측으로 굴곡지는 부분(a) 및 부분(c)과 대응하는 부분은 상부 표면의 장력 방향의 길이가 축소되며 상측으로 굴곡지는 부분(b) 및 부분(d)과 대응하는 부분은 상부 표면의 장력 방향의 길이가 증가된다.

상기에서 기판(41)의 경도가 높기 때문에 탄성력이 크므로 변형 상태에서 복원될 때 다이아프램(35)으로 부터의 영향이 최소화되어 저항 값의 직선성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성도 향상된다. 또한, 기판(41)이 내열 특성이 양호한 물질로 형성되므로 고온에서도 사용할 수 있어 넓은 온도 범위에서도 안정한 온도 특성을 갖는다.

또한, 접합부(39)는 다이아프램(35)과 기판 사이를 0.03 ∼ 0.07㎜ 정도의 두께를 갖는 시트(sheet) 상의 경땜납(brazing solder : 도시되지 않음)을 개재시켜 900 ∼ 1100℃ 정도 온도를 갖는 진공 분위기에서 용접(brazing)하므로써 형성된다. 상기에서 접합부(39)를 형성하기 위한 경땜납은 금속과 비금속 등의 다른 물질들을 서로 접합시키면서 접합 강도가 큰 합금, 예를 들면, AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 합금으로 형성된다.

상기에서 접합부(39)는 경땜납의 용융 온도가 낮으며, 용융시 점도가 낮고, 표면 장력 특성을 가지므로 다이아프램(35)과 기판(41) 사이에 균일한 두께로 얇게 형성된다. 또한, 용접이 진공 상태에서 기판(41)에 하중을 가하면서 진행되므로 접합부(39)에 공극(void)이 형성되지 않는다. 상기에서 접합부(39)는 다이아프램(35)과 기판(41) 사이를 접합할 수 있는 최소한의 얇은 두께로 경질의 합금으로 형성되므로 다이아프램(35)에 전달되는 응력은 완충되지 않아 손실이 감소되지 않은 상태로 기판(41)에 전달되며, 또한, 변형된 상태의 기판(41)이 원래 상태로 복원될 때 크립(creep) 특성을 최소화시킨다.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 기판(41) 상의 베 이스(37) 및 돌출부(37) 사이에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 가지며 제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53)와 일렬을 이루도록 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 온도에 따른 저항값 변화가 작은 불순물이 도핑된 단결정 또는 다결정실리콘, 또는, ITO(Induim Tin Oxide) 또는 TO(Tin Oxide) 등의 금속산화물로 형성된다.

상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)가 단결정실리콘으로 형성된 경우 기판(41) 상에 에피택셜(epitaxial) 방법으로, 다결정실리콘 또는 금속산화물로 형성된 경우 CVD 방법 또는 스퍼터링 방법으로 박막을 형성한 후 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하므로써 형성된다.

상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)의 길이가 증가될 수록 센싱(sensing) 특성이 향상된다. 그러므로, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 길이가 증가되도록 사각 톱니 형태로 형성된다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 기판(41) 상의 베이스(33) 및 돌출부(37)의 모서리와 대응하는 부분에 각각 형성될 수도 있다.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 기판(41)의 응력에 따른 변형에 의해 저항이 변화된다. 상기에서 제 1 토드 와이어(51)에 장력이 인가되면 도 5에 도시된 바와 같이 굴곡진 다이아프램(35)의 부분(a) 및 부분(c)과 대응하게 형성된 제 1 및 제 3 저항체(43a)(43c)는 길이가 감소하여 저항이 감소하고, 부분(b) 및 부분(d)과 대응하게 형성된 제 2 및 제 4 저항체(43b)(43d)는 길이가 증가하여 저항이 증가한다.

또한, 제 2 토드 와이어(53)에 장력이 인가되면 다이아프램(35) 및 기판(41)이 제 1 토드 와이어(51)에 장력이 인가될 때와 반대로 굴곡지게 되어 제 1 및 제 3 저항체(43a)(43c)는 길이가 증가하여 저항이 증가하고, 제 2 및 제 4 저항체(43b)(43d)는 길이가 감소하여 저항이 감소한다. 그러므로, 제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53) 중 어느 하나에 장력이 인가되는 가를, 즉, 장력의 방향성을 용이하게 판단할 수 있다.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 기판(41) 상의 돌출부(37)와 대응하는 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 알루미늄, 구리 또는 은 등의 금속으로 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 기판(41)의 응력이 전달되어도 평탄한 상태를 유지하는 돌출부(37)와 대응하는 부분 상에 형성되므로 장시간 사용으로 인한 접합력이 감소하거나 이 후에 설명되는 리드(도시되지 않음)가 분리되는 것이 방지된다.

그리고, 보호막(47)은 기판(41) 상에 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(Si₃N₄) 등의 절연 물질로 형성되며 개구(49)에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)을 노출시키며 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)를 덮도록 된다.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 개구(49)를 통해 본딩하는 리드(도시되지 않음)에 의해 외부 회로(도시되지 않음)와 전기적으로 연결 된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d) 중, 예를 들면, 제 1 및 제 3 전극(45a)(45c)은 입력 전압이 인가되게 연결되며 나머지 제 2 및 제 4 전극(45b)(45d)은 출력 전압이 인가되게 연결된다.

본 발명에 있어서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)이 온도에 따른 저항 값의 변화가 작은 CuNi 합금, NiCr 합금 또는 NiCrFeCu 합금으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)가 동시에 형성되므로 공정이 간단해진다.

상술한 구성의 본 발명에 따른 장력 센서(31)의 동작을 설명한다.

제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53) 중 어느 하나, 예를 들면, 제 1 토드 와이어(51)에 장력이 인가되면 돌출부(37)는 제 1 토드 와이어(51) 쪽으로 휘어진다. 이에 의해, 다이아프램(35) 및 기판(41)은 도 5에 도시된 바와 같이 부분(a)이 하측으로, 부분(b)이 상측으로, 부분(c)이 하측으로, 부분(d)이 상측으로 각각 굴곡된다. 이때, 접합부(39)가 다이아프램(35)과 기판(41) 사이를 접합할 수 있는 최소한의 얇은 두께로 용접된 경땜납(brazing solder) 등의 경질의 합금으로 형성되므로 돌출부(37)에 의해 다이아프램(35)에 가해진 응력은 기판(41)에 완충되지 않은 상태로 전달된다.

상기에서 기판(41)의 하측으로 굴곡되는 부분(a) 및 부분(c)는 상부 표면의 장력 방향의 길이가 감소되며 상측으로 굴곡되는 부분(b) 및 부분(d)는 상부 표면의 장력 방향의 길이가 증가된다. 이에 의해, 기판(41) 상에 형성된 제 1 및 제 3 저항체(43a)(43c)는 길이가 감소하여 저항이 감소하고, 제 2 및 제 4 저항체(43b)(43d)는 길이가 증가하여 저항이 증가한다.

그리고, 제 1 및 제 3 전극(45a)(45c)에 입력 전압을 인가하여 제 2 및 제 4 전극(45b)(45d)에 출력되는 전압을 검출하여 제 1 및 제 2 토드 와이어(51)(53) 중 어느 하나에 어느 정도 크기의 장력이 인가되는 가를, 즉, 장력의 크기와 방향성을 용이하게 판단할 수 있다. 상기에서 기판(41)의 두께가 두껍기 때문에 가공이 용이할 뿐만 아니라 탄성력이 크므로 변형 상태에서 복원될 때 다이아프램(35)으로 부터의 영향이 최소화되어 저항 값의 직선성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성도 향상된다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실시 예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 장력 센서의 평면도.

도 2는 도 1을 A-A 선으로 절단한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 장력 센서의 평면도.

도 4는 도 3을 B-B 선으로 절단한 단면도.

도 5는 돌출부에 장력이 인가될 때 다이아프램의 변형 상태를 나타내는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

31 : 장력 센서 33 : 베이스

34 : 결합부 35 : 다이아프램

37 : 돌출부 39 : 접합부

40 : 스트레인 게이지 41 : 기판

43a, 43b, 43c, 43d : 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체

45a, 45b, 45c, 45d : 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극

47 : 보호막 49 : 개구

51, 53 : 제 1 및 제 2 토드 와이어

Claims (5)

1. 링(ring) 형상을 이루며 하부에 나사산으로 이루어진 결합부가 형성된 베이스와,

   상기 베이스의 결합부가 형성된 하부와 반대하는 상부에 한 몸체를 이루도록 막 형태로 형성된 다이아프램과,

   상기 다이아프램의 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 상기 베이스에 에워싸이고 서로 반대하는 방향으로 제 1 및 제 2 토드 와이어가 각각 연결되도록 돌출되게 형성되는 돌출부와,

   상기 다이아프램과 용접에 의해 형성된 접합부에 의해 접합되는 경도가 높고 내열 특성이 좋으며 탄성력이 큰 절연 물질로 형성된 기판과,

   상기 기판상의 상기 베이스와 돌출부 사이에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 갖고 상기 제 1 및 제 2 토드 와이어와 일렬을 이루도록 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체와,

   상기 기판 상의 상기 돌출부와 대응하는 부분에 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극과,

   상기 기판 상의 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체를 덮으며 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극을 노출하는 개구가 형성된 보호막을 구비하는 장력 센서.
2. 청구항 1에 있어서 상기 베이스, 상기 다이아프램 및 상기 돌출부가 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강 및 스프링용 동합금 중 선택되는 어느 하나로 형성되며, 상기 접합부는 AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 경땜납(brazing solder)을 용접하므로써 형성된 장력 센서.
3. 청구항 1에 있어서 상기 돌출부는 상기 제 1 및 제 2 토드 와이어가 상기 베이스에 접촉되지 않도록 상기 베이스보다 길게 형성된 장력 센서.
4. 청구항 1에 있어서 상기 기판은 Al₂O₃를 주재료로 하는 알루미나 또는 사파이어나, 또는, 실리콘을 주재료로 하는 SOI(Silicon On Insulator) 구조로 형성된 장력 센서.
5. 청구항 1에 있어서 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체의 각각이 사각 톱니 형태로 형성된 장력 센서.

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