KR101040286B1

KR101040286B1 - 음주측정기용 센서

Info

Publication number: KR101040286B1
Application number: KR1020090087564A
Authority: KR
Inventors: 박광희
Original assignee: (주)일렉켐
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-06-10
Also published as: KR20110029749A

Abstract

본 발명은 알코올을 이용하여 전기에너지를 형성하는 연료전지의 원리를 이용한 음주측정기에 관한 것으로, 알코올을 이용한 연료전지는 알코올의 양과 생성되는 전기에너지의 크기가 비례하기 때문에 기존 방식의 음주 측정기보다 측정시간이 빠르고 알코올농도 측정치의 정밀도를 높일 수 있는 음주측정기용 센서에 관한 것이다.

본 발명은, 피측정자가 호기를 불어넣는 호기주입관(51), 호기 중에 포함된 알코올의 농도를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 센서(10), 알코올농도를 표시하는 표시부(52)로 구성되어있는 음주측정기에서 상기 센서에 관한 것이다. 상기 센서(10)는 양측에 호기주입관(51)과 연결하여 통하는 흡입구(25)와 호기를 빨아들이는 펌프(26)가 각각 구비된 센서몸체(20)와, 이 센서몸체(20)의 내부에 구비되어 알코올을 이온화시키고 알코올농도에 대응하여 전기적 신호를 발생시키는 촉매판(30)과, 이 촉매판(30)으로부터 전기적 신호를 검출하는 검출부(40)를 포함하고 있다. 그리고, 상기 센서몸체(20)의 펌프(26)의 흡입포트(26a)는 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선에서 벗어난 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서가 제공된다.

음주측정기, 센서, 촉매판, 흡입구, 펌프

Description

음주측정기용 센서 {A sensor for drunkometer}

본 발명은 연료전지 타입의 음주측정기용 센서에 관한 것으로서, 연료전지 타입의 센서내의 촉매판과 알코올이 포함된 호기가 직접 반응하여 알코올농도를 측정하는 방식으로 신속하게 반응하여 알코올농도의 측정이 신속하게 이루어질 뿐만 아니라 알코올농도 측정치의 정밀도를 높일 수 있는 음주측정기용 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 어느 정도 이상으로 음주한 운전자는 판단능력이 떨어지게 되어 앞차와의 거리감이나 차량의 속도를 정확하게 인지하지 못하므로, 음주운전은 대형사고로 이어지는 경향이 있다. 이에 따라, 경찰에 의해 음주운전단속이 시내 곳곳에서 이루어지고 있다.

이러한 음주단속은 음주측정기를 사용하여 음주량에 따른 혈중알코올농도를 측정하여 운전자의 판단능력이 급격히 떨어질 경우 운전을 저지하여 운전자 자신이나 다른 운전자들을 보호하는 것이다. 종래 음주측정기는 알코올농도를 측정하는 본체의 일측에 형성된 호기주입관을 입에 물고 피측정자가 호흡을 불어넣게 되면 피측정자의 호흡 중에 혼합된 알코올성분을 분석 및 측정하여 알코올농도를 외부에 표시하게 된다. 이때, 본체에는 호기주입관과 연통 설치되는 센서가 구비되며, 이 센서에 의해 알코올농도가 측정된다. 한편, 이러한 센서는 알코올 측정방식에 따라 반도체 타입과 연료전지 내지 셀(cell) 타입으로 구별된다.

도 1은 종래 음주측정기의 외관을 보인 사시도이고, 도 2는 종래 음주측정기에 구비된 센서 중 연료전지 내지 셀(cell) 타입인 센서의 단면을 도시한 것이며, 도 3은 센서에서 호기가스의 이동경로를 표시한 것이다. 도시된 바와 같이, 종래의 음주측정기는 호기주입관(51)과 표시부(52)가 구비된 측정기본체(50)와, 센서로 이루어진다. 이때, 센서는 센서몸체(2)와, 이 센서몸체(2) 내부에 구비되어 있는 촉매판(6)과, 그리고 전기적 신호를 검출하는 검출부(도시하지 않았음)로 이루어진다. 이때, 촉매판(6)의 역할은 알코올에 대응하여 전기적 신호를 내보내는 역할을 한다.

상기 센서몸체(2)는 일측에 호기주입관(1)의 외주면에 연통 결합되는 흡입구(3)가 형성되고, 타측에 센서몸체(2) 내부와 연통되어 호기가스를 빨아들이는 흡입포트(4a)가 형성된 펌프(4)가 구비된다. 그리고, 센서몸체(2)의 내부에는 한 쌍의 촉매판(6)이 절연체를 사이에 두고 겹쳐진 상태로 구비된다. 이때, 촉매판(6)은 알코올에 포함되어있는 수소를 이온과 전자의 상태로 분해시킬 수 있는 백금이 포함된 금속 촉매(합금포함)가 주로 사용되고, 이 촉매판(6)이 전기적 신호로 변환 하는 전극을 형성하게 된다.

이와 같이 구성된 종래 음주측정기는 피측정자가 호기주입관(51)을 통해 호 기를 불어 넣으면, 전원공급부에서 공급된 전원에 의해 펌프(4)가 작동되어 호기가스가 센서몸체(2) 내부로 유입되고 펌프(4)의 작동이 정지되면 센서몸체(2) 내부의 호기가스가 다시 흡입구(3)를 통해 배출되며, 이 펌프(4)의 작동에 의한 흡입 및 배출이 한 사이클을 이룬다. 이때, 센서몸체(2) 내부에 잔류하는 호기가스 중에 포함된 알코올이 촉매판(6)과 반응하여 이온화되면서 전자가 촉매판(6) 위에서 형성된다. 이렇게 촉매판(6)에 전자가 형성되고 이때 형성된 전자가 절연체내부에 존재하는 전해질에 의하여 이동됨으로써 촉매판(6)에서는 전기에너지가 발생되고, 이때 발생된 전기 에너지는 검출부를 통하여 마이컴 등에 의해 측정기본체의 표시부에 알코올농도를 표시하게 된다.

그런데, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서몸체(6)의 내주면에 둘레방향을 따라 빗금친 부분인 단턱(5)이 길게 형성 될 경우 촉매판(6)의 테두리부 전체가 단턱(5)에 의해 가려지게 된다. 이러한 경우 촉매판(6)이 알코올과 반응되는 유효면적이(S) 감소되기 때문에 알코올과 반응하여 발생되는 전기에너지의 감소와 직결된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 흡입구(3)와 펌프(4)는 동일선상에 위치하므로, 센서몸체(2) 내부로 유입된 호기가스는 화살표와 같은 이동경로를 가지므로, 호기가스가 유입되었다가 배출되는 이동경로가 짧다. 따라서, 펌프(4)의 작동에 의해 유입된 호기가스의 일부가 다시 빠져나가는 문제로 인해서 센서몸체(2) 내부에는 호기가스가 미량만 잔류하기 때문에 미량의 알코올만으로 측정해야하므로 알코올농도의 측정이 용이하지 않을 뿐만 아니라 오래 걸리는 문제가 있다. 이러한 경우 유입된 호기가 정확한 측정을 위해 필요한 임계량에 도달하지 못할 경우 정확 한 측정이 불가능할 수 있다. 또한, 정확한 측정을 위해서는 더 많은 알코올분자가 요구되기 때문에, 펌프(4)를 여러 번 또는 크게 작동시켜야 하므로 에너지가 많이 소모되는 문제가 있다. 그리고, 피측정자가 정확한 측정을 위해 호기주입관(1)을 통해 연속적으로 호기를 불어 넣게 되면 수증기에 의해 흡입구(3)의 둘레부에 이슬이 맺히게 되는데, 이 이슬이 센서몸체(2)로 유입되면 호기내에 존재하는 알코올의 농도에 영향을 줄 수 있기 때문에 알코올농도의 측정치가 정밀하지 못한 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지 타입인 센서의 센서몸체 내부에 유입된 호기가스가 용이하게 배출되는 것을 방지하여 에너지의 낭비없이 다량의 호기가스를 효율적으로 활용할 수 있음은 물론 호기가스가 센서몸체 내부에서 빨리 균일하게 분포되도록 함으로써 알코올농도의 측정이 신속하면서도 보다 정확하게 이루어질 수 있으며, 센서의 흡입구측에 이슬이 맺히는 것을 방지하여 더욱 정밀한 알코올농도의 측정치를 얻을 수 있도록 한 음주측정기용 센서를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 피측정자가 호기를 불어넣을 수 있도록 된 호기주입관(51)과, 호기 중에 포함된 알코올의 농도에 상응하는 검출신호를 출력하는 센서(10)와, 알코올농도를 표시하는 표시부(52)를 포함하여 이루어진 음주측정기에 있어서, 상기 센서(10)는 둘레부에 호기주입관(51)과 연통되는 흡입구(25) 및 호기를 빨아들이는 펌프(26)가 구비된 센서몸체(20)와, 이 센서몸체(20)의 내부에 구비되어 알코올을 이온화시키며 알코올농도에 대응하는 전기적 신호를 발생시키는 촉매판(30)과, 이 촉매판(30)으로부터 전기적 신호를 검출하는 검출부(40)를 포함하며, 상기 펌프(26)의 흡입포트(26a)는 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선에서 벗어난 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 펌프(26)의 흡입포트(26a)는 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선과 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 센서몸체(20)의 내주면 각 모서리에는 상기 촉매판(30)의 모서리부분을 지지하는 단턱(24)이 형성되고, 센서몸체(20)의 중앙부에는 촉매판(30)의 중앙부를 지지하는 지지핀(23)이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 호기주입관(51) 내부에 구비되는 흡입구(25)의 선단부에는 선단으로 갈수록 축경된 경사면(27)이 형성된 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서가 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 센서몸체(20)의 둘레부에 구비된 펌프(26)의 흡입포트(26a)가 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선에서 벗어난 위치에 구비되도록 구성함으로써, 특히, 상기 중심선과 흡입포트(26a)가 직각을 이루도록 구성함으로써, 흡입구(25)를 통해 유입 및 배출되는 호기가스의 이동경로가 종래처럼 왕복직선형태가 아니어서 호기가스가 센서몸체(20)에서 배출되는 것이 지체되면서 보다 신속하게 센서몸체(20) 내부로 확산될 뿐만 아니라 호기가스의 유입과 배출의 이동경로가 중첩되지 않아서 호기가스가 센서몸체(20) 내부로 골고루 빠르게 확산되기 때문에, 호기가스가 촉매판(30)의 보다 넓은 면적에 좀 더 신속하고 균일하게 퍼지므로, 호기가스내의 보다 많은 알코올분자가 촉매판(30)과 반응하게 되어 알코올농도의 측정이 보다 용이하고도 신속할 뿐만 아니라 정확하게 이루어질 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 펌프(26)의 한 사이클 작동에 의해서도 다량의 호기가스가 센서몸체(20) 내부에 잔류하면서 촉매판(30)의 유효면적(S) 전체에 골고루 신속하게 확산되므로, 종래에 비해 펌프(26)를 여러 번 작동할 필요가 없어서 에너지가 절약되는 효과가 있다.

그리고, 센서몸체(20)의 각 모서리에 형성된 단턱(24)에 의해 촉매판(30)의 모서리부분이 지지되고 센서몸체(20)의 중앙부에 형성된 지지핀(23)에 의해 촉매판(30)의 중앙부가 지지되도록 구성함으로써, 알코올과 반응하는 촉매판(30)의 유효면적이 종래에 비해 넓어져서 더 많은 알코올분자와 동시에 반응이 가능해져서 알코올농도의 측정이 더욱 신속하고 용이해진다. 이때, 촉매판(30)의 지지면적이 적어서 중첩된 한 쌍의 촉매판(30)의 상호 밀착도가 변화되는 것을 보완하기 위해서, 센서몸체(20)의 중앙부에 형성된 지지핀(23)에 의해 촉매판(30)의 중앙부가 지지되도록 구성함으로써, 한 쌍의 촉매판(30)의 상호 밀착도가 유지되어 촉매판(30)의 밀착도 변화로 인한 측정치의 변화가 방지되는 효과가 있다.

한편, 호기주입관(51) 내부에 구비되는 흡입구(25)의 선단에 선단부로 갈수록 축경된 경사면(27)을 형성함으로써, 흡입구(25)의 둘레부에 이슬이 맺히는 것이 방지되어 센서몸체(20) 내부로 이슬이 흘러들어가서 알코올을 희석시킬 염려가 없어서 알코올농도의 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 음주측정기용 센서의 바람직한 일실시예가 적용된 음주측정기를 도시한 부분 절개사시도이고, 도 5는 상기 실시예 중 센서의 평단면도 및 측단면도이며, 도 6은 도 5에 도시한 센서 중 센서몸체 내부에서 호기가스의 이동경로를 표시한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명 음주측정기용 센서는 피측정자가 호기를 불어넣을 수 있도록 된 호기주입관(51)과, 알코올농도를 표시하는 표시부(52)를 포함하는 측정기본체(50)에 구비되어, 호기 중에 포함된 알코올의 농도에 상응하는 검출신호를 출력하는 역할을 한다.

먼저, 상기 측정기본체(50)는 케이스 형상으로 이루어지고, 상단에는 피측정자가 호기를 불어넣을 수 있도록 된 호기주입관(51)이 구비된다. 그리고, 외주면에는 마이컴과 같은 입출력커넥터에 의해 후술할 센서(10)에서 검출한 알코올농도를 표시하는 표시부(52)가 구비되며, 호기주입관(51)과 표시부(52)가 구비된 측정기본체(50)는 종래의 것들과 다르지 않다.

상기 센서(10)는 피측정자가 호기주입관(51)을 통해 호기를 불어넣으면 호기 중에 포함된 알코올의 농도를 측정하는 것으로서, 센서몸체(20)와 촉매판(30) 및 검출부(40)로 구성된다. 상기 센서몸체(20)는 마주보는 양면이 상대적으로 넓은 직육면체 형상으로 이루어지고, 내부에는 외형과 동일한 형태의 내부공간이 형성된다. 이때, 센서몸체(20)는 상대적으로 넓은 면적의 상면이 개방된 제1몸체(21)와, 개방된 상면을 커버하는 판 형상의 제2몸체(22)로 이루어진다. 한편, 상기 제1몸체(21)의 중앙부에는 지지핀(23)이 상향 돌출 형성되고, 길이가 짧은 측면의 4개의 모서리에는 단턱(24)이 형성되며, 지지핀(23)과 단턱(24)의 각 선단은 동일한 높이를 이루도록 구성되어 촉매판(30)의 중앙부와 모서리부분을 안정적으로 지지하게 된다. 따라서, 한 쌍의 촉매판(30)의 상호 밀착도가 변화되는 것이 방지되어 측정치가 변화되는 것을 예방할 수 있다. 이때, 지지핀(23)은 촉매판(30)을 지지할 수 있는 최소한의 직경으로 이루어져서, 알코올과 반응하는 촉매판(30)의 유효면적(S)을 최대화시키는 것이 바람직하다. 따라서, 알코올과 반응하는 촉매판(30)의 유효면적(S)이 종래에 비해 넓어져서 동시에 더 많은 알코올분자가 촉매판(30)과 반응할 수 있으므로, 알코올농도의 측정이 보다 신속하게 이루어질 수 있는 장점이 있다. 한편, 본 실시예에서는 센서몸체(20)의 내주면이 사각형인 것을 예시하였으나, 경우에 따라서는 오각형, 육각형 등의 다각형도 가능함은 물론이다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서몸체(20)의 둘레부에는 상기 호기주입관(51)의 외주면과 연통되는 흡입구(25)와 호기를 빨아들이는 펌프(26)가 구비된다. 이때, 펌프(26)에 구비되고 센서몸체(20)의 내부와 연통되어 호기를 빨아들이는 흡입포트(26a)는 센서몸체(20)의 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선에서 벗어난 위치에 구비된다. 즉, 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선과 펌프(26)의 흡입포트(26a)가 동일선상에 있지 않으며, 이에 따라, 흡입구(25)를 통해 유입된 호기가스는 센서몸체(20)에서 배출되는 것이 좀 더 지체된다. 이때, 호기가스의 센서몸체(20) 내부에서의 이동경로를 도 6에서 화살표로 도시하였는데, 호기가스의 이동경로가 화살표와 같으므로 호기가스가 센서몸체(20) 내부에 오래 머물게 되고, 또한, 이동경로 중에 상하로 표시된 화살표 방향으로 호기가스가 확산되기 때문에 종래에 비해 다량의 호기가스가 촉매판(30)의 유효면적(S)에 균일하게 분포되는 것이 신속하게 이루어지므로, 다량의 알코올분자가 촉매판(30)과 반응을 하기 때문에, 피측정자가 호기를 조금 불어넣더라도 알코올농도의 측정이 신속하면서도 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다. 한편, 흡입구(25)의 선단은 호기주입관(51)의 일측 둘레면을 관통하여 호기주입관(51) 내부에 구비된다. 이때, 흡입구(25)의 선단에는 선단부로 갈수록 축경된 경사면(27)이 형성되어, 종래와 같이 흡입구(25) 둘레부에 이슬이 맺히던 것이 방지되므로, 센서몸체(20)의 내부로 이슬이 스며들어 알코올을 희석시키는 것이 않게 되기 때문에 정밀한 알코올농도의 측정치를 얻을 수 있다.

상기 촉매판(30)은 사각형으로 이루어져서 테두리부가 센서몸체(20)의 내주면에 면접촉된다. 그리고, 촉매판(30)은 한 쌍이 구비되어 서로 포개어진 상태로 모서리부분은 단턱(24)에 걸려지며 중앙부는 지지핀(23)에 의해 지지된다. 이 촉매판(30)은 백금(pt)으로 이루어져서 알코올을 이온화시키는 것으로, 종래와 같이 촉매판(30)이 백금전극을 형성한다. 따라서, 알코올이 이온화되어 전자가 촉매판(30)에 부착되면 전기적 신호가 발생된다.

상기 검출부(40)는 촉매판(30)에서 발생된 전기적 신호를 검출하는 것으로, 이 전기적 신호에 대응되는 알코올의 농도를 측정하여 이 측정치를 마이컴으로 보내게 된다. 이때, 전기적 신호에 대응되는 알코올의 농도를 측정하는 별도의 신호처리부가 구비될 수도 있으며, 검출부(40)는 검출된 전기적 신호를 신호처리부로 보내게 된다. 그리고, 마이컴에 의해 표시부(52)에 측정된 알코올농도가 표시된다.

이와 같이 구성된 음주측정기용 센서의 작동을 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

우선, 피측정자가 호기주입관(51)에 입을 대고 호기를 불어넣으면 도시하지 않은 전원공급부에서 작동전원을 공급하면 센서몸체(20)의 펌프(26)가 작동되어 호기가스가 흡입구(25)를 통해 센서몸체(20)의 내부로 유입된다. 그리고, 펌프(26)의 작동이 정지되면 호기가스가 흡입구(25)를 통해 센서몸체(20)에서 배출된다. 한편, 센서몸체(20) 내부에 잔류하는 호기가스 중의 다량의 알코올분자가 촉매판(30)과 반응을 하여 이온화된다. 이온화된 전자들이 촉매판(30)에 부착되어 촉매판(30)에서 전기적 신호가 발생되고, 이 전기적 신호를 검출부(40)가 검출하여 알코올농도를 측정하게 되며, 마이컴 등에 의해 측정된 알코올농도가 표시부(52)에 표시된다.

한편, 본 실시예에서는 펌프(26)의 흡입포트(26a)가 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선과 동일한 방향을 향하도록 구비된 것을 예시하였으나, 이는 예시적인 것이며 흡입포트(26a)의 방향이 상기 중심선과 직각을 이루거나 예각 또는 둔각을 이루도록 센서몸체(20)의 구조가 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

도 1은 종래 음주측정기의 일예의 외관을 보인 사시도

도 2는 상기 음주측정기 중 센서의 평단면도 및 측단면도

도 3은 상기 센서 중 센서몸체에서 호기가스의 이동경로를 도시한 도면

도 4는 본 발명에 따른 음주측정기용 센서의 일실시예가 적용된 음주측정기의 부분 절개사시도

도 5는 상기 실시예 중 센서의 평단면도 및 측단면도

도 6은 상기 실시예 중 센서몸체에서 호기가스의 이동경로를 도시한 도면

Claims

피측정자가 호기를 불어넣을 수 있도록 된 호기주입관(51)과, 호기 중에 포함된 알코올의 농도에 상응하는 검출신호를 출력하는 센서(10)와, 알코올농도를 표시하는 표시부(52)를 포함하여 이루어진 음주측정기에 있어서, 상기 센서(10)는 둘레부에 호기주입관(51)과 연통되는 흡입구(25) 및 호기를 빨아들이는 펌프(26)가 구비된 센서몸체(20)와, 이 센서몸체(20)의 내부에 구비되어 알코올을 이온화시키며 알코올농도에 대응하는 전기적 신호를 발생시키는 촉매판(30)과, 이 촉매판(30)으로부터 전기적 신호를 검출하는 검출부(40)를 포함하며, 상기 펌프(26)의 흡입포트(26a)는 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선에서 벗어난 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서.
제1항에 있어서, 상기 펌프(26)의 흡입포트(26a)는 흡입구(25)의 흡입라인의 중심선과 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서몸체(20)의 내주면 각 모서리에는 상기 촉매판(30)의 모서리부분을 지지하는 단턱(24)이 형성되고, 센서몸체(20)의 중앙부에는 촉매판(30)의 중앙부를 지지하는 지지핀(23)이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호기주입관(51) 내부에 구비되는 흡입구(25)의 선단부에는 선단으로 갈수록 축경된 경사면(27)이 형성된 것을 특징으로 하는 음주측정기용 센서.