KR101040527B1 - Sensor for detecting liquid state and sesnsing method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체 내에 접촉하여 액체 내의 상태 변화를 감지하여 액체의 상태 정보를 실시간 측정하는 액체 상태 측정 센서 및 이를 이용한 액체 상태 감지방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상태 측정 센서는 구성된 감지막이 액체의 외부 또는 내부의 환경적 요인의 변화, 즉, 화학적 반응, 열화, 불순물 유입, 액체의 양 감소 등에 따라서 발생되는 분극성 불순물을 흡착할 수 있도록 하고, 이때 감지막의 전기전도도 특성 변화를 측정하여 액체 내의 상태 정보의 변화를 감지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 이에 따를 경우, 전계 인가에 의한 감지막의 전기적 특성 변화량이 다르게 변화하는데 이 경우 기준 센서의 데이터를 확보하여 온도에 대하여 액체의 상태 변화에 대한 값을 보상하여 비교적 오차가 없는 정확한 측정을 이룰 수 있는 효과를 제공한다.The present invention relates to a liquid state measuring sensor for detecting a state change in a liquid by contacting the liquid and measuring the state information of the liquid in real time, and a liquid state detecting method using the same. It is possible to adsorb polarized impurities generated due to changes in environmental factors, such as chemical reactions, deterioration, impurity inflow, and decrease in the amount of liquid. Characterized in that it is possible to detect a change in the state information in the. In this case, the amount of change in the electrical characteristics of the sensing film due to the electric field is changed differently. In this case, the data of the reference sensor are secured to compensate for the change in the state of the liquid with respect to the temperature, thereby making it possible to make accurate measurements without errors. To provide.

액체, 상태, 센서, 전극, 감지막 Liquid, state, sensor, electrode, sensor

Description

액체 상태 측정 센서 및 이를 이용한 액체 상태 감지방법 {Sensor for detecting liquid state and sesnsing method using the same}Sensor for detecting liquid state and method for detecting liquid state using the same {Sensor for detecting liquid state and sesnsing method using the same}

본 발명은 액체 내에 접촉하여 상태 정보를 감지하는 센서와 액체 내의 상태 변화를 감지하여 액체의 상태 정보를 실시간 측정하는 측정장치에 관한 것으로, 특히 소정의 기판 위에 분극성 분자 또는 이온 물질에 대하여 강한 흡착 성질을 가지는 감지막과, 감지막의 전기전도도를 측정하기 위한 소정의 전극들을 포함하고, 상기 감지막의 측면에 전계를 인가하기 위한 전압 인가용 전극을 포함하여 구성한 액체 상태 센서 및 이를 이용한 액체 상태 감지 방법에 관련된 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a sensor for detecting state information in contact with a liquid and a measuring device for detecting a state change in a liquid in real time, and particularly, a strong adsorption to polar molecules or ionic substances on a predetermined substrate. Liquid state sensor comprising a sensing film having a property, a predetermined electrode for measuring the electrical conductivity of the sensing film, and a voltage applying electrode for applying an electric field to the side of the sensing film and a liquid state sensing method using the same Related to.

본 발명은 액체의 상태 정보를 실시간으로 점검하기 위한 액체 상태 센서 및 이를 이용한 액체 상태 감지 방법에 관련된 것으로, 이러한 액체 상태 감지 목적은 사용자가 액체의 상태 정보를 보다 용이하게 판단하여 액체의 상태 변화로 발생되는 관련 기타 기계장치 및 기구장치의 파손을 방지하고 정상 동작을 유지할 수 있도록 하는 것이다.The present invention relates to a liquid state sensor for checking liquid state information in real time and a liquid state detection method using the same. The purpose of the liquid state detection is to allow the user to more easily determine the state information of the liquid to change the state of the liquid. It is to prevent the damage of related other machinery and mechanisms that occur and to maintain normal operation.

그런데, 종래의 액체 상태 센서는 액체의 상태 정보를 정확히 판단하기 어렵거나, 혹은 단일 정보에 대하여 측정하는 단순한 스위치 개념의 센서만이 사용되어 왔다. However, in the conventional liquid state sensor, it is difficult to accurately determine the state information of the liquid, or only a sensor of a simple switch concept for measuring single information has been used.

즉, 기존 종래의 액체 상태 센서 및 액체 내 상태 변화를 감지하는 상태 정보의 측정법은 단순 정보만을 판단하거나 액체의 다양한 종류별로 작업이 번거로워 불편하였으며, 액체의 다양한 상태 변화에 대하여 실시간 측정이 어렵다는 문제가 있었다.That is, the conventional conventional liquid state sensor and the measurement method of the state information for detecting the state change in the liquid has been uncomfortable because it is difficult to determine only the simple information or the various types of liquids, and it is difficult to measure in real time for various state changes of the liquid. there was.

그리고, 이러한 실시간 측정 어려움에 따른 액체 상태 정보에 대한 판단 및 관리 소홀은 관련된 기계장치 또는 기구장치의 파손 및 오동작을 일으시키는 결과를 초래하였었다.In addition, the failure to judge and manage the liquid state information due to such real-time measurement difficulty has resulted in damage and malfunction of related machinery or apparatus.

그러나 유비쿼터스 시대를 맞아 최적화된 액체 상태 센서를 통하여 장치 내부 액체 물성에 대한 다양한 정보의 확보가 필요시 되고 있으며, 이에 따라 액체의 다양한 정보 변화에 대하여 보다 정확한 판단을 할 수 있는 센서의 필요성이 요구되고 있다. However, in the ubiquitous era, it is necessary to secure various information on the liquid properties inside the device through the optimized liquid state sensor. Accordingly, the necessity of a sensor that can make a more accurate judgment on various changes in liquid information is required. have.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 목적은, 액체 상태 센서를 최적화하여 센서의 크기를 줄이고 구조를 단순화시킬 수 있는 액체의 상태 센서를 제공하는 데 있다.The first object of the present invention proposed to solve the above-mentioned problems is to provide a liquid state sensor that can reduce the size of the sensor and simplify the structure by optimizing the liquid state sensor.

두 번째 목적은, 액체 상태 센서를 적용하여 액체의 상태 정보를 정확히 판단하여, 다양한 종류의 액체 상태 정보가 적용되는 기타 장비를 최적의 상태로 관리 및 유지할 수 있는 편의성을 제공하며 기기장치가 동작중인 실시간 상황에서도 액체의 상태 정보 실시간 측정이 가능하도록 구성하는 데 있다.The second purpose is to apply the liquid state sensor to accurately determine the state of the liquid and to provide the convenience of optimal management and maintenance of other equipment to which various kinds of liquid state information are applied. It is configured to enable real-time measurement of liquid state information even in a real time situation.

세 번째 목적은, 외부 환경 영향-액체의 종류와 상태(화학적 반응, 온도, 열화 또는 불순물 포함 상태)에 따라 전계 인가에 의한 감지막의 전기적 특성 변화량이 다르게 변화하는데, 이 경우 기준 센서의 데이터를 확보하여 온도에 대하여 액체의 상태 변화에 대한 값을 보상하여 비교적 오차가 없는 정확한 측정을 이룰 수 있도록 하는 데 있다.The third purpose is to change the amount of change in the electrical characteristics of the sensing film due to the application of an electric field, depending on the external environmental influence-the type and state of the liquid (chemical reaction, temperature, deterioration or impurity-containing state), in which case the data of the reference sensor By compensating for the change in the state of the liquid with respect to the temperature it is possible to achieve a relatively accurate measurement without errors.

네 번째 목적은, 저온 동작으로 인한 감지도 저하 문제를 해결하기 위해 상기 액체 센서의 기판부에 발열장치를 추가 구성하여 액체 센서의 동작이 일정 온도를 유지하여 동작되게 함으로써 측정되는 센서의 감지도를 높이고 측정 오차를 저감하도록 하는 데 있다.The fourth object is to further improve the sensitivity of the sensor measured by adding a heating device to the substrate portion of the liquid sensor in order to solve the problem of deterioration of sensitivity due to low temperature operation to operate the liquid sensor at a constant temperature. To increase the measurement error.

상기한 종래 문제점을 해결하고 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위한 액체 상태 측정 센서 구성은, 기판 상면에 설치되며 분극성 분자 또는 이온 물질에 대하여 강한 흡착 성질을 가지는 감지막과, 상기 감지막의 양 측면에 전기전도도를 측정하기 위한 전극; 및 상기 감지막 측면에 소정의 간격을 두고 전계를 인가하기 위하여 구비되는 전압인가용 전극;을 포함하여 구성하되, 상기 전계 인가에 따라서 액체 내 분극성 분자로 구성된 불순물 및 이온물질을 감지막에 흡착을 유도하여 전기적 특성의 변화량을 감지함으로써 액체의 상태를 측정하는 것을 특징으로 한다.The liquid-state measuring sensor configuration for solving the above-mentioned conventional problems and achieving the object according to the present invention includes a sensing film installed on the upper surface of the substrate and having a strong adsorption property against polar molecules or ionic materials, and both sides of the sensing film. An electrode for measuring electrical conductivity; And a voltage application electrode provided to apply an electric field at predetermined intervals on the side of the sensing film, wherein the impurity and ionic material composed of polarizable molecules in the liquid are adsorbed to the sensing film according to the application of the electric field. It is characterized by measuring the state of the liquid by sensing the amount of change in electrical properties by inducing.

여기에서, 상기 기판은 유리기판, 실리콘 기판, 알루미나 소결기판 중 선택된 어느 하나로 구성하는 것을 특징으로 한다.Here, the substrate is characterized by consisting of any one selected from a glass substrate, silicon substrate, alumina sintered substrate.

그리고, 상기 감지막은 활성탄소, 활성탄소섬유, 카본에어로젤, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브 중 어느 하나로 구성되어 액체 내의 전기장에 의해 분극성 불순물을 강하게 흡착/저장하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sensing film is composed of any one of activated carbon, activated carbon fiber, carbon aerogel, carbon nanofiber, and carbon nanotube, and is characterized in that the polarized impurities are strongly adsorbed / stored by an electric field in the liquid.

아울러, 상기 감지막의 감지도를 높이기 위하여 상기 기판에 발열장치를 더 구성하되, 상기 발열장치는 니크롬선 또는 백금으로 구성하고, 발열 온도범위는 50℃ 내지 200℃에서 동작하도록 설정한 것을 특징으로 한다.In addition, the heating device is further configured on the substrate to increase the sensitivity of the sensing film, the heating device is characterized in that the nichrome wire or platinum, the heating temperature range is set to operate at 50 ℃ to 200 ℃. .

또한, 액체상태 감지 방법에 있어서, 상기 감지막에 부착된 하나의 전극과 감지막의 측면에 구성된 전압인가용 전극의 양단에 일정 전압을 인가하였을 때의 전기전도도(Rbias)와 전압을 인가하지 않았을 때의 전기전도도(Ro)의 차이( ΔR=| Rbias - Ro |)를 측정하여 액체의 상태 정보를 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the liquid state sensing method, when the electrical conductivity (Rbias) and the voltage is not applied when a predetermined voltage is applied to both the electrode attached to the sensing film and the voltage applying electrode formed on the side of the sensing film. It is characterized by determining the state information of the liquid by measuring the difference (ΔR = | Rbias-Ro |) of the electrical conductivity Ro of the liquid crystal.

여기에서, 상기 측정된 전기전도도(Ro)의 차이( ΔR=| Rbias - Ro |)는 감지막에 부착된 하나의 전극과 감지막의 측면에 구성된 전압인가용 전극의 양단의 거리 간격을 0.1μm~10mm의 범위에서 선택하여 측정하는 것을 특징으로 한다.Here, the measured difference in electrical conductivity Ro (ΔR = | Rbias-Ro |) is 0.1μm ~ the distance between both ends of one electrode attached to the sensing film and the voltage application electrode formed on the side of the sensing film. It is characterized by selecting and measuring in the range of 10mm.

그리고, 상기 두 전극간에 인가되는 전압의 크기에 따라 측정된 전기전도도(ΔR)가 비례적으로 변화되도록 하며, 상기 두 전극간에 전기장 구성을 위하여 사용되는 전원은 직류 또는 교류 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measured electrical conductivity ΔR is proportionally changed according to the magnitude of the voltage applied between the two electrodes, and the power used for constructing the electric field between the two electrodes uses any one selected from DC or AC. It is characterized by.

여기에서, 상기 전원의 전압은 1V 내지 220V 범위에서 인가하는 것을 특징으로 한다.Here, the voltage of the power supply is characterized in that applied in the range of 1V to 220V.

그리고, 상기 센서가 액체 내에 잠길 때에는 인가되는 전기장에 의해 측정된 전기전도도(ΔR)의 변화를 발생시키고, 상기 센서가 액체에 비접촉되는 공기 중에서 측정된 전기장에 의해 측정된 전기전도도(ΔR)의 변화는 거의 없는 특성을 이용하여 액체의 임계 유량을 측정하는 레벨 스위치 기능을 구현하도록 하는 것을 특징으로 한다.When the sensor is immersed in the liquid, a change in electrical conductivity ΔR measured by the applied electric field is generated, and the change in electrical conductivity ΔR measured by the electric field measured in air in which the sensor is not in contact with the liquid. Is characterized in that it implements a level switch function that measures the critical flow rate of the liquid using little characteristics.

위에서와 같이, 본 발명에 따른 액체 상태 측정 센서를 통한 액체 상태 감지시에는 동종 액체에 한하여 종류 및 특성 별로 센서의 전기적 특성을 확인하여 액체의 상태를 실시간으로 측정하여 액체의 상태 정보를 판단할 수 있는 효과를 제공한다.As described above, when detecting the liquid state through the liquid state measurement sensor according to the present invention can determine the state of the liquid by measuring the state of the liquid in real time by checking the electrical characteristics of the sensor for each kind and characteristic of the same type of liquid only Provide the effect.

또한, 외부 환경 영향-액체의 종류와 상태(화학적 반응, 온도, 열화 또는 불순물 포함 상태)에 따라 전계 인가에 의한 감지막의 전기적 특성 변화량이 다르게 변화하는데 이 경우 기준 센서의 데이터를 확보하여 온도에 대하여 액체의 상태 변화에 대한 값을 보상하여 비교적 오차가 없는 정확한 측정을 이룰 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the amount of change in the electrical characteristics of the sensing film due to the application of an electric field varies depending on the external environmental influence-type and state of the liquid (chemical reaction, temperature, deterioration or impurity-containing state). By compensating for the change in the state of the liquid, it provides the effect of making an accurate measurement without errors.

이에 따라서 측정 대상인 기계장치 및 기구장치의 이상 발생을 미연에 방지하여 장치 내구성을 증대시키고 관리 효율성을 제고시킬 수 있게 된다. Accordingly, it is possible to prevent abnormal occurrence of mechanical and mechanical devices to be measured, thereby increasing device durability and improving management efficiency.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 액체의 상태 측정을 위한 상태 센서의 제1 실시 예를 나타내는 구조도, 도 2는 액체의 상태 측정을 위한 상태 센서의 제 2 실시 예를 나타내는 구조도, 도 3은 액체의 상태 센서의 단면 구조-전극 구조 구성을 나타내는 구조도, 도 4는 액체의 상태 측정을 위한 상태 센서의 단면 구조-발열장치를 포함한 구성을 나타내는 구조도, 도 5는 감지막의 온도 의존성 특성을 확인한 그래프, 도 6은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 엔진오일을 측정한 결과를 나타낸 그래프, 도 7은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 초순수와 일반 정수물을 측정한 결과를 나타낸 그래프, 도 8은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 팜유를 측정한 결과를 나타낸 그래프, 도 9는 상기 온도 변화에 대해 전기장 인가를 통해 발생되는 감지막의 전기전도도(ΔR)의 온도 의존성을 나타낸 그래프이다.1 is a structural diagram showing a first embodiment of a state sensor for measuring a state of a liquid, FIG. 2 is a structural diagram showing a second embodiment of a state sensor for measuring a state of a liquid, and FIG. 4 is a structural diagram showing a structure including a cross-sectional structure-heating device of a state sensor for measuring the state of a liquid, FIG. 5 is a graph confirming a temperature dependency characteristic of a sensing film, and FIG. Is a graph showing the results of measuring engine oil using a sensor made of carbon nanofibers among various fabricated sensing film materials, and FIG. 7 is a sensor made of carbon nanofibers from various fabricating sensing film materials. Graph showing the results of measuring ultrapure water and general purified water, FIG. 8 shows palm oil using a sensor made of carbon nanofibers among various fabrication materials Shows a graph of the results, Fig. 9 is a graph showing the temperature dependence of the electrical conductivity sensing film (ΔR) is caused by the applied electric field relative to the temperature change.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 액체 상태 센서를 설명하면 다음과 같다.First, a liquid state sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. 1.

액체의 상태 정보 측정을 위한 상태 센서는 기판(300) 위에 소정의 면적으로 형성된 감지막(310)이 액체 접촉시 액체내의 분극성 불순물 및 이온 등을 측정하기 위해 구성되고, 감지막(310)의 양 측면에 상기 감지막(310)의 전기전도도를 측정하기 위한 전극(320)을 구성한다. The state sensor for measuring the state information of the liquid is configured to measure polarizable impurities and ions in the liquid when the sensing film 310 formed on a predetermined area on the substrate 300 is in contact with the liquid. Electrodes 320 for measuring the electrical conductivity of the sensing layer 310 are configured on both sides.

또한 구성된 감지막(310)의 측면에 전계를 인가하기 위한 전압인가용 전극(330)을 구성하여 전기전도도 측정을 위한 전극(320) 중 하나와 전압 인가용 전극(330)의 양단에 소정의 전압을 인가하여 감지막(310)으로 흡착되는 분극성 불순물 및 이온에 의해 변화되는 감지막(310)의 전기전도도를 측정하여 액체 내의 상태 정보를 확인할 수 있도록 하고 있다.In addition, a voltage applying electrode 330 for applying an electric field to the side of the sensing film 310 is configured to have a predetermined voltage across one of the electrodes 320 and the voltage applying electrode 330 for electric conductivity measurement. It is applied to measure the electrical conductivity of the sensing film 310 is changed by the polar impurities and ions adsorbed to the sensing film 310 to check the state information in the liquid.

도 2는 액체의 상태 측정을 위한 상태 센서의 제2 실시 예를 나타내는 구조도이 다. 도시된 바와 같이, 상기 상태 센서의 또 다른 구성은 상기 제1 실시 예에 사용되는 전압인가용 전극(330)을 상태 센서부의 감지막(310) 좌측 및 우측에 소정의 간격을 두고 구성하며, 구성된 두 개의 전압 인가용 전극(330)에 소정의 전압을 인가하여 감지막(310)으로 흡착되는 분극성 불순물 및 이온에 의해 변화되는 감지막(310)의 전기전도도를 전극(320)으로 측정하여 액체 내의 상태 정보를 확인할 수 있도록 하고 있다.2 is a structural diagram showing a second embodiment of a state sensor for measuring the state of a liquid. As shown, another configuration of the state sensor is configured to configure the voltage applying electrode 330 used in the first embodiment at predetermined intervals on the left and right sides of the sensing film 310 of the state sensor unit. By applying a predetermined voltage to the two voltage applying electrodes 330, the electrical conductivity of the sensing film 310, which is changed by polarized impurities and ions adsorbed to the sensing film 310, is measured using the electrode 320. It is possible to check the status information in the system.

도 3은 액체의 상태 센서의 센서의 단면 구조-전극 구조 구성을 나타내는 구조도이다. 3 is a structural diagram showing a cross-sectional structure of the sensor of the liquid state sensor-electrode structure.

상기 도 1내지 2에 사용되는 액체의 상태 측정을 위한 상태 센서는 전원이 인가되는 전극, 전극 및 기판 상부에 연속적으로 도포되어 액체 내의 분극성 불순물 및 이온을 전기장에 의해 흡착/저장하는 감지막, 형성된 감지막 및 전기장을 인가하기 위한 전압인가용 전극을 탑재하는 것을 포함한다.1 to 2 is a state sensor for measuring the state of the liquid used in the electrode, the electrode and the substrate is applied to the sensing layer for absorbing / storing the polar impurities and ions in the liquid by the electric field, And mounting a voltage applying electrode for applying the formed sensing film and the electric field.

여기에서 도시되고 설명되는 기판(300), 감지막(310), 전극(320, 330)의 구조 및 크기는 이에 국한되지 않고 다양한 변형이 가능함은 물론이다. The structure and size of the substrate 300, the sensing layer 310, and the electrodes 320 and 330 shown and described herein are not limited thereto, and various modifications may be made.

도 4는 액체의 상태 측정을 위한 상태 센서의 단면 구조-발열장치를 포함한 구성을 나타내는 구조도이다. 4 is a structural diagram showing a configuration including a cross-sectional structure-heating device of a state sensor for measuring the state of a liquid.

이 경우, 상기 발열장치(350)는 니크롬선 또는 백금 등의 금속으로 구성되며, 발열 온도범위는 50℃ 내지 200℃에서 동작하도록 설정하는 것이 바람직하다.In this case, the heat generator 350 is made of a metal such as nichrome wire or platinum, the heat generation temperature range is preferably set to operate at 50 ℃ to 200 ℃.

더욱 바람직하게는, 액체의 상태 정보 측정시에 일정 온도 범위에서 상태를 측정하도록 하는 온도 센서의 제어를 받을 수 있도록 구성한다.More preferably, it is configured to be controlled by a temperature sensor to measure the state in a certain temperature range when measuring the state information of the liquid.

여기서, 상기 소자의 기판(300)은 유리기판, 실리콘 기판 및 알루미나 소결기판 등이 사용된다.Here, the substrate 300 of the device is a glass substrate, a silicon substrate and an alumina sintered substrate and the like are used.

그리고 상기 전극(320, 330)은 쉐도우 마스크를 통해 E-beam, 또는 Sputter 등의 증착 장비를 이용하여 제작할 수 있을 뿐만 아니라, Ag 또는 기타 금속 패이스트를 통하여 스크린 프린팅으로 제작할 수도 있다. The electrodes 320 and 330 may be manufactured using deposition equipment such as an E-beam or a sputter through a shadow mask, or may be manufactured by screen printing through Ag or other metal paste.

상기 감지막(310)은 감지재료 분말과 바인더를 혼합한 패이스트를 통해 스크린 프린팅 방법에 의해 형성된다. 그리고, 기판(300) 상에 스크린 프린팅 방법으로 형성된 감지막(310)은 전극 사이에 걸쳐 연결된다. 이렇게 제작된 소자는 감지막(310)이 액체에 접촉되도록 하여, 전원을 전압인가용 전극(330)과 감지막(310)의 전극으로 연결하여 전기장을 인가하고, 감지막(310)을 통해 감지되는 액체 내의 분극성 불순물과 이온의 흡착/저장에 의해 발생되는 전기전도도(ΔR)의 변화를 측정할 수 있게 되는 것이다.The sensing layer 310 is formed by a screen printing method through a paste in which a sensing material powder and a binder are mixed. In addition, the sensing layer 310 formed by the screen printing method on the substrate 300 is connected across the electrodes. The device fabricated as described above allows the sensing film 310 to be in contact with the liquid, and connects a power source to the electrode for voltage application and the electrode of the sensing film 310 to apply an electric field, and to sense the sensing film 310. The change in the electrical conductivity ΔR generated by the adsorption / storage of polarizable impurities and ions in the liquid can be measured.

이에 따를 경우, 전계 인가에 의한 감지막(310)의 전기적 특성 변화량이 다르게 변화하는데 이 경우 기준 센서의 데이터를 확보하여 온도에 대하여 액체의 상태 변화에 대한 값을 보상하여 비교적 오차가 없는 정확한 측정을 이룰 수 있게 된다.In this case, the amount of change in the electrical characteristics of the sensing film 310 is changed by applying an electric field. In this case, the data of the reference sensor is secured to compensate for the change in the state of the liquid with respect to the temperature, thereby making accurate measurement without any error. It can be achieved.

도 5는 감지막(310)의 온도 의존성 특성을 확인한 그래프이다.5 is a graph illustrating the temperature dependency characteristic of the sensing layer 310.

그리고, 표1 내지 표 9는 다양한 액체에 인가전압을 달리 하였을 때 저항값 및 전계 변화량 측정치를 나타내고 있다. Tables 1 to 9 show measurement values of resistance values and electric field changes when the applied voltages are varied for various liquids.

도 5의 그래프를 보면 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서(센서의 전면을 패키지하여 외부와 온도 외의 반응을 억제함)를 예시로 측정한 결과이다. 그래프에서 알 수 있듯이, 온도의 증가에 따라 전기전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. Referring to the graph of FIG. 5, a sensor (made of carbon nanofibers) (a package of the front surface of the sensor that suppresses external and non-temperature reactions) is measured as an example. As can be seen from the graph, it can be seen that the electrical conductivity increases with increasing temperature.

상기 탄소나노섬유 감지막을 포함하는 액체 상태 센서의 센싱 감지도는 온도에 의존하며, 이러한 센서의 센싱 감지도는 측정하고자 하는 액체의 온도 범위가 상온에서 70℃에서는 온도의 증가에 따라 전기전도도가 적은 범위 내에서 비례적으로 증가하지만, 측정하고자 하는 액체의 온도가 70℃ 이상이 될 경우 전기전도도가 확연히 증가하는 것을 확인할 수 있다. Sensing sensitivity of the liquid state sensor including the carbon nanofiber sensing film depends on the temperature, the sensing sensitivity of the sensor is less electrical conductivity with increasing temperature when the temperature range of the liquid to be measured is 70 ℃ at room temperature Although proportionally increased within the range, it can be seen that the electrical conductivity is significantly increased when the temperature of the liquid to be measured is 70 ℃ or more.

상기와 같이 탄소나노튜브의 컨덕턴스가 70℃ 이상의 온도에서 크게 증가하는 원인은 감지재료의 흡착 능력에 충분한 활성에너지를 공급하여 분자 또는 이온들의 운동성이 활발해지면서 분자 또는 이온의 흡착에 따라 전기전도도가 변하는 특성 때문으로 판단된다. 따라서 상기 감지막을 통하여 측정하고자 하는 액체의 온도 범위가 상온 또는 저온인 경우는 기판에 발열장치를 장착하여 감지재료의 흡착 능력을 향상시키므로 센싱 감지도를 향상시킬 수 있을 것이다. As described above, the conductance of the carbon nanotubes is greatly increased at a temperature of 70 ° C. or more. The reason is that the electrical conductivity changes according to the adsorption of molecules or ions while supplying sufficient active energy to the adsorption capacity of the sensing material, thereby activating the mobility of molecules or ions. Judging by its characteristics. Therefore, when the temperature range of the liquid to be measured through the sensing film is room temperature or low temperature, the sensing device may be improved because the heating device is mounted on the substrate to improve the adsorption capacity of the sensing material.

이 경우, 상기 기판에 설치되는 발열장치(350)는 니크롬선 또는 백금으로 구성하는 것이 바람직하며, 발열 온도 범위는 50℃ 내지 200℃에서 동작하도록 설정하는 것이 더욱 바람직하다.In this case, the heating device 350 installed on the substrate is preferably composed of nichrome wire or platinum, and the heat generation temperature range is more preferably set to operate at 50 ° C to 200 ° C.

한편, 액체의 상태 정보를 실시간 측정하는 데 있어서 상태 센서는, 액체와 접촉시 전기장 인가에 의해 액체별로 측정되는 전기전도도(ΔR)의 변화가 다양하게 변화되는 특성을 이용하여 액체의 상태 정보를 표시할 수 있다. 이러한 상태 센서의 전기장 인가 효과에 의한 전기전도도 변화의 특성은 도 6 내지 도 8에서 확인할 수 있다. On the other hand, in real-time measurement of the state information of the liquid, the state sensor displays the state information of the liquid by using the characteristic that the change in the electrical conductivity (ΔR) measured by the liquid varies by liquid upon application of the electric field. can do. The characteristics of the electric conductivity change due to the electric field application effect of the state sensor can be seen in FIGS. 6 to 8.

그리고, 상기 측정된 전기전도도의 차이( ΔR=| Rbias - Ro |)는 감지막에 부착된 하나의 전극과 감지막의 측면에 구성된 전압인가용 전극의 양단의 거리 간격을 0.1μm~10mm의 범위에서 선택하여 측정하도록 함이 바람직하다.In addition, the measured difference in electrical conductivity (ΔR = | Rbias-Ro |) is a distance interval between the both ends of one electrode attached to the sensing film and the voltage applying electrode configured on the side of the sensing film in the range of 0.1 μm to 10 mm. It is desirable to select and measure.

한편, 상기 두 전극간에 전기장 구성을 위하여 사용되는 전원은 직류 또는 교류 중 선택된 어느 하나를 사용하여 상기 두 전극간에 인가되는 전압의 크기에 따라 측정된 전기전도도(ΔR)는 비례적으로 변화되도록 한다.On the other hand, the power used to configure the electric field between the two electrodes using any one selected from direct current or alternating current so that the electrical conductivity (ΔR) measured in accordance with the magnitude of the voltage applied between the two electrodes to be proportionally changed.

이 경우, 상기 전원의 전압은 1V 내지 220V 범위에서 인가하도록 함이 바람직하다.In this case, the voltage of the power supply is preferably applied in the range of 1V to 220V.

그리고, 상기 센서가 액체 내에 잠길 때에는 인가되는 전기장에 의해 측정된 전기전도도(ΔR)의 변화를 발생시키고, 상기 센서가 액체에 비접촉되는 공기 중에서 측정된 전기전도도(ΔR)의 변화는 거의 없는 특성을 이용하여 액체의 임계 유량을 측정하는 레벨 스위치 기능 구현도 가능하게 된다.When the sensor is immersed in the liquid, the sensor generates a change in electrical conductivity ΔR measured by an applied electric field, and the sensor has almost no change in measured electrical conductivity ΔR in air which is not in contact with the liquid. It is also possible to implement a level switch function that measures the critical flow rate of the liquid.

도 6은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 엔진오일을 측정한 결과이다. 엔진오일에서 소정의 전기장 인가를 통해 발생되는 감지막의 전기전도도(ΔR)의 변화가 사용된 오일에서 센싱값의 변화가 크게 나타나는 특성을 나타내는 확인할 수 있다. FIG. 6 is a result of measuring engine oil using a sensor made of carbon nanofibers among various fabricated sensing film materials. The change in the electrical conductivity ΔR of the sensing film generated through application of a predetermined electric field in the engine oil may be confirmed to represent a characteristic in which the change in the sensing value is large in the used oil.

(표1 :브레이크 오일 상온에 전기장 변화에 따른 전기전도도 차이(ΔR))(Table 1: Electric conductivity difference according to electric field change at room temperature of brake oil (ΔR))

구분division R1.[Ω](0V)R1. [Ω] (0V) R1.[Ω](3V)R1. [Ω] (3V) ΔR RES.[Ω] RateΔR RES. [Ω] Rate 1One 190,300190,300 18,61018,610 10.22610.226

(표2: 엔진오일 뉴 상온의 전기장 변화에 따른 전기전도도 차이(ΔR))Table 2: Difference in Electrical Conductivity (ΔR) According to the Electric Field Change of Engine Oil New Room Temperature

인가전압Applied voltage RES.[Ω]RES. [Ω] 변화량ΩAmount of change 0V0 V 921,000921,000 3V3 V 920,000920,000 1,0001,000 6V6 V 919,000919,000 1,0001,000 9V9 V 918,000918,000 1,0001,000 12V12 V 916,000916,000 2,0002,000

(표3: 엔진오일 뉴 고온의 전기장 변화에 따른 전기전도도 차이(ΔR))Table 3: Difference in Electrical Conductivity (ΔR) According to Electric Field Change of Engine Oil New High Temperature)

인가전압Applied voltage RES.[Ω]RES. [Ω] 변화량ΩAmount of change 0V0 V 815,000815,000 3V3 V 807,000807,000 8,0008,000 6V6 V 800,000800,000 7,0007,000 9V9 V 792,000792,000 8,0008,000 12V12 V 784,000784,000 8,0008,000

(표4: 엔진오일 5000Km 사용오일 상온의 전기장 변화에 따른 전기전도도 차이(ΔR))(Table 4: Electrical conductivity difference (ΔR) according to the electric field change at room temperature of engine oil 5000Km)

인가전압Applied voltage RES.[Ω]RES. [Ω] 변화량ΩAmount of change 0V0 V 938,000938,000 3V3 V 937,000937,000 1,0001,000 6V6 V 936,000936,000 1,0001,000 9V9 V 935,000935,000 1,0001,000 12V12 V 934,000934,000 1,0001,000

(표5: 엔진오일 5000Km 사용오일 고온의 전기장 변화에 따른 전기전도도 차이(ΔR)(Table 5) Electric conductivity difference according to the change of electric field of engine oil 5000Km high temperature (ΔR)

인가전압Applied voltage RES.[Ω]RES. [Ω] 변화량ΩAmount of change 0V0 V 790,000790,000 3V3 V 777,000777,000 13,00013,000 6V6 V 763,000763,000 14,00014,000 9V9 V 748,000748,000 15,00015,000 12V12 V 731,000731,000 17,00017,000

도 6은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 엔진오일을 측정한 결과이다. 엔진오일에서 소정의 전기장 인가를 통해 발생되는 감지막의 전기전도도(ΔR)의 변화가 사용된 오일에서 센싱값의 변화가 크게 나타나는 특성을 확인할 수 있다. FIG. 6 is a result of measuring engine oil using a sensor made of carbon nanofibers among various fabricated sensing film materials. It can be seen that the change in the sensing value is large in the oil in which the change in the electrical conductivity ΔR of the sensing film generated by applying a predetermined electric field in the engine oil is used.

도 7은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사 용하여 초순수와 일반 정수물을 측정한 결과이다. 초순수에는 액체 내에 불순물이나 이온등이 없는 특성에 비해 일반 정수물은 다소 적은 양이긴 하나 내부에 포함되어 있는 이온의 양에 따라, 소정의 전기장 인가를 통해 발생되는 감지막의 전기전도도(ΔR)의 변화가 일반 정수물에서 센싱값의 변화가 크게 나타나는 특성을 확인할 수 있다. 7 is a result of measuring ultrapure water and general purified water using a sensor made of carbon nanofibers among various fabrication of sensing film materials. Ultrapure water has a small amount of general purified water compared to the characteristics of no impurities or ions in the liquid, but changes in the electrical conductivity (ΔR) of the sensing film generated by applying a predetermined electric field according to the amount of ions contained therein. It can be seen that the change in the sensed value is large in general purified water.

(표6: 물 상온의 전기장 인가에 따른 전기전도도 차이(ΔR))(Table 6: Electrical conductivity difference according to the application of electric field at room temperature (ΔR))

구분division 인가전압Applied voltage R.[Ω]R. [Ω] 전계변화량[Ω]Electric field change amount [Ω] 1One 00 553,000553,000 3V3 V 573,000573,000 20,00020,000

(표7: 물 고온의 전기장 인가에 따른 전기전도도 차이(ΔR))Table 7: Difference in Electrical Conductivity (ΔR) According to Electric Field Application at High Temperature

구분division 인가전압Applied voltage R.[Ω]R. [Ω] 전계변화량[Ω]Electric field change amount [Ω] 1One 00 656,000656,000 3V3 V 731,994731,994 75,99475,994

도 8은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 팜유를 측정한 결과이다. 팜유 내에서 소정의 전기장 인가를 통해 발생되는 감지막의 전기전도도(ΔR)의 변화가 사용온도에 따라 변화량이 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 사용된 센서는 동일한 것을 사용했으며, 그래프 x축은 온도(80, 120, 170℃) 변화에 따라 측정한 데이터이며, 온도 변화가 클수록 높은 센싱값의 변화가 나타나는 특성을 확인할 수 있다. 8 is a result of measuring palm oil using a sensor made of carbon nanofibers among various fabricated sensing film materials. It can be seen that the change in the electrical conductivity ΔR of the sensing film generated by applying a predetermined electric field in palm oil is different depending on the use temperature. The sensor used was the same, and the graph x-axis is the data measured according to the change of temperature (80, 120, 170 ℃), and the higher the change in temperature, the higher the change in sensing value.

(표8: 콩기름 상온의 전기장 인가에 따른 전기전도도 차이(ΔR))Table 8: Difference in Electrical Conductivity (ΔR) According to Application of Electric Field at Soybean Oil Room Temperature)

구분division 인가전압Applied voltage R.[Ω]R. [Ω] 전계변화량[Ω]Electric field change amount [Ω] 1One 00 835,000835,000 3V3 V 837,000837,000 2,0002,000

(표9: 콩기름 고온 전기장 인가에 따른 전기전도도 차이(ΔR))(Table 9: Electrical conductivity difference (ΔR) according to application of soybean oil high temperature electric field)

구분division 인가전압Applied voltage R.[Ω]R. [Ω] 전계변화량[Ω]Electric field change amount [Ω] 1 One 00 915,000915,000 3V3 V 922,000922,000 7,0007,000

도 9는 상기 온도 변화에 대해 전기장 인가를 통해 발생되는 감지막의 전기전도도(ΔR)의 온도 의존성을 나타낸 결과이다. 상기의 액체의 상태 센서는 온도변화에 대하여 전기장 인가에 의한 전기전도도(ΔR)의 변화량이 다르게 나타나는데 이는 감지막 재료에 따라 온도에 대하여 일정한 비율로 그 변화량이 발생하게 되고 이를 근거로 다양한 온도에서 액체별 상태정보를 보정할 수 있다.9 is a result showing the temperature dependence of the electrical conductivity ΔR of the sensing film generated by applying an electric field to the temperature change. In the liquid state sensor, the change in the electrical conductivity (ΔR) due to the application of an electric field is different with respect to the temperature change, which occurs at a constant rate with respect to the temperature depending on the material of the sensing film. Status information can be corrected.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 다양한 실시예를 첨부된 표, 그래프 및 도면을 참조하여 기술하였으나 본 발명의 기술적 범위가 상기 기술된 사항에 국한되지 않는 것은 너무도 자명하다.As described above, various embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying tables, graphs and drawings, but it is obvious that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described matters.

즉, 본 발명의 기술적 사상에 따라 상술한 바와 같은 구체적인 실시예 및 첨부한 도면에 특별히 한정된다 할 수 없으며, 본 특허등록 청구범위의 기술적 사상에 유사한 범주 내에서의 다양한 변형 실시는 본 특허에 귀속될 수 있다 할 것이다.In other words, according to the technical spirit of the present invention can not be specifically limited to the specific embodiments as described above and the accompanying drawings, various modifications within the scope similar to the technical spirit of the claims of this patent belong to this patent. You will be able to

도 1은 액체의 상태측정을 위한 상태 센서부의 제1실시예를 나타내는 구조도 1 is a structural diagram showing a first embodiment of a state sensor unit for measuring the state of a liquid

도 2는 액체의 상태측정을 위한 상태 센서부의 제 2실시예를 나타내는 구조도   2 is a structural diagram showing a second embodiment of a state sensor unit for measuring the state of a liquid

도 3은 액체의 상태 센서의 센서부의 단면 구조-전극 구조 구성을 나타내는 구조도 3 is a structural diagram showing a cross-sectional structure of the sensor unit of the liquid state sensor-electrode structure configuration;

도 4는 액체의 상태측정을 위한 상태 센서부의 단면 구조-발열장치를 포함한 구성을 나타내는 구조도 4 is a structural diagram showing a configuration including a cross-sectional structure of the state sensor unit for measuring the state of the liquid-heating device

도 5는 감지막의 온도 의존성 특성을 확인한 그래프5 is a graph confirming the temperature dependency characteristic of the sensing film

도 6은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 엔진오일을 측정한 결과를 나타낸 그래프6 is a graph showing the results of measuring engine oil using a sensor made of carbon nanofibers among various fabricated sensing film materials.

도 7은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 초순수와 일반 정수물을 측정한 결과를 나타낸 그래프 7 is a graph showing the results of measuring ultrapure water and general purified water using a sensor made of carbon nanofibers among various fabricated sensing film materials.

도 8은 다양하게 제작된 감지막 재료 중에서 탄소나노섬유로 제작된 센서를 사용하여 팜유를 측정한 결과를 나타낸 그래프 8 is a graph showing the results of measuring palm oil using a sensor made of carbon nanofibers among various fabricated sensing film materials.

도 9는 상기 온도 변화에 대해 전기장 인가를 통해 발생되는 감지막의 전기전도도(ΔR)의 온도 의존성을 나타낸 그래프9 is a graph showing the temperature dependence of the electrical conductivity (ΔR) of the sensing film generated by applying an electric field to the temperature change.

*** 도면의 주요 부분에 대한 설명 ****** Description of the main parts of the drawing ***

300: 기판 310: 감지막300: substrate 310: sensing film

320: 전극 330: 전계인가용 전극320: electrode 330: electrode for electric field

350: 발열장치350: heating device

Claims (9)

액체 상태 측정 및 물성 파악을 위한 액체 상태 측정 센서에 있어서,In the liquid state measurement sensor for measuring the liquid state and physical properties, 기판 상면에 설치되며 분극성 분자 또는 이온물질에 대하여 강한 흡착 성질을 가지는 감지막과; A sensing film installed on the upper surface of the substrate and having a strong adsorption property to polar molecules or ionic materials; 상기 감지막의 양 측면에 전기전도도를 측정하기 위한 전극; 및Electrodes for measuring electrical conductivity on both sides of the sensing film; And 상기 감지막 측면에 소정의 간격을 두고 전계를 인가하기 위하여 구비되는 전압인가용 전극;을 포함하여 구성하되,And a voltage application electrode provided to apply an electric field at predetermined intervals on the side of the sensing film. 상기 전계 인가에 따라서 액체 내 분극성 분자로 구성된 불순물 및 이온물질을 감지막에 흡착을 유도하여 전기적 특성의 변화량을 감지함으로써 액체의 상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 측정 센서 Liquid state measurement sensor, characterized in that by measuring the amount of change in electrical properties by inducing adsorption of impurities and ionic substances consisting of polarizable molecules in the liquid to the sensing membrane in accordance with the electric field applied 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 유리기판, 실리콘 기판, 알루미나 소결기판 중 선택된 어느 하나로 구성하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 측정 센서The substrate is a liquid state measurement sensor, characterized in that composed of any one selected from a glass substrate, silicon substrate, alumina sintered substrate 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 감지막은 활성탄소, 활성탄소섬유, 카본에어로젤, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브 중 어느 하나로 구성되어 액체 내의 전기장에 의해 분극성 불순물을 강하게 흡착/저장하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 측정 센서The sensing film is composed of any one of activated carbon, activated carbon fiber, carbon aerogel, carbon nanofiber, and carbon nanotube, and is a liquid state measuring sensor which strongly adsorbs / stores polarizable impurities by an electric field in a liquid. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 감지막의 감지도를 높이기 위하여 상기 기판에 발열장치를 더 구성하되, 상기 발열장치는 니크롬선 또는 백금으로 구성하며, 발열 온도범위는 50℃ 내지 200℃에서 동작하도록 설정한 것을 특징으로 하는 액체 상태 측정 센서A heating device is further configured on the substrate in order to increase the sensitivity of the sensing film, wherein the heating device is made of nichrome wire or platinum, and the heating temperature range is set at 50 ° C. to 200 ° C. in a liquid state. Measuring sensor 제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 하나의 액체 상태 측정 센서를 이용하되, Using the liquid state measurement sensor of any one of claims 1 to 4, 상기 감지막에 부착된 하나의 전극과 감지막의 측면에 구성된 전압인가용 전극의 양단에 일정 전압을 인가하였을 때의 전기전도도(Rbias)와 전압을 인가하지 않았을 때의 전기전도도(Ro)의 차이( ΔR=| Rbias - Ro |)를 측정하여 액체의 상태 정보를 판단하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 감지 방법The difference between the electrical conductivity (Rbias) when a predetermined voltage is applied to both ends of one electrode attached to the sensing film and the voltage application electrode formed on the side of the sensing film and the electrical conductivity (Ro) when no voltage is applied ( Liquid state detection method characterized by determining the state information of the liquid by measuring ΔR = | Rbias-Ro | 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 측정된 전기전도도의 차이( ΔR=| Rbias - Ro |)는 감지막에 부착된 하나의 전극과 감지막의 측면에 구성된 전압인가용 전극의 양단의 거리 간격을 0.1μm~10mm의 범위에서 선택하여 측정하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 감지 방법The difference in electrical conductivity (ΔR = | Rbias-Ro |) is measured by selecting a distance between both ends of one electrode attached to the sensing film and the voltage applying electrode configured on the side of the sensing film in the range of 0.1 μm to 10 mm. Liquid state detection method characterized by measuring 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 두 전극간에 전기장 구성을 위하여 사용되는 전원은 직류 또는 교류 중 선택된 어느 하나를 사용하여 상기 두 전극간에 인가되는 전압의 크기에 따라 측정된 전기전도도(ΔR)는 비례적으로 변화되도록 하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 감지 방법 The power used to construct the electric field between the two electrodes is characterized in that the electrical conductivity (ΔR) measured in accordance with the magnitude of the voltage applied between the two electrodes using any one selected from direct current or alternating current is proportionally changed. Liquid state detection method 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전원의 전압은 1V 내지 220V 범위에서 인가하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 감지 방법The voltage of the power supply is a liquid state detection method, characterized in that applied in the range of 1V to 220V 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 센서가 액체 내에 잠길 때에는 인가되는 전기장에 의해 측정된 전기전도도(ΔR)의 변화를 발생시키고, 상기 센서가 액체에 비접촉되는 공기 중에서 측정된 전기전도도(ΔR)의 변화는 거의 없는 특성을 이용하여 액체의 임계 유량을 측정하는 레벨 스위치 기능을 구현하도록 하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 감지 방법When the sensor is immersed in the liquid, the change in the electrical conductivity (ΔR) measured by the applied electric field is generated, and the change in the electrical conductivity (ΔR) measured in the air in which the sensor is not in contact with the liquid is utilized. Liquid state sensing method characterized in that to implement a level switch function for measuring the critical flow rate of liquid
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