KR101117937B1 - 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소 및 수용요소를 유체로 사용하는 시스템에서 유체에 의해 센싱 수단이 동파되는 것을 방지하기 위한 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력센서에 관한 것이다.
본 발명에 의한 세라믹 압력 센서는 외부의 압력에 의해 가변하는 정전 용량으로 압력의 크기를 센싱하고, 유체의 결빙시 내부에 열을 발생시켜 동파를 방지하는 용량형 센싱 유닛과, 용량형 센싱 유닛을 통해 압력의 크기를 센싱하는 동작을 제어하는 주 제어부, 및 유체의 결빙시 열을 발생시키는 동작을 제어하는 부 제어부를 포함할 수 있다.
세라믹, 압력 센서, 용량형, 유체 결빙, 동파 방지

Description

동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력센서{CERAMIC PRESSURE SENSOR HAVING STRUCTURE OF PREVENTING FREEZING}
본 발명은 세라믹 압력 센서에 관한 것으로, 특히 수소 및 수용요소를 유체로 사용하는 시스템에서 유체에 의해 센싱 수단이 동파되는 것을 방지하기 위한 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력센서에 관한 것이다.
일반적으로, 세라믹 센서(Ceramic sensor)는 온도나 압력 등의 물리량을 세라믹스의 특성을 이용하여 감지하는 감응소자로서, 감지 대상에 따라 온도 센서, 압력 센서, 습도 및 가스 누설 등에 쓰이고 있는 가스 센서 등으로 구분될 수 있다.
이 중, 압력 센서는 자동차의 메니폴드 압력, 엔진 유압뿐만 아니라 일반 산업용 및 민생용 압력계, 생체공학용 의료기 등 저압에서 고압에 이르기까지 넓은 압력 범위를 고정밀도로 측정하는 데 사용된다.
종래 기술에 따른 압력 센서는 재료에 따라 반도체 다이아프램형 압력 센서와 금속 다이어프램형 압력 센서 등으로 구별된다.
이때, 다이아프램이 절연체인 세라믹으로 형성된 경우를 세라믹 압력 센서라 칭한다.
반도체 다이어프램형 압력 센서는 단결정 또는 다결정 실리콘이 사용되는데, 단결정 실리콘을 사용하는 압력 센서는 용량형 압력 센서와 압저항형 압력 센서로 구분된다. 용량형 압력 센서는 외부 압력에 의해 다이아프램의 휨 정도에 따라 정전 용량이 변하는 것을 이용하며, 압저항형 압력 센서는 다이어프램 상에 형성된 저항체가 응력에 따라 저항값이 변하는 것을 이용한다.
그런데, 다양한 종류의 세라믹 압력 센서가 수소 및 수용요소(Urea AdBlue)를 유체로 사용하는 시스템, 이를 테면 연료 전지 시스템이나 요소 환경 등에 적용될 때, 유체의 성질에 따라 영하의 온도에서 유체가 결빙되어 세라믹 압력 센서에 문제가 발생할 수 있다.
이를 테면, 유체에 담겨지는 압력 센서의 센싱 소자는 유체의 결빙에 의해 동파되어 결국 센서로서의 기능을 수행하지 못하게 되는 문제점이 발생한다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도출된 것으로서, 수소 및 수용요소과 같은 유체를 사용하는 시스템에서, 상기 유체의 결빙에 의해 센싱 수단이 동파되는 것을 방지하기 위한 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서는, 유체를 이용한 시스템에 적용되는 세라믹 압력 센서에 있어서, 외부의 압력에 의해 가변하는 정전 용량으로 상기 압력의 크기를 센싱하고, 상기 유체의 결빙시 내부에 열을 발생시켜 상기 유체의 결빙에 대한 동파를 방지하는 용량형 센싱 유닛; 상기 용량형 센싱 유닛을 통해 상기 압력의 크기를 센싱하는 동작을 제어하는 주 제어부; 및 상기 유체의 결빙시 상기 용량형 센싱 유닛을 통해 열을 발생시키는 동작을 제어하는 부 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용량형 센싱 유닛은, 제1 기판 상에 전하량의 변화량을 측정하는 디텍트(detect) 전극 및 음전위를 갖는 가드(guard) 전극이 형성된 하부 기판; 상기 제1 기판과 대면하는 제2 기판의 배면에 상기 디텍트 전극과 상기 가드 전극이 위치한 영역과 대응되게 소스(source) 전극이 형성되고, 상기 소스 전극이 형성된 외의 영역에 상기 유체의 결빙시 열을 발생시키는 박막형 히터가 배치된 상부 기판; 및 상기 하부 기판과 상기 상부 기판를 합착하는 글라스(glass)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 용량형 센싱 유닛은, 제1 기판 상에 전하량의 변화량을 측정하는 디텍트(detect) 전극 및 음전위를 갖는 가드(guard) 전극이 형성된 하부 기판; 상기 제1 기판과 대면하는 제2 기판의 배면에 상기 디텍트 전극과 상기 가드 전극이 위치한 영역과 대응되게 소스(source) 전극이 형성된 상부 기판; 상기 하부 기판과 상기 상부 기판를 합착하는 글라스(glass); 상기 상부 기판의 상면을 덮어 상기 유체의 결빙으로부터 보호하는 보호 기판을 포함할 수 있다.
추가로, 상기 보호 기판의 배면에 형성되어 상기 유체의 결빙시 상기 상부 기판으로 열을 발생시키는 박막형 히터를 더 포함할 수 있다.
추가로, 상기 보호 기판과 상기 상부 기판의 사이에 가장자리를 따라 형성되어 상기 보호 기판과 상기 상부 기판을 합착시키는 글라스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호 기판과 상기 상부 기판간 간격은 상기 상부 기판과 상기 하부 기판간 간격보다 작게 형성할 수 있다.
상기한 실시예들에서, 상기 디텍트 전극은 외부에서 가해지는 압력에 따라 변하는 전하량을 측정하고, 상기 가드 전극은 음의 전위를 가지며, 상기 소스 전극은 양의 전위를 갖는다.
한편, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 세라믹 압력 센서의 상기 부 제어부는 상기 유체의 온도 또는 실외 온도를 측정하여 상기 유체가 결빙되는 시점이나 실외의 온도가 떨어지는 경우를 센싱하는 온도 센서가 내장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 세라믹 압력 센서의 주 제어부 및 부 제어부는 하나의 제어부로 통합 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 세라믹 압력 센서의 주 제어부 및 부 제어부는 상기 용량형 센싱 유닛과 연결되는 인쇄회로기판(PCB)에 구현될 수 있다.
상기한 본 발명에 따르면, 연료 전지 시스템이나 요소 환경 등에 적용되는 세라믹 압력 센서가 유체의 결빙에 의해 동파되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이로써, 유체의 결빙에 대한 내구성을 가져 센서로서의 성능을 유지할 수 있으므로 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서에 대하여 상세히 설명한다.
본 실시예에서는 수소나 물, 수용요소(AdBlus) 등과 같은 유체(Fluid)를 이용하는 시스템에서, 유체의 결빙으로 인해 내부의 센싱 소자가 동파되는 것을 방지하고자, 세라믹 압력 센서에 박막형 히터를 임베드(embed)하거나 보호 기판을 추가 구성한 구조를 개시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 구성을 나타낸 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서(1)는 크게, 용량형 센싱 유닛(120)과, 용량형 센싱 유닛(120)의 압력 센싱(pressure sensing)을 제어하는 주 제어부(142), 용량형 센싱 유닛(120)의 히팅(heating) 기능을 제어하는 부 제어부(144)를 포함하여 구성된다.
이러한 세라믹 압력 센서(1)는 도 2에 도시한 것처럼 하나의 하우징(160)내에 패키징되며, 압력 센싱과 히팅을 각각 동작시키기 위해 외부의 전원배터리(도 1의 3)와 연결된다.
주 제어부(142)와 부 제어부(144)는 도 2에 도시된 바와 같이 하드웨어적으로 용량형 센싱 유닛(120)과 연결되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)(140)에 구현되어 하우징(160) 내에 패키징될 수 있다.
이와 같이 구성된 세라믹 압력 센서(1)의 구성요소를 구체적으로 설명하면, 용량형 센싱 유닛(120)은 기존의 압력 센싱 외 히팅 동작을 동시에 수행한다는 점에서 특징이 있다.
즉, 다이아프램의 휨 정도에 따라 변하는 정전 용량의 변화량을 이용하여 외부의 압력 크기를 감지하며, 유체(2)의 결빙시 미열을 발생시킴으로써 용량형 센싱 유닛(120)의 동파를 방지한다.
이를 위한 용량형 센싱 유닛(120)은 도 2에 도시한 것처럼 상부 기판(122)과 하부 기판(124)으로 구성되며 내부에 박막형 히터가 임베드되거나 다이어프램을 보호하는 보호기판이 구축되는데, 이의 구조에 대해서는 하기에서 자세히 설명한다.
주 제어부(142)는 용량형 센싱 유닛(120)에서 압력 센싱을 제어하는 신호 라 인(pressure sensor line)과 전기적으로 접속되어 압력 센싱과 관련한 동작을 제어한다.
부 제어부(144)는 용량형 센싱 유닛(120)에서 박막형 히터와 연결된 신호 라인(heater line)과 전기적으로 접속되어 히팅 동작을 제어한다.
이를 테면, 부 제어부(144)는 온도 센서(144a)를 이용하여 유체(2) 및 실외의 온도를 파악한 후 상기 온도에 따라 박막형 히터의 동작을 온/오프 상태로 스위칭(switching)한다.
따라서, 평상시에는 박막형 히터의 동작을 중지시켰다가, 유체(2)가 결빙하는 시점이나 실외의 온도가 기준치 이하로 떨어지는 경우 박막형 히터를 동작시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서(1)는 압력의 크기를 센싱하는 기능 외에, 유체의 결빙시 미열을 발생시켜 용량형 센싱 유닛(120)의 동파를 방지할 수 있게 된다.
여기서, 주 제어부(142)와 부 제어부(144)는 기능상 분리하여 설명하고 있으나, 하나의 제어부로 통합하여 구현하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 용량형 센싱 유닛(1)의 구조에 대하여 다양한 실시예를 설명한다.
제1 실시예
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 구체적으로 나타낸 단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 하부 기판 및 상부 기판을 나타낸 평면 구성도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 나타낸 평면 구성도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량형 센싱 유닛(120A)은 크게 하부 기판(124)과 하부 기판(122) 및 하부 기판(124)과 상부 기판(122)을 합착하는 글라스(glass: 123)를 포함하여 구성된다.
추가로, 도 3에 도시하지는 않았으나, 상부 기판(122)의 상부에 글라스를 이용하여 보호 기판을 선택적으로 합착할 수 있다. 이 경우에는 내부에 박막형 히터(1223)만을 구성한 구조보다 이중적으로 센서의 동파를 방지할 수 있으므로 더 효율적이라 할 수 있다.
보호 기판을 추가한 구성에 대해서는 하기의 제2 실시예에 따른다.
일 실시예에서, 하부 기판(124)은 제1 기판(1241)과, 제1 기판(1241) 상에 형성되는 디텍트 전극(detect electrode: 1242) 및 가드 전극(guard electrode: 1243)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 디텍트 전극(1242)은 외부에서 가해지는 압력에 따라 변하는 전하량을 측정하며, 가드 전극(guard electrode: 1243)은 음전위를 갖는다.
디텍트 전극(1242)은 도 4에 도시한 것처럼 제1 기판(1241)의 중앙부에 원 형상으로 형성되고, 가드 전극(1243)은 디텍트 전극(1242)과 동일 레이어(layer) 상에 디텍트 전극(1242)의 둘레를 따라 형성될 수 있다.
이때, 미설명부호 1242a는 전기적인 접속이 가능한 디텍트 전극용 패드이고, 1243a는 가드 전극용 패드로, 전극에 필요한 전원을 공급받기 위해 외부의 전원배터리(도 1의 3)와 연결될 수 있다.
한편, 제1 기판(1241) 상에서, 하기의 박막형 히터가 배치될 영역과 대응되는 영역에 교체 타입 또는 리드(lead) 타입의 박막형 히터와 접속할 수 있는 콘택 패드(contact pad: 1244)가 형성될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상부 기판(122)은 제1 기판(1241)과 대면하는 제2 기판(1221)과, 제2 기판(1221)의 배면에 형성되는 소스 전극(1222) 및 박막형 히터(1223)를 포함하여 구성될 수 있다.
제2 기판(1221)은 통상 다이어프램(diaphragm)이라고도 칭하며, 가해지는 압력에 의해 상하 이동이 가능한 기판이다.
이러한 제2 기판(1221)은 절연체인 세라믹으로 구성될 수 있다.
소스 전극(1222)은 가드 전극(1243)과 반대로 양의 전위를 가지며, 도 5에 도시한 것처럼 하부 기판(도 3 및 4의 124)의 디텍트 전극과 가드 전극이 위치한 영역과 대응되는 영역에 원 형상으로 구비될 수 있다.
이러한 소스 전극(1222)의 동작에 필요한 전원은 소스 전극용 패드(1222a)를 통해 가능된다.
박막형 히터(1223)는 제2 기판(1221)의 배면에서 소스 전극(1222)이 형성되지 않은 일부 영역에 형성되는데, 일 예로 도 5에 도시한 것처럼 소스 전극(1222)의 둘레를 따라 반원 띠 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 박막형 히터(1223)는 유체의 결빙시 열을 발생시키는 역할을 하는데, 박막형 히터(1223)의 면적이 넓을수록 그 성능을 높일 수 있다. 그러나, 박막형 히터(1223)의 단위 면적당 발열하는 온도 및 소비 전력을 예측할 수 있으므로, 무조건 박막형 히터(1223)의 면적이 넓은 것보다는 유체의 결빙 온도에 따라 동파를 방지할 수 있는 히터 용량을 고려하여 최적의 면적을 갖도록 설계하는 것이 좋다.
이러한 박막형 히터(1223)는 폴리실리콘(polysilicon)을 주 원료로 한다.
이상에서, 디텍트 전극(1242)과 가드 전극(1243) 및 소스 전극(1222)의 형상을 원형으로 도시하고 설명하였으나, 사각 형상 또는 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이며, 이에 따라 제1 기판(1241) 및 제2 기판(1221) 또한 사각 형상 또는 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 용량형 센싱 유닛(120A)의 글라스(123)는 하부 기판(124)과 상부 기판(122) 사이에 가장자리를 따라 형성되어 하부 기판(124)과 상부 기판(122)을 합착한다.
본 실시예에 따른 글라스(123)는 미크론(micron) 단위의 길이를 갖는 로드(rod) 형태로 구비되며, 이를 상부 기판(122)과 하부 기판(124)간 합착하기 위해 실링(sealing) 물질을 이용한다. 실링 물질은 유리액체와 같은 유리질(vitreous)이며, 점성(viscosity)이 50 내지 250kps 이고 약 70 내지 80% 고형체(solid) 상태이다.
이와 같이 하부 기판(124)과 상부 기판(122) 및 글라스(123)로 패키지(package)된 용량형 센싱 유닛(120A)의 외형은 도 6에 도시된 바와 같다.
즉, 용량형 센싱 유닛(120A)의 일면에 다수의 접속핀(1222p, 1223p, 1242p, 1243p)이 구비된다.
다수의 접속핀(1222p, 1223p, 1242p, 1243p)은 내부의 각 전극(1222, 1242, 1243)과 박막형 히터(1223)를 외부의 전원배터리와 접속하기 위한 단자로서, 표기된 1243p, 1242p, 1222p는 가드 전극용 접속핀, 디텍트 전극용 접속핀, 소스 전극용 접속핀을 각각 나타낸다. 그리고, 양 사이드에 표기된 1223p는 박막형 히터의 접속핀을 나타낸다.
가드 전극용 접속핀(1243p)은 도 4의 하부 기판(124)에 노출된 가드 전극용 패드(1243a)와 전기적으로 연결되고, 디텍트 전극용 접속핀(1242p)은 도 4의 하부 기판(124)에 노출된 디텍트 전극용 패드(1242a)와 연결되며, 소스 전극용 접속핀(1222p)은 도 5의 상부 기판(122)에 노출된 소스 전극용 패드(1222a)와 연결된다. 그리고, 박막형 히터의 접속핀(1223p)은 도 5의 박막형 히터용 패드(1223a)와 전기적으로 연결된다.
이렇게 패키지된 용량형 센싱 유닛(120A)은 도 7에 도시한 원리를 이용하여 압력의 크기를 센싱하게 된다.
설명의 이해를 돕기 위해 도 3에 도시된 용량형 센싱 유닛(120A)의 구조와 연계하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서는 외부로부터 압력이 가해지면(ST1), 용량형 센싱 유닛(120A, 72)의 상부 기판(122) 즉, 다이어프램에 기구적인 휨 발생이 일어난다(ST2).
용량형 센싱 유닛(120A, 72)에서 상부 기판(또는 다이어프램)(122)은 상하로 움직일 수 있는 기판(movable plate)이고, 하부 기판(124)은 고정적인 기판(fixed plate)이다.
따라서, 소정 압력에 의해 상부 기판(122)이 휘어지게 되면 일정 거리를 유지하고 있던 상부 기판과 하부 기판간 거리(d)가 작아지게 되고, 이에 따라 상부 기판(122)의 소스 전극(1222)과 하부 기판(124)의 가드 전극(1243) 사이에서 발생하는 정전용량(C)이 변하게 된다(ST3). 변하된 정전용량은 하부 기판(124)의 디텍트 전극(1242)에 의해 측정된다.
이론적으로 정전용량(C)을 구하는 식은
Figure 112009042391866-pat00001
로, 주입하는 매체의 유전상수(K)가 클수록, 전극의 표면적(A)이 클수록, 상부 기판과 하부 기판간 간격(d)이 좁을수록, 또 유전체의 유전율(εo)이 클수록 정전용량이 커진다.
상기 식에서 알 수 있듯이, 상부 기판(122)의 휨 발생으로 상부 기판과 하부 기판간 거리(d)가 작아지게 되면 정전용량이 커지게 된다.
그러면, 용량형 센싱 유닛(120A, 72)내에서는 전자 측정 소자(74)를 이용하여 변화된 정전용량을 전기적인 신호로 변환한 이에 상응하는 전압값을 출력함으로써 압력의 크기를 센싱한다(ST4, ST5).
제2 실시예
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 구체적으로 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 적용하여 결합한 단면 구성도이다.
먼저 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용량형 센싱 유닛(120B)은 유체의 결빙시 용량형 센싱 유닛(120B)의 동파를 방지하기 위해 최상부에 보호 기판(125)과 박막형 히터(126)를 추가한 구조이다.
이의 구조를 구체적으로 보면, 크게 하부 기판(124)과 상부 기판(122), 하부 기판(124)과 상부 기판(122)을 합착하는 글라스(glass: 123), 보호 기판(125), 및 박막형 히터(126)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 생략하고 다른 구성요소에 대해서만 설명하면, 보호 기판(125)은 상부 기판(122)의 상면을 덮어 유체의 결빙으로부터 용량형 센싱 유닛(120B)을 보호하는 역할을 한다.
이러한 보호 기판(125)은 상부 기판(122)과 하부 기판(124)을 합착하는 글라스와 마찬가지로, 가장자리에 글라스(1251)를 이용하여 상부 기판(122)과 합착된다.
또한, 보호 기판(125)의 형상은 상부 기판(122)과 하부 기판(124)의 형상과 동일하게 원형 또는 사각 형상 등으로 구비되는 것이 좋다.
이때, 보호 기판(125)과 상부 기판(122)간 간격(d₂)은 좁게 형성하는 것이 좋다. 이는 유체 결빙시 상부 기판(122)이 팽창하게 되는데, 보호 기판(125)과 상부 기판(122)간 간격(d₂)을 작게 하여 이 간격 내에 유입되는 유량의 부피를 최소화함으로써 유체 결빙시 상부 기판(122)의 팽창에 의한 기판의 파손 우려를 해소하기 위함이다.
한편, 박막형 히터(126)는 보호 기판(125)의 배면에 선택적으로 형성할 수 있다.
이러한 박막형 히터(126)는 유체의 결빙시 미열을 발생시킴으로써 유체의 결빙으로부터 용량형 센싱 유닛(120B)을 보호하는 역할을 하는 동시에, 결빙된 유체를 녹이는 보조 역할을 한다.
본 실시예에서, 박막형 히터(126)는 보호 기판(125)에 선택적으로 구성할 수 있는 바, 추가 구성시 보호 기판(125)만 구비한 센서보다 효율적으로 센서의 동파를 방지할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용량형 센싱 유닛(120B)은 도 9에 도시된 바와 같이 하우징(910) 내에 장착되어 패키징된다.
즉, 하우징(910) 내 저면에 오링(912)이 장착되고, 그 위에 본 발명의 다른 실시예에 따른 용량형 센싱 유닛(120B)이 가이드패널(913)에 의해 지지되어 안착된다. 용량형 센싱 유닛(120B)에는 인쇄회로기판(PCB: 914) 및 스프링 콘택트(915)가 연결되며, 그 상부에 커넥터 베이스(916)가 장착되어 용량형 센싱 유닛(120B)으로부터 노출시킨 다수의 접속핀(contect pin)과 전기적으로 접속될 수 있다.
이와 같이 패키징된 세라믹 압력 센서는 연료 전지 시스템이나 요소 환경 등과 같이 수소 또는 수용요소를 유체를 사용하는 모든 분야에 효율적인 센서로서 적용이 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 나타낸 평면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 하부 기판을 나타낸 평면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 상부 기판을 나타낸 평면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 주 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 압력 센서의 용량형 센싱 유닛을 적용하여 결합한 단면 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 세라믹 압력 센서 2: 유체
3: 전원배터리 120, 120A, 120B: 용량형 센싱 유닛
142: 주 제어부 144: 부 제어부
144a: 온도 센서 160: 하우징
122: 상부 기판 124: 하부 기판
123, 1251: 글라스 1221: 제1 기판
1222: 소스 전극 1223, 126: 박막형 히터
1241: 제2 기판 1242: 디텍트 전극
1243: 가드 전극 1244: 콘택 패드
1242a: 디텍트 전극용 패드 1243a: 가드 전극용 패드
1222a: 소스 전극용 패드 1223a: 박막형 히터용 패드
1222p, 1223p, 1242p, 1243p: 다수의 접속핀
125: 보호 기판 911: 하우징
912: 오링 913: 가이드 패널
914: 인쇄회로기판 915: 스프링 콘택트
916: 커넥터 베이스

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 유체를 이용한 시스템에 적용되는 세라믹 압력 센서으로서,
    외부의 압력에 의해 가변하는 정전 용량으로 상기 압력의 크기를 센싱하고, 상기 유체의 결빙시 내부에 열을 발생시켜 상기 유체의 결빙에 대한 동파를 방지하는 용량형 센싱 유닛;
    상기 용량형 센싱 유닛을 통해 상기 압력의 크기를 센싱하는 동작을 제어하는 주 제어부; 및
    상기 유체의 결빙시 상기 용량형 센싱 유닛을 통해 열을 발생시키는 동작을 제어하는 부 제어부를 포함하고,
    상기 용량형 센싱 유닛은,
    제1 기판 상에 전하량의 변화량을 측정하는 디텍트(detect) 전극 및 음전위를 갖는 가드(guard) 전극이 형성된 하부 기판;
    상기 제1 기판과 대면하는 제2 기판의 배면에 상기 디텍트 전극과 상기 가드 전극이 위치한 영역과 대응되게 소스(source) 전극이 형성되고, 상기 소스 전극이 형성된 외의 영역에 상기 유체의 결빙시 열을 발생시키는 박막형 히터가 배치된 상부 기판; 및
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판를 합착하는 글라스(glass)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  3. 유체를 이용한 시스템에 적용되는 세라믹 압력 센서으로서,
    외부의 압력에 의해 가변하는 정전 용량으로 상기 압력의 크기를 센싱하고, 상기 유체의 결빙시 내부에 열을 발생시켜 상기 유체의 결빙에 대한 동파를 방지하는 용량형 센싱 유닛;
    상기 용량형 센싱 유닛을 통해 상기 압력의 크기를 센싱하는 동작을 제어하는 주 제어부; 및
    상기 유체의 결빙시 상기 용량형 센싱 유닛을 통해 열을 발생시키는 동작을 제어하는 부 제어부를 포함하고,
    상기 용량형 센싱 유닛은,
    제1 기판 상에 전하량의 변화량을 측정하는 디텍트(detect) 전극 및 음전위를 갖는 가드(guard) 전극이 형성된 하부 기판;
    상기 제1 기판과 대면하는 제2 기판의 배면에 상기 디텍트 전극과 상기 가드 전극이 위치한 영역과 대응되게 소스(source) 전극이 형성된 상부 기판;
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판를 합착하는 글라스(glass);
    상기 상부 기판의 상면을 덮어 상기 유체의 결빙으로부터 보호하는 보호 기판
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 디텍트 전극은 외부에서 가해지는 압력에 따라 변하는 전하량을 측정하고,
    상기 가드 전극은 음의 전위를 가지며,
    상기 소스 전극은 양의 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 박막형 히터는
    상기 소스 전극의 둘레를 따라 반원 띠 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 상부 기판의 상면을 덮어 상기 유체의 결빙으로부터 보호하는 보호 기판을 추가로 포함하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 보호 기판의 배면에 형성되어 상기 유체의 결빙시 상기 상부 기판으로 열을 발생시키는 박막형 히터
    를 추가로 포함하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 보호 기판과 상기 상부 기판의 사이에 가장자리를 따라 형성되어 상기 보호 기판과 상기 상부 기판을 합착시키는 글라스
    를 추가로 포함하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 보호 기판과 상기 상부 기판간 간격은 상기 상부 기판과 상기 하부 기판간 간격보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 부 제어부는
    상기 유체의 온도 또는 실외 온도를 측정하여 상기 유체가 결빙하는 시점이나 실외의 온도가 떨어지는 경우를 센싱하는 온도 센서가 내장되는 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 주 제어부 및 상기 부 제어부는 하나의 제어부로 통합 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
  12. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 주 제어부 및 상기 부 제어부는 상기 용량형 센싱 유닛과 연결되는 인쇄회로기판(PCB)에 구현되는 것을 특징으로 하는 동파 방지 구조를 갖는 세라믹 압력 센서.
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JPH0829279A (ja) * 1994-07-12 1996-02-02 Nippondenso Co Ltd 圧力センサ
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