KR101151343B1 - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체를 이용하여 압력을 측정하는 센서에 관한 것이다. 본 압력 센서는 다이어프램, 상기 다이어프램의 둘레를 따라 하향으로 연장되는 실린더 부재, 상기 실린더 부재의 내측에 상기 다이어프램으로부터 이격되어 배치되는 피스톤 부재, 상기 다이어프램과 상기 피스톤 부재 사이에 수용되는 작용유체, 상기 실린더 부재와 상기 피스톤 부재 사이에 설치되는 탄성부재, 상기 실린더 부재와 상기 피스톤 부재 사이를 밀폐하는 탄성막, 그리고 상기 탄성막에 의해 밀폐된 공간에 수용되는 보관유체를 포함하고, 상기 피스톤 부재에 상향으로 하중이 작용되면, 상기 하중은 상기 작용유체를 통해 상기 다이어프램에 압력으로 전달되고, 상기 압력에 의해 상기 작용유체의 일부는 상기 보관유체로 이동되면서 상기 피스톤 부재가 상향으로 이동되고 상기 탄성부재가 변형되며, 상기 피스톤 부재에 작용되는 하중이 제거되면, 상기 변형된 탄성부재가 회복되면서 발생하는 압력에 의해 상기 보관유체의 일부는 상기 작용유체로 이동되고 상기 피스톤 부재는 하향으로 이동된다. 본 발명에 의하면, 본 압력 센서를 작은 규모로 하더라도 큰 하중을 계측할 수 있고, 유체를 수용하고 있는 부분의 파손으로 인해 유체가 손실되는 것을 미연에 방지 할 수 있으며, 유체의 손실을 보충해 주는 다른 외부시스템을 사용할 필요가 없게 된다.The present invention relates to a sensor for measuring pressure using a fluid. The pressure sensor includes a diaphragm, a cylinder member extending downward along a circumference of the diaphragm, a piston member disposed to be spaced apart from the diaphragm inside the cylinder member, a working fluid accommodated between the diaphragm and the piston member, and the cylinder. An elastic member provided between the member and the piston member, an elastic membrane for sealing between the cylinder member and the piston member, and a storage fluid accommodated in a space enclosed by the elastic membrane, and upwardly to the piston member. When a load is applied, the load is transmitted to the diaphragm through the working fluid as a pressure, and by the pressure a portion of the working fluid is moved to the storage fluid while the piston member is moved upward and the elastic member is deformed. And the load applied to the piston member When removed, part of the storage fluid is moved to the working fluid and the piston member is moved downward by the pressure generated while the deformed elastic member is recovered. According to the present invention, even if the pressure sensor is small in size, a large load can be measured, and the loss of the fluid can be prevented due to the breakage of the part accommodating the fluid. There is no need to use other external systems.
Description
본 발명은 유체를 이용하여 압력을 측정하는 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor for measuring pressure using a fluid.
종래에 압력을 측정하는 센서로는 로드셀(Load Cell), FSR(Force Sensing Resistors), 압전 소자(piezoelectric element) 등이 있다.Conventionally, sensors for measuring pressure include a load cell, a force sensing resistor (FSR), a piezoelectric element, and the like.
로드셀은 정밀하게 정형화된 부재에 스트레인 게이지(Strain Gage)를 부착하여 특정부위의 변형으로부터 무게나 힘을 측정하는 기구이다. 여기서, 스트레인 게이지는 일종의 저항으로 이를테면 매우 가는 금속선을 측정방향으로 여러 번 왕복시켜 길이가 늘어날수록 단면적이 줄어들고 저항이 늘어나는 성질을 이용한 변형률 측정 장치이다. 기본적으로 부재에 길이 방향으로 스트레인 게이지를 부착하여 저항의 미세한 변화량을 측정하는 인장-압축형 로드셀, 압축되는 부위와 인장되는 부위를 갖는 구조를 만들어 각각의 부위에 스트레인 게이지를 부착하여 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 굽힘형/전단형 로드셀 등이 있다.A load cell is a device that attaches a strain gage to a precisely shaped member to measure weight or force from deformation of a specific part. Here, the strain gauge is a kind of resistance, for example, a strain measuring device using a property that the very thin metal wire is reciprocated several times in the measurement direction, the cross-sectional area decreases and the resistance increases as the length increases. Basically, a tension-compression load cell that measures the amount of change in resistance by attaching a strain gauge in the longitudinal direction to the member, and makes a structure having a portion to be compressed and a portion to be stretched, and attaches a strain gauge to each portion, and a Wheatstone bridge circuit Bending / shear type load cell constituting the.
이 중 인장-압축형 로드셀은 하중을 측정할 때에 오차가 큰 문제점이 있다. 또한 굽힘형/전단형 로드셀은 측정무게에 비하여 하드웨어의 사이즈가 큰 단점이 있다. 특히 로봇의 발 등에 로드셀이 사용될 때에는 한 점에 힘이 집중될 수 있어 발의 각 부위마다 충분한 힘을 측정할 수 있어야 하는데, 굽힘형/전단형 로드셀은 작은 크기로는 집중되는 힘(이를테면 2000N)을 측정할 수 없어 각 부위를 따로 측정하기 어려운 문제가 있다.Among these, the tension-compression load cell has a large error when measuring load. In addition, the bent / shear type load cell has a disadvantage in that the size of the hardware is larger than the measurement weight. In particular, when a load cell is used in the foot of a robot, the force can be concentrated at a point, so that sufficient force can be measured for each part of the foot. Bending / shear load cells are small in size (for example, 2000 N). There is a problem that it is difficult to measure each part separately because it cannot be measured.
또한 FSR(Force Sensing Resistors)은 압력이 커질 때 저항이 감소하는 성질을 갖는 압력 센서이다. 양 전극이 엇갈려 있는 첫 번째 층 위에 빈 공간을 만드는 두 번째 층이 있고 저항성 물질로 된 세 번째 층이 있어, 압력이 가해지면 세 번째 층이 첫 번째 층과 만나 전기가 통하기 시작하고, 압력이 증가될수록 저항물질이 닿는 면적이 커지면서 전체 저항이 줄어두는 방식이다.In addition, Force Sensing Resistors (FSRs) are pressure sensors whose resistance decreases as pressure increases. There is a second layer above the first layer with both electrodes creating an empty space and a third layer of resistive material, so that when pressure is applied, the third layer meets the first layer and starts to conduct electricity, and the pressure increases. As the area of contact of the resistive material increases, the total resistance decreases.
이러한 FSR은 소자 간극에 의해 역치값이 존재하고, 눌리는 부위나 형상 등에 따라 압력 측정에 차이가 발생하기도 해 재현성이 떨어지며, 큰 힘의 경우에는 측정 정밀도가 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 보통 10kg 정도가 가용한 한계이다. 또한 얇은 필름 형태의 구조는 적용 가능한 부위를 다양하게 하기는 하지만, 찢어지기 쉽다는 단점이 있다.Such FSR has a threshold value due to the device gap, a difference in pressure measurement occurs depending on the pressed part or shape, and thus the reproducibility is inferior. In the case of a large force, the measurement accuracy is remarkably inferior. Usually around 10 kg is the available limit. In addition, the thin film structure has a disadvantage in that it is easy to be torn, although the applicable area is varied.
그리고 압전 소자(piezoelectric element)는 특별한 결정판에 압력을 가하면 힘이 전기로 변해 양면 사이에 전위차가 발생하는 성질을 이용한 압력 센서이며, 판 하나당 기전력은 작기 때문에 여러 개의 판을 직렬로 연결하여 사용한다.Piezoelectric elements (piezoelectric element) is a pressure sensor that uses a property that the potential difference between the two sides when the pressure is applied to a special crystal plate to generate electricity, and because the electromotive force per plate is small, several plates are connected in series.
다만 이러한 압전 소자는 가격이 비싸고 노이즈가 있으며, 동적인 하중변화만을 감지하여 정지 상태로 작용하는 힘은 인지하지 못하는 문제가 있다.However, such piezoelectric elements have a problem that the price is expensive, there is noise, and only the dynamic load change is detected so that the force acting as a stationary state is not recognized.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 족형 보행 로봇의 발에 의해 작용되는 힘과 같이 큰 힘을 작은 규모의 장치를 통해 안정적으로 계측할 수 있는 압력 센서를 제공하는 것이다.The present invention has been created to solve the problems described above, the problem to be solved by the present invention can be stably measured a large force, such as the force acted by the foot of the foot walking robot through a small scale device To provide a pressure sensor.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 센서는 다이어프램, 상기 다이어프램의 둘레를 따라 하향으로 연장되는 실린더 부재, 상기 실린더 부재의 내측에 상기 다이어프램으로부터 이격되어 배치되는 피스톤 부재, 상기 다이어프램과 상기 피스톤 부재 사이에 수용되는 작용유체, 상기 실린더 부재와 상기 피스톤 부재 사이에 설치되는 탄성부재, 상기 실린더 부재와 상기 피스톤 부재 사이를 밀폐하는 탄성막, 그리고 상기 탄성막에 의해 밀폐된 공간에 수용되는 보관유체를 포함하고, 상기 피스톤 부재에 상향으로 하중이 작용되면, 상기 하중은 상기 작용유체를 통해 상기 다이어프램에 압력으로 전달되고, 상기 압력에 의해 상기 작용유체의 일부는 상기 보관유체로 이동되면서 상기 피스톤 부재가 상향으로 이동되고 상기 탄성부재가 변형되며, 상기 피스톤 부재에 작용되는 하중이 제거되면, 상기 변형된 탄성부재가 회복되면서 발생하는 압력에 의해 상기 보관유체의 일부는 상기 작용유체로 이동되고 상기 피스톤 부재는 하향으로 이동된다.Pressure sensor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a diaphragm, a cylinder member extending downward along the circumference of the diaphragm, a piston member spaced apart from the diaphragm inside the cylinder member, the A working fluid accommodated between the diaphragm and the piston member, an elastic member provided between the cylinder member and the piston member, an elastic membrane sealing the cylinder member and the piston member, and a space enclosed by the elastic membrane. A storage fluid is received, and when a load is applied upwardly to the piston member, the load is transmitted to the diaphragm through the working fluid at a pressure, and the pressure causes a portion of the working fluid to move to the storage fluid. While the piston member is moved upward and the bullet And member is deformed, when a load is applied to the piston member removed, by the pressure generated as the modified elastomeric member to recover a portion of the stored fluid is moved to the working fluid the piston member is moved downwardly.
상기 실린더 부재는 상기 다이어프램의 둘레를 따라 하향으로 연장되고 내측면의 하측의 둘레를 따라 제한턱이 형성되는 제1 실린더 부재, 그리고 상기 제1 실린더 부재에 대해 하향으로 연결되는 제2 실린더 부재를 포함하고, 상기 작용유체는 상기 다이어프램의 하면과 맞닿도록 상기 제1 실린더 부재의 내측에 배치될 수 있다.The cylinder member includes a first cylinder member extending downward along the circumference of the diaphragm and having a limiting jaw formed along a lower circumference of the inner side, and a second cylinder member connected downward with respect to the first cylinder member. In addition, the working fluid may be disposed inside the first cylinder member to be in contact with the bottom surface of the diaphragm.
상기 피스톤 부재는 상기 작용유체의 하단과 맞닿도록 상기 제1 실린더 부재의 내측에 삽입되는 하중전달부, 상기 하중전달부와 연결되고 외측면의 하측의 둘레를 따라 지지턱이 형성되는 탄성지지부, 그리고 상기 탄성지지부와 연결되고 하단을 통해 하중을 입력받는 하중입력부를 포함할 수 있다.The piston member is a load transfer portion inserted into the inner side of the first cylinder member to abut the lower end of the working fluid, an elastic support portion connected to the load transfer portion and the support jaw is formed along the circumference of the lower side of the outer surface, and It may include a load input unit connected to the elastic support and receiving a load through the lower end.
상기 하중전달부는 외측면의 상측의 둘레를 따라 구비되고 상기 제한턱의 상측에 위치하는 제한돌기, 상기 제한돌기의 외측면의 둘레를 따라 구비되어 상기 제1 실린더 부재의 내측면의 둘레에 맞닿는 링, 외측면과 상단을 관통하는 유체공급 홀, 그리고 상기 유체공급 홀로부터 상향으로 음압이 작용하면 열리고 상기 유체공급 홀을 향해 하향으로 양압이 작용하면 닫히는 판막을 포함할 수 있다.The load transfer part is provided along the circumference of the upper side of the outer side and is provided along the circumference of the outer side of the limiting projection, the limiting projection located on the upper side of the limiting projection to the circumference of the inner surface of the first cylinder member It may include a fluid supply hole penetrating the outer surface and the top, and a valve that opens when the negative pressure acts upward from the fluid supply hole and closes when a positive pressure acts downward toward the fluid supply hole.
상기 탄성부재는 상기 피스톤 부재가 상하방향으로 탄성 거동하도록 상기 제한턱과 상기 지지턱의 사이에 설치될 수 있다.The elastic member may be installed between the limiting jaw and the support jaw so that the piston member elastically moves up and down.
상기 탄성막은 상기 제2 실린더 부재의 내측면의 둘레와 상기 탄성지지부의 외측면의 둘레를 밀폐 상태로 연결할 수 있다.The elastic membrane may connect the circumference of the inner surface of the second cylinder member and the circumference of the outer surface of the elastic support in a sealed state.
상기 보관유체는 상기 하중전달부, 상기 제1 실린더 부재, 상기 제2 실린더 부재, 상기 탄성지지부, 및 상기 탄성막에 의해 둘러싸인 공간에 배치될 수 있다.The storage fluid may be disposed in a space surrounded by the load transfer part, the first cylinder member, the second cylinder member, the elastic support part, and the elastic membrane.
상기 제2 실린더 부재는 상기 제1 실린더 부재의 하단에서 둘레를 따라 외측 방향으로 연장되는 확장부, 그리고 상기 확장부의 외측 방향의 끝단으로부터 둘레를 따라 하향으로 연장되는 실린더부를 포함할 수 있다.The second cylinder member may include an extension part extending in an outward direction along a circumference at a lower end of the first cylinder member, and a cylinder part extending downward in a circumference from an end in the outward direction of the extension part.
상기 실린더부는 내측면에 둘레를 따라 상기 탄성막의 일단이 삽입되는 실린더 홈을 형성하는 실린더 돌기를 포함하고, 상기 지지턱은 상기 탄성막의 타단이 삽입되도록 외측면에 둘레를 따라 형성되는 지지턱 홈을 포함할 수 있다.The cylinder portion includes a cylinder protrusion for forming a cylinder groove into which one end of the elastic membrane is inserted along the circumference of the inner side, and the support jaw includes a support jaw groove formed along the circumference of the outer side such that the other end of the elastic membrane is inserted. It may include.
상기 양압은 상기 하중입력부에 상기 하중이 입력될 때 발생하고, 상기 음압은 상기 하중입력부에 대한 상기 하중의 입력이 끝난 후 탄성 압축되었던 상기 탄성부재의 탄성 회복력이 상기 피스톤 부재에 작용될 때 발생할 수 있다.The positive pressure may occur when the load is input to the load input unit, and the negative pressure may occur when the elastic restoring force of the elastic member that is elastically compressed after the input of the load to the load input unit is applied to the piston member. have.
상기 작용유체는 상기 양압이 작용하면 일부가 상기 링과 상기 제1 실린더 부재의 내측면의 둘레의 사이를 통해 이동되어 상기 보관유체의 일부로 포함될 수 있다.The working fluid may be included as part of the storage fluid by moving a portion between the ring and the circumference of the inner surface of the first cylinder member when the positive pressure is applied.
상기 보관유체는 상기 음압이 작용하면 일부가 상기 유체공급 홀을 통해 이동되어 상기 작용유체의 일부로 포함될 수 있다.The storage fluid may be included as part of the working fluid by moving a portion through the fluid supply hole when the negative pressure is applied.
상기 제한돌기는 상기 하중이 입력되기 전에는 하단이 상기 제한턱의 상단과 맞닿을 수 있다.The limiting protrusion may contact a lower end of the limiting jaw before the load is input.
상기 하중입력부는 외측면의 둘레가 상기 제2 실린더 부재의 내측면의 둘레에 맞물리는 형상일 수 있다.The load input unit may have a shape in which a circumference of an outer surface is engaged with a circumference of an inner surface of the second cylinder member.
상기 작용유체와 상기 보관유체는 비압축성일 수 있다.The working fluid and the storage fluid may be incompressible.
상기 다이어프램에는 스트레인 게이지가 부착될 수 있다.A strain gauge may be attached to the diaphragm.
본 발명에 의하면, 실린더 부재에 의해 둘러싸인 유체를 통해 피스톤 부재로부터 다이어프램으로 하중이 전달되도록 함으로써, 본 압력 센서를 작은 규모로 하더라도 큰 하중을 계측할 수 있다. 이를테면 족형 보행 로봇의 발 부분에도 본 압력 센서를 집적할 수 있다.According to the present invention, the load can be transmitted from the piston member to the diaphragm through the fluid surrounded by the cylinder member, so that even if the pressure sensor is small, large load can be measured. For example, the pressure sensor can be integrated into the foot of a foot walking robot.
또한 하중이 기계적 구조를 통해서만 전달되는 것이 아니라 유체 압력을 통해서 균등하게 전달되기 때문에, 불균형한 힘과 충격 등도 안정적으로 전달받아 압력을 측정할 수 있다.In addition, since the load is transmitted not only through the mechanical structure but evenly through the fluid pressure, the unbalanced force and impact can be stably transmitted to measure the pressure.
그리고 다이어프램의 변형률을 측정하는 것이기 때문에, 본 압력 센서 자체가 파괴되지 않는 한도 내에서 다이어프램의 재질 및 두께를 바꿔줌으로써 매우 높은 무게까지 측정할 수 있다.And since the strain of the diaphragm is measured, by changing the material and thickness of the diaphragm, as long as the pressure sensor itself is not destroyed, very high weight can be measured.
또한 작용유체와 상호 작용되는 보관유체, 탄성막, 판막, 그리고 탄성부재의 구성을 포함함으로써, 유체를 수용하고 있는 부분의 파손으로 인해 유체가 손실되는 것을 미연에 방지 할 수 있고 유체의 손실을 보충해 주는 다른 외부시스템을 사용할 필요가 없게 된다.In addition, by including the composition of the storage fluid, the elastic membrane, the valve, and the elastic member to interact with the working fluid, it is possible to prevent the loss of the fluid due to the breakage of the portion containing the fluid and to compensate for the loss of the fluid. There is no need to use other external systems.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 센서의 단면을 개략적으로 나타낸 입체도이다.
도 2는 스트레인 게이지의 한 실시예를 나타낸 평면도이다.1 is a three-dimensional view schematically showing a cross section of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of one embodiment of a strain gauge.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 센서의 단면을 개략적으로 나타낸 입체도이다. 본 압력 센서(100)에 대한 설명에 있어서 상하방향, 상단, 하단, 상면, 하면, 위쪽, 아래쪽 등과 같은 방향과 관련된 용어는 도면에 나타난 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 센서(100)를 기준으로 한 것이다. 다만 본 압력 센서(100)의 다양한 적용예에 있어서는, 상단이 아래쪽으로 향하거나 상하 방향이 좌우 방향으로 향하게 배치되는 등 하중(200)의 작용 방향 및 이에 따른 압력의 측정 방향에 따라 본 압력 센서(100)는 다양한 방향으로 배치될 수 있다.1 is a three-dimensional view schematically showing a cross section of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. In the description of the
도 1을 참조하여 본 압력 센서(100)의 구성을 개관하여 보면, 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 센서(100)는 스트레인 게이지(11)가 부착되는 다이어프램(1), 다이어프램(1)의 둘레를 따라 하향으로 연장되는 실린더 부재(2, 3), 실린더 부재(2, 3)의 내측에 다이어프램(1)으로부터 하향으로 이격되어 배치되는 피스톤 부재(4), 다이어프램(1)과 피스톤 부재(4) 사이에 수용되는 작용유체(7), 실린더 부재(2, 3)와 피스톤 부재(4) 사이에 상하방향으로 설치되는 탄성부재(5), 실린더 부재(2, 3)와 피스톤 부재(4) 사이를 밀폐하는 탄성막(6), 그리고 탄성막(6)에 의해 밀폐된 공간에 수용되는 보관유체(8)를 포함한다.Looking at the configuration of the
다음으로 상술한 구성에 따라 본 압력 센서(100)의 작용을 개관한다.Next, the operation of the
본 압력 센서(100)에 있어서 피스톤 부재(4)에 상향으로 하중(200)이 작용되면, 하중(200)은 작용유체(7)를 통해 다이어프램(1)에 압력으로 전달되고, 이러한 압력에 의해 작용유체(7)의 일부는 보관유체(8)로 이동되면서 피스톤 부재(4)가 상향으로 이동되고 탄성부재(5)가 변형된다. 그리고 피스톤 부재(4)에 작용되는 하중(200)이 제거되면, 변형된 탄성부재(5)가 회복되면서 발생하는 압력에 의해 보관유체(8)의 일부는 작용유체(7)로 이동되고 피스톤 부재(4)는 하향으로 이동된다.When the
이하에서는 본 압력 센서(100)의 각 구성을 보다 구체적으로 살핀 후 작용 및 효과를 설명한다.Hereinafter, the action and effect after salping each configuration of the
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 센서(100)는 다이어프램(1), 실린더 부재(2,3), 작용유체(7), 피스톤 부재(4), 탄성부재(5), 탄성막(6), 그리고 보관유체(8)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a
우선, 다이어프램(1)의 구성에 관하여 살핀다.First, the structure of the
다이어프램(1)은 후술할 유체부(3)로부터 균등한 압력을 전달받아 상향으로 소정의 탄성적인 변형을 일으키는 부분이다. 다이어프램(1)의 재질이나 두께는 본 압력 센서(100)에 적용되는 부분에 작용하는 하중(200)을 고려하여 발생되는 변형이 과도하거나 너무 작지 않도록 결정함이 바람직하다.The
이러한 다이어프램(1)에는 다이어프램(1)이 압력을 받아 일으킨 변형을 측정할 수 있는 스트레인 게이지(11)가 부착된다. 예시적으로 도 1에 나타난 바와 같이, 다이어프램(1)의 상면에 스트레인 게이지(11)가 부착될 수 있다.The
도 2는 스트레인 게이지의 한 실시예를 나타낸 평면도이다.2 is a plan view of one embodiment of a strain gauge.
도 2를 참조하여 스트레인 게이지(11)의 구성을 예시적으로 살피면, 스트레인 게이지(11)에는 외곽 부근의 반경방향 스트레인 게이지 두 개와 중심 부근의 원주방향 스트레인 게이지 두 개, 총 네 개의 작은 스트레인 게이지가 설치되어 있어 하나의 스트레인 게이지(11)만으로도 휘트스톤 브리지 구성이 용이할 수 있도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the structure of the
다음으로, 실린더 부재(2, 3)의 구성에 관하여 살핀다. 실린더 부재(2, 3)는 제1 실린더 부재(2)와 제2 실린더 부재(3)를 포함한다.Next, the structure of the
먼저 제1 실린더 부재(2)는 다이어프램(1)과 연결되고 작용유체(7)를 내측에 수용하는 부분이다. 또한 제1 실린더 부재(2)는 작용유체(7)를 수용하기 위해 피스톤 부재(4)의 하중전달부(41)의 상측 부분도 내측에 수용한다.First, the
도 1을 참조하면, 제1 실린더 부재(2)는 다이어프램(1)의 둘레를 따라 하향으로 연장된다. 이러한 형상을 통해 제1 실린더 부재(2)는 작용유체(7)의 둘레를 감싼다. 이를 통해 작용유체(7)는 다이어프램(1)의 일정한 면적 부분에 대해서만 압력을 전달할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
또한 제1 실린더 부재(2)는 내측면의 하측의 둘레를 따라 제한턱(21)이 형성된다. 제한턱(21)은 후술할 피스톤 부재(4)의 하중전달부(41)의 상측 부분이 더 이상 아래쪽으로 이동되지 않도록 제한하는 역할을 할 수 있다. 또한 제한턱(21)은 후술할 탄성부재(5)의 상단이 지지되는 부분이 될 수 있다. 제한턱(21)의 돌출된 부분에 탄성부재(5)의 상단이 지지될 수도 있지만, 안정적인 지지를 위해 도 1에 나타난 바와 같이 제한턱(21)의 돌출되지 않은 하단 부분에 탄성부재(5)의 상단이 지지될 수 있다.In addition, the
그리고 제1 실린더 부재(2)의 상단은 다이어프램(1)의 둘레와 고정 연결 또는 일체화되는 것이 바람직하다. 다이어프램(1)의 둘레 부분을 제1 실린더 부재(2)의 상단에 고정하여 둠으로써, 하중(200)이 작용하였을 때 이러한 다이어프램(1)의 툴레 부분에 대하여 상대적으로 다이어프램(1)의 중심 부분에 탄성적인 변형이 발생될 수 있도록 하고 이를 통해 압력을 측정할 수 있도록 하기 위함이다.The upper end of the
이때 다이어프램(1)의 상면에 부착되는 스트레인 게이지(11)는 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 둘레와 상하방향으로 중첩되는 위치에 동일한 크기로 배치될 수 있다. 스트레인 게이지(11)는 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 둘레 내에 배치되는 작용유체(7)가 작용되는 하중(200)에 따라 다이어프램(1)에 압력을 가해 상향으로 밀어 올릴 때 다이어프램(1)에 발생되는 변형을 측정하는 것이다. 따라서 스트레인 게이지(11)는 다이어프램(1)에 압력이 가해지는 크기인 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 둘레와 동일한 크기로 형성되어 압력이 가해지는 부분인 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 둘레의 부분과 상하방향으로 포개지는 위치에 배치되는 것이 효율적일 수 있다. 참고로, 스트레인 게이지(11)는 외곽 쪽의 인장 변형률과 중심 쪽의 인장 변형률을 각각 계측하여 그 차이에 따라 압력을 계산하는 방식으로 구성될 수 있다.In this case, the
또한 도면에는 도시되어 있지 않으나, 스트레인 게이지(11)는 다이어프램(1)에 소정의 크기와 깊이로 형성된 홈에 배치될 수도 있다. 홈에 배치됨으로써 본 압력 센서(100)의 상단이 압력을 측정하고자 하는 대상의 하단에 부착되었을 때 스트레인 게이지(11)가 압력을 측정하고자 하는 대상의 하단에 간섭받지 않을 수 있어, 스트레인 게이지(11)의 손상이 방지될 수 있고 이에 따라 정확한 압력 측정이 가능해질 수 있다. 또는 다른 형태의 실시예로서, 제1 실린더 부재(2)가 스트레인 게이지(11)보다 높게 상단이 형성되도록 다이어프램(1)의 둘레를 둘러싸는 형태로 스트레인 게이지(11)를 보호할 수도 있다.In addition, although not shown in the drawing, the
그리고 제2 실린더 부재(3)는 제1 실린더 부재(2)에 대해 하향으로 연결된다. 제1 실린더 부재(2)가 작용유체(7)를 내측에 수용하는 부분이라면, 제2 실린더 부재(3)는 제1 실린더 부재(2)와 피스톤 부재(4)에 대한 탄성부재(5)가 배치되고, 탄성막(6)을 통해 보관유체(8)가 수용되는 부분이라 할 수 있다.And the
예시적으로 도 1을 참조하면, 제2 실린더 부재(3)는 제1 실린더 부재(2)의 하단에서 둘레를 따라 외측 방향으로 연장되는 확장부(31), 그리고 확장부(31)의 외측 방향의 끝단으로부터 둘레를 따라 하향으로 연장되는 실린더부(32)를 포함할 수 있다. 탄성막(6)을 통해 내측에 보관유체(8)를 수용하기 위해서는 제1 실린더 부재(2)보다 큰 폭으로 형성될 수 있도록 확장부(31)를 구비함이 바람직하다. 다만 반드시 확장부(31)가 필요한 것은 아니며, 보관유체(8)의 양이나 탄성막(6)의 배치에 따라서 제2 실린더 부재(3)는 제1 실린더 부재(4)의 폭과 동일한 폭으로 형성될 수도 있다.For example, referring to FIG. 1, the
또한 예시적으로 도 1을 참조하면, 제2 실린더 부재(3)의 실린더부(32)는 내측면에 둘레를 따라 탄성막(6)의 일단(61)이 삽입되는 실린더 홈(321)을 형성하는 실린더 돌기(322)를 포함할 수 있다. 이러한 실린더 홈(321)에는 후술할 탄성막(6)의 일단(61)이 삽입되어 고정될 수 있다. 참고로, 후술할 피스톤 부재(4)의 탄성지지부(42)의 지지턱(421)에 형성되는 지지턱 홈(4211)에는 탄성막(6)의 타단(62)이 삽입되어 고정될 수 있다.Also illustratively referring to FIG. 1, the
도 1에 나타난 실시예에서는 실린더 홈(321)이 실린더 돌기(322)와 확장부(31) 사이의 틈에 형성된다. 그러나 이러한 형태 이외에도 실린더 홈(321)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이를테면 실린더 홈(321)은 실린더부(32)의 내측면 자체에 형성될 수도 있고, 실린더 돌기(322)의 중앙에 파인 홈으로 형성될 수도 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, a
또한 실린더 홈(321)은 탄성막(6)의 일단(61)을 보다 확실하게 고정 또는 파지할 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이를테면 실린더 홈(321)에는 작은 돌기가 반복적으로 형성되어 마찰력 또는 부착력을 극대화할 수 있고, 탄성막(6)의 일단(61)에 형성된 소정의 돌기가 수용될 수 있는 부수적인 홈이 형성될 수 있다.In addition, the
다음으로, 작용유체(7)의 구성에 관하여 살핀다.Next, the structure of the working
작용유체(7)는 피스톤 부재(4)에서 전달되는 하중(200)을 균등한 압력으로 다이어프램(1)의 하면에 전달하는 역할을 하므로, 다이어프램(1)의 하면과 맞닿도록 상기 제1 실린더 부재(2)의 내측에 배치된다. 작용유체(7)는 제1 실린더 부재(2)에 의해 둘러싸여 있으므로, 일정한 형상을 유지하면서 작용되는 하중(200)을 균등한 압력으로 다이어프램(1)에 전달할 수 있다.The working
그리고 작용유체(7)는 비압축성일 수 있다. 비압축성의 작용유체(7)를 통해 하중(200)이 보다 정확하게 다이어프램(1)에 전달될 수 있다.And the working
다음으로, 피스톤 부재(4)의 구성에 관하여 살핀다.Next, the structure of the
피스톤 부재(4)는 하중(200)을 입력받아 작용유체(7)에 전달하는 부분이다. 도 1을 참조하면, 피스톤 부재(4)는 하중입력부(43), 탄성지지부(42), 그리고 하중전달부(41)를 구비한다.The
우선 하중입력부(43)는 탄성지지부(42)와 연결되고 하단을 통해 하중(200)을 입력받는다. 도 1을 참조하면, 이러한 하중입력부(43)는 외측면의 둘레가 제2 실린더 부재(3)의 내측면의 둘레에 맞물리는 형상일 수 있다. 이처럼 하중입력부(43)가 제2 실린더 부재(3)와 맞물리도록 형성됨으로써, 하중입력부(43)에 큰 하중(200)이 작용되는 경우에도 제2 실린더 부재(3)의 내측면을 따라 안정적으로 하중입력부(43)가 이동되면서 하중(200)을 작용유체(7)에 전달할 수 있다.First, the
또한 도면에는 도시되지 않았으나 하중입력부(43)는 하중(200)이 입력되기 전에는 제2 실린더 부재(3)의 하단으로부터 소정의 간격만큼 이격되어 있는 수평방향으로 돌출된 부분이 형성될 수 있다. 최대 허용량 이상의 하중(200)이 입력되는 경우 수평방향으로 돌출된 부분이 제2 실린더 부재(3)의 하단에 맞닿도록 구성하여 더 이상의 작용유체(7)로의 하중(200)의 전달이 이루어지지 않게 방지하고자 함이다. 이러한 구성을 통해 다이어프램(1)이나 제1 실린더 부재(2)의 파손 등의 사전에 예방할 수 있다.In addition, although not shown in the drawing, the
또한 탄성지지부(42)는 하중전달부(41)와 연결되고 외측면의 하측의 둘레를 따라 지지턱(421)이 형성된다. 탄성지지부(42)는 지지턱(421)을 통해 후술할 탄성부재(5)의 하단을 지지하는 역할을 할 수 있다. 탄성부재(5)의 상단은 제1 실린더 부재(2)의 제한턱(21)의 하단에 지지되고 탄성부재(5)의 하단은 이러한 지지턱(421)에 지지됨으로써, 피스톤 부재(4)는 제1 실린더 부재(2)에 대해 탄성 거동할 수 있게 된다.In addition, the
또한 지지턱(421)은 탄성막(6)의 타단(62)이 삽입되도록 외측면에 둘레를 따라 형성되는 지지턱 홈(4211)을 포함할 수 있다. 이러한 지지턱 홈(4211)에는 후술할 탄성막(6)의 타단(62)이 삽입되어 고정될 수 있다. 앞서 살핀 제2 실린더 부재(3)의 실린더부(32)의 실린더 홈(321)과 마찬가지로, 지지턱 홈(4211) 역시 도 1에 나타난 실시예와는 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한 지지턱 홈(4211)은 상술한 실린더 홈(321)처럼 탄성막(6)의 타단(62)을 보다 확실하게 고정 또는 파지할 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.In addition, the
그리고 하중전달부(41)는 작용유체(7)의 하단과 맞닿도록 제1 실린더 부재(2)의 내측에 삽입된다. 예시적으로 도 1을 참조하면, 하중전달부(41)는 전체가 제1 실린더 부재(2)의 내측에 삽입되는 것은 아니고 상측 부분만 제1 실린더 부재(2)의 제한턱(21)의 위쪽으로 삽입될 수 있다.The
도 1을 참조하면, 하중전달부(41)는 제한돌기(411), 링(412), 유체공급 홀(413), 그리고 판막(414)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the
도 1에 나타난 바와 같이, 제한돌기(411)는 외측면의 상측의 둘레를 따라 구비되고 제1 실린더 부재(2)의 제한턱(21)의 상측에 위치한다. 또한 제한돌기(411)는 하중(200)이 입력되기 전에는 하단이 제한턱(21)의 상단과 맞닿을 수 있다. 하중(200)이 입력되기 전에는 후술할 탄성부재(5)가 피스톤 부재(4)의 탄성지지부(42)의 지지턱(421)을 아래쪽으로 밀어내므로, 제한돌기(411)도 아래쪽으로 이동되어 제한턱(21)의 상단과 맞닿는 상태로 있을 수 있다.As shown in FIG. 1, the limiting
또한 도 1을 참조하면, 링(412)은 제한돌기(411)의 외측면의 둘레를 따라 구비되어 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 둘레에 맞닿는다. 예시적으로, 링(412)은 제한돌기(411)의 외측면에 둘레를 따라 형성되는 링 홈(4111)에 끼워질 수 있다. 이러한 링(412)을 통해 하중전달부(41)의 상측에 수용되어 있는 작용유체(7)가 보관유체(8)와 분리되어 있을 수 있다. 다만 링(412)을 통해서 링(412)과 제1 실린더 부재(2)의 내측면 사이가 완벽하게 밀폐될 수는 없다. 본 압력 센서(100)는 이러한 점을 이용하여, 하중(200)이 작용하게 되면 링(412)과 제1 실린더 부재(2)의 내측면 사이를 통해 작용유체(7) 중 일부가 보관유체(8) 쪽으로 빠져나가도록 하였으며, 이에 대해서는 보다 상세히 후술한다.1, the
그리고 도 1을 참조하면, 유체공급 홀(413)은 하중전달부(41)의 외측면과 상단을 관통한다. 예시적으로 도 1에 나타난 바와 같이, 유체공급 홀(413)은 하중전달부(41)의 보관유체(8)와 맞닿는 외측면 중 양측의 두 곳을 관통하는 홀과 이러한 홀의 중심으로부터 하중전달부(41)의 상단을 관통하는 홀의 형태로 형성될 수 있다.1, the
또한, 판막(414)은 유체공급 홀(413)로부터 상향으로 음압이 작용하면 열리고 유체공급 홀(413)을 향해 하향으로 양압이 작용하면 닫힌다. 즉 판막(414)은 상하 방향 중 한쪽 방향으로만 열리며, 도 1의 실시예에서는 그 열리는 방향이 상향이 된다.In addition, the
유체공급 홀(413)을 통해 보관유체(8) 중 일부가 작용유체(7) 쪽으로 이동될 수 있다. 다만 반대로 작용유체(7) 중 일부가 유체공급 홀(413)을 통해 보관유체(8) 쪽으로 이동될 수는 없다. 이는 판막(414)이 상술한 바와 같이 보관유체(8)로부터 작용유체(7) 쪽으로 압력이 작용할 때에만 선택적으로 열리도록 구비되어 있기 때문이다.Some of the
여기서, 양압은 하중입력부(43)에 하중(200)이 입력될 때 발생할 수 있다. 판막(414)과 연관 지어 생각해보면, 하중입력부(43)에 하중(200)이 작용되면 작용유체(7)는 압축되어 그 반작용으로 판막(414)을 아래쪽으로 밀어내므로, 판막(414)은 위쪽으로 열릴 수 없게 된다.In this case, the positive pressure may occur when the
또한, 음압은 하중입력부(43)에 대한 하중(200)의 입력이 끝난 후 탄성 압축되었던 탄성부재(5)의 탄성 회복력이 피스톤 부재(4)에 작용될 때 발생할 수 있다. 판막(414)과 연관 지어 생각해보면, 하중입력부(43)에 하중(200)이 작용된 후에는 후술할 탄성부재(5)가 탄성지지부(42)의 지지턱(421)을 아래쪽으로 밀어내어 하중전달부(41)도 제한돌기(411)가 제1 실린더 부재(2)의 제한턱(21)에 닿을 때까지 아래쪽으로 이동되고, 이에 따라 작용유체(7)는 인장되어 그 반작용으로 판막(414)을 위쪽으로 당기게 되므로, 판막(414)은 위쪽으로 자연스레 열리게 된다.In addition, the negative pressure may occur when the elastic restoring force of the
즉 양압과 음압을 판단하는 부호의 기준은 작용유체(7)가 압축되는 경우를 양압, 반대로 인장되는 경우를 음압으로 볼 수 있다.That is, the reference for determining the positive pressure and the negative pressure may be regarded as a positive pressure when the working
다만 판막(414)은 작용유체(7)에 음압이 작용할 때에만 열리게 되므로, 유체공급 홀(413)과 판막(414)을 통해서는 작용유체(7)에서 보관유체(8)로의 이동은 일어날 수 없고 보관유체(8)에서 작용유체(7)로의 이동만이 일어나게 된다. 즉 보관유체(8)는 음압이 작용하면 일부가 유체공급 홀(413)을 통해 이동되어 작용유체(7)의 일부로 포함될 수 있다.However, since the
이와 같이 유체공급 홀(413)과 판막(414)을 통해서는 불가능한 작용유체(7)에서 보관유체(8)로의 이동은 작용유체(7)에 양압이 작용할 때 링(412)과 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 둘레의 사이를 통해 이루어질 수 있다. 즉 작용유체(7)는 양압이 작용하면 일부가 링(412)과 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 둘레의 사이를 통해 이동되어 보관유체(8)의 일부로 포함될 수 있다.As such, the movement of the working
다음으로, 탄성부재(5)의 구성에 관하여 살핀다.Next, the structure of the
도 1을 참조하면, 탄성부재(5)는 피스톤 부재(4)가 상하방향으로 탄성 거동하도록 제한턱(21)과 지지턱(421)의 사이에 설치된다. 예시적으로, 이러한 탄성부재(5)는 스프링 장치일 수 있으며, 도 1에 나타난 바와 같이 탄성지지부(42)의 상단으로부터 피스톤 부재(4)의 하중전달부(41)의 외측면을 감싸도록 배치될 수 있다. 이 경우 탄성부재(5)는 탄성막(6)의 내측, 즉 보관유체(8)가 수용되는 공간에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
또는 탄성부재(5)의 다른 실시예로서, 탄성부재(5)는 탄성막(6)의 외측, 즉 보관유체(8)가 수용되는 공간의 바깥쪽에 배치될 수도 있다. 예를 들어 도 1에서 보았을 때, 실린더 돌기(322)의 하단과 하중입력부(43)의 상단의 사이에 설치될 수 있다. 이와 같은 실시예를 통해서도 피스톤 부재(4)는 제1 실린더 부재(2) 및 제2 실린더 부재(3)에 대해 상하방향으로 탄성 거동할 수 있다.Alternatively, as another embodiment of the
이 밖에도 탄성부재(5)는 제1 실린더 부재(2) 및 제2 실린더 부재(3)에 대해 상하방향으로 탄성 거동할 수 있는 적절한 위치에 다양하게 배치될 수 있다.In addition, the
이러한 탄성부재(5)를 통해 피스톤 부재(4)는 하중(200)의 작용을 받은 후 하중(200)의 작용을 받기 전의 상태로 탄성 회복될 수 있다. 또한 작용유체(7)에서 보관유체(8)로 이동되었던 유체가 이러한 회복 과정을 통해 다시 작용유체(8)로 이동될 수 있다. 또한 피스톤 부재(4)의 이동범위는 매우 제한된 범위 이내이므로, 탄성부재(5)의 탄성 회복력은 거의 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있다.Through the
다음으로, 탄성막(6)의 구성에 관하여 살핀다.Next, the structure of the
도 1에 나타난 바와 같이, 탄성막(6)은 제2 실린더 부재(3)의 내측면의 둘레와 탄성지지부(42)의 외측면의 둘레를 밀폐 상태로 연결한다. 이러한 탄성막(6)을 통해 보관유체(8)가 외부로 유출되지 않고 제2 실린더 부재(3)의 내측에 수용될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
또한 탄성막(6)은 압력에 따라 탄력적으로 늘어날 수 있다. 이를테면 작용유체(7)에 양압이 작용되어 작용유체(7)의 일부가 보관유체(8)로 이동되는 경우, 주로 비압축성인 유체로 구성되는 보관유체(8)의 부피가 늘어나게 되므로 이에 맞추어 탄성막(6)도 늘어날 수 있다. 반대로 작용유체(7)에 음압이 작용되어 보관유체(8)의 일부가 다시 작용유체(7)로 되돌아가는 경우에는, 보관유체(8)의 부피가 줄어들게 되므로 이에 맞추어 늘어났던 탄성막(6)은 줄어들 수 있다.In addition, the
그리고 탄성막(6)은 일단(61)이 제2 실린더 부재(3), 타단이 피스톤 부재(4)에 연결되므로, 피스톤 부재(4)가 제2 실린더 부재(3)에 대해 상대적으로 상하방향으로 이동되는 것을 감안하여 너무 팽팽하게 구비되지 않도록 함이 바람직하다. 예를 들어 도 1에 나타난 바와 같이, 탄성막(6)은 영문자 에스(S) 또는 제트(Z)와 같이 약간의 주름이 잡힌 형태로 구비될 수 있다. 다만 작용유체(7)에 음압 발생 시, 보관유체(8)의 일부가 작용유체(7)로 다시 이동되는 경우를 고려하면, 탄성막(6)이 너무 탄력이 떨어지게 배치하는 것은 바람직하지 못하다. 즉 어느 정도의 탄력이 유지되면서 피스톤 부재(4)의 이동범위를 커버할 수 있는 정도로 탄성막(6)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 탄성막(6)은 소정의 탄성 거동을 할 수 있는 고무 재질일 수 있다.Since the
다음으로, 보관유체(8)의 구성에 관하여 살핀다.Next, the structure of the
보관유체(8)는 하중전달부(41), 제1 실린더 부재(2), 제2 실린더 부재(3), 탄성지지부(42), 및 탄성막(6)에 의해 둘러싸인 공간에 배치된다. 보관유체(8)는 본 압력 센서(100)에 하중(200)이 작용되어 링(412)과 제1 실린더 부재(2)의 내측면의 사이로 작용유체(7)의 일부가 새어나올 때 이를 받아주는 역할을 한다. 강한 양압에 의해 새어나온 작용유체(7)가 탄성막(6)에 의해 큰 압력이 작용되지 않는 공간에 수용되어 있는 보관유체(8)의 일부로 포함되도록 구성됨으로써, 유체의 외부 유출 위험이 방지될 수 있다. 이러한 보관유체(8)는 작용유체(7)와 마찬가지로 비압축성일 수 있다.The
이하에서는 본 압력 센서(100)의 작용 및 효과를 설명한다.Hereinafter, the operation and effects of the
우선 본 압력 센서(100)를 통한 압력 측정 메커니즘을 살피면, 소정의 하중(200)이 피스톤 부재(4)의 하중입력부(43)의 하단에 작용하면 하중(200)이 하중입력부(43)에서 탄성지지부(42), 그리고 하중전달부(41)로 전달된다.First, looking at the pressure measuring mechanism through the
하중전달부(41)에 전달된 하중(200)은 제1 실린더 부재(2)의 내측에 배치된 작용유체(7)를 압축하여 압력을 발생시킨다. 이때 발생된 압력은 제1 실린더 부재(2)에 고정된 다이어프램(1)을 상향으로 누른다. 압력을 받은 다이어프램(1)은 위쪽으로 볼록하게 미세 변형을 하게 되고, 이러한 변형을 다이어프램(1)의 상면에 부착된 스트레인 게이지(11)가 계측한다. 예시적으로 도 2에 나타난 바와 같은 스트레인 게이지(11)의 경우 중심측과 둘레측의 변형률을 계측하여 양측의 인장률의 차이를 통해 다이어프램(1)에 가해지는 압력을 출력할 수 있다.The
다음으로, 앞서 살핀 본 압력 센서(100)를 통한 압력 측정 메커니즘에 있어서, 하중(200)의 작용에 따라 작용유체(7)와 보관유체(8) 사이에 유체가 이동되는 메커니즘에 대해 살핀다.Next, in the pressure measuring mechanism through the salping
피스톤 부재(4)의 하중입력부(43)의 하단에 하중(200)이 작용되면, 피스톤 부재(4)는 작용유체(7)에 하중(200)을 전달하고, 작용유체(7)는 이러한 하중(200)을 균일한 압력으로 다이어프램(1)에 전달한다.When the
이때, 작용유체(7)에는 압축력, 즉 양압(외부로 유체를 배출하려는 압력)이 작용하게 되고, 보관유체(7)에는 하중(200)으로 인한 직접적인 압력은 작용하지 않으므로, 이러한 압력 차이로 인해 작용유체(7)는 링(412)과 제1 실린더 부재(2)의 내측면 사이의 틈을 통해서 보관유체(7) 쪽으로 일부가 새어 나오게 된다. 즉 작용유체(7)는 외부로 완전히 유출되어 나가는 것이 아니라, 탄성막(6)을 통해 제2 실린더 부재(3) 내측에 수용되어 있는 보관유체(8)에 포함되게 된다. 여기서, 탄성막(6)은 탄성 거동을 하므로 유동적으로 늘어날 수 있다.At this time, a compressive force, that is, positive pressure (pressure for discharging the fluid to the outside) is applied to the working
참고로, 판막(414)은 이러한 양압에서는 열릴 수 없는 구조로 되어 있으므로, 작용유체(7)는 상술한 바와 같이 링(412)과 제1 실린더 부재(2)의 내측면 사이의 틈을 통해서만 일부가 보관유체(8) 쪽으로 이동될 수 있다.For reference, the
이와 같이 작용유체(7)의 일부가 보관유체(8)로 이동되면서 피스톤 부재(4)는 상향으로 소정의 거리만큼 이동된다. 또한 피스톤 부재(4)가 상향으로 이동되는 만큼 제1 실린더 부재(2)의 제한턱(21)과 피스톤 부재(4)의 탄성지지부(42)의 지지턱(421) 사이에 배치된 탄성부재(5)는 압축된다.As a part of the working
이후 피스톤 부재(4)의 하중입력부(43)의 하단에 가해지는 하중(200)이 제거된 후에는, 압축되었던 탄성부재(5)가 다시 탄성 회복되면서 피스톤 부재(4)를 아래쪽으로 밀어내게 된다. 이에 따라 작용유체(7)가 수용된 공간이 아래쪽으로 늘어나게 되면서 작용유체(7)가 수용된 공간에는 음압(외부로부터 유체를 더 흡입하려는 압력)이 작용하게 된다.Thereafter, after the
이때, 이러한 음압에 대해 판막(414)은 위쪽으로 열리게 되고, 보관유체(8)의 일부는 하중전달부(41)에 형성되어 있는 유체공급 홀(413)을 통해 다시 작용유체(7)가 수용된 공간으로 흘러 들어오게 된다. 피스톤 부재(4)의 하중전달부(41)의 제한돌기(411)의 하단이 제한턱(21)의 상단에 닿을 정도로 보관유체(8)의 일부가 작용유체(7)로 유입되고 나면, 더 이상 보관유체(8)는 작용유체(7) 쪽으로 흘러 들어가지 않게 된다.At this time, the
이와 같이 유체를 통해 피스톤 부재(4)로부터 다이어프램(1)으로 하중(200)이 전달되도록 하는 구조를 가짐으로써, 본 압력 센서(100)를 작은 규모로 하더라도 큰 단축방향의 하중(200)을 계측할 수 있다. 이를테면 족형 보행 로봇의 발 부분에도 본 압력 센서(100)를 집적할 수 있다.In this way, the
또한 하중(200)이 기계적 구조를 통해서만 전달되는 것이 아니라 작용유체(7)의 압력을 통해서 균등하게 다이어프램(1)으로 전달되기 때문에, 불균형한 힘과 충격 등도 안정적으로 전달받아 압력을 측정할 수 있다. 그리고 작용유체(7)가 비압축성에 가깝고 다이어프램(1)의 변형도 매우 미세하므로, 피스톤 부재(4)가 밀리는 유격이 거의 없다.In addition, since the
또한 다이어프램(1)의 변형률을 측정하는 것이기 때문에, 본 압력 센서(100) 자체가 파괴되지 않는 한도 내에서 다이어프램(1)의 재질 및 두께를 바꿔줌으로써 매우 높은 무게까지 측정할 수 있다. 또한 스트레인 게이지(11)를 휘트스톤 브리지로 구성해 줌으로써, 선형성을 확보할 수 있으며 온도에 의한 출력의 변화도 현저히 줄어든다.In addition, since the strain of the
그리고 작용유체(7)와 상호 작용되는 보관유체(8), 탄성막(6), 판막(414), 그리고 탄성부재(5)의 구성을 포함함으로써, 유체를 수용하고 있는 부분의 파손으로 인해 유체가 손실되는 것을 미연에 방지 할 수 있고 유체의 손실을 보충해 주는 다른 외부시스템을 사용할 필요가 없게 된다. 즉 작용유체(7)로부터 새어나오는 유체는 유동적으로 늘어날 수 있는 탄성막(6)을 통해 큰 압력이 작용되지 않는 보관유체(8)가 수용된 공간에 포함되게 되므로, 큰 압력으로 인해 탄성막(6)이 파손되거나 할 우려가 없어 유체를 이용한 본 압력 센서(100)의 안정성이 극대화될 수 있다.And a configuration of the
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And all changes and modifications to the scope of the invention.
100. 압력 센서
1. 다이어프램 11. 스트레인 게이지
2. 제1 실린더 부재 21. 제한턱
3. 제2 실린더 부재 31. 확장부
32. 실린더부 321. 실린더 홈
322. 실린더 돌기 4. 피스톤 부재
41. 하중전달부 411. 제한돌기
4111. 링 홈 412. 링
413. 유체공급 홀 414. 판막
42. 탄성지지부 421. 지지턱
4211. 지지턱 홈 43. 하중입력부
5. 탄성부재 6. 탄성막
61. 일단 62. 타단
7. 작용유체 8. 보관유체
200. 하중100. Pressure sensor
1.
2.
3.
32.
322.
41.
4111.Ring Grooves 412.Ring Grooves
413.
42.
4211. Supporting
5.
61. Once 62. The other end
7. Working
200. Load
Claims (16)
상기 다이어프램의 둘레를 따라 하향으로 연장되는 실린더 부재,
상기 실린더 부재의 내측에 상기 다이어프램으로부터 이격되어 배치되는 피스톤 부재,
상기 다이어프램과 상기 피스톤 부재 사이에 수용되는 작용유체,
상기 실린더 부재와 상기 피스톤 부재 사이에 설치되는 탄성부재,
상기 실린더 부재와 상기 피스톤 부재 사이를 밀폐하는 탄성막, 그리고
상기 탄성막에 의해 밀폐된 공간에 수용되는 보관유체를 포함하고,
상기 피스톤 부재에 상향으로 하중이 작용되면, 상기 하중은 상기 작용유체를 통해 상기 다이어프램에 압력으로 전달되고, 상기 압력에 의해 상기 작용유체의 일부는 상기 보관유체로 이동되면서 상기 피스톤 부재가 상향으로 이동되고 상기 탄성부재가 변형되며,
상기 피스톤 부재에 작용되는 하중이 제거되면, 상기 변형된 탄성부재가 회복되면서 발생하는 압력에 의해 상기 보관유체의 일부는 상기 작용유체로 이동되고 상기 피스톤 부재는 하향으로 이동되는 압력 센서.Diaphragm,
A cylinder member extending downward along a circumference of the diaphragm,
A piston member spaced apart from the diaphragm inside the cylinder member,
A working fluid received between the diaphragm and the piston member,
An elastic member provided between the cylinder member and the piston member,
An elastic membrane for sealing between the cylinder member and the piston member, and
It includes a storage fluid accommodated in the space closed by the elastic membrane,
When a load is applied upwardly to the piston member, the load is transmitted to the diaphragm through the working fluid at a pressure, and the piston member moves upward while a part of the working fluid is moved to the storage fluid by the pressure. And the elastic member is deformed,
When the load applied to the piston member is removed, a portion of the storage fluid is moved to the working fluid and the piston member is moved downward by the pressure generated when the deformed elastic member is recovered.
상기 실린더 부재는
상기 다이어프램의 둘레를 따라 하향으로 연장되고 내측면의 하측의 둘레를 따라 제한턱이 형성되는 제1 실린더 부재, 그리고
상기 제1 실린더 부재에 대해 하향으로 연결되는 제2 실린더 부재를 포함하고,
상기 작용유체는 상기 다이어프램의 하면과 맞닿도록 상기 제1 실린더 부재의 내측에 배치되는 압력 센서.In claim 1,
The cylinder member is
A first cylinder member extending downward along the circumference of the diaphragm and having a limiting jaw formed along the circumference of the lower side of the inner side;
A second cylinder member connected downward with respect to said first cylinder member,
And the working fluid is disposed inside the first cylinder member to be in contact with the bottom surface of the diaphragm.
상기 피스톤 부재는
상기 작용유체의 하단과 맞닿도록 상기 제1 실린더 부재의 내측에 삽입되는 하중전달부,
상기 하중전달부와 연결되고 외측면의 하측의 둘레를 따라 지지턱이 형성되는 탄성지지부, 그리고
상기 탄성지지부와 연결되고 하단을 통해 하중을 입력받는 하중입력부를 포함하는 압력 센서.In claim 2,
The piston member is
A load transfer part inserted into the first cylinder member to be in contact with a lower end of the working fluid;
An elastic support part connected to the load transfer part and having a support jaw formed along a lower periphery of the outer surface;
And a load input unit connected to the elastic support and receiving a load through a lower end thereof.
상기 하중전달부는
외측면의 상측의 둘레를 따라 구비되고 상기 제한턱의 상측에 위치하는 제한돌기,
상기 제한돌기의 외측면의 둘레를 따라 구비되어 상기 제1 실린더 부재의 내측면의 둘레에 맞닿는 링,
외측면과 상단을 관통하는 유체공급 홀, 그리고
상기 유체공급 홀로부터 상향으로 음압이 작용하면 열리고 상기 유체공급 홀을 향해 하향으로 양압이 작용하면 닫히는 판막
을 포함하는 압력 센서.4. The method of claim 3,
The load transfer part
Restriction protrusions provided along the circumference of the upper side of the outer surface and located above the limiting jaw,
A ring provided along a circumference of an outer surface of the restricting protrusion to abut on a circumference of an inner surface of the first cylinder member,
A fluid supply hole penetrating the outer surface and the top, and
The valve opens when the negative pressure acts upward from the fluid supply hole and closes when the positive pressure acts downward toward the fluid supply hole.
Pressure sensor comprising a.
상기 탄성부재는 상기 피스톤 부재가 상하방향으로 탄성 거동하도록 상기 제한턱과 상기 지지턱의 사이에 설치되는 압력 센서.4. The method of claim 3,
The elastic member is a pressure sensor installed between the limiting jaw and the support jaw so that the piston member elastically moves in the vertical direction.
상기 탄성막은 상기 제2 실린더 부재의 내측면의 둘레와 상기 탄성지지부의 외측면의 둘레를 밀폐 상태로 연결하는 압력 센서.4. The method of claim 3,
The elastic membrane is a pressure sensor for connecting the circumference of the inner surface of the second cylinder member and the circumference of the outer surface of the elastic support in a sealed state.
상기 보관유체는 상기 하중전달부, 상기 제1 실린더 부재, 상기 제2 실린더 부재, 상기 탄성지지부, 및 상기 탄성막에 의해 둘러싸인 공간에 배치되는 압력 센서.4. The method of claim 3,
And the storage fluid is disposed in a space surrounded by the load transfer part, the first cylinder member, the second cylinder member, the elastic support part, and the elastic membrane.
상기 제2 실린더 부재는
상기 제1 실린더 부재의 하단에서 둘레를 따라 외측 방향으로 연장되는 확장부, 그리고
상기 확장부의 외측 방향의 끝단으로부터 둘레를 따라 하향으로 연장되는 실린더부를 포함하는 압력 센서.4. The method of claim 3,
The second cylinder member is
An extension extending outwardly along a circumference at the bottom of the first cylinder member, and
And a cylinder portion extending downward along a circumference from an end in the outward direction of the expansion portion.
상기 실린더부는 내측면에 둘레를 따라 상기 탄성막의 일단이 삽입되는 실린더 홈을 형성하는 실린더 돌기를 포함하고,
상기 지지턱은 상기 탄성막의 타단이 삽입되도록 외측면에 둘레를 따라 형성되는 지지턱 홈을 포함하는 압력 센서.9. The method of claim 8,
The cylinder portion includes a cylinder protrusion which forms a cylinder groove into which one end of the elastic membrane is inserted along the circumference of the inner side,
The support jaw is a pressure sensor comprising a support jaw groove is formed along the periphery on the outer surface so that the other end of the elastic membrane is inserted.
상기 양압은 상기 하중입력부에 상기 하중이 입력될 때 발생하고,
상기 음압은 상기 하중입력부에 대한 상기 하중의 입력이 끝난 후 탄성 압축되었던 상기 탄성부재의 탄성 회복력이 상기 피스톤 부재에 작용될 때 발생하는 압력 센서.5. The method of claim 4,
The positive pressure is generated when the load is input to the load input unit,
The sound pressure is generated when the elastic restoring force of the elastic member that has been elastically compressed after the input of the load to the load input unit is applied to the piston member.
상기 작용유체는 상기 양압이 작용하면 일부가 상기 링과 상기 제1 실린더 부재의 내측면의 둘레의 사이를 통해 이동되어 상기 보관유체의 일부로 포함되는 압력 센서.5. The method of claim 4,
The working fluid is a pressure sensor which is included as part of the storage fluid is moved through a portion between the ring and the circumference of the inner surface of the first cylinder member when the positive pressure is applied.
상기 보관유체는 상기 음압이 작용하면 일부가 상기 유체공급 홀을 통해 이동되어 상기 작용유체의 일부로 포함되는 압력 센서.5. The method of claim 4,
The storage fluid is a pressure sensor that is part of the working fluid is moved through the fluid supply hole when the negative pressure is applied.
상기 제한돌기는 상기 하중이 입력되기 전에는 하단이 상기 제한턱의 상단과 맞닿는 압력 센서.5. The method of claim 4,
The limiting projection is a pressure sensor that the lower end is in contact with the upper end of the limiting jaw before the load is input.
상기 하중입력부는 외측면의 둘레가 상기 제2 실린더 부재의 내측면의 둘레에 맞물리는 형상인 압력 센서.4. The method of claim 3,
And the load input portion has a shape in which a circumference of an outer surface is engaged with a circumference of an inner surface of the second cylinder member.
상기 작용유체와 상기 보관유체는 비압축성인 압력 센서.In claim 1,
The working fluid and the storage fluid are incompressible pressure sensors.
상기 다이어프램에는 스트레인 게이지가 부착되는 압력 센서.In claim 1,
And a strain gauge attached to the diaphragm.
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- 2010-08-11 KR KR1020100077515A patent/KR101151343B1/en active IP Right Grant
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