KR101250052B1 - 유량 센서 및 이를 이용한 유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열선식 유량 센서 및 이를 이용한 유량계에 관한 것으로, 구체적으로는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술을 이용하여 열선식 유량센서를 제조하고, 이를 이용하여 관로를 흐르는 유체의 입구 쪽과 출구 쪽의 온도를 측정함과 동시에 유체의 양 또는 종류에 따라 센서 및 히터의 위치를 용이하게 가변할 수 있도록 하는 유량 센서 및 이를 이용한 유량계에 관한 것이다.
본 발명은 장방형의 기판과, 상기 기판의 길이방향 일측 끝단부에 기판의 폭 방향을 따라 나란히 형성되는 3개 이상의 발열패턴과, 상기 발열패턴의 각 양단으로부터 기판의 타측 끝단부로 각각 연장되어 형성되는 전기선로패턴과, 상기 발열패턴과 연결되지 않은 전기선로패턴의 타측 끝단에 연결되도록 기판에 형성되는 전극패드로 이루어지되, 상기 발열패턴 중에서 양측 가장자리에 배치된 발열패턴은 알티디센서이고, 알티디센서 내측의 발열패턴은 히터인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유량 센서 및 이를 이용한 유량계에 의하면, RTD 센싱부와 온도센싱부를 가변적으로 조절하여 사용함으로 유체의 유량, 속도 및 종류에 따라 유연하게 대처할 수 있는 큰 효과가 있는 것이다.

Description

유량 센서 및 이를 이용한 유량계{Sensor of flux and using flow meter thereof}

본 발명은 열선식 유량 센서 및 이를 이용한 유량계에 관한 것으로, 구체적으로는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술을 이용하여 열선식 유량센서를 제조하고, 이를 이용하여 관로를 흐르는 유체의 입구 쪽과 출구 쪽의 온도를 측정함과 동시에 유체의 양 또는 종류에 따라 센서 및 히터의 위치를 용이하게 가변할 수 있도록 하는 유량 센서 및 이를 이용한 유량계에 관한 것이다.

일반적으로 관로를 흐르는 유체의 열량을 구하기 위해서는 입구 및 출구의 중심부에 히터를 구비하고, 상기 히터에 정열량을 공급한 후 입구를 지나는 유체의 온도와 출구의 온도를 측정하여 그 비열(Cp), m(질량) 및 온도차(ΔT)의 값을 아래 식에 대입하여 열량(현열,Q)을 구하게 된다.

* Q=Cp*m*ΔT

대한민국 공개특허 10-2008-0015926호 상기 공개특허의 내용을 토대로 한 기술내용을 도 1에 도시하였다. 상기와 같은 식을 통하여 열량을 구하기 위해서는 관로(5)의 일부에 바이패스 관을 별도로 형성한 후 바이패스 관(4)의 중심부에 정열량을 공급하기 위하여 히터(1)에 정열량을 공급하고, 입구 및 출구 각각에 온도센서(2, 3)를 구비하여 측정되는 입, 출구의 온도값을 이용하여 열량을 구하게 된다. 그러나 이와 같은 구조에서는 관로의 소정구간을 바이패스로 구성하기 위하여 기계적인 가공공정이 늘어나게 되고, 측정구간의 입출구에 별도로 온도센서를 설치해야 하는 등 그 구조가 복잡하게 되므로 제조비가 상승하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 기기마다 형성되는 관로 및 그 관로를 흐르는 유체의 유량이 각기 다르기 때문에 바이패스 라인을 각각 제작하여야 하므로, 제조 공정의 번거로움 및 제조에 따른 비용이 증가되는 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 멤스 기술을 통하여 발열부가 형성되는 열선식 유량 센서를 형성하되, 상기 열선식 유량 센서는 히터 및 센싱하는 위치를 가변가능 하도록 회로를 구성하고, 그 회로를 통하여 유체의 양 또는 종류에 따라 상기 발열부를 알티디 센서 및 온도 측정용 센서로 가변하여 사용이 가능하도록 된 열선식 유량 센서 및 이를 이용한 유량계를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 장방형의 기판과, 상기 기판의 길이방향 일측 끝단부에 기판의 폭 방향을 따라 나란히 형성되는 3개 이상의 발열패턴과, 상기 발열패턴의 각 양단으로부터 기판의 타측 끝단부로 각각 연장되어 형성되는 전기선로패턴과, 상기 발열패턴과 연결되지 않은 전기선로패턴의 타측 끝단에 연결되도록 기판에 형성되는 전극패드로 이루어지되, 상기 발열패턴 중에서 양측 가장자리에 배치된 발열패턴은 알티디센서이고, 알티디센서 내측의 발열패턴은 히터인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 발열패턴은, 전기선로패턴보다 작은 미세선폭으로 길이방향을 따라 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 발열패턴은, 그 이면에 함몰부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일면은, 유체가 흐르는 관로가 형성되는 본체와, 상기 본체의 양 단부와 결합되는 입력부와 출력부와, 기판의 폭 방향을 따라 나란히 형성되는 3개 이상의 발열패턴이 형성되는 기판의 끝단부가 상기 관로의 도중에 삽입되는 유량센서 및 상기 유량센서와 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 발열패턴은, 미세선폭으로 길이방향을 따라 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 발열패턴은, 그 이면에 함몰부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유량 센서 및 이를 이용한 유량계에 의하면, RTD 센싱부와 온도센싱부를 가변적으로 조절하여 사용함으로 유체의 유량, 속도 및 종류에 따라 유연하게 대처할 수 있는 큰 효과가 있는 것이다.

또한, 반도체 칩의 형태로 열선식 유량 센서를 제조함으로서 대량으로 센서를 제조할 수 있어 생산성이 향상되는 큰 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 유량 센서의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 센싱부의 모습을 나타낸 부분확대도이다.
도 4는 본 발명의 유량 센서를 이용한 유량계를 나타낸 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 유량 센서 및 이를 이용한 유량계를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 유량 센서의 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 발열패턴의 모습을 나타낸 부분확대도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 유량 센서(100)는, 장방형의 기판(10)과, 상기 기판(10)의 길이방향 일측 끝단부에 기판(10)의 폭 방향을 따라 나란히 형성되는 3개 이상의 발열패턴(20)과, 상기 발열패턴(20)의 각 양단으로부터 기판의 타측 끝단부로 각각 연장되어 형성되는 전기선로패턴(30) 및 상기 발열패턴과 연결되지 않은 전기선로패턴(30)의 타측 끝단에 연결되도록 기판에 형성되는 전극패드(40)로 구성된다. 여기서 상기 발열패턴(20) 중에서 양측 가장자리에 배치된 발열패턴은 알티디센서이고, 알티디센서 내측의 발열패턴은 히터로 구성된다.

상기한 발열패턴(20)은 유체의 유량 또는 흐르는 양에 따라 대응되도록 하기 위하여 그 개수를 더 늘릴 수 있는 것이고, 그에 따라 전기선로패턴(30) 및 전극패턴(40)도 발열패턴(20)의 개수에 대응되는 것이다.

상기 발열패턴(20)은, 전기선로패턴(30)보다 작은 미세선폭으로 길이방향을 따라 지그재그 형태로 형성된다. 이는 발열패턴(20)과 연결되는 전극패드(40)로 전류를 흘려보낼 경우 상기 발열패턴(20)을 통과하는 동안 상기 발열패턴(20)은 전기선로패턴(30)의 폭보다 작게 되므로 발열이 일어나게 되는 것이다.

상기 발열패턴(20)은 그 이면에 함몰부(11)가 형성된다. 이는 관로를 흐르는 유체와의 접촉면적을 넓혀 유체의 온도 값을 정확히 센싱하기 위한 것이다.

또한, 가온에 의해 가열된 발열패턴(20)의 냉각이 더욱 잘되도록 하는 것이다. 왜냐하면, 센싱부에 가온이 수회 가온 및 냉각이 반복 되다보면 센싱부가 위치한 부분의 기판이 쉽게 파손될 수 있기 때문이다.

이하, 상기한 각각의 실시예에서 제조되는 열선식 유량 센서가 적용되는 유량계에 대하여 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 유량 센서를 이용한 유량계를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 유량 센서가 구비되는 유량계는, 유체가 흐르는 관로(110)가 형성되는 본체(140)와, 상기 관로(110)의 양 단부와 결합되는 입력부(120)와 출력부(130)와, 상기 관로(110)의 도중에 기판(10)의 일측 끝단부가 삽입되어 상기 관로(110)를 흐르는 유체의 온도측정을 하는 유량센서(100) 및 상기 유량센서(100)와 전기적으로 연결되는 회로기판(150)으로 구성된다. 또한, 상기 회로기판(150)을 보호하는 기판케이스(160)가 더 구비될 수 있다. 여기서 상기 유량계에 적용되는 유량 센서는 상기한 실시예와 동일한 센서를 적용한 것으로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편 상기 회로기판(150)에는 전기적으로 연결되는 제어부(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 제어부는 각각의 전극패드(40) 및 전기선로패턴(30)을 통해 연결되는 발열패턴(20)을 알티디(RTD(Resistance Temperature Detector))센서 및 히터의 역할이 가능하도록 제어하며, 유체의 양 또는 종류에 따라 알티디 센서 및 히터로의 가변이 가능하다. 예를 들어 최외곽의 발열패턴(20)의 사용이 불필요할 경우, 최외곽 발열패턴의 기능을 바로 내측영역에 위치하는 발열패턴(20)이 알티디(RTD)센서의 역할을 하고, 상기 알티디센서의 내측 영역에 위치하는 발열패턴(20)이 히터의 역할을 하는 것으로, 유체의 종류 및 유속 등 유체의 상태에 따라 가변적으로 제어하여 관로를 흐르는 유체의 온도를 측정할 수 있는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 열선식 유량 센서 및 이를 이용한 유량계의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 기판 11 : 천공부
20 : 발열패턴 30 : 전기선로패턴
40 : 전극패턴 100 : 유량센서
110 : 관로 120 : 입력부
130 : 출력부 140 : 본체
150 : 회로기판 160 : 기판 케이스

Claims (6)

1. 장방형의 기판(10);
   상기 기판(10)의 길이방향 일측 끝단부에 기판(10)의 폭 방향을 따라 나란히 형성되는 3개 이상의 발열패턴(20);
   상기 발열패턴(20)의 각 양단으로부터 기판의 타측 끝단부로 각각 연장되어 형성되는 전기선로패턴(30);
   상기 발열패턴과 연결되지 않은 전기선로패턴(30)의 타측 끝단에 연결되도록 기판에 형성되는 전극패드(40); 로 이루어지되,
   상기 발열패턴은 발열패턴 중 양측 가장자리에 배치된 발열패턴은 알티디센서로 작동하고 알티디센서 내측의 발열패턴은 히터로 작동하게 되며, 상기 발열패턴은 알티디센서 또는 히터로 각각 작동이 가능하여 유체의 종류 및 유속에 대응하여 알티디센서로 작동하는 발열패턴의 위치가 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 유량센서
2. 제1 항에 있어서,
   상기 발열패턴(20)은,
   전기선로패턴(30)보다 작은 미세선폭으로 길이방향을 따라 지그재그 형태로 형성되며 그 이면에 함몰부(11)가 형성된 것을 특징으로 하는 유량센서
3. 삭제
4. 유체가 흐르는 관로(110)가 형성되는 본체(140);
   상기 본체(140)의 양 단부와 결합되는 입력부(120)와 출력부(130);
   발열패턴이 위치한 기판의 끝단부가 상기 관로의 도중에 삽입되는 청구항 제1항 또는 제2항의 유량센서; 및
   상기 유량센서(100)와 전기적으로 연결되는 회로기판(150)을 포함하되,
   상기 회로기판은 각각의 전극패드 및 전기선로패턴을 통해 연결되는 발열패턴이 알티디센서 또는 히터로 작동하도록 제어하고, 유체의 종류 및 유속에 대응하여 알티디센서로 작동하는 발열패턴의 위치를 가변적으로 제어하는 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 유량계
   
5. 삭제
6. 삭제

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