KR101479733B1 - Pressure sensor - Google Patents

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KR101479733B1
KR101479733B1 KR20130169039A KR20130169039A KR101479733B1 KR 101479733 B1 KR101479733 B1 KR 101479733B1 KR 20130169039 A KR20130169039 A KR 20130169039A KR 20130169039 A KR20130169039 A KR 20130169039A KR 101479733 B1 KR101479733 B1 KR 101479733B1
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조남규
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Abstract

Provided is a pressure sensor which regularly deforms a gap between two electrodes according to a pressure. The pressure sensor according to an embodiment of the present invention comprises: a housing; a pressure part positioned in the center of the housing and including a cylinder structure deformed based on the pressure; a first support part positioned over the housing and the pressure part; a lower electrode positioned over the first support part; an upper electrode facing the lower electrode and positioned to be spaced over the lower electrode; a second support connected to the housing and supporting the upper electrode; and a strain gauge positioned over the second support part and sensing a strain of the pressure part.

Description

압력센서{PRESSURE SENSOR}Pressure sensor {PRESSURE SENSOR}

압력센서가 제공된다.A pressure sensor is provided.

압력센서는 피검출압력에 의해 스트레인(strain)을 일으키는 다이아프램(diaphragm)과 다이아프램의 스트레인 양에 따라 전압을 출력하는 스트레인 게이지(strain gauge)를 통해 압력을 측정하며, 압저항형 압력센서와 정전용량형 압력센서를 포함한다.The pressure sensor measures the pressure through a diaphragm causing a strain due to the detected pressure and a strain gauge outputting a voltage according to the amount of strain of the diaphragm. And includes a capacitive pressure sensor.

도 1은 종래 압력센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional pressure sensor.

도 1에서 보면, 압력의 변화에 따라 다이아프램(10)이 변형되며, 다이아프램(10)의 변형량에 기초하여 전압을 출력하는 스트레인 게이지(20)를 통해 압력을 측정한다. 이때, 다이아프램(10)은 비선형적인 형태(포물선 형태)로 변형되며, 구체적으로, 중앙부분의 변형량이 가장 크고, 중앙부를 기준으로 양 끝단으로 갈수록 변형량이 작아진다.1, the diaphragm 10 is deformed in response to a change in pressure, and the pressure is measured through a strain gauge 20 that outputs a voltage based on the deformation amount of the diaphragm 10. As shown in Fig. In this case, the diaphragm 10 is deformed into a nonlinear shape (parabolic shape). Specifically, the deformation amount of the central portion is the largest and the deformation amount becomes smaller toward both ends with respect to the center portion.

정전용량형 압력센서의 경우 압력에 기초하여 대향하는 두 개의 전극 사이에 정전용량의 변화가 클수록 높은 감도를 얻을 수 있다. 그러나, 도 1과 같이 다이아프램이 포물선 형태로 변형될 경우에는 두 개의 전극 사이의 대향면적이 균일하지 않다는 점에서 비선형성이 가중되며, 두 개의 전극 간의 정전용량은 거리에 반비례하므로 높은 감도를 얻을 수 없다. 또한, 허용압력범위 내에서 최대 감도를 얻기 위해서는 다이아프램의 두께를 최대한 얇게 설계하여 허용압력범위 내에서 다이아프램의 변형량이 최대가 되도록 해야 하나, 압력센서 설계시 허용압력에 따른 다이아프램의 두께 제한이 존재할 수 있다.In the case of a capacitive pressure sensor, a higher sensitivity can be obtained as the change in capacitance between two opposing electrodes based on pressure increases. However, when the diaphragm is deformed into a parabolic shape as shown in FIG. 1, the non-linearity is increased in that the opposite areas between the two electrodes are not uniform, and the capacitance between the two electrodes is inversely proportional to the distance, I can not. In order to obtain the maximum sensitivity within the allowable pressure range, the thickness of the diaphragm must be designed to be as thin as possible so that the amount of deformation of the diaphragm becomes maximum within the permissible pressure range. However, May exist.

본 발명의 일 실시예가 해결하려는 과제는 압력에 따라 두 개의 전극 사이의 간격이 균일하게 변형되는 압력센서를 제공하는 것이다.A problem to be solved by one embodiment of the present invention is to provide a pressure sensor in which a gap between two electrodes is uniformly deformed according to a pressure.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 하우징, 상기 하우징의 중앙에 위치하며 압력에 기초하여 변형되는 원통형 실린더 구조를 포함하는 압력부, 상기 하우징과 상기 압력부 위에 위치하는 제1 지지부, 상기 제1 지지부 위에 위치하는 하부전극, 상기 하부전극과 마주보며 상기 하부전극 위에 이격되어 위치하는 상부전극, 상기 하우징에 연결되며 상기 상부전극을 지지하는 제2 지지부, 그리고 상기 제2 지지부 위에 위치하며 상기 압력부의 스트레인을 감지하는 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함하는 압력센서를 일 실시예로 제안한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a pressure regulator comprising: a housing; a pressure portion located at the center of the housing and including a cylindrical cylinder structure deformed based on pressure; a first support portion located on the housing and the pressure portion; A lower electrode disposed on the support, an upper electrode facing the lower electrode and spaced apart from the lower electrode, a second support connected to the housing and supporting the upper electrode, and a second support positioned above the second support, A pressure sensor including a strain gauge that detects a strain is proposed as an embodiment.

여기서, 상기 압력이 가해질 때 상기 압력부는 길이방향으로 평행이동할 수 있다.Here, when the pressure is applied, the pressure portion can move in parallel in the longitudinal direction.

또한, 상기 스트레인 게이지는 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이의 간격변화에 기초하여 스트레인을 감지할 수 있다.In addition, the strain gauge can sense the strain based on a change in the gap between the upper electrode and the lower electrode.

또한, 상기 제1 지지부는 상기 압력이 가해지는 방향으로 변형되지 않을 수 있다.In addition, the first support portion may not be deformed in the direction in which the pressure is applied.

또한, 상기 스트레인 게이지는 상기 상부전극과 상기 하부전극에 전기적으로 연결될 수 있다.The strain gauge may be electrically connected to the upper electrode and the lower electrode.

또한, 상기 압력이 가해질 때 서로 대면하는 상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격이 균일할 수 있다.In addition, the interval between the upper electrode and the lower electrode facing each other when the pressure is applied may be uniform.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 허용압력에 대한 제한 없이 압력센서의 감도와 신뢰성이 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sensitivity and reliability of the pressure sensor can be improved without limiting the allowable pressure.

도 1은 종래 압력센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 압력이 변화된 압력센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional pressure sensor.
2 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a pressure sensor in which an internal pressure is changed according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하며 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted in the drawings and the same reference numerals are used for the same parts throughout the specification.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다.Also, if any part is referred to as being "on" another part, it may be directly on the other part or may be accompanied by another part therebetween.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 압력센서는, 하우징(100), 제1 지지부(110), 하부전극(120), 압력부(130), 제2 지지부(140), 상부전극(150), 그리고 스트레인 게이지(strain gauge)(160)를 포함한다.2, the pressure sensor includes a housing 100, a first supporting portion 110, a lower electrode 120, a pressure portion 130, a second supporting portion 140, an upper electrode 150, and a strain gauge ) ≪ / RTI >

압력부(130)는 하우징(100) 내부 중앙 부근에 위치하며, 예를 들어, 원통형 실린더 구조를 포함할 수 있다. 또한, 원통형 실린더 내부에 유입된 유체 등에 의한 압력 변화에 의해 길이방향으로 평행이동하도록 변형될 수 있다.The pressure portion 130 is located near the center of the interior of the housing 100 and may include, for example, a cylindrical cylinder structure. Further, it can be deformed so as to move in parallel in the longitudinal direction by a pressure change caused by the fluid or the like introduced into the cylindrical cylinder.

제1 지지부(110)는 하우징(100)과 압력부(130) 위에 위치하며, 하부전극(120)을 지지한다.The first support part 110 is positioned on the housing 100 and the pressure part 130 and supports the lower electrode 120.

제1 지지부(110)는 압력부(130)의 내부 압력 변화에도 변형되지 않는 두께를 가지며, 하부전극(120)을 지지한다.The first support part 110 has a thickness that is not deformed by a change in internal pressure of the pressure part 130 and supports the lower electrode 120.

하우징(100), 제1 지지부(110), 그리고 압력부(130)는 일체로 형성될 수 있으며, 금속을 포함할 수 있다.The housing 100, the first support portion 110, and the pressure portion 130 may be integrally formed, and may include a metal.

하부전극(120)은 전도성 박막(121)과 절연 박막(122)을 포함한다. 예를 들어, 절연 박막(122)은 제1 지지부(110) 위에 위치하며, 전도성 박막(121)은 절연 박막(122) 위에 위치할 수 있다. 그러나 절연 박막(122)은 생략될 수 있다.The lower electrode 120 includes a conductive thin film 121 and an insulating thin film 122. For example, the insulating thin film 122 may be located on the first supporting portion 110, and the conductive thin film 121 may be located on the insulating thin film 122. However, the insulating thin film 122 may be omitted.

제2 지지부(140)는 하우징(100)에 연결되며 상부전극(150)을 지지한다. 구체적으로, 제2 지지부(140)의 양 끝단은 하우징(100)에 연결되며, 제2 지지부(140)의 중앙부에 상부전극(150)을 연결하여 상부전극(150)을 지지할 수 있다.The second support part 140 is connected to the housing 100 and supports the upper electrode 150. Specifically, both ends of the second support part 140 are connected to the housing 100, and the upper electrode 150 is connected to the center of the second support part 140 to support the upper electrode 150.

상부전극(150)은 일면이 하부전극(120)과 마주보며 하부전극(120)과 수직 방향으로 소정거리 이격되어 위치할 수 있다. 제2 지지부(140)의 중앙부는 하부전극(120)과 수직 방향으로 소정거리 이격되어 위치할 수 있다.The upper electrode 150 faces the lower electrode 120 and may be spaced apart from the lower electrode 120 by a predetermined distance in the vertical direction. The central portion of the second support portion 140 may be spaced apart from the lower electrode 120 by a predetermined distance in the vertical direction.

상부전극(150)은 전도성 박막(151)과 절연 박막(152)을 포함한다. 예를 들어, 절연 박막(152)은 제2 지지부(140) 위에 위치하며, 전도성 박막(151)은 절연 박막(152) 위에 위치할 수 있다. 그러나 절연 박막(152)은 생략될 수 있다.The upper electrode 150 includes a conductive thin film 151 and an insulating thin film 152. For example, the insulating thin film 152 may be located on the second supporting portion 140, and the conductive thin film 151 may be located on the insulating thin film 152. However, the insulating thin film 152 may be omitted.

스트레인 게이지(160)는 압력부(130)의 스트레인을 감지하여 전기 신호를 출력한다. 스트레인 게이지(160)는 제2 지지부(140) 위에 위치하며, 상부전극(150)의 다른 일면에 압력부(130)의 수직 방향 중심선을 기준으로 좌우 대칭되도록 위치할 수 있다. 스트레인 게이지(160)와 제2 지지부(140) 사이에 절연 박막(170)이 위치하며, 절연 박막(170)은 생략될 수 있다.The strain gauge 160 senses the strain of the pressure unit 130 and outputs an electric signal. The strain gauge 160 may be located on the second support 140 and may be symmetrically positioned on the other surface of the upper electrode 150 with respect to the vertical center line of the pressure unit 130. The insulating thin film 170 is positioned between the strain gauge 160 and the second supporting member 140 and the insulating thin film 170 may be omitted.

스트레인 게이지(160)는 상부전극(150)과 하부전극(120)에 각각 전기적으로 연결되며, 구체적으로, 상부전극(150)과 하부전극(120)의 전도성 박막(151, 121)에 연결된다.The strain gage 160 is electrically connected to the upper electrode 150 and the lower electrode 120 and specifically to the conductive thin films 151 and 121 of the upper electrode 150 and the lower electrode 120.

스트레인 게이지(160)는 압력부(130)의 내부 압력 변화에 따라 수직 방향으로 평행이동한 하부전극(120)과 상부전극(150) 사이의 간격변화에 기초하여 스트레인을 감지할 수 있다.The strain gage 160 can sense the strain based on the change in the distance between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 which are moved in parallel in the vertical direction according to the change in the internal pressure of the pressure unit 130.

스트레인 게이지(160)는 일례로 실리콘 스트레인 게이지일 수 있다.Strain gage 160 may be, for example, a silicon strain gage.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 압력이 변화된 압력센서의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a pressure sensor in which an internal pressure is changed according to an embodiment of the present invention.

도 3에서, 압력센서는 압력부(130)의 내부압력 변화에 의해 압력부(130)가 수직 방향으로 변형되며, 이에 따라 하부전극(120)이 수직 방향으로 평행이동한다. 따라서, 압력부(130)가 변형되지 않은 상태의 상부전극(150)과 하부전극(120) 사이의 간격 a(도 2에 도시되어 있음)가 a'으로 변화되었음을 확인할 수 있다. (이때, a' < a)3, in the pressure sensor, the pressure portion 130 is deformed in the vertical direction by a change in the internal pressure of the pressure portion 130, so that the lower electrode 120 moves in the vertical direction in parallel. Therefore, it can be seen that the distance a (shown in FIG. 2) between the upper electrode 150 and the lower electrode 120 in a state where the pressure portion 130 is not deformed is changed to a '. (Where a '< a)

도 3에서, 상부전극(150)과 하부전극(120) 사이의 간격 변화(a -> a')에 의해 스트레인 게이지(160)는 정전용량의 변화를 감지하고 이에 따라 압력이 계산될 수 있다.In FIG. 3, the strain gauge 160 senses a change in capacitance by the change in the interval (a - > a ') between the upper electrode 150 and the lower electrode 120, and the pressure can be calculated accordingly.

도 3에서 보면, 하부전극(120)이 수직 방향으로 평행이동함으로써 상부전극(150)과의 간격이 균일하게 감소하고 상부전극(150)과의 대향면적이 균일함을 알 수 있다. 이에 따라 압력 센서의 비선형성이 감소할 수 있으며, 압력센서의 감도가 향상될 수 있다.3, it can be seen that the gap between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 is uniformly reduced by the parallel movement of the lower electrode 120, and the area of the opposing area with the upper electrode 150 is uniform. Accordingly, the non-linearity of the pressure sensor can be reduced, and the sensitivity of the pressure sensor can be improved.

본 발명의 일 실시예에 따르면 종래 압력센서의 다이아프램을 원통형 실린더 구조를 포함하는 압력부로 대체함으로써 허용압력이 압력부의 원통형 실린더의 두께에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 허용압력의 제한 없이 압력부의 수직 방향 길이에 따라 압력센서의 감도를 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 압력부 내부의 원통형 실린더의 길이를 증가시킴으로써 압력센서의 감도를 증가시킬 수 있다. 결국, 허용압력의 제한 없이 압력센서의 감도를 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 압력센서의 신뢰성을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the permissible pressure can be determined by the thickness of the cylindrical portion of the pressure portion by replacing the diaphragm of the conventional pressure sensor with the pressure portion including the cylindrical cylinder structure. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the sensitivity of the pressure sensor can be increased according to the vertical length of the pressure portion without limiting the allowable pressure. Specifically, the sensitivity of the pressure sensor can be increased by increasing the length of the cylindrical cylinder in the pressure portion. As a result, the sensitivity of the pressure sensor can be improved without limiting the permissible pressure, thereby increasing the reliability of the pressure sensor.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but variations and modifications may be made by those skilled in the art. .

100 : 하우징 110 : 제1 지지부
120 : 하부전극 130 : 압력부
140 : 제2 지지부 150 : 상부전극
160 : 스트레인 게이지100: housing 110: first support
120: lower electrode 130: pressure part
140: second supporting part 150: upper electrode
160: Strain gauge

Claims (6)

하우징,
상기 하우징의 중앙에 위치하며 압력에 기초하여 변형되는 원통형 실린더 구조를 포함하는 압력부,
상기 하우징과 상기 압력부 위에 위치하는 제1 지지부,
상기 제1 지지부 위에 위치하는 하부전극,
상기 하부전극과 마주보며 상기 하부전극 위에 이격되어 위치하는 상부전극,
상기 하우징에 연결되며 상기 상부전극을 지지하는 제2 지지부, 그리고
상기 제2 지지부 위에 위치하며 상기 압력부의 스트레인을 감지하는 스트레인 게이지(strain gauge)
를 포함하는 압력센서.housing,
A pressure portion located at the center of the housing and including a cylindrical cylinder structure deformed based on pressure,
A first support portion positioned above the housing and the pressure portion,
A lower electrode positioned on the first support,
An upper electrode facing the lower electrode and spaced apart from the lower electrode,
A second support portion connected to the housing and supporting the upper electrode,
A strain gauge disposed above the second support and sensing a strain of the pressure portion,
. 제1항에서,
상기 압력이 가해질 때 상기 압력부는 길이방향으로 평행이동하는 압력센서.The method of claim 1,
And the pressure portion is moved in parallel in the longitudinal direction when the pressure is applied. 제2항에서,
상기 스트레인 게이지는 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이의 간격변화에 기초하여 스트레인을 감지하는 압력센서.3. The method of claim 2,
Wherein the strain gauge senses a strain based on a change in spacing between the upper electrode and the lower electrode. 제1항에서,
상기 제1 지지부는 상기 압력이 가해지는 방향으로 변형되지 않는 압력센서.The method of claim 1,
Wherein the first support portion is not deformed in the direction in which the pressure is applied. 제1항에서,
상기 스트레인 게이지는 상기 상부전극과 상기 하부전극에 전기적으로 연결되어 있는 압력센서.The method of claim 1,
Wherein the strain gauge is electrically connected to the upper electrode and the lower electrode. 제1항에서,
상기 압력이 가해질 때 서로 대면하는 상기 상부전극과 상기 하부전극의 간격이 균일한 압력센서.The method of claim 1,
Wherein the gap between the upper electrode and the lower electrode facing each other when the pressure is applied is uniform.
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