KR101921379B1 - 밴딩 측정이 가능한 온도센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밴딩 측정이 가능한 온도센서에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도센서는 센서로서: 기판(110); 상기 기판(110) 상부면에 마련되는 제 1 센서(120); 및 상기 기판(110)을 마주보고 상기 제 1 센서(120)와 동일한 패턴을 가지도록 상기 기판(110) 하부면에 마련되며, 일단이 상기 제 1 센서(120)에 직렬로 연결된 제 2 센서(130); 를 포함하고, 직렬로 연결된 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)의 총 저항값에 기초하여 상기 센서가 부착된 표면의 온도를 측정하고, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130) 중 적어도 하나를 통해 상기 센서가 부착된 표면의 곡률을 측정하되, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)는, meander 타입의 금속 재질로 이루어진 전극으로 제작된 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호로부터 밴딩값을 제거하여 온도변화값을 산출하여 제공하고, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호를 온도변화값으로 보상하여 밴드값을 산출하여 제공하는 온도 및 밴딩값 제공부(140)를 더 포함하되, 상기 제1센서(120)와 상기 제2센서(130)의 패턴길이는 동일하고, 동일한 형상인 것을 특징으로 하며, 상기 제1센서(120)에는 한 쌍의 1번단자와 이에 대응되는 단자가 위치하고, 상기 제2센서(130)에도 한 쌍의 3번단자와 이에 대응되는 단자가 위치하되, 상기 1번단자와 상기 3번단자 이외의 단자들은 2번단자로 구성되되, 상기 1번단자와 상기 3번단자는 서로 대응되는 위치에 있고, 상기 1번단자와 상기 3번단자를 통해 온도를 센싱하는 것을 특징으로 하고, 상기 1번단자 및 상기 2번단자 또는 상기 2번단자 및 상기 3번단자를 통해 벤딩 측정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

밴딩 측정이 가능한 온도센서{The temperature sensor can measure banding}
본 발명은 밴딩 측정이 가능한 온도센서에 관한 것으로, 특히 동일한 특성을 가지는 2개의 센서를 겹쳐서 밴딩 특성이 역으로 나오는 특성을 이용하여 센서의 밴딩 영향을 센서 자체적으로 제거한 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 각 센서로부터 독립적으로 데이터를 제공받아 밴딩도 동시에 측정 가능하도록 하는 밴딩 측정이 가능한 온도센서에 관한 것이다.
재료나 전자 소자가 온도에 따라 전기특성이 변화하는 것을 이용하는 것이 온도센서이다.
검출 온도 영역, 검출 정밀도, 온도 특성, 양산성 및 신뢰성과 같은 면에서 사용목적에 알맞는 온도센서를 사용하는 것이 일반적이다.
온도 센서의 종류로 접촉식으로는 저항온도센서, 서미스터, 열전대, 바이메탈이 있고, 비접촉식으로는 방사온도계, 광고온도계가 많이 쓰이고 있다.
온도 센서는 크게 접촉식과 비접촉식으로 나누게 된다. 접촉식에 경우 온도를 측정하는 정밀성에서 높지만 직접 온도를 측정해야 하는 부분과 접촉을 해야 되기 때문에 사용할 수 있는 범위가 한정적이고, 비접촉식의 경우 다양하게 응용하여 사용할 수 있지만 그 정밀성과 신뢰성에서 문제를 가지고 있다.
따라서, 종래 센서들과 비교하여 간단한 공정과 낮은 비용으로 높은 민간도의 온도 센서를 연구할 필요가 있다.
대한민국 등록특허 제 10-1519317 호
이와 같은 종래기술의 문제점을 해소시키기 위한 것으로, 본 발명은 동일한 특성을 가지는 2개의 센서를 겹쳐서 밴딩 특성이 역으로 나오는 특성을 이용하여 밴딩 영향을 제거한 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 각 센서로부터 독립적으로 데이터를 제공받아 밴딩도 동시에 측정 가능하도록 하는 밴딩 측정이 가능한 온도센서를 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도센서는 센서로서: 기판(110); 상기 기판(110) 상부면에 마련되는 제 1 센서(120); 및 상기 기판(110)을 마주보고 상기 제 1 센서(120)와 동일한 패턴을 가지도록 상기 기판(110) 하부면에 마련되며, 일단이 상기 제 1 센서(120)에 직렬로 연결된 제 2 센서(130); 를 포함하고, 직렬로 연결된 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)의 총 저항값에 기초하여 상기 센서가 부착된 표면의 온도를 측정하고, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130) 중 적어도 하나를 통해 상기 센서가 부착된 표면의 곡률을 측정하되, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)는, meander 타입의 금속 재질로 이루어진 전극으로 제작된 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호로부터 밴딩값을 제거하여 온도변화값을 산출하여 제공하고, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호를 온도변화값으로 보상하여 밴드값을 산출하여 제공하는 온도 및 밴딩값 제공부(140)를 더 포함하되, 상기 제1센서(120)와 상기 제2센서(130)의 패턴길이는 동일하고, 동일한 형상인 것을 특징으로 하며, 상기 제1센서(120)에는 한 쌍의 1번단자와 이에 대응되는 단자가 위치하고, 상기 제2센서(130)에도 한 쌍의 3번단자와 이에 대응되는 단자가 위치하되, 상기 1번단자와 상기 3번단자 이외의 단자들은 2번단자로 구성되되, 상기 1번단자와 상기 3번단자는 서로 대응되는 위치에 있고, 상기 1번단자와 상기 3번단자를 통해 온도를 센싱하는 것을 특징으로 하고, 상기 1번단자 및 상기 2번단자 또는 상기 2번단자 및 상기 3번단자를 통해 벤딩 측정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 동일한 특성을 가지는 2개의 센서를 겹쳐서 밴딩 특성이 역으로 나오는 특성을 이용하여 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 각 센서로부터 독립적으로 데이터를 제공받아 밴딩도 동시에 측정 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도 센서를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (d)는 본 발명이 적용된 밴딩 측정이 가능한 온도 센서 및 밴딩 측정이 가능한 온도센서의 밴딩 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a) 내지 (d)는 센서의 길이가 상호 다른 4개의 센서의 온도에 따른 저항의 변화값을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4의 (a) 내지 (f)는 싱글 meander 타입의 응력감지특성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도 센서를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a) 내지 (d)는 본 발명이 적용된 밴딩 측정이 가능한 온도 센서 및 밴딩 측정이 가능한 온도센서의 밴딩 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a) 내지 (d)는 센서의 길이가 상호 다른 4개의 센서의 온도에 따른 저항의 변화값을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4의 (a) 내지 (f)는 싱글 meander 타입의 응력감지특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 밴딩 측정이 가능한 온도센서(100)는 기판(110)와, 기판(110) 상부면에 마련되는 제 1 센서(120)와, 기판(110) 하부면에 마련되며, 일단이 상기 제 1 센서(120)에 연결된 제 2 센서(130)와, 제 1 센서(120) 및 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호로부터 밴딩값을 제거하여 온도변화값을 산출하여 제공하고, 제 1 센서(120) 및 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호를 온도변화값으로 보상하여 밴드값을 산출하여 제공하는 온도 및 밴딩값 제공부(140)로 이루어진다.
제 1 센서(120) 및 제 2 센서(130)는, meader 타입의 금속 재질로 이루어진 전극으로 제작되고, 이때 전극은 순은으로 이루어진다.
제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)는 변위 등 길이의 변화비율을 계측하는 변형센서이다.
상기와 같이 구성된 밴딩 측정이 가능한 온도센서의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도센서(100)는 meander 타입의 순은(Ag)로 제작된 센서로 온도와 밴딩에 따라 동시에 특성이 변화하는 것으로, 도 1 및 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 기판(110)의 상부면 및 하부면에 그 크기와 모양이 동일한 제 1 센서(120)와 제 2 센서(130)가 인쇄방식에 따라 인쇄되어 있으며, 직렬 연결되어 온도 및 밴딩값 제공부(140)에 연결되어 있다.
도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 2개의 센서(120)(130)를 동시에 측정(Ro)하면 밴딩값은 제거되고 온도 변화값만 측정할 수 있으며, 겹쳐진 각각 센서값(RA, RB)에 온도 변화값을 보상해주면 밴딩을 측정할 수 있게 된다.
즉, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 제 1 센서(120) 및 제 2 센서(130)가 굽힘 직경에 따라 일정하게 유지되다가 "5mm"를 넘어서는 순간 상호 반대방향으로 동일한 저항값이 증가하는 것을 알 수 있다. 증가하는 저항값을 합산할 경우 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 센서의 밴딩 영향이 제거되어 저항값은 일정한 값을 유지하게 된다. 이에, 본 발명에 의해 제작되는 센서는 제 1 센서(120) 및 제 2 센서(130)로 이루어진 차동 센서이다.
본 발명에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도센서(100)는 기판(110) 상하부면에 인쇄된 전극타입에 따라 온도 및 저항의 선형관계가 도 3을 통해 도시된 바와 같이 약간씩 다름을 알 수 있다. 즉 도 3의 (a)는 제 1 센서로, 100℃까지 선형관계를 유지하고, 도 3의 (b)는 제 2 센서로 95℃까지 선형관계를 유지하고, 도 3의 (c)는 제 3 센서로 90℃까지 선형관계를 유지하고, 도 3의 (d)는 제 4 센서로 86℃까지 선형관계를 유지하는 것으로 나타났으며, 센서의 길이에 따라서 선형관계를 유지하는 온도가 낮아짐을 알 수 있다. 이 결과, 센서의 선형성 및 길이 사이의 경향을 보여주며, 센서의 길이가 증가 될수록 선형 영역은 감소한다.
일반적으로 센서들(제 1 센서 내지 제 4 센서)을 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 온도 25℃, 습도 35%의 환경하에서 굽힘 기계를 사용하여 굽힘 검출 테스트하는 과정을 수행한 결과에 대해서 도 4의 (b) 내지 (f)를 참조하여 설명하면, 센서 8mm 내지 2mm의 직경에서 굴곡시키고, 저항값을 기록한 결과, 저항이 굽힘 직경에 따라 변화하는 것이 관찰되었다. 센서가 바깥쪽으로 구부러지면 순은(Ag)입자 사이의 갭이 증가하고, 센서가 안쪽으로 구부러지면 순은(Ag) 입자의 간격이 감소한다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 순은(Ag) 입자들 사이의 간격은 필림의 저항값을 변화시킨다.
이 특성은 4개의 다른 센서인 제 1 센서, 제 2 센서, 제 3 센서 및 제 4 센서에 적용된다.
센서들은 도 4의 (c) 내지 (f)를 통해 알 수 있는 바와 같이 5mm 이하의 굽힘 직경에서 저항의 변화를 보여주는 것으로 관찰되었다.
제 1 센서는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 73Ω부터 77Ω까지 저항변화를 일으켰고, 104mm의 총 패턴 길이를 가지는 제 2 센서는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 139Ω부터 152Ω까지 저항변화가 일어났으며, 제 3 센서는 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이 243Ω으로부터 290Ω까지 저항변화가 일어났으며, 300mm의 패턴길이를 가지는 제 4 센서는 348Ω부터 457Ω까지 저항변화가 일어났다.
이에, 센서의 총길이는 굽힘 강도가 증가함에 따라 또한 증가하는 것을 알 수 있으며, 단일 meander 패턴을 사용하는 경우 이 특성은 온도 센서보다 굽힘 센서로서 동작하기 때문에 가요성 또는 곡면의 온도를 정확하게 측정하는 것이 불가능하다는 것을 보여준다. 이 결과로부터 이 센서는 경질 직선 표면 온도 측정에만 적합한 것을 알 수 있다.
그러나, 도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도센서(100, DTS)는 이러한 문제점을 극복할 수 있다.
본 발명에 따른 센서(100)는 플레시블 PET 기판(110)의 상부 및 하부에 동일한 패턴을 가지며 동일한 크기인 센서(120)(130)가 프린팅 되어 있다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 양측 패턴이 직렬로 연결되어 있다.
온도를 센싱하기 위해 1번 단자 및 3번 단자를 사용하고, 변형 검출을 위해서는 1번 단자 및 2번 단자 또는 2번 단자 및 3번 단자가 밴딩 측정이 가능한 온도세서(DTS)에 사용되어진다.
도 2c에 개략적으로 도시된 바와 같이 2개의 저항 RA 및 RB는 A측 및 B측 상에 센서로 표시된다. 만약에 밴딩 측정이 가능한 센서(DTS)가 A측으로 굽혀지는 경우 meander 코일 A측의 저항은 코일 B측의 저항이 장력으로 인해 증가하는 동안 압축으로 인해 감소한다.
도 2d에 도시된 바와 같이 어느 측면의 차동 센서가 구부러지는 경우 저항 RA 및 RB는 차분 변동하고, 센서의 전체 저항은 기계적 변형 하에서 변하지 않고 유지된다.
저항은 다른 일측 저항이 △R일 동안 일측 저항이 -△R으로 변하지 않고 유지된다. 따라서 양측은 직렬로 구성되어 있을 때 저항 자신의 변경을 취소할 수 있다.
온도가 직렬로 연결된 저항들의 저항값을 모두 증가시키는 것처럼, 온도는 기계적 변형없이 밴딩측정이 가능한 온도센서(DTS)의 총 저항값을 변경할 수 있다.
이 차동저항 변화는 기판을 중심으로 상호 등을 맞대고 인쇄된 센서가 곡선, 원형 또는 가요성 표면의 온도를 용이하게 측정할 수 있음을 알 수 있도록 한다.
가요성 표면 온도를 측정하기 위해 제안된 DTS를 입증하기 위해, 1 단자 및 2단자는 하나의 저항측정기에 연결시키고, 다른 저항 측정기에는 센서의 2 단자 및 3 단자를 연결시킨 후 본 발명에 따른 밴딩측정이 가능한 온도센서(DTS)를 굽힘 직경이 8mm로부터 2mm까지 해당되도록 구부린 후 저항값을 측정하니, 도 2의 (d)와 같다. 즉, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 저항 측정기2의 저항값은 73Ω으로부터 78Ω까지 급격히 증가하고, 저항측정기1의 저항값은 73Ω으로부터 65Ω으로 다운되는 것으로 나타났다.
△R은 표면상에서 센서의 구부러지는 효과에 의해 저항이 변화된다. 어느 한쪽의 센서가 구부러지는 것에 의해 RA 및 RB의 차이로 저항의 변화를 관찰할 수 있다. 어느 한쪽의 센서패턴의 저항을 측정하여, 센서가 부착된 바디(body)의 곡률을 검출할 수 있다.
저항이 +△R에 따라 증가한다면 -△R을 따라서 저항이 감소하는 동안 바디가 볼록 형상으로 구부러지고, 그것은 바디 형상이 오목형상임을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 밴딩 측정이 가능한 온도센서는 차동 센서로서, 정확한 온도측정을 보여주기 위해 굽힘 응력하에서 안정적임을 알 수 있다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 밴딩 측정이 가능한 온도센서
110 : 제 기판
120 : 제 1 센서
130 : 제 2 센서
140 : 온도 및 밴드값 제공부

Claims (5)

  1. 센서로서:
    기판(110);
    상기 기판(110) 상부면에 마련되는 제 1 센서(120); 및
    상기 기판(110)을 마주보고 상기 제 1 센서(120)와 동일한 패턴을 가지도록 상기 기판(110) 하부면에 마련되며, 일단이 상기 제 1 센서(120)에 직렬로 연결된 제 2 센서(130);
    를 포함하고, 직렬로 연결된 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)의 총 저항값에 기초하여 상기 센서가 부착된 표면의 온도를 측정하고, 상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130) 중 적어도 하나를 통해 상기 센서가 부착된 표면의 곡률을 측정하되,
    상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)는, meander 타입의 금속 재질로 이루어진 전극으로 제작된 것을 특징으로 하고,
    상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호로부터 밴딩값을 제거하여 온도변화값을 산출하여 제공하고,
    상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)로부터 입력되는 신호를 온도변화값으로 보상하여 밴드값을 산출하여 제공하는 온도 및 밴딩값 제공부(140)를 더 포함하되,
    상기 제1센서(120)와 상기 제2센서(130)의 패턴길이는 동일하고, 동일한 형상인 것을 특징으로 하며,
    상기 제1센서(120)에는 한 쌍의 1번단자와 이에 대응되는 단자가 위치하고, 상기 제2센서(130)에도 한 쌍의 3번단자와 이에 대응되는 단자가 위치하되,
    상기 1번단자와 상기 3번단자 이외의 단자들은 2번단자로 구성되되,
    상기 1번단자와 상기 3번단자는 서로 대응되는 위치에 있고, 상기 1번단자와 상기 3번단자를 통해 온도를 센싱하는 것을 특징으로 하고,
    상기 1번단자 및 상기 2번단자 또는 상기 2번단자 및 상기 3번단자를 통해 벤딩 측정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 순은으로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서(120) 및 상기 제 2 센서(130)는 변형센서인 것을 특징으로 하는 센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3042333B2 (ja) * 1994-10-18 2000-05-15 オムロン株式会社 電気信号変位変換装置、当該変換装置を用いた機器、および当該変換装置を用いた流体搬送装置の駆動方法
JP2001221696A (ja) * 2000-02-10 2001-08-17 Res Inst Electric Magnetic Alloys 感温感歪複合センサ

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