KR101945587B1 - 압력 센서 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따르면 압력 센서는, 내부에 형성되는 통로부로 유입되는 기체의 압력을 측정하기 위한 스트레인 게이지를 포함하는 센서 모듈; 상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되는 기판; 상기 센서 모듈의 적어도 일부를 감싸며, 상기 기판을 지지하기 위한 프레임; 상기 기판과 전기적으로 연결되며 외부 기기의 접점에 접촉되는 단자; 상기 단자를 지지하기 위한 단자 홀더; 및 일측이 상기 하우징 또는 프레임에 연결되고, 타측은 상기 단자 홀더의 적어도 일부를 감싸는 하우징을 포함할 수 있다.

Description

압력 센서{A PRESSURE SENSOR}
아래의 설명은 압력 센서에 관한 것이다.
압력 센서는 압력을 측정하는 장치이다. 예를 들어, 압력 센서는 브레이크 시스템을 제어하기 위한 정보를 감지할 수 있다. 일반적으로 차량에는 감속 또는 제동을 위한 브레이크 시스템이 구비된다. 브레이크 시스템은 사용자의 조작력을 전달하는 페달과, 상기 페달과 연결되어 제동유압을 형성하는 부스터 및 마스터 실린더와, 부스터 및 마스터 실린더로부터 입력된 제동유압에 따라 차량의 바퀴를 제동하는 휠 브레이크를 포함하여 구성된다.
이러한 브레이크 시스템은 운전자가 브레이크 페달을 밟아 제동력이 발생할 때, 제동압력이 노면상태보다 크거나 제동압력으로 발생하는 휠 브레이크에서의 마찰력이 타이어나 노면에서 발생하는 제동력보다 큰 경우에는 타이어가 노면에서 미끄러지는 슬립현상이 발생한다. 그리고 이와 같이 브레이크가 작동하는 상태에서는 조향장치가 잠겨서 원하는 방향으로 조향할 수 없다.
종래에는 슬립현상 발생시 조향이 가능하도록 하기 위해 전자적으로 브레이크의 답력을 제어하는 안티록 브레이크 시스템(anti-lock brake system, ABS)이 개발되었다. 안티록 브레이크 시스템은 휠 브레이크 측으로 전달되는 제동유압을 조절하기 위한 다수개의 솔레노이드 밸브와 저압 어큐뮬레이터 및 고압 어큐뮬레이터 등이 장착된 유압블록(hydraulic unit)과, 전기적으로 작동하는 구성요소를 제어하기 위한 전자제어장치(electronic control unit, ECU)를 구비한다. 또한, 유압블록에는 운전자의 브레이크 페달 답력에 비례하여 마스터 실린더에서 발생된 브레이크 작동 압력을 감지하고, 이를 전자제어장치에 전기적 신호로 전달하는 압력센서가 설치된다. 전자제어장치는 압력센서에서 전달되는 전기적 신호에 따라 브레이크 작동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 종래의 압력 센서는 공개특허공보 제10-2012-0077210호, 공개특허공보 제10-2011-0130359호, 공개특허공보 제10-2011-0088173호 및 공개특허공보 제10-2014-0042206호 등이 있다.
실시 예의 목적은 부피가 작은 압력 센서를 제공하는 것이다.
실시 예에 따르면 압력 센서는, 내부에 형성되는 통로부로 유입되는 기체의 압력을 측정하기 위한 스트레인 게이지를 포함하는 센서 모듈; 상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되는 기판; 상기 센서 모듈의 적어도 일부를 감싸며, 상기 기판을 지지하기 위한 프레임; 상기 기판과 전기적으로 연결되며 외부 기기의 접점에 접촉되는 단자; 상기 단자를 지지하기 위한 단자 홀더; 및 일측이 상기 센서 모듈에 연결되고, 타측은 상기 단자 홀더의 적어도 일부를 감싸는 하우징을 포함할 수 있다.
상기 단자는, 상기 외부 기기의 접점에 접촉하고 상기 외부 기기의 접점으로부터 압압을 받는 접촉부; 및 상기 접촉부의 하측에 위치하고 상기 기판에 전기적으로 연결되는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 접촉부는, 상기 단자 홀더의 상측으로 돌출될 수 있다.
상기 접촉부는, 상기 단자 홀더의 상면 내벽에 지지될 수 있다.
상기 연결부는, 상기 기판에 형성된 접점과 탄성 접촉될 수 있다.
상기 연결부는, 상기 기판에 형성된 접점에 납땜 연결될 수 있다.
상기 단자는, 상기 접촉부 및 연결부를 연결하며, 상기 외부 기기의 접점으로부터 상기 접촉부로 인가되는 압압에 의해 탄성적으로 변형하는 탄성부를 더 포함할 수 있다.
상기 단자는, 판금의 타발 및 절곡가공을 거쳐 일체로 형성되고, 상기 탄성부는, 타발 시점에서는 선재가 좌우 방향으로 반복하여 절곡하면서 전후로 연장하는 형상을 갖고, 절곡 가공을 거침으로써 타발 시점에서의 좌우 방향의 절곡 부분이 탄성부의 다른 부분과 대면하는 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 탄성부는, 상기 탄성부를 형성하는 선재의 타발 시점에서의 1개의 절곡 부분의 내측 전후방향의 간격(d1)보다 상기 선재의 타발 시점에서의 전후 방향으로 서로 인접하는 절곡 부분 간의 간격(d2)이 넓은 형상을 가질 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 통로부의 유입 측에 배치되며, 외부로 노출되는 포트를 포함하는 센싱 포트; 및 상기 센싱 포트와 연결되고, 상기 하우징 또는 프레임의 내부에 배치되는 센싱 바디를 포함하고, 상기 센싱 바디는, 상기 스트레인 게이지가 부착되는 센싱 면을 포함할 수 있다.
상기 센싱 면은, 상기 하우징의 길이 방향과 평행한 방향으로 평평하게 형성될 수 있다.
상기 기판은 상기 센싱 면과 평행한 방향으로 배치될 수 있다.
상기 기판은, 상기 센싱 면과 오버랩되는 개구부를 포함하고, 상기 압력 센서는, 상기 개구부를 통하여 상기 기판 및 상기 스트레인 게이지를 전기적으로 연결하는 와이어를 더 포함할 수 있다.
상기 센싱 면의 두께는, 상기 센싱 바디의 다른 면의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 기판은, 상기 하우징의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되고, 상기 스트레인 게이지와 연결되는 제 1 기판; 및 상기 하우징의 길이 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 상기 제 2 기판 및 상기 단자와 전기적으로 연결되는 제 2 기판을 포함할 수 있다.
상기 프레임 및 기판은, 상기 센싱 바디의 둘레를 감싸는 폐루프를 형성할 수 있다.
상기 프레임은, 상기 기판의 측면을 지지하기 위한 적어도 하나 이상의 지지 돌기를 포함하고, 상기 기판은, 상기 지지 돌기에 결합되는 지지 홈을 포함할 수 있다.
상기 기판의 상측에는 상기 연결부가 삽입되기 위한 단자 구멍이 형성될 수 있다.
상기 단자 구멍은 기판의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.
상기 연결부의 단부는, 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되어, 상기 단자 구멍에 삽입될 수 있다.
상기 연결부의 단부의 폭 방향은 상기 하우징의 길이 방향과 동일할 수 있다.
실시 예에 의하면, 압력 센서 자체의 부피를 줄일 수 있고, 그 결과 압력 센서가 장착되는 전체 제품의 부피를 축소시킬 수 있다.
도 1은 제 1 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이다.
도 2a는 제 1 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이다.
도 2b는 제 1 실시 예에 따른 압력 센서의 일 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 제 1 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 4a 및 4b는 제 1 실시 예에 따른 단자를 나타내는 도면이다.
도 5는 제 2 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 2 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이다.
도 7은 제 2 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 8은 제 3 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이다.
도 9는 제 3 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이다.
도 10은 제 3 실시 예에 따른 제 1 기판 및 제 2 기판의 체결 구조를 나타내는 도면이다.
도 11은 제 3 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 12는 제 4 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이다.
도 13은 제 4 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이다.
도 14는 제 4 실시 예에 따른 프레임 및 기판의 체결 구조를 나타내는 도면이다.
도 15는 제 4 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 16a 및 도 16b는 제 4 실시 예에 따른 단자 홀더 및 하우징의 체결 구조를 나타내는 도면이다.
도 17은 제 5 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이다.
도 18은 제 5 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이다.
도 19는 제 5 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 20a 및 도 20b는 제 5 실시 예에 따른 단자를 나타내는 도면이다.
도 21은 제 5 실시 예에 따른 기판 및 단자의 체결 구조를 나타내는 도면이다.
도 22는 제 6 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이다.
도 23은 제 6 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이다.
도 24는 제 6 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
이하에서, 실시 예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 제 1 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이고, 도 2a는 제 1 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이고, 도 2b는 제 1 실시 예에 따른 압력 센서의 일 부분을 확대한 도면이고, 도 3은 제 1 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 압력 센서(10)는, 센서 모듈(11), 하우징(12), 프레임(13), 기판(14), 단자 홀더(16), 오링(17) 및 단자(18)를 포함할 수 있다.
센서 모듈(11)은, 내부에 형성되는 통로부(P)로 유입되는 기체의 압력을 측정할 수 있다. 센서 모듈(11)은, 센싱 포트(110), 센싱 바디(113) 및 스트레인 게이지(S)를 포함할 수 있다.
센싱 포트(110)는, 통로부(P)의 유입 측에 배치되며, 외부로 노출되는 포트를 포함할 수 있다. 센싱 포트(110)는, 압력을 측정하고자 하는 대상체에 연결되어, 대상체로부터 유입되는 기체를 센싱 바디(113)로 전달할 수 있다. 센싱 포트(110)는, 하우징 지지부(111) 및 프레임 지지부(112)를 포함할 수 있다.
하우징 지지부(111)는, 하우징(12)의 단부를 거치가 거치될 수 있도록 단차진 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 프레임 지지부(112)는, 프레임(13)의 단부가 거치될 수 있도록 단차진 형상을 가질 수 있다. 프레임 지지부(112)의 직경은, 하우징 지지부(111)의 직경보다 작을 수 있다.
센싱 바디(113)는, 센싱 포트(110)의 내부에 형성되는 통로부와 연통되는 통로부를 포함할 수 있다. 센싱 바디(113)는, 하우징(12) 및/또는 프레임(13)의 내부에 배치될 수 있다. 위와 같은 배치에 의하면, 외력에 의해 센싱 바디(113)가 파손되는 문제를 방지하고, 센싱 포트(110)가 연결되는 측정 대상체 이외의 다른 요소에 의한 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 센서 모듈(11)의 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 센싱 바디(113)는, 스트레인 게이지(S)가 장착되기 위한 센싱 플레이트(113a)를 포함할 수 있다. 센싱 플레이트(113a)는, 스트레인 게이지(S)의 측정 정확성을 향상시키기 위하여 평평한 형상을 가질 수 있다. 센싱 플레이트(113a)는, 센싱 포트(110)의 반대편에 구비될 수 있다. 센싱 플레이트(113a)는, 예를 들어, 하우징(12)의 길이 방향에 대하여 수직한 방향으로 길게 배치될 수 있다.
하우징(12)은, 압력 센서(10)의 외형을 형성할 수 있다. 하우징(12)의 일측은 센서 모듈(11)에 연결되고, 타측은 단자 홀더(16)에 연결될 수 있다. 하우징(12)은, 센서 모듈(11) 및 단자 홀더(16) 사이에 배치되는 프레임(13), 센싱 바디(113) 및/또는 기판(14)을 감쌀 수 있다. 하우징(12)의 상측은 내측으로 절곡되어 단자 홀더(16)의 일부를 감쌀 수 있다. 다시 말하면, 하우징(12)은, 단자 홀더(16)가 상측으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 하우징(12)은 대략 원통 형상을 가질 수 있으나, 하우징(12)의 형상이 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다.
프레임(13)은, 하우징(12)의 내측에 배치되며 센싱 바디(113)를 감쌀 수 있다. 프레임(13)은, 센싱 바디(113)가 다른 부품에 의해 간섭되지 않도록, 센싱 바디(113)로부터 일정한 거리 이격된 상태로, 센싱 바디(113)를 감쌀 수 있다. 프레임(13)의 일측은 기판(14)에 연결되고, 타측은, 센싱 포트(110)에 연결될 수 있다. 프레임(13)은 예를 들어, 금속 재질로 형성될 수 있다. 프레임(13)은, 기판(14)을 지지하기 위한 수용 홈(131) 및 지지 돌기(132)를 포함할 수 있다. 수용 홈(131)은, 프레임(13)의 상측 단부로부터 함몰된 형상을 가질 수 있다. 지지 돌기(132)는, 프레임(13)의 상측 단부로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다.
기판(14)은, 스트레인 게이지(S)에서 측정된 신호를 전달받아 단자(18)를 통하여 외부로 전달할 수 있다. 기판(14) 및 스트레인 게이지(S)는 소정의 와이어에 의해 연결될 수 있다. 상기 와이어는 기판(14)에 형성된 내부 회로를 따라서 기판(14)의 접점에 연결되는 단자(18)에 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(14)은, 프레임(13)의 상측에 배치될 수 있다. 기판(14)은, 프레임(13)에 결합될 수 있는 결합 돌기(141) 및 결합 홈을 포함할 수 있다. 결합 돌기(141) 및 결합 홈은 각각 수용 홈(131) 및 지지 돌기(132)에 결합될 수 있다.
단자 홀더(16)는, 단자(18)를 지지할 수 있다. 단자 홀더(16)는, 단자(18)를 수용하기 위한 단자 가이드 홀(162)을 포함할 수 있다. 단자 가이드 홀(162)의 형상은 단자(18)의 형상에 대응할 수 있다. 단자 가이드 홀(162)은, 단자(18)의 외경에 대응하는 지름을 가질 수 있다. 단자 가이드 홀(162)에 의하면, 단자(18)가 외부 기기의 접점에 접속될 때에, 외부 기기의 접점으로부터 단자(18)로 전달되는 힘에 의해 단자(18)가 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 단자 홀더(16)는, 기판(14)의 상측에 배치될 수 있다. 단자 홀더(16)의 상단에는 단자 가이드 홀(162)의 일부를 차폐하는 차폐부(163)가 구비될 수 있다. 차폐부(163)는, 단자(18)의 탄성부(182)의 상단을 지지함으로써, 단자(18)가 단자 가이드 홀(162)의 상측으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 차폐부(163)에 의해 차폐되지 않는 부분으로 단자(18)의 접촉부(181)가 돌출될 수 있다. 참고로 도 2b는, 접촉부(181)가 생략된 상태를 도시한 도면이다.
단자 홀더(16)의 상면은, T자 형상의 구멍을 포함할 수 있다. 단자 홀더(16)의 상면은, 너비가 서로 다른 제 1 구멍(h1) 및 제 2 구멍(h2)을 포함하는 것으로 이해될 수도 있다. 제 2 구멍(h2)의 너비는 제 1 구멍(h1)의 너비보다 차폐부(163)의 너비만큼 작은 것으로 이해될 수 있다. 한편, 접촉부(181)는 탄성부(182)로부터 멀어질수록 너비가 감소하는 부분을 포함할 수 있다(도 4b 참조). 접촉부(181) 중 탄성부(182)에 인접한 너비가 넓은 부분은 차폐부(163)에 의해 차폐되지 않은 너비가 긴 제 1 구멍(h1)을 통하여 단자 가이드 홀(162)으로부터 삽입 돌출되고, 접촉부(181)의 단부는 되접혀서 제 1 구멍(h1)보다 너비가 좁은 제 2 구멍(h2)을 통하여 단자 가이드 홀(162)으로 인입될 수 있다. 이때, 접촉부(181) 중 탄성부(182)에 인접한 너비가 넓은 부분의 너비는 제 1 구멍(h1)의 너비에 대응될 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 단자(18)가 일정한 위치에 유지되게 할 수 있다.
오링(17)은, 단자 홀더(16) 및 하우징(12) 사이에 배치될 수 있다. 오링(17)에 의하면, 단자 홀더(16) 및 하우징(12)의 결합력을 향상시키고, 단자 홀더(16) 및 하우징(12) 사이에 먼지 또는 수분 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 오링(17)은, 예를 들어, 단자 홀더(16)의 단차부에 삽입될 수 있다.
단자(18)는, 스트레인 게이지(S)로부터 전달받은 신호를 외부 기기로 전달할 수 있다. 단자(18)는, 단자 홀더(16)를 관통하여, 기판(14)에 접속될 수 있다. 단자(18)의 일측은 기판(14)에 연결되고, 타측은 외부 기기의 접점에 연결될 수 있다. 단자(18)는, 하우징(12)의 길이 방향을 따라서 길게 배치될 수 있다. 단자(18)는, 외부 기기의 접점과의 접속력을 향상시키기 위하여 하우징(12)의 길이 방향을 따라서 탄성 변형될 수 있다. 단자(18)에 대한 구체적인 형상은 후술하기로 한다.
도 4a 및 4b는 제 1 실시 예에 따른 단자를 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 4a는 단자의 사시도이고, 도 4b는 단자의 제조 과정에서의 타발가공 시의 단자의 형상을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 단자는, 금속판재의 타발가공 및 절곡가공을 거쳐 도 4a에 도시되는 형상으로 형성될 수 있다. 도 4b에는 단자의 제조과정에서의 타발가공 후, 절곡가공 전의 상태가 도시되어 있다. 도 4b에 도시되어 있는 것은 절곡가공 후에 단자로서 기능하는 형상으로 타발가공되는 판재로서, 콘택트는 아니지만 여기서는 절곡가공 후의 것과 동일한 부호를 사용하여 나타내고, 절곡가공 후의 명칭을 사용하여 설명한다.
단자(18)는 도 4b에 도시되는 형상으로 타발가공된 후 도 4a에 도시되는 형상으로 절곡가공될 수 있다. 단자(18)는 상측에 접촉부(181)가 형성되고, 접촉부(181)의 하측에 탄성부(182)가 형성될 수 있다. 또한 탄성부(182)의 하측에는 고정부(183) 및/또는 연결부(184)가 형성될 수 있다.
접촉부(181)는 단자 홀더(16)의 상측으로 돌출하여 외부 기기의 접점에 접촉하고, 외부 기기의 접점으로부터 압압(press)을 받을 수 있다.
탄성부(182)는 접촉부(181)가 외부 기기의 접점으로부터 압압을 받을 때에 탄성적으로 변형될 수 있다.
고정부(183)는 단자(18)가 단자 홀더(16) 내에 삽입된 때에 단자 홀더(16) 내에 압입되어 단자 홀더(16)의 내벽에 압접하고, 단자(18)를 단자 홀더(16) 내의 소정의 위치에 고정되게 할 수 있다. 고정부(183)의 끝가장자리에는 압입돌기(1831)가 설치될 수 있다.
연결부(184)는 탄성부(182) 또는 고정부(183)로부터 단자 홀더(16)의 하측 방향으로 연장되고, 기판(14)과 전기적으로 연결될 수 있다.
탄성부(182)는 도 4b에 도시되는 타발시점에서는 선재가 좌우방향으로 반복하여 굴곡하면서 전후로 연장하는 형상을 가질 수 있다. 그리고 탄성부(182)는 절곡가공을 거침으로써 도 4a에 나타나는 바와 같이 타발시점에서의 좌우방향 절곡부분(1821)이 탄성부(182)의 다른 부분과 대면하는 방향으로 절곡될 수 있다.
한편, 탄성부(182)는 접촉부(181)가 외부 기기의 접점에 눌려질 때마다 신축될 수 있다. 따라서, 타발가공 시에 형성된 단자의 파단면이 단자 홀더(16)의 내벽면에 접할 경우에는 단자 홀더(16)의 내벽면이 반복하여 깎여 내구성을 저하시킬 수 있다. 그러나 실시 예와 같이, 절곡부분(1821)이 탄성부(182)의 다른 부분과 대면하는 방향으로 절곡되도록 형성하면, 탄성부(182)가 신축하더라도 파단면에서 단자 홀더(16)의 내벽면이 깍여지는 것이 완화되어 내구성이 향상될 수 있다. 또한 탄성부(182)가 도 4a에 도시되는 형상으로 절곡됨으로써 단자(18)의 외형이 소형화 되고, 압력 센서(10) 전체의 소형화를 도모할 수 있다.
또한 절곡부분(1821)는 본 실시형태에서는 다른 부분과 대면하는 방향으로 절곡되어 있으나 절곡부분(1821)는 공간에 여유가 있는 때는 더욱 깊이 절곡될 수도 있다.
또한 탄성부(182)는, 탄성부(182)를 형성하는 선재 간의 간격에도 아래와 같은 특징을 가질 수 있다. 도 4b와 같이, 탄성부(182)를 형성하는 타발시점에서의 1개의 절곡부분(1821)의 내측 전후방향의 간격을 d1라고 하고, 타발시점에서의 전후방향에 서로 인접하는 2개의 절곡부분(1821) 간의 전후방향의 간격을 d2라고 할 수 있다. 이때 d2는 d1보다 크게 형성될 수 있다.
접촉부(181)가 외부 기기의 접접에 눌려 탄성부(182)가 압축될 때 절곡부분(1821)은 상대적으로 높은 강성을 갖고 변형 저항으로서 작용하게 된다. 즉 탄성부(182)가 압축될 때, 절곡부분(1821)의 내측(치수 d1 부분)과 외측(치수 d2 부분)을 비교하면, 내측(치수 d1 부분)보다 외측(치수 d2 부분) 쪽이 전후방향으로 크게 압축되게 된다. 만일 d1을 d2와 동일하게 설계하면 탄성부(182)가 압축될 때 외측(치수 d2 부분)쪽이 먼저 선재끼리 접촉하여 더 이상 압축될 수 없게 된다. 그러나 d2를 d1보다 크게 형성하면, d1이 d2와 동일한 경우에 비해 보다 작은 치수의 탄성부(182)로 보다 큰 변형량을 확보할 수 있게 된다. 한편, 본 발명에 있어서, d1이 d2와 동일한 경우를 배제하는 것은 아님을 밝혀 둔다.
도 5는 제 2 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이고, 도 6은 제 2 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이고, 도 7은 제 2 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 압력 센서(20)는, 센싱 포트(210), 센싱 바디(213) 및 스트레인 게이지(S)를 포함하는 센서 모듈(21), 하우징(22), 프레임(23), 기판(24), 지지체(25), 단자 홀더(26) 및 단자(28)를 포함할 수 있다.
센서 모듈(21)의 센싱 바디(213)는, 측면에 배치되는 편평한 센싱 면(213a)을 포함할 수 있다. 센싱 면(213a)은 기판(24)과 평행하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 센싱 바디(213)는, 단면이 대략 반원 형상을 갖는 기둥 모양을 가질 수 있다. 센싱 면(213a)의 두께는, 센싱 바디(213)의 다른 면의 두께에 비하여 얇을 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 센싱 면(213a)의 변형 정도가 다른 면의 변형 정도보다 더 크게 되므로, 센싱 면(213a)에 설치되는 스트레인 게이지(S)의 감도를 향상시킬 수 있다.
하우징(22)은, 일측에 작업용 구멍(221a)이 형성된 하우징 바디(221)와, 작업용 구멍(221a)에 설치되는 하우징 커버(222)를 포함할 수 있다. 작업용 구멍(221a)는, 외부에서 센싱 바디(213)의 적어도 일부, 예를 들면 상측이 외부로 노출되게 할 수 있다. 작업용 구멍(221a)에 의하면, 센서 모듈(21), 프레임(23), 기판(24) 및 하우징 바디(221)가 결합된 상태에서, 스트레인 게이지(S) 및 기판(24)을 서로 전기적으로 연결시키기 위한 와이어 본딩(wire bonding) 작업을 용이하게 할 수 있다. 와이어 본딩 작업이 수행된 후 하우징 커버(222)는 작업용 구멍(221a)에 설치되어, 센서 모듈(21)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 하우징 커버(222)는 작업용 구멍(221a)에 레이저 용접(laser welding) 방식으로 결합될 수 있다.
하우징 바디(221)의 내측 벽에는 기판(24)을 세로 방향으로 지지하기 위한 기판 지지 홈이 형성될 수 있다. 기판 지지 홈은 하우징 바디(221)의 길이 방향을 따라서, 길게 형성될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 기판(24)을 안정적으로 지지할 수 있다.
기판(24)은, 압력 센서(20)의 길이 방향을 따라서 길게 배치될 수 있다. 위와 같은 배치에 의하면, 압력 센서(20)를 소형화할 수 있다. 기판(24)은, 기판(24) 상에 실장되는 회로 또는 전자 소자 등의 설치 공간을 확보하기 위하여 기판(24)은 일정한 면적을 가져야 한다. 따라서, 기판(24)을 압력 센서(20)의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치하게 될 경우, 전체 압력 센서(20)은 기판(24)의 면적만큼 직경이 커지게 되고, 그 결과 불필요하게 부피가 증가될 수 있다. 그러나 위와 같이 기판(24)이 압력 센서(20)의 길이 방향을 따라서 길게 배치될 경우, 위와 같은 불필요한 부피를 최소한으로 감소시켜, 전체 압력 센서(20)의 부피를 줄일 수 있다.
기판(24)은, 스트레인 게이지(S) 및 단자(28)의 전기적인 연결을 형성하기 위한 내부 회로가 실장되는 실장부(241)와, 상기 기판(24)을 센서 모듈(21)로부터 지지하기 위한 레그부(242)와, 센싱 바디(213)의 측면의 일부와 오버랩되는 개구부(243)를 포함할 수 있다.
레그부(242)는, 실장부(241)로부터 하측으로 연장될 수 있다. 레그부(242)는, 개구부(243)를 중심으로 양측에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 개구부(243)는 2개의 레그부(242) 사이의 공간으로 규정될 수도 있다.
개구부(243)는, 센싱 면(213a)의 적어도 일부와 오버랩 될 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 기판(24), 하우징 바디(221) 및 센서 모듈(21)이 결합된 상태에서, 기판(24) 및 스트레인 게이지(S)의 전기적인 연결을 용이하게 형성할 수 있다.
지지체(25)는, 기판(24)의 일면 및 하우징 바디(221)의 내벽 사이에 배치되어, 기판(24)이 하우징 바디(221) 내에서 안정적으로 지지되게 할 수 있다. 지지체(25)는, 예를 들어, 실리콘 에폭시(silicon epoxy)로 이루어질 수 있다.
단자 홀더(26)는, 단자(28)를 지지할 수 있다. 단자 홀더(26)는 단자(28)의 형상에 대응하는 단자 지지부를 포함할 수 있다. 단자 홀더(26)는, 하우징 바디(221)의 상측에 고정되어, 단자(28)가 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 단자 홀더(26)의 상면에는 단자(28)가 외부로 노출되게 하는 단자 홀이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 단자 홀은 단자(28)의 상면의 면적보다 더 작게 형성되어, 단자(28)가 외부로 돌출되지 않도록 할 수도 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 별도의 보호 부재 없이도, 압력 센서(20)의 수송 과정 등에서 단자(28)가 손상되는 문제를 최소화할 수 있다.
단자(28)는 도 7과 같이 복수 회 절곡된 형상으로 제공될 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 단자(28)가 외부 기기의 접점과 접촉할 때에, 단자(28)에 탄성력을 부여함으로써, 전기적 접속을 확실하게 할 수 있다.
도 8은 제 3 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이고, 도 9는 제 3 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이고, 도 10은 제 3 실시 예에 따른 제 1 기판 및 제 2 기판의 체결 구조를 나타내는 도면이고, 도 11은 제 3 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 압력 센서(30)는, 센싱 포트(310), 센싱 바디(313) 및 스트레인 게이지(S)를 포함하는 센서 모듈(31), 하우징(32), 프레임(33), 제 1 기판(34), 제 2 기판(39), 단자 홀더(36), 오링(37) 및 단자(38)를 포함할 수 있다. 센싱 바디(313)는, 상면에 배치되는 편평한 센싱 면(313a)을 포함할 수 있다.
프레임(33)은, 제 1 기판(34) 및/또는 제 2 기판(39)을 지지할 수 있다. 프레임(33)의 상측은, 제 1 기판(34)을 지지할 수 있다. 프레임(33)은, 제 1 기판(34)을 지지하기 위한 지지 돌기(332)를 포함할 수 있다. 프레임(33)의 내측 벽에는 제 2 기판(39)을 세로 방향으로 지지하기 위한 기판 지지 홈이 형성될 수 있다.
제 1 기판(34)은, 프레임(33)의 상측에 배치될 수 있다. 제 1 기판(34)은, 하우징(32)의 길이 방향에 대하여 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 제 1 기판(34)은, 센싱 면(313a)과 오버랩되는 개구부와, 지지 돌기(332)에 결합되는 지지 홈(342)와, 제 2 기판(39)에 결합되는 끼움 돌기(344)를 포함할 수 있다. 지지 홈(342)은, 제 1 기판(34)의 둘레로부터 내측으로 함몰된 형상일 수 있다. 끼움 돌기(344)는, 상기 개구부의 일측 벽으로부터 돌출 형성될 수 있다. 제 1 기판(34)의 개구부에 의하면, 제 1 기판(34), 하우징(32) 및 센서 모듈(31)이 결합된 상태에서, 제 1 기판(34) 및 스트레인 게이지(S)의 전기적인 연결을 용이하게 형성할 수 있다.
제 2 기판(39)은, 제 1 기판(34)과 교차되는 방향으로 배치될 수 있다. 제 2 기판(39)은, 하우징(32)의 길이 방향과 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 제 1 기판(34) 및 제 2 기판(39)에 필요한 회로 및/또는 전자 소자를 분할 배치할 수 있으므로, 제 1 기판(34)의 면적을 줄이고, 결과적으로, 압력 센서(30)의 부피를 줄일 수 있다. 제 2 기판(39)은, 끼움 돌기(344)에 결합되는 끼움 홈(394)을 포함할 수 있다. 제 2 기판(39) 및 제 1 기판(34)은, 끼움 홈(394) 및 끼움 돌기(344)에 형성되는 접점에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 이와 달리 제 2 기판(39) 및 제 1 기판(34)은, 3별도의 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결될 수도 있을 것이다.
도 12는 제 4 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이고, 도 13은 제 4 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이고, 도 14는 제 4 실시 예에 따른 프레임 및 기판의 체결 구조를 나타내는 도면이고, 도 15는 제 4 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 제 4 실시 예에 따른 압력 센서(40)는, 센싱 포트(410), 센싱 바디(413) 및 스트레인 게이지(S)를 포함하는 센서 모듈(41), 하우징(42), 프레임(43), 기판(44), 오링(45), 단자 홀더(46), 제 1 단자(48) 및 제 2 단자(49)를 포함할 수 있다. 센싱 바디(413)는, 측면에 배치되는 편평한 센싱 면(413a)을 포함할 수 있다.
프레임(43)은, 기판(44)을 하우징(42)의 길이 방향으로 지지할 수 있다. 프레임(43)은, 기판(44)의 측면을 지지하기 위한 적어도 하나 이상의 지지 돌기(432)를 포함할 수 있다. 센서 모듈(41), 프레임(43) 및 기판(44)이 결합된 상태에서, 프레임(43) 및 기판(44)은, 센싱 바디(413)의 둘레를 감싸는 폐루프(closed loop)을 형성할 수 있다.
기판(44)은, 실장부(441)와, 센싱 면(313a)에 오버랩되는 개구부(443)와, 지지 돌기(432)에 결합되는 지지 홈(444)을 포함할 수 있다.
제 1 단자(48)는, 도 15와 같이 복수 회 절곡된 형상으로 제공될 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 제 1 단자(48)가 외부 기기의 접점과 접촉할 때에, 제 1 단자(48)에 탄성력을 부여함으로써, 전기적 접속을 확실하게 할 수 있다. 제 1 단자(48)의 상측부는 단자 홀더(46)의 상측으로 돌출될 수 있다.
제 2 단자(49)는, 기판(44)의 상측에 설치될 수 있다. 제 2 단자(49)는, 복수 회 절곡된 형상으로 제공됨으로써, 탄성을 가질 수 있다. 제 2 단자(49)는, 제 1 단자(48) 및 기판(44)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제 2 단자(49)에 의하면, 제 1 단자(48) 및 기판(44)의 전기적 접속을 용이하게 할 수 있다. 구체적으로, 제 2 단자(49)를 기판(44)에 설치한 상태에서, 제 1 단자(48)가 삽입된 단자 홀더(46)를 결합시키면, 제 1 단자(48)의 하측 부분이 제 2 단자(49)에 탄성 접촉하면서, 제 1 단자(48), 제 2 단자(49) 및 기판(44)의 전기적인 접속을 용이하게 할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 제 4 실시 예에 따른 단자 홀더 및 하우징의 체결 구조를 나타내는 도면이다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 프레임(43)은 상측에 형성되는 제 1 굴곡부(435)를 포함할 수 있다. 단자 홀더(46)는 프레임(43)에 삽입되는 삽입부(461)를 포함하고, 삽입부(461)에는 제 1 굴곡부(435)에 대응하는 제 2 굴곡부(461a)가 형성될 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 프레임(43) 및 단자 홀더(46)가 결합될 때에, 결합 위치를 정확하게 가이드하고, 프레임(43) 및 단자 홀더(46)가 상대적으로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 단자(48) 및 제 2 단자(49)가 제대로 접속되도록 할 수 있다.
도 17은 제 5 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이고, 도 18은 제 5 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이고, 도 19는 제 5 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 제 5 실시 예에 따른 압력 센서(50)는, 센싱 포트(510), 센싱 바디(513) 및 스트레인 게이지(S)를 포함하는 센서 모듈(51)과, 하우징(52)과, 지지 돌기(532)를 포함하는 프레임(53)과, 실장부(541) 및 개구부(543)를 포함하는 기판(54)과, 단자 홀더(56)와, 단자(58)를 포함할 수 있다. 센싱 바디(513)는, 측면에 배치되는 편평한 센싱 면(513a)을 포함할 수 있다.
도 20a 및 도 20b는 제 5 실시 예에 따른 단자를 나타내는 도면이고, 도 21은 제 5 실시 예에 따른 기판 및 단자의 체결 구조를 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 20a는 단자의 사시도이고, 도 20b는 단자의 제조 과정에서의 타발가공 시의 단자의 형상을 나타내는 도면이다.
도 20a 내지 도 21을 참조하면, 제 5 실시 예에 따른 단자는, 도 20b에 도시되는 형상으로 타발가공된 후 도 20a에 도시되는 형상으로 절곡가공될 수 있다. 단자(58)는 상측에 접촉부(581)가 형성되고, 접촉부(581)의 하측에 탄성부(582)가 형성될 수 있다. 또한 탄성부(582)의 하측에는 고정부(583) 및/또는 연결부(584)가 형성될 수 있다. 탄성부(582)는, 절곡부분(5821)을 포함할 수 있다. 고정부(583)는, 압입돌기(5831)를 포함할 수 있다.
도 20a와 같이, 연결부(584)의 단부는, 기판(54)에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 연결부(584)의 단부의 폭 방향은 기판(54)의 길이 방향과 동일할 수 있다. 다시 말하면, 연결부(584)의 단부의 폭 방향은 하우징(52)의 길이 방향과 동일할 수 있다. 절곡가공되기 전 상태를 기준으로 설명하면, 도 20b와 같이, 연결부(584)의 단부는, 고정부(583)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 단자(58) 및 기판(54)의 결합을 견고하게 하고, 외부 기기의 접점으로부터 단자(58)에 작용하는 힘에 의해, 단자(58)의 연결부(584)가 기판(54)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 21과 같이, 기판(54)의 상측에는 연결부(584)가 삽입되기 위한 단자 구멍(549)이 형성될 수 있다. 단자 구멍(549)은 기판(54)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 단자 구멍(549)에는 연결부(584)와 접속 가능한 접점이 구비될 수 있다. 연결부(584)는, 단자 구멍(549)에 삽입되는 방법으로 기판(54)과 물리적으로 결합될 수 있다. 동시에 연결부(584)는, 단자 구멍(549)에 구비된 접점에 연결되어 기판(54)에 전기적으로 연결될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 기판(54)이 단자(58)를 지지할 수 있으므로, 압력 센서(50)가 외부 기기의 접점에 결합될 때에, 결합력에 의해 단자(58)가 밀려나면서 기판(54)으로부터 단선되는 문제를 방지할 수 있다. 연결부(584) 및 단자 구멍(549)에 구비된 접점의 결합을 견고하게 하기 위하여, 연결부(584)가 단자 구멍(549)에 삽입된 상태에서 납땜 등의 방법으로 연결시킬 수도 있다. 한편, 도시한 바와 달리, 기판(54) 상에는 별도의 단자 구멍(549)이 구비되지 않을 수도 있다. 이 경우, 연결부(584)는, 기판(54) 상에 배치된 접점에 올려둔 상태에서, 납땜 등의 방법으로 연결될 수도 있을 것이다.
도 22는 제 6 실시 예에 따른 압력 센서를 나타내는 도면이고, 도 23은 제 6 실시 예에 따른 압력 센서의 분해도이고, 도 24는 제 6 실시 예에 따른 압력 센서의 단면도이다.
도 22 내지 도 24를 참조하면, 제 6 실시 예에 따른 압력 센서(60)는, 센싱 포트(610), 센싱 바디(613) 및 스트레인 게이지(S)를 포함하는 센서 모듈(61)과, 하우징(62)과, 지지 돌기(632)를 포함하는 프레임(63)과, 실장부(641), 개구부(643) 및 단자 구멍(649)를 포함하는 기판(64)과, 단자 홀더(66)와, 단자(68)를 포함할 수 있다.
단자(68)는, 단자 구멍(649)에 대응하는 연결부(684)를 포함할 수 있다. 단자(68)는, 단자 홀더(66)의 상면에 형성된 구멍을 통하여 외부로 노출될 수 있다. 단자(68)는, 도 22와 같이 단자 홀더(66)의 상측으로 돌출되지 않을 수도 있다. 단자 홀더(66)의 상면에 형성된 구멍은, 단자(68)의 상면(접촉부)의 너비보다 작게 형성되어, 단자 홀더(66)의 상면에 형성된 구멍을 통하여, 단자(68)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 단자(68) 중 외부 기기의 접점과 접촉하는 접촉부는, 단자 홀더(66)의 상면 내벽에 지지될 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 설명된 구조 및/또는 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 내부에 형성되는 통로부로 유입되는 기체의 압력을 측정하기 위한 스트레인 게이지를 포함하는 센서 모듈;
    상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되는 기판;
    상기 센서 모듈의 적어도 일부를 감싸며, 상기 기판을 지지하기 위한 프레임;
    상기 기판과 전기적으로 연결되며 외부 기기의 접점에 접촉되는 단자;
    상기 단자를 지지하기 위한 단자 홀더; 및
    일측이 상기 센서 모듈에 연결되고, 타측은 상기 단자 홀더의 적어도 일부를 감싸는 하우징을 포함하고,
    상기 단자는,
    상기 외부 기기의 접점에 접촉하고 상기 외부 기기의 접점으로부터 압압을 받는 접촉부;
    상기 접촉부의 하측에 위치하고 상기 기판에 전기적으로 연결되는 연결부; 및
    상기 접촉부 및 연결부를 연결하며, 상기 외부 기기의 접점으로부터 상기 접촉부로 인가되는 압압에 의해 탄성적으로 변형하는 탄성부를 포함하고,
    상기 센서 모듈은,
    상기 통로부의 유입 측에 배치되며, 외부로 노출되는 포트를 포함하는 센싱 포트; 및
    상기 센싱 포트와 연결되고, 상기 하우징 또는 프레임의 내부에 배치되는 센싱 바디를 포함하고,
    상기 센싱 바디는,
    상기 스트레인 게이지가 부착되는 센싱 면을 포함하고,
    상기 센싱 면은, 상기 하우징의 길이 방향과 평행한 방향으로 평평하게 형성되고,
    상기 기판은 상기 센싱 면과 평행한 방향으로 배치되고,
    상기 프레임은, 상기 기판의 측면을 지지하기 위한 적어도 하나 이상의 지지 돌기를 포함하고, 상기 기판을 상기 하우징의 길이 방향에 평행한 방향으로 지지하며,
    상기 기판은, 상기 지지 돌기에 결합되는 지지 홈을 포함하고,
    상기 기판의 상측에는 상기 연결부가 삽입되기 위한 단자 구멍이 형성되고,
    상기 연결부의 단부는, 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되어, 상기 단자 구멍에 삽입되는 압력 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부는, 상기 단자 홀더의 상측으로 돌출되는 압력 센서.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부는, 상기 기판에 형성된 접점과 탄성 접촉되는 압력 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부는, 상기 기판에 형성된 접점에 납땜 연결되는 압력 센서.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자는, 판금의 타발 및 절곡가공을 거쳐 일체로 형성되고,
    상기 탄성부는, 타발 시점에서는 선재가 좌우 방향으로 반복하여 절곡하면서 전후로 연장하는 형상을 갖고, 절곡 가공을 거침으로써 타발 시점에서의 좌우 방향의 절곡 부분이 탄성부의 다른 부분과 대면하는 방향으로 절곡되어 있는 압력 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄성부는, 상기 탄성부를 형성하는 선재의 타발 시점에서의 1개의 절곡 부분의 내측 전후방향의 간격(d1)보다 상기 선재의 타발 시점에서의 전후 방향으로 서로 인접하는 절곡 부분 간의 간격(d2)이 넓은 형상을 갖는 압력 센서.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 센싱 면과 오버랩되는 개구부를 포함하고, 상기 개구부를 통하여 상기 기판 및 상기 스트레인 게이지를 전기적으로 연결하는 와이어를 더 포함하는 압력 센서.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱 면의 두께는, 상기 센싱 바디의 다른 면의 두께보다 얇은 압력 센서.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임 및 기판은, 상기 센싱 바디의 둘레를 감싸는 폐루프를 형성하는 압력 센서.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자 구멍은 기판의 길이 방향으로 길게 형성되는 압력 센서.
  20. 삭제
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