KR102084721B1 - 정전용량형 누설 감지 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전용량형 누설 감지 센서에 관한 것으로, 특히 누설되는 각종 화학용액을 정전용량으로 선택적인 감지가 가능한 정전용량형 누설 감지 센서에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 내식성 및 내화학성이 우수한 재질로 된 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 그 면적과 간격에 의해 정전용량을 형성하는 도전라인;으로 구성되고,
상기 도전라인은 3개의 층으로 형성되며, 가장 하부의 제1층은 구리층이고, 제1층의 상부면에 형성되는 제2층은 니켈-구리 층이며, 제2층의 상부면에 형성되는 제3층은 금 층으로 형성된다.

Description

정전용량형 누설 감지 센서{Capacitive leak sensor}

본 발명은 정전용량형 누설 감지 센서에 관한 것으로, 특히 누설되는 각종 화학용액을 정전용량으로 선택적인 감지가 가능한 정전용량형 누설 감지 센서에 관한 것이다.

도1은 등록특허 제10-1571398호에 나타난 '누액 감지 센서'의 구조를 보인 도로서, 불소계 합성수지로 형성되는 베이스 기재(11); 상기 베이스 기재(11) 상에 형성되며, 도전성 불소계 합성수지로 형성된 제1 및 제2 도전라인(12,13)을 가지는 검출부(D); 상기 베이스 기재(11) 상에 상기 검출부(D)를 둘러싸도록 형성되며, 상기 제1 및 제2 도전라인(12,13)과 연결되고, 도전성 불소계 합성수지로 형성되는 보조 패턴(14); 합성수지재 기판 또는 금속 기판으로 되어 상기 베이스 기재(11)의 하부면에 위치하는 지지기판(15)으로 되어 있다.

베이스 기재(11)는 250㎛ 정도의 두께를 갖는 불소계 합성수지로서, 에틸렌테트라플루오로에틸린(ETFE, Ethylenetetrafluoroethylene) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)로 되어 있으며, 제1 및 제2도전라인(12,13), 그리고 보조패턴(D)은 도전성 불소계 합성수지로서 불소계 합성수지에 도전성을 갖는 카본 블랙 또는 아세틸렌 블랙이 혼합된 형태이다.

지지기판(15)은 2~5mm 두께의 합성수지 기판 또는 금속기판으로 되어 있어서, 필름형태인 베이스 기재(11)가 평판의 형태로 누액되는 위치의 하부에 설치될 수 있도록 지지하게 된다.

따라서, 상부로부터 누액이 발생하여 낙하되면, 제1 및 제2도전라인(12,13), 그리고 보조 패턴(14)을 서로 통전시킴으로써 누액 상태를 감지할 수 있게 된다.

그런데, 이러한 종래의 누액 감지센서는 물, 산 용액, 알칼리 용액 등 도전성을 가지는 액체의 누액을 감지할 수 있지만, 이를 선택적으로 감지하지는 못한다.

즉, 옥외에 설치된 경우에 유해화학물질인 산 용액 또는 알칼리 용액만을 감지하여야 하지만, 비 또는 눈이 오는 경우에도 이를 감지하게 되므로 유해화학물질의 누설이 아닌 경우에도 불필요한 경보가 발생하게 된다.

이러한 경우에 불필요한 잦은 경보에 의해 신뢰성이 저하됨은 물론 유지보수에 있어서도 결코 이롭지 못하다.

<선행기술문헌>

- 등록특허 제10-1571398호

(누액 감지 센서)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 주된 목적은, 누설되는 유해화학용액을 물과는 구별하여 선택적으로 감지할 수 있도록 한 정전용량형 누설 감지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

PI 또는 테프론 재질로 된 베이스 필름;

상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 그 면적과 간격에 의해 정전용량을 형성하는 도전라인;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 베이스 필름의 상부로는 커버 필름이 부착되고, 상기 커버 필름에는 한 쌍의 도전라인에 해당하는 위치에서 길이방향으로 일정간격마다 홀이 형성되어 상기 도전라인을 외부로 노출시키도록 구성된다.

또한, 상기 도전라인은 3개의 층으로 형성되며, 가장 하부의 제1층은 구리층이고, 제1층의 상부면에 형성되는 제2층은 니켈-구리 층이며, 제2층의 상부면에 형성되는 제3층은 금 층으로 형성된다.

이때, 제1층은 에칭에 의해 형성되고, 제2층 및 제3층은 도금에 의해 형성된다.

본 발명에 따른 정전용량형 누설 감지 센서는 화학용액에 의한 부식에 강하므로 반영구적으로 재사용이 가능하고, 또한 전도성을 갖는 산 또는 알칼리 용액을 정전용량에 의해 물과는 구별하여 감지함으로써 물에 의한 불필요한 경보가 발생하지 않게 되어 신뢰성을 높이는 장점이 있다.

도1은 종래의 누액 감지 센서의 구조를 보인 도.
도2는 본 발명에 의한 정전용량형 누설 감지 센서의 외관을 보인 도.
도3은 본 발명의 단면 구조도.
도4는 커버필름이 적층된 상태를 보인 단면 구조도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도2는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 정전용량형 누설 감지 센서의 외관을 보인 도이고, 도3은 본 발명의 단면 구조도이다.

베이스 필름(100)은 내산성 및 내화학성이 뛰어난 PI, 테프론 등 재질로 된 필름으로서, 상부면에는 한 쌍의 도전라인(210,220)이 서로 간격을 두고 형성되어 있다.

도전라인(210,220)은 누설되는 액체 즉, 물, 산성 용액, 알칼리 용액 등을 검출하기 위하여 일정한 간격을 두고 나란히 형성되는 구조이며, 이러한 도전라인(210,220)도 도전성을 가지면서도 화학용액 즉 강산, 약산, 강알칼리, 약알칼리 등의 화학용액에 부식되거나 용해되지 않는 재질로 형성되어야 한다.

즉, 반영구적으로 반복적인 사용을 위해서 전도성을 가지면서도 내산성 및 내화학성이 뛰어난 재질로 도전라인(210,220)이 형성되어야 하는 것이다.

상기 도전라인(210,220)의 간격은 3~6mm 내외이고, 폭 또한 3~6mm 정도를 가지는 것이 바람직하다.

이러한 도전라인(210,220)은 마찬가지로 산 또는 알칼리 성분에 의해 부식 등의 손상이 발생하지 전도성이 뛰어난 금속 재질로 형성되어야 하는데, 복수의 금속층이 적층되어 형성될 수 있다.

베이스 필름(100)은 폭이 2~3cm의 크기를 가지며, 길이는 수cm에서 수십m의 길이를 가질 수 있다.

상기 도전라인(210,220)에 정전용량 발생을 위한 전원이 인가되는 경우에 두 도전라인(210,220)에 걸쳐서 접촉되는 누설용액의 종류에 따라 정전용량값이 변화되는데, 이러한 정전용량값은 아래 수학식1에 의해 구해진다.

여기서, C는 정전용량값이고,

ε은 유전율이며,

A는 도전라인(210,220)의 표면적,

d는 도전라인(210,220)의 간격이다.

이러한 도전라인(210,220)의 표면적과 간격을 조절함으로써 정전용량값의 크기를 조절할 수 있다.

따라서, 물 또는 산 용액 또는 알칼리 용액이 제1도전라인(210)과 제2도전라인(220)에 걸쳐서 접촉하게 되면, 그 도전라인(210,220) 사이에서 발생하는 정전용량값에 의해 용액의 종류를 판별할 수 있는 것이다.

도전라인(210,220)은 도3에서와 같이 각각 3개의 층으로 이루어지는데, 제1층(211,221)은 베이스 필름(100)의 상부면에 형성되는 것으로서, 에칭 방법에 의해 형성된다.

즉, 베이스 필름(100)의 상부면 전체에 동박층이 형성된 상태에서 도전라인(210,220)을 형성할 부분만 마스킹하여 나머지 동박 부분은 부식시킴으로써 구리로 된 도전라인(210,220)을 형성하는 것이다.

이러한 제1층(211,221)은 약 13~20㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

즉, 너무 두꺼우면 베이스 필름(100)이 접힐 때 쉽게 박리가 발생할 수 있고, 너무 얇으면 제2층(212,222)이 쉽게 부착되지 못하게 되므로, 13~20㎛의 두께를 가지는 것이 실험적으로 가장 좋은 결과를 나타내었다.

또한, 이렇게 제1층(211,221)을 구리층으로 형성하는 이유는 가장 상부층인 제3층(213,223)이 곧바로 베이스 필름(100)에 도금에 의해 직접 부착되지 않으므로, 먼저 구리층으로 제1층(211,221)을 형성하는 것이다.

상기 제1층(211,221)의 상측으로는 제2층(212,222)이 도금 방식에 의해 적층되는데, 상기 제2층(212,222)은 1~1.5㎛ 정도의 두께를 갖는 니켈-구리층으로서, 이는 제3층(213,223)을 형성하는 금으로 된 층이 곧바로 제1층(211,221)인 구리층의 상부면에 도금에 의해 곧바로 부착되지 않으므로 제1층(211,221)인 구리층과 도금으로 잘 부착되는 제2층(212,222)인 니켈-구리층을 먼저 형성하는 것이다.

이후, 금으로 된 제3층(213,223)이 0.03~0.07㎛의 두께로 도금에 의해 적층되는데, 이러한 제3층은 제1층(211,221)인 구리층에는 도금에 의해 곧바로 부착되지 않지만, 제2층(212,222)인 니켈-구리층에는 도금으로 잘 부착되어 적층된다.

결국, 내산성과 내화학성, 그리고 도전성이 우수한 금으로 된 제3층(213,223)을 도금에 의해 베이스 필름(100)의 상부면에 도전라인(210,220)을 형성하기 위하여 제1층(211,221)과 제2층(212,222)을 먼저 순차적으로 적층하여 형성한 다음 가장 상부층에 금으로 제3층(213,223)을 도금에 의해 적층하여 형성하는 것이다.

상기 베이스 필름(100)의 상부면으로는 도3에서와 같이 커버 필름(300)이 부착되며, 그 커버 필름(300)에는 일정간격마다 홀(310,320)이 형성되어 도전라인(210,220)을 외부로 노출시키게 된다.

이러한 홀(310,320)은 물에 의한 정전용량값의 큰 변화를 제한하기 위한 것으로서 약 1~2mm 정도의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 커버 필름(300)도 베이스 필름(100)과 마찬가지로 내산성 및 내화학성이 뛰어난 PI 또는 테프론 재질로 형성된다.

이러한 본 발명에 의해 누설되는 용액을 감지하는 과정을 설명한다.

먼저, 도전라인(210,220)에 커넥터가 결합되고, 그 커넥터는 컨트롤러에 연결되어 도전라인(210,220)에 정전용량 센싱을 위한 시그널(전원 및 주파수)이 공급된다.

비 또는 눈 등의 물과, 산 및 알칼리 등의 화학용액을 구별하여 감지하는 과정을 설명한다.

1. 물 감지

물의 경우에는 자연적인 현상에 의한 것이고, 화학용액 누설과는 별개의 사항이므로 경보가 발생하지 않아야 된다.

따라서, 물의 경우에는 정전용량값이 수 ㎊~㎋ 정도로 매우 낮게 형성되고, 또한 센서가 비 또는 눈 등에 의해 물속에 잠긴 상태인 경우에도 센싱홀(310,320)에 의해 전도가 제한된 상태여서 정전용량값의 변화가 크지 않게 된다.

그러므로, 물이 홀(310,320)을 통해 유입되어 도전라인(210,220)에 접촉하게 되고, 그 정전용량값이 컨트롤러에 미리 설정된 값보다 낮은 레벨에서 정전용량값이 변화된다면 컨트롤러는 이를 화학용액이 아닌 물이라고 판단하여 경보를 발생하지 않게 된다.

2. 산 및 알칼리

산 및 알칼리 용액이 누설된 경우에는 그 산 또는 알칼리 용액이 홀(310,320)을 통해 유입되고, 이때 정전용량값은 물보다 훨씬 큰 수십~수백 ㎌ 정도로 물보다는 상대적으로 높게 형성되므로, 컨트롤러는 이를 화학용액으로 판단하여 경보를 발생하도록 하는 것이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100 : 베이스 필름 210,220 : 도전라인
211,221 : 제1층(구리층) 212,222 : 제2층(니켈-구리층)
213,223 : 제3층(금층) 300 : 커버 필름
310,320 : 홀

Claims (5)

1. 내산성 및 내화학성이 우수한 재질로 된 베이스 필름;
   상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 그 면적과 간격에 의해 정전용량을 형성하는 도전라인;으로 구성되고,
   상기 상기 각 도전라인은 3개의 금속층으로 구성되되,
   가장 하부의 제1층은 에칭에 의해 구리로 13~20㎛의 두께로 형성되고,
   상기 제1층의 상측으로 형성되는 제2층은 도금방식으로 니켈-구리층이 1~1.5㎛ 정도의 두께로 형성되며,
   상기 제2층의 상측으로는 금도금방식으로 0.03~0.07㎛의 두께를 갖는 제3층이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 누설 감지 센서.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 베이스 필름의 상부로는 커버 필름이 부착되고, 상기 커버 필름에는 한 쌍의 도전라인에 해당하는 위치에서 길이방향으로 일정간격마다 홀이 형성되어 상기 도전라인을 외부로 노출시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 정전용량형 누설 감지 센서
   
3. 제1항에 있어서, 상기 베이스 필름은 PI 또는 테프론 필름인 것을 특징으로 하는 정전용량형 누설 감지 센서.
   
4. 삭제
5. 삭제

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