KR102257580B1 - 스템 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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조영준
이한찬
이상빈
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(주)수산인더스트리
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Abstract

본 발명은 스템 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서는, 밸브 스템(Valve stem)의 원주면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 스템 센서에 있어서, 밸브 스템의 원주면에 부착되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 양 면 중 상기 밸브 스템의 원주면에 부착되는 제1 면과 반대 면인 제2 면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 복수의 스트레인 게이지(Strain gauge); 상기 복수의 스트레인 게이지 각각과 인접하도록 상기 제2 면에 부착되며, 상기 복수의 스트레인 게이지 각각에 전기적으로 연결되는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board); 및 상기 인쇄 회로 기판을 감싸도록 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 베이스 플레이트를 상기 밸브 스템의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드가 삽입되는 가이드 홈이 형성된 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스템 센서 및 그 제조 방법{Stem sensor and manufacturing method thereof}
본 발명은 스템 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 플레이트에 부착된 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판의 손상을 방지하고 스템 센서의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 보다 단순한 구조로 복수의 스트레인 게이지를 보다 정확한 위치에 배치시켜 스템 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 스템 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 원자력 발전소, 화력 발전소 등 각종 플랜트에는 물, 공기 등 유체의 흐름 및 유량을 조절하기 위해 다양한 종류의 밸브들이 설치되며, 이러한 밸브들은 시스템의 운전과 안전에 중요한 역할을 하고 있다.
이러한 밸브는 유입구와 배출구를 연결하는 관로에 구비된 밸브 시트가 형성된 밸브 몸체, 밸브 몸체의 내부에서 왕복 이동할 때에 밸브 시트에 접촉 및 접촉 해제되어 관로를 선택적으로 개폐하는 밸브 스템, 밸브 스템에 연결되어 밸브 스템을 밸브 시트를 향하는 방향으로 왕복 구동시키는 밸브 액츄에이터를 포함하는 조립체(이하, 밸브 조립체)로 구성된다. 또한, 밸브는 밸브 액츄에이터의 종류에 따라 공기 구동 밸브, 전동 구동 밸브(모터 구동 밸브) 및 유압 구동 밸브 등으로 구분될 수 있다.
이와 같이, 원자력 발전소, 화력 발전소 등에 설치된 밸브는 고장으로 인해 발전소의 운전 정지 또는 안전 사고를 유발할 수 있으므로 성능 및 건전성 확인을 위해 주기적으로 점검을 받아야 한다. 이러한 밸브 성능 진단 방법은 측정 목적 및 측정 대상에 따라 다양한 진단 방법이 존재하는데, 그 중 밸브 액츄에이터에 의해 구동되는 밸브 스템에 인가되는 힘이나 밸브 스템의 변형량 또는 변형률을 측정하여 밸브의 성능을 진단하는 방법이 주로 사용된다.
특히, 밸브 스템에 인가되는 힘이나 밸브 스템의 변형량 또는 변형률을 측정하기 위해서는 축(Shaft) 형상인 밸브 스템에 스트레인 게이지(Strain gauge), 로드 셀(Load cell) 다양한 종류의 센서를 설치해야 하는데, 밸브 스템에 센서를 설치하기 위한 다양한 구조가 개발되고 있다.
예를 들어, 국내 공개특허공보 제10-2012-0081882호(밸브스템 탈부착용 센서 클램프)(2012년 7월 20일 공개)에는 스템 센서의 외부를 감싸는 탄성 몸체 및 신축성 가압체를 조임 볼트에 의해 조여 스템 센서를 밸브 스템에 고정하기 위한 클램프 구조가 개시되어 있다.
그러나, 상기 국내 공개특허공보 등에 개시된 종래의 스템 센서 고정 구조는 조임 볼트 등을 조이는 과정에서 탄성 몸체에 부착된 스템 센서가 정해진 위치를 벗어나 스템 센서의 측정이 정확하지 않다는 문제점이 있었다. 따라서, 스템 센서를 밸브 스템에 설치하는 과정에서 사용자의 숙련 정도에 따라 스템 센서의 측정 결과가 일정하지 못하다는 문제점도 있었다.
더욱이, 스템 센서는 스트레인 게이지 등으로부터 측정된 신호를 외부로 전송하기 위한 회로 기판이 함께 설치되어야 하는데, 스템 센서를 밸브 스템에 탈부착 가능하도록 구성하기 위해서는 이러한 회로 기판이 외부로 노출될 수 밖에 없고, 이로 인해 회로 기판이 손상될 수 있다는 문제점이 있었다.
따라서, 베이스 플레이트에 부착된 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판의 손상을 방지하고 스템 센서의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 보다 단순한 구조로 복수의 스트레인 게이지를 보다 정확한 위치에 배치시켜 스템 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 스템 센서 및 그 제조 방법이 요구된다.
국내 공개특허공보 제10-2012-0081882호(밸브스템 탈부착용 센서 클램프)(2012년 7월 20일 공개)
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 베이스 플레이트의 외측면에 부착된 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판을 감싸도록 고정 부재를 형성하고, 고정 부재의 표면에 복수의 스트레인 게이지가 배치된 위치를 따라 가이드 홈을 형성함으로써, 베이스 플레이트에 부착된 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판을 보호할 수 있으므로 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판의 손상을 방지하고 스템 센서의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 베이스 플레이트가 밸브 스템의 원주면에 부착된 상태에서 가이드 홈에 삽입된 고정 밴드를 단순히 조이는 동작 만으로 복수의 스트레인 게이지를 보다 용이하게 정렬하여 정확한 위치에 배치시킬 수 있으므로 스템 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 스템 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서는, 밸브 스템(Valve stem)의 원주면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 스템 센서에 있어서, 밸브 스템의 원주면에 부착되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 양 면 중 상기 밸브 스템의 원주면에 부착되는 제1 면과 반대 면인 제2 면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 복수의 스트레인 게이지(Strain gauge); 상기 복수의 스트레인 게이지 각각과 인접하도록 상기 제2 면에 부착되며, 상기 복수의 스트레인 게이지 각각에 전기적으로 연결되는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board); 및 상기 인쇄 회로 기판을 감싸도록 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 베이스 플레이트를 상기 밸브 스템의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드가 삽입되는 가이드 홈이 형성된 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 고정 부재는, 상기 제2 면에 실리콘(Silicon)을 도포하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드 홈은 상기 복수의 스트레인 게이지 각각이 부착된 위치를 따라 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스템 센서는, 상기 베이스 플레이트의 양 끝단에 구비되며, 상기 고정 밴드의 양 끝단이 삽입 고정되는 한 쌍의 고정 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정 밴드는 케이블 타이(Cable tie)인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법은, 밸브 스템(Valve stem)의 원주면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 스템 센서를 제조하는 스템 센서 제조 방법에 있어서, 밸브 스템의 원주면에 부착되는 베이스 플레이트를 구비하는 단계; 상기 베이스 플레이트의 양 면 중 상기 밸브 스템의 원주면에 부착되는 제1 면과 반대 면인 제2 면에 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 복수의 스트레인 게이지(Strain gauge)를 부착하는 단계; 상기 복수의 스트레인 게이지 각각과 인접하도록 상기 제2 면에 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)을 부착하는 단계; 상기 복수의 스트레인 게이지 각각과 상기 인쇄 회로 기판을 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 제2 면에 상기 인쇄 회로 기판을 감싸도록 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 고정 부재를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 고정 부재는, 상기 베이스 플레이트를 상기 밸브 스템의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드가 삽입되는 가이드 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스템 센서 제조 방법은, 상기 베이스 플레이트의 양 끝단에 상기 고정 밴드의 양 끝단이 삽입 고정되는 한 쌍의 고정 블록을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 가이드 홈은 상기 복수의 스트레인 게이지 각각이 부착된 위치를 따라 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정 부재를 형성하는 단계는, 상기 제2 면에 실리콘(Silicon)을 도포하여 실리콘 도포 층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 도포 층의 길이 방향을 따라 상기 실리콘 도포 층의 표면에 상기 가이드 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정 부재를 형성하는 단계는, 제1 지그의 원주 방향을 따라 형성된 안착 홈에 상기 베이스 플레이트를 부착하는 단계; 상기 제1 지그가 회전하거나 상기 제1 지그의 원주면을 따라 이동할 때에, 상기 베이스 플레이트의 상기 제2 면에 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 실리콘(Silicon)을 도포하여 실리콘 도포 층을 형성하는 단계; 및 일단에 상기 가이드 홈에 대응하는 절삭 돌기가 형성된 제2 지그를 상기 실리콘 도포 층의 표면에 접촉시킨 상태에서, 상기 제1 지그가 회전하거나 상기 제2 지그가 상기 제1 지그의 원주면을 따라 이동할 때에, 상기 절삭 돌기를 이용하여 상기 실리콘 도포 층의 길이 방향을 따라 상기 실리콘 도포 층의 표면에 상기 가이드 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 및 그 제조 방법에 따르면, 베이스 플레이트의 외측면에 부착된 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판을 감싸도록 고정 부재를 형성함으로써, 베이스 플레이트에 부착된 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판을 보호할 수 있으므로 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판의 손상을 방지하고 스템 센서의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 및 그 제조 방법에 따르면, 베이스 플레이트의 외측면에 부착된 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판을 감싸도록 형성된 고정 부재의 표면에 복수의 스트레인 게이지가 배치된 위치를 따라 가이드 홈을 형성함으로써, 베이스 플레이트가 밸브 스템의 원주면에 부착된 상태에서 가이드 홈에 삽입된 고정 밴드를 단순히 조이는 동작 만으로 복수의 스트레인 게이지를 보다 용이하게 정렬하여 정확한 위치에 배치시킬 수 있으므로 스템 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 및 그 제조 방법에 따르면, 고정 부재를 형성할 때에 베이스 플레이트를 지지할 수 있는 제1 지그와, 제1 지그에 결합된 상태로 가이드 홈을 형성할 수 있는 제2 지그를 이용하여 베이스 플레이트에 고정 부재를 형성함으로써, 숙련자가 아니어도 용이하게 스템 센서를 제조할 수 있으므로 스템 센서의 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있을 뿐 아니라, 스템 센서의 불량률을 감소시키고 스템 센서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서가 밸브 스템에 설치된 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서가 밸브 스템에 설치되었을 때 스트레인 게이지의 배치 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 고정 부재를 형성하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 고정 부재를 형성하기 위해 사용하는 지그를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 지그를 이용하여 고정 부재를 형성하는 예를 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 지그를 이용하여 고정 부재를 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 변형 예를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 변형 예에 대한 스템 센서 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 변형 예에 대한 스템 센서 제조 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
또한, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의하여 스템 센서 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서가 밸브 스템에 설치된 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 구조를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)는 베이스 플레이트(110), 복수의 스트레인 게이지(120), 인쇄 회로 기판(130) 및 고정 부재(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 스템 센서(100)는 밸브 스템(Valve stem)(S)의 원주면(외주면)에 부착되며, 밸브 스템(S)의 변형률(Strain)을 측정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(110)는 밸브 스템(S)의 원주면을 감싸는 형태로 밸브 스템(S)의 원주면에 부착될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(110)는 길게 형성된 얇은 직사각형 형상을 가지고, 밸브 스템(S)의 원주면을 감싸도록 금속 박판, 합성 수지 등 연성을 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 베이스 플레이트(110)는 접착제, 양면 테이프 등 다양한 종류의 접착 수단에 의해 밸브 스템(S)의 원주면에 부착될 수 있다. 또한, 후술하겠지만, 베이스 플레이트(110)는 고정 밴드(B)에 의해 밸브 스템(S)의 원주면에 고정될 수 있다.
복수의 스트레인 게이지(Strain gauge)(120)는 베이스 플레이트(110)의 양 면 중 밸브 스템(S)의 원주면에 부착되는 제1 면(도 3의 예에서, 베이스 플레이트(110)의 우측면, 이하 동일)과 반대 면인 제2 면에 부착되며, 밸브 스템(S)의 변형률(Strain) 또는 변형양을 측정할 수 있다. 이러한 스트레인 게이지(120)는 M-Bond 등과 같은 접착제를 이용하여 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 부착될 수 있다.
바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 스트레인 게이지(120)는 베이스 플레이트(110)의 길이 방향과 나란한 위치에 한 쌍이 구비되며, 베이스 플레이트(110)가 밸브 스템(S)의 원주면에 부착되었을 때 한 쌍의 스트레인 게이지(120)가 밸브 스템(S)을 사이에 두고 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다(후술할 도 4 참조).
인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)(130)은 복수의 스트레인 게이지(120) 각각과 인접하도록 베이스 플레이트(110)의 제2 면(도 3의 예에서, 베이스 플레이트(110)의 좌측면, 이하 동일)에 부착되며, 복수의 스트레인 게이지(120) 각각에 전기적으로 연결되어 복수의 스트레인 게이지(120) 각각으로부터 전달된 측정 신호를 케이블(C)을 통해 외부의 측정 장치 등에 전송할 수 있다.
바람직하게는, 인쇄 회로 기판(130)은 회로 기판과 외부의 측정 장치 등에 연결된 케이블(C)을 일체화하여 형성된 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)을 사용할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(130)은 한 쌍의 스트레인 게이지(120) 사이에 배치되도록 베이스 플레이트(110)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
비록 자세히 도시되지는 않았으나, 인쇄 회로 기판(130)은 납땜(Soldering), ACF(Anisotropic Conductive Film) 본딩 등에 의해 복수의 스트레인 게이지(120) 각각과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(130)은 접착제, 양면 테이프 등 다양한 종류의 접착 수단에 의해 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 부착될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 고정 부재(140)는 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 인쇄 회로 기판(130)을 감싸도록 베이스 플레이트(110)의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 이러한 고정 부재(140)는 베이스 플레이트(110)를 밸브 스템(S)의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드(B)가 접촉하는 부분으로, 인쇄 회로 기판(130)을 감싸도록 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 일정한 폭과 길이를 가지도록 형성되므로 인쇄 회로 기판(130)이 외부로 노출되어 손상되는 문제점을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 고정 부재(140)는 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 실리콘(Silicon)을 도포하여 형성될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 고정 부재(140)는 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 실리콘이 도포되어 형성된 실리콘 도포 층(141)으로 구성될 수 있다. 이와 같이, 고정 부재(140)를 실리콘 도포 층(141)으로 형성하는 경우 제조 공정의 단순화에 의해 시간 및 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 복수의 스트레인 게이지(120) 및 인쇄 회로 기판(130)을 보다 효율적으로 보호할 수 있다는 장점이 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 고정 부재(140)는 베이스 플레이트(110)를 밸브 스템(S)의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드(B)가 삽입되는 가이드 홈(142)이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 가이드 홈(142)은 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 부착된 복수의 스트레인 게이지(120) 각각이 부착된 위치를 따라 길게 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서가 밸브 스템에 설치되었을 때 스트레인 게이지의 배치 상태를 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)는 스템 센서(100)가 밸브 스템(S)의 원주면에 설치된 모습을 나타내는 평면도이고, 도 4의 (b)는 스템 센서(100)가 밸브 스템(S)의 원주면에 설치된 모습을 나타내는 정면도이다.
상술한 바와 같이, 복수의 스트레인 게이지(120)는 베이스 플레이트(110)의 길이 방향과 나란한 위치에 한 쌍이 구비되고, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 스트레인 게이지(120)는 베이스 플레이트(110)가 밸브 스템(S)의 원주면에 부착되었을 때 밸브 스템(S)을 사이에 두고 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 가이드 홈(142)은 한 쌍의 스트레인 게이지(120)가 부착된 위치를 따라 한 쌍의 스트레인 게이지(120)를 연결하는 원주 방향(도 4 (b)의 예에서, 수평 방향)으로 길게 형성되므로, 스템 센서(100)가 밸브 스템(S)의 원주면에 부착된 후 사용자가 고정 밴드(B)를 가이드 홈(142)에 삽입시킨 상태에서 단순히 고정 밴드(B)를 조여 주면 한 쌍의 스트레인 게이지(120)는 고정 밴드(B)에 의해 일렬로 정렬되는 가이드 홈(142)와 함께 밸브 스템(S)의 축 방향(도 4 (b)의 예에서, 수직 방향)으로 정렬되어 정확한 위치에 배치될 수 있다.
다시 말해, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 가이드 홈(142)은 내부에 삽입된 고정 밴드(B)를 조이는 동작에 의해 일렬로 정렬되며 이에 따라 한 쌍의 스트레인 게이지(120)는 밸브 스템(S)의 원주 방향(수평 방향) 및 축 방향(수직 방향)으로 정확한 위치에 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)를 구성하는 고정 부재(140)는 인쇄 회로 기판(130)을 보호하는 역할을 수행할 뿐 아니라, 복수의 스트레인 게이지(120)를 정확한 위치에 배치하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 바람직하게는, 베이스 플레이트(110)를 밸브 스템(S)의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드(B)는 케이블 타이(Cable tie)를 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)는 가이드 홈(142)이 형성된 고정 부재(140)를 이용하므로, 별도의 고정 밴드(B)를 구비할 필요 없이 저렴하고 간단한 구조의 케이블 타이를 이용하여 밸브 스템(S)의 원주면에 베이스 플레이트(110)를 보다 용이하고 정확하게 고정시킬 수 있다.
한편, 도 2에서는 고정 부재(140)가 베이스 플레이트(110)와 동일한 길이를 가지고 전체적으로 일체형으로 형성된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 고정 부재(140)는 베이스 플레이트(110)의 길이 방향으로 따라 일부 구간에만 형성될 수도 있고, 필요에 따라 복수의 구간에 나뉘어 형성될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)는 베이스 플레이트(110)의 외측면(제2 면)에 부착된 복수의 스트레인 게이지(120) 및 인쇄 회로 기판(130)을 감싸도록 고정 부재(140)를 형성함으로써, 베이스 플레이트(110)의 외측면(제2 면)에 부착된 스트레인 게이지(120) 및 인쇄 회로 기판(130)을 보호할 수 있으므로 스트레인 게이지(120) 및 인쇄 회로 기판(130)의 손상을 방지하고 스템 센서(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)는 베이스 플레이트(110)의 외측면에 부착된 복수의 스트레인 게이지(120) 및 인쇄 회로 기판(130)을 감싸도록 형성된 고정 부재(140)의 표면에 복수의 스트레인 게이지(120)가 배치된 위치를 따라 가이드 홈(142)을 형성함으로써, 베이스 플레이트(110)가 밸브 스템(S)의 원주면에 부착된 상태에서 가이드 홈(142)에 삽입된 고정 밴드(B)를 단순히 조이는 동작 만으로 복수의 스트레인 게이지(120)를 보다 용이하게 정렬하여 정확한 위치에 배치시킬 수 있으므로 스템 센서(100)의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스템 센서(100)의 제조 방법에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)를 제조하기 위해서는 먼저, 도 5 및 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 밸브 스템(S)의 원주면에 부착되는 베이스 플레이트(110)를 구비한 상태에서(S110), 베이스 플레이트(110)의 양 면 중 밸브 스템(S)의 원주면에 부착되는 제1 면과 반대 면인 제2 면에 밸브 스템(S)의 변형률(Strain)을 측정하는 복수의 스트레인 게이지(120)를 부착하고(S120), 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 인쇄 회로 기판(130)을 부착한 후(S130), 복수의 스트레인 게이지(120) 각각과 인쇄 회로 기판(130)을 전기적으로 연결할 수 있다(S140).
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(130)이 부착된 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 인쇄 회로 기판(130)을 감싸도록 베이스 플레이트(110)의 길이 방향을 따라 고정 부재(140)를 형성할 수 있다(S150).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 고정 부재를 형성하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 도 5의 단계 S150에서 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 고정 부재(140)를 형성하는 단계는, 도 6의 (b)에 도시된 실리콘 도포 층(141)을 형성하는 단계(S151)와, 도 6의 (c)에 도시된 가이드 홈(142)을 형성하는 단계(S152)로 구분될 수 있다.
즉, 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 고정 부재(140)를 형성하기 위해서는 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 베이스 플레이트(110)의 길이 방향으로 따라 실리콘을 도포하여 실리콘 도포 층(141)을 형성한 후(S151), 다시 실리콘 도포 층(141)의 길이 방향을 따라 실리콘 도포 층(141)의 표면에 가이드 홈(142)을 형성할 수 있다(S152).
바람직하게는, 단계 S150에서 고정 부재(140)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)의 제조를 위해 특별하게 제작된 제1 지그(210) 및 제2 지그(220)로 구성된 지그(200)를 이용하여 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 고정 부재를 형성하기 위해 사용하는 지그를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 지그를 이용하여 고정 부재를 형성하는 예를 나타내는 순서도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서 제조 방법에서 지그를 이용하여 고정 부재를 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)를 구성하는 고정 부재(140)를 형성하기 위한 지그(200)는 베이스 플레이트(110)를 안착시켜 실리콘을 도포하기 위한 제1 지그(210)와, 베이스 프레이트에 형성된 실리콘 도포 층(141)에 가이드 홈(142)을 형성하기 위한 제2 지그(220)로 구성될 수 있다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 지그(210)는 전체적으로 원통 형상을 가지고, 원주 방향을 따라 베이스 플레이트(110)가 안착되는 안착 홈(211)이 형성되고, 축 방향을 따라 안착 홈(211)의 양 측에 제2 지그(220)가 삽입되는 삽입 홈(212)이 형성될 수 있다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 안착 홈(211)의 직경은 삽입 홈(212)의 직경보다 작게 형성되며, 삽입 홈(212)의 반경과 안착 홈(211)의 반경의 차이는 베이스 플레이트(110)의 두께와 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 또한, 안착 홈(211)의 폭(d1)은 베이스 플레이트(110)의 폭과 실질적으로 동일하게 형성되고, 삽입 홈(212)의 폭(d2)은 제2 지그(220)의 폭과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
한편, 안착 홈(211)은 중앙 부분에 복수의 스트레인 게이지(120)가 간섭되지 않도록 복수의 스트레인 게이지(120)가 수용되는 수용 홈(211a)이 형성될 수도 있다. 또한, 제1 지그(210)는 베이스 플레이트(110)에 부착된 인쇄 회로 기판(130)의 케이블(C)이 간섭되지 않도록 일단에 안착 홈(211)과 연통하는 관통 홈(213)이 형성될 수도 있다.
또한, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 지그(220)는 전체적으로 길게 형성된 쐐기 형상을 가지고, 제1 지그(210)의 삽입 홈(212)에 삽입되는 지그 헤드(221)와, 지그 헤드(221)의 일단으로부터 가이드 홈(142)에 대응하는 형상을 가지도록 돌출 형성된 절삭 돌기(222)로 구성될 수 있다.
제1 지그(210) 및 제2 지그(220)를 이용하여 고정 부재(140)를 형성하기 위해서는 먼저, 도 9 및 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 지그(210)의 원주 방향을 따라 형성된 안착 홈(211)에 복수의 스트레인 게이지(120)와 인쇄 회로 기판(130)이 부착된 베이스 플레이트(110)를 부착할 수 있다(S153). 이 때, 베이스 플레이트(110)에 부착된 복수의 스트레인 게이지(120)는 제1 지그(210)의 수용 홈(211a)에 수용되고, 베이스 플레이트(110)는 양단이 제1 지그(210)의 안착 홈(211)에 접촉한 상태로 안정적으로 지지될 수 있다.
베이스 플레이트(110)가 안착 홈(211)에 부착된 후(S153), 도 9 및 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 베이스 플레이트(110)의 길이 방향을 따라 실리콘을 도포하여 실리콘 도포 층(141)을 형성할 수 있다(S154). 이 때, 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 실리콘을 도포하기 위해서는 제1 지그(210)를 회전시킬 수도 있고, 실리콘 도포 장치(도시되지 않음)를 제1 지그(210)의 원주면을 따라 이동시킬 수도 있다. 실리콘 도포 장치를 이용한 실리콘 도포 방법에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
베이스 플레이트(110)의 제2 면에 실리콘 도포 층(141)을 형성한 후(S154), 도 9 및 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 지그(220)의 지그 헤드(221)를 삽입 홈(212)에 삽입하여 절삭 돌기(222)를 실리콘 도포 층(141)의 표면에 접촉시킨 상태에서, 절삭 돌기(222)를 이용하여 실리콘 도포 층(141)의 길이 방향을 따라 실리콘 도포 층(141)의 표면에 가이드 홈(142)을 형성할 수 이다(S155). 이 때, 실리콘 도포 층(141)의 표면에 가이드 홈(142)을 형성하기 위해서는 제1 지그(210)를 회전시킬 수도 있고, 별도로 구비된 구동 수단(도시되지 않음)을 이용하여 제2 지그(220)를 제1 지그(210)의 원주면을 따라 이동시킬 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100) 제조 방법은, 고정 부재(140)를 형성할 때에 베이스 플레이트(110)를 지지할 수 있는 제1 지그(210)와, 제1 지그(210)에 결합된 상태로 가이드 홈(142)을 형성할 수 있는 제2 지그(220)를 이용하여 베이스 플레이트(110)에 고정 부재(140)를 형성함으로써, 숙련자가 아니어도 용이하게 스템 센서(100)를 제조할 수 있으므로 스템 센서(100)의 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있을 뿐 아니라, 스템 센서(100)의 불량률을 감소시키고 스템 센서(100)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)의 변형 예 및 그 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 10에 도시된 실시예와 동일한 구조 및 제조 방법에 대한 설명은 생략하며, 이하 차이점 만을 위주로 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 변형 예를 나타내는 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 변형 예에 대한 스템 센서 제조 방법을 나타내는 순서도이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서의 변형 예에 대한 스템 센서 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)의 변형 예는 도 1 내지 도 3에 도시된 베이스 플레이트(110), 복수의 스트레인 게이지(120), 인쇄 회로 기판(130), 고정 부재(140) 이외에, 고정 밴드(B)의 고정을 위한 고정 블록(150)을 더 포함할 수 있다.
즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 고정 블록(150)은 베이스 플레이트(110)의 양 끝단에 한 쌍이 구비되며, 고정 밴드(B)의 양 끝단이 삽입 고정될 수 있다. 이 때, 고정 부재(140)는 베이스 플레이트(110)의 양 끝단을 제외한 부분에 베이스 플레이트(110)의 길이 방향을 따라 길게 형성되고, 한 쌍의 고정 블록(150)은 각각 고정 부재(140)의 양 끝단과 인접한 위치에 구비될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 고정 블록(150)은 베이스 플레이트(110)의 양 끝단에서 제2 면에 결합되는 블록 몸체(151)와, 블록 몸체(151)의 중앙 부분에 형성되는 고정 홈(152)으로 구성될 수 있다. 이 때, 블록 몸체(151)는 고정 홈(152)에 삽입 고정되는 고정 밴드(B)를 보다 견고하게 지지할 수 있도록 베이스 플레이트(110)의 제2 면에 용접에 의해 고정 결합되는 것이 바람직하나, 필요에 따라, 접착제, 양면 테이프 등 접착 수단에 의해 접착될 수도 있다. 또한, 고정 홈(152)은 실질적으로 고정 부재(140)에 형성된 가이드 홈(142)과 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)의 변형 예는 고정 부재(140) 및 한 쌍의 고정 블록(150)에 의해 고정 밴드(B)가 보다 견고하게 결합될 수 있다.
한편, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스템 센서(100)의 변형 예를 제조하기 위한 스템 센서(100) 제조 방법은 도 5 및 도 6에 도시된 예와 실질적으로 동일하나, 베이스 플레이트(110)의 양 끝단에 고정 밴드(B)의 양 끝단이 삽입 고정되는 한 쌍의 고정 블록(150)을 결합하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 13의 (a) 및 (b)는 각각 도 6의 (b)에 도시된 실리콘 도포 층(141)을 형성하는 단계와, 도 6의 (c)에 도시된 가이드 홈(142)을 형성하는 단계와 실질적으로 동일하나, 고정 부재(140)가 한 쌍의 고정 블록(150)이 결합되는 베이스 플레이트(110)의 양 끝단을 제외한 부분에 형성된다는 점에서 일부 차이가 있다.
한편, 본 발명에서는 밸브 스템(S)의 원주면에 부착되어 밸브 스템(S)의 변형률(Strain)을 측정하는 스템 센서(100)를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 적용 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 다양한 분야의 기계 및 기구에 적용되는 축(Shaft)에 설치되어 축의 변형률(Strain)을 측정하는 센서에도 얼마든지 적용 가능하다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 스템 센서
S: 밸브 스템 B: 고정 밴드
110: 베이스 플레이트 120: 스트레인 게이지
130: 인쇄 회로 기판 140: 고정 부재
141: 고정 몸체 142: 가이드 홈
150: 고정 블록 151: 블록 몸체
152: 고정 홈
200: 지그
210: 제1 지그 211: 안착 홈
212: 삽입 홈 220: 제2 지그
221: 지그 헤드 222: 절삭 돌기

Claims (10)

  1. 밸브 스템(Valve stem)의 원주면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 스템 센서에 있어서,
    밸브 스템의 원주면에 부착되는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 양 면 중 상기 밸브 스템의 원주면에 부착되는 제1 면과 반대 면인 제2 면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 복수의 스트레인 게이지(Strain gauge);
    상기 복수의 스트레인 게이지 각각과 인접하도록 상기 제2 면에 부착되며, 상기 복수의 스트레인 게이지 각각에 전기적으로 연결되는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board); 및
    상기 인쇄 회로 기판을 감싸도록 상기 제 2 면에 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 실리콘(Silicon)을 도포하여 형성되며, 외주면에 상기 베이스 플레이트를 상기 밸브 스템의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드가 삽입되도록 상기 복수의 스트레인 게이지 각각이 부착된 위치를 따라 길게 형성되는 가이드 홈이 형성된 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스템 센서는,
    상기 베이스 플레이트의 양 끝단에 구비되며, 상기 고정 밴드의 양 끝단이 삽입 고정되는 한 쌍의 고정 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스템 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 밴드는 케이블 타이(Cable tie)인 것을 특징으로 하는 스템 센서.
  6. 밸브 스템(Valve stem)의 원주면에 부착되며, 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 스템 센서를 제조하는 스템 센서 제조 방법에 있어서,
    밸브 스템의 원주면에 부착되는 베이스 플레이트를 구비하는 단계;
    상기 베이스 플레이트의 양 면 중 상기 밸브 스템의 원주면에 부착되는 제1 면과 반대 면인 제2 면에 상기 밸브 스템의 변형률(Strain)을 측정하는 복수의 스트레인 게이지(Strain gauge)를 부착하는 단계;
    상기 복수의 스트레인 게이지 각각과 인접하도록 상기 제2 면에 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)을 부착하는 단계;
    상기 복수의 스트레인 게이지 각각과 상기 인쇄 회로 기판을 전기적으로 연결하는 단계; 및
    상기 제2 면에 상기 인쇄 회로 기판을 감싸도록 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 고정 부재를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 고정 부재는,
    외주면에 상기 베이스 플레이트를 상기 밸브 스템의 원주면에 고정시키기 위한 고정 밴드가 삽입되도록 상기 복수의 스트레인 게이지 각각이 부착된 위치를 따라 길게 형성되는 가이드 홈이 형성되고,
    상기 고정 부재를 형성하는 단계는,
    상기 제2 면에 실리콘(Silicon)을 도포하여 실리콘 도포 층을 형성하는 단계; 및
    상기 실리콘 도포 층의 길이 방향을 따라 상기 실리콘 도포 층의 표면에 상기 가이드 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템 센서 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스템 센서 제조 방법은,
    상기 베이스 플레이트의 양 끝단에 상기 고정 밴드의 양 끝단이 삽입 고정되는 한 쌍의 고정 블록을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스템 센서 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 실리콘 도포 층을 형성하는 단계는,
    제1 지그의 원주 방향을 따라 형성된 안착 홈에 상기 베이스 플레이트를 부착하는 단계; 및
    상기 제1 지그가 회전하거나 상기 제1 지그의 원주면을 따라 이동할 때에, 상기 베이스 플레이트의 상기 제2 면에 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 실리콘(Silicon)을 도포하여 실리콘 도포 층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 가이드 홈을 형성하는 단계는,
    일단에 상기 가이드 홈에 대응하는 절삭 돌기가 형성된 제2 지그를 상기 실리콘 도포 층의 표면에 접촉시킨 상태에서, 상기 제1 지그가 회전하거나 상기 제2 지그가 상기 제1 지그의 원주면을 따라 이동할 때에, 상기 절삭 돌기를 이용하여 상기 실리콘 도포 층의 길이 방향을 따라 상기 실리콘 도포 층의 표면에 상기 가이드 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템 센서 제조 방법.
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