KR102273518B1 - Ble 통신에 의해 설정값 변경이 가능한 누액감지센서 모듈 - Google Patents

Ble 통신에 의해 설정값 변경이 가능한 누액감지센서 모듈 Download PDF

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KR102273518B1
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Abstract

본 발명은 누액감지센서 모듈에 관한 것으로, 특히 저전력 블루투스(BLE)통신에 의해 내부 설정값을 설정할 수 있도록 한 누액감지센서 모듈에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 케이스; 상기 케이스의 저면에 구비되어 누설되는 액체가 접촉되는 복수의 전극으로 된 센싱부; 상기 센싱부에 의해 감지된 센싱신호를 내부 설정값과 비교하여 누설경보를 발생하는 컨트롤러;로 구성되고, 상기 컨트롤러는 BLE 통신부에 의해 외부의 설정기기와 BLE 통신하여 내부의 설정값 저장부에 저장된 내부 설정값을 변경하도록 구성된다.

Description

BLE 통신에 의해 설정값 변경이 가능한 누액감지센서 모듈{Leakage detection sensor module capable of changing a set value by BLE communication}
본 발명은 누액감지센서 모듈에 관한 것으로, 특히 저전력 블루투스(BLE : Bluetooth Low Energy)(이하, 'BLE'라 한다) 통신에 의해 내부 설정값을 설정할 수 있도록 한 누액감지센서 모듈에 관한 것이다.
본 출원인이 등록한 등록특허 제10-1983662호(정전용량형 오일감지센서)에서는 누설되는 오일 및 유기용제를 감지하는 구조를 가지게 되며, 그 구조는 도1 내지 도4에 도시한 바와같이 "케이스(100); 상기 케이스(100)로부터 인출되어 전원을 공급하는 케이블(102); 상기 케이블(102)의 단부에 설치된 커넥터(103); 상기 케이스(100)의 저면에 구비되어 누설되는 오일에 의해 커패시턴스가 형성되는 정전용량형의 센싱패턴(210)을 갖는 센싱부(210);가 구비된 구조"를 갖는다.
또한, 상기 센싱패턴(210)은 피씨비(214)의 상부면에 한 쌍의 도전라인(211,212)이 형성되고, 상기 한 쌍의 도전라인(211,212)은 각각 다수의 도전라인으로 분기되고, 그 분기된 도전라인이 서로 일정한 간격을 두고 교번하면서 사이사이에 배치되도록 형성된다.
아울러, 또한, 상기 센싱패턴(210)은 피씨비(214)의 상부면에 구리층(215)이 형성되고, 상기 구리층(215)의 상부면에 니켈-구리 층(216)이 형성되며, 상기 니켈-구리 층(216)의 상부면에 금으로 도금된 상기 도전라인(211,212)이 적층되어 형성된다.
따라서, 물 또는 오일이 센싱패턴쪽으로 유입되면, 그 정전용량값의 변화에 의해 물, 그리고 오일 및 유기용제를 판별할 수 있게 된다.
그런데, 이러한 종래기술에 따르면 내부 설정값을 설정하기 위해서는 관리자가 케이스(100)를 직접 열어서 내부의 설정 버튼을 조작하거나 또는 별도의 설정 디바이스를 연결하여 일일이 설정하여야 하므로, 시간이 많이 걸리고, 매우 불편한 단점이 있다.
특히, 센서가 매우 좁은 곳에 설치된 경우에는 더더욱 불편함이 증가된다.
또한, 센싱패턴(210)은 구리, 니켈, 금 등의 전도성을 갖는 금속 재질에 의해 형성함으로써 전도율이 매우 좋지만, 알칼리 용액, 산 용액 등의 화학용액이 접촉한 경우에 쉽게 부식되어 반복사용 횟수가 한정적이며, 부식에 따른 잦은 감지신호오류가 발생하는 문제점이 있다.
<선행기술문헌>
1. 제10-1983662호
(정전용량형 오일감지센서)
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 관리자가 스마트 기기를 이용하여 BLE 통신에 의해 케이스를 열지 않고도 내부 설정값을 간편하게 설정할 수 있도록 한 누액감지센서 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 금속성의 센싱패턴을 이루는 도전라인 즉 전극을 그래핀 잉크로 도포함으로써 화학물질과 전극이 직접 접촉하는 것을 방지하여 전극이 손상되지 않도록 보호하면서도 높은 전도율을 유지할 수 있도록 한 누액감지센서 모듈을 제공하는데 또다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 BLE 통신에 의해 설정값 변경이 가능한 누액감지센서 모듈은,
케이스; 상기 케이스의 저면에 구비되어 누설되는 액체가 접촉되는 복수의 금속성 전극으로 된 센싱부; 상기 센싱부에 의해 감지된 센싱신호를 내부 설정값과 비교하여 누설경보를 발생하는 컨트롤러;로 구성되고,
상기 컨트롤러는 BLE 통신부에 의해 외부의 설정기기와 BLE 통신하여 내부의 설정값 저장부에 저장된 내부 설정값을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 전극은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성되거나 또는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성된다.
또 다르게는 상기 하나의 전극은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성되고, 또 다른 전극은 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성된다.
또한, 상기 양으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 NH3 +관능기에 의해 나타나고, 음으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 COO-관능기에 의해 나타나도록 구성된다.
상기 각 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀은 5 내지 15wt%, 유계불소수지인 바인더는 30 내지 40wt%, 용매는 30 내지 40wt%, 경화제는 20 내지 30wt% 및 분산제는 5 내지 15wt%로 포함되어 구성된다.
본 발명에 따른 누액감지센서 모듈은 관리자가 휴대하는 단말기와 BLE 통신에 의해 내부 설정값을 변경할 수 있으므로, 굳이 케이스를 열지 않아도 되어 매수 손쉽고 간편하게 설정값 변경이 이루어지는 장점이 있다.
특히, 비접촉으로 설정값 변경이 이루어지게 되므로, 공간이 협소한 위치에 누액감지센서 모듈이 설치되었다 할지라도 힘들지 않고 용이하게 설정값의 변경이 이루어지는 장점도 갖는다.
또한, 센싱패턴을 구성하는 전극에 그래핀 잉크가 도포됨으로써 누설된 오일 및 화학용액이 금속성 전극에 직접 접촉하지 않도록 보호하게 되어 전극의 손상을 방지하면서도 높은 전도율을 유지할 수 있게 된다.
이로 인하여, 본 발명의 누액감지센서는 여러차례 또는 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도1 내지 도4는 종래기술에 의한 정전용량형 누액감지센서의 구조를 보인 도.
도5는 본 발명의 누액감지센서 모듈의 내부 회로 블럭도.
도6은 센싱패턴을 이루는 전극에 그래핀 잉크층이 도포된 구조를 보인 도.
도7은 전극의 다른 형태를 보인 도.
도8은 전극의 표면에 코팅되는 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도.
도9는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도.
도10은는 일반적인 센서의 초기전하분포를 도시한 도.
도11은 본 발명에 적용된 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 초기전하분포를 도시한 도.
도12는 일반적인 센서의 유해물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도.
도13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 유해물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도면이다.
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.
도5는 본 발명의 누액감지센서 모듈의 내부 회로 블럭도를 보인 도로서, 본 발명의 기본적인 구조 즉, 도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 케이스(100), 케이블(102), 커넥터(103), 센싱부(200)의 구조와 유사하므로, BLE 통신에 의해 내부 설정값을 비접촉식으로 변경하는 구조에 대하여 설명한다.
상기 케이스(100)의 내부에는 외부의 설정기기(500)와 BLE 통신에 의해 설정값을 수신받기 위한 BLE 통신부(410)와, 외부 설정기기(500)부터 전송되어진 설정값을 저장하는 설정값 저장부(420)와, 경보를 발생하는 경보발생부(430)와, 자신의 ID를 저장하고 있는 ID 저장부(440)와, BLE 통신부(410)를 통해 수신되는 내부 설정값이 ID 저장부(440)에 저장되어 있는 자신의 ID와 동일한 경우에 이를 ID 저장부(440)에 저장하고, 센싱부(200)에 의해 센싱된 값과 설정값 저장부(420)에 저장된 내부 설정값을 비교하여 경보를 발생시키는 컨트롤러(400)로 구성되어 있다.
여기서, BLE 통신은 약 10m 정도의 도달 반경을 가지며, 2.4GHz 주파수 대역 기반의 저전력 및 저용량 데이터 송수신이 가능한 블루투스 통신이다.
따라서, 관리자가 외부 설정기기(500)를 이용하여 본 발명의 누액감지센서 모듈의 10m 이내 근처로 이동한 후 어플리케이션을 구동시키게 되면, 내부 설정값을 변경할 수 있는 화면이 디스플레이되고, 관리자가 현장에 설치된 다수의 누액감지센서 모듈 중 내부 설정값을 변경하기 위한 누액감지센서 모듈을 선택하게 된다.
특정 누액감지센서 모듈이 선택되어지면, 외부 설정기기(500)에서는 선택된 누액감지센서 모듈의 ID를 BLE 통신을 통해 전송하게 되고, 누액감지센서 모듈의 BLE 통신부(410)에서는 이러한 ID를 수신받아 컨트롤러(400)로 제공하게 되며, 이에따라 상기 컨틀롤러(400)는 ID 저장부(440)에 저장된 자신의 ID와 일치하게 되면, 그 일치여부를 BLE 통신부(410)를 통하여 외부 설정기기(500)로 전송함으로써 외부 설정기기(500)와 누액감지센서 모듈이 서로 접속된다.
이렇게 접속이 이루어지면, 컨트롤러(400)는 표시부(104)를 점등시킴으로써 외부 설정기기와의 접속이 이루어졌음을 표시하게 되며, 동시에 컨트롤러(400)는 설정값 저장부(420)에 저장된 내부 설정값을 BLE 통신부(410)를 통하여 외부 설정기기(500)로 전송하게 되고, 이로인해 외부 설정기기(500)에는 접속된 특정 누액감지센서 모듈의 내부 설정값이 화면에 디스플레이 되는 것이다.
따라서, 관리자가 디스플레이되는 화면을 보면서 설정값을 변경하게 되고, 이렇게 변경된 설정값은 다시 누액감지센서 모듈의 BLE 통신부(410)를 통해 수신되면, 컨트롤러(400)는 설정값 저장부(420)에 저장함으로써 내부 설정값을 갱신하게 된다.
이러한 내부 설정값으로는 물, 화학용액, 유기용제, 오일 등의 누액을 판별하기 위하여 측정되는 횟수에 대한 판별 데이터수, 측성시간, 측정된 값을 초기값으로 갱신하기 위한 시간 간격, 최대 측정시간, 측정된 데이터에 혼입된 잡음을 필터링하기 위한 감지최소값 및 감지최대값, 의미없는 측정값을 필터링하기 위한 감지제외 중간 최소 및 최대값, 최대 감지영역, 감지 후 초기값으로 복귀할 때 발생하는 오차를 해소하기 위한 설정값 등 다양한 설정값이 될 수 있다.
이렇게 설정값 저장부(420)에 내부 설정값의 변경이 완료되면, 컨트롤러(400)는 외부 설정기기(500)로 변경 완료에 대한 신호를 전송하게 되고, 관리자가 이를 확인한 다음 외부 설정기기(500)와 누액감지센서 모듈의 접속을 종료하게 된다.
이후, 컨트롤러(400)는 센싱부(200)를 통해 입력되는 센싱값을 설정값 저장부(420)에 저장된 설정값과 비교함으로써 누액 발생이 확인되면, 경보발생부(430)를 통하여 경보신호를 케이블(102)을 통해 원격지로 전송하게 되며, 동시에 표시부(104)를 통해 누액이 발생하였다는 것을 현장에 표시하게 되는 것이다.
도6은 본 발명에 의해 센싱패턴을 이루는 전극에 그래핀 잉크층이 도포된 구조를 보인 도로서, 센싱패턴(210)을 이루는 금속성의 각 전극(211,212)이 누설되는 화학에 접촉되어 부식되는 것을 방지하기 위하여 그래핀 잉크층(300)의 도포하여 외부와 격리시키는 구조이다.
케이스(100)의 하부면에서 하측부위로 노출되도록 형성된 센싱패턴(210)은 피씨비(214)의 상부면에 형성되고, 센싱패턴(210)을 이루는 각 전극(211,212)에는 그래핀 잉크층(310,320)이 각각 인쇄방식에 의해 1~2㎛ 두께로 인쇄되는데, 누설되어 전극(211,212) 사이로 유입된 물, 화학용액, 오일, 유기용제 등의 누액이 전극(211)(212)과 직접 접촉하지 않도록 함으로써 전극(211,212)이 산화되거나 손상되는 것으로부터 보호하게 된다.
본 발명에서의 전극(211,212)은 종래기술과 같이 다른 종류의 금속이 적층된 형태를 가질 수 있으며, 다른 형태로서 구리, 니켈, 은, 금 등의 단일 금속으로 적층되지 않고 형성될 수 있다.
상기의 그래핀 잉크층(300)은 금속으로 된 전극(211,212) 보다 높은 저항을 가지게 되지만, 전극(211,212) 상에서 매우 얇은 두께로 인쇄됨으로써 저항이 매우 낮게 된다.
즉, 누설되어 유입된 액체와 전극(211,212) 사이에는 그래핀 잉크층(300)의 두께만큼의 간격을 가지므로, 그래핀 잉크층(300)의 저항은 거의 무시할 정도인 것이다.
따라서, 정전용량방식으로 누설된 산, 알칼리, 오일, 유기용제 등의 액체를 감지하고자 하는 경우에는 화학용액으로부터 전극(211,212)을 보호하게 되고, 다른 형태의 응용 예로서, 두 전극(211,212) 사이에서 물, 산, 알칼리 등의 전도성 액체의 누액에 의해 발생하는 전기전도도의 변화 또는 저항값의 변화에 의해 누액상태를 감지하고자 하는 경우에는 그래핀 잉크층(300)이 전극(211,212)에 인가된 전원을 누액으로 전도시켜 그 전기전도도 또는 저항값의 변화에 의해 누액된 상태와 누액의 종류까지 판별이 가능하게 되는 것이다.
상기의 그래핀 잉크층(300)은 전도성을 갖는 그래핀에 의해 인쇄가 가능한 그래핀 잉크 형태로 제조된 다음 상기 전극(211,212)에 도포되는데, 이러한 그래핀 잉크는 그래핀 5~10 중량%, 바인더 30~50 중량%, 2-에톡시에탄올(2-Ethoxyethanol) 20~25 중량%, DPGDME(Diropylene Glycol Dimethylether} 20~25 중량%, 분산제 5~10 중량%이 혼합되어 믹서기에 의해 교반된 다음 고압분산에 의해 잉크 형태로 제조된다.
여기서 바인더는 내산성 및 내화학성을 갖는 불소수지를 사용하게 되고, 2-에톡시에탄올은 용제로서 혼합되며, DPGDME는 지연용제로서 혼합된다.
이러한 혼합물을 고압분산하게 되면, 열이 발생하면서 빠른 휘발에 의해 그래핀 잉크의 점도가 높아지게 되는데, 이때 휘발을 지연시킴으로써 점도를 유지하여야 한다.
따라서, DPGDME에 의해 휘발을 지연시켜 고압분산 후에도 그래핀 잉크가 균일한 점도를 가지도록 하는 것이다.
또한, 불소수지의 빠른 경화를 위하여 고압분산한 다음 불소수지의 17~23 중량% 즉, 전체 그래핀 잉크의 5.1~11.5 중량%에 해당하는 경화제를 추가적으로 투입할 수 있을 것이다.
이렇게 제조된 그래핀 잉크를 각 전극(211,212)을 외부로 노출되지 않도록 완벽히 덮을 수 있도록 인쇄방식에 의해 도포하게 되며, 각 그래핀 잉크층(310,320)은 서로 연결이 되지 않게 된다.
그래핀 잉크층(300)의 전도율을 높이기 위하여 실버 잉크가 혼합될 수 있는데, 그래핀 잉크 40~60 중량%에 실버 잉크 40~60 중량%가 혼합될 수 있으며, 이러한 실버 잉크는 실버 잉크의 40~60 중량%를 기준으로 은 분말 15~25 중량%, 바인더 40~60 중량%, DPGDME 20~30 중량%가 혼합되도록 구성된다.
그리고, 상기 전극(211,212)은 도7에서와 같이 원 형태의 전극(211)과 링 형태의 전극(212)으로 형성될 수 있으며, 전극(211)도 링 형태로 형성될 수 있다.
한편, 전극(211,212)의 표면에 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물에 의해 코팅되어 내화학성, 내약품성, 내화학성과 내약품성을 가지면서 전극으로 사용되는데, 어느 하나의 전극은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물에 의해 코팅되어 전극이 형성되고, 다른 하나의 전극은 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물에 의해 전극이 형성된다.
본 발명에서는 전극용 조성물로서, 그래핀을 사용하게 되는데, 그래핀(graphene)은 탄소원자로 이루어진 2차원 탄소시트로 기존의 나노소재와 비교하여 넓은 비표면적과 뛰어난 열전도도 및 빠른 전자이동 특성을 나타낸다.
그래핀은 그라파이트를 물리적으로 한층씩 분리하여 얻을 수 있는데 이러한 방식은 대량생산이 부적합하고, 대면적 그래핀 제조가 불가능하다. 또다른 방법으로는 그라파이트의 화학적 박리방법, 즉 산화과정을 통한 제조공정이 있는데, 이 방법은 제조비용이 저렴하면서 대량생산이 가능하고, 생성된 그래핀의 기능화가 가능하여 다양한 응용이 가능한 산화그래핀을 얻을 수 있다.
산화그래핀의 경우, 물리적 방법에 의한 그래핀의 경우보다 적은 층수를 가질 수 있다.
산화과정을 통해 얻은 산화그래핀의 표면에는 에폭시기(epoxy), 히드록시기(hydroxyl), 카르보닐기(carbonyl), 또는 카르복시기(carboxy) 등의 여러가지 관능기들이 존재한다.
이러한 산화그래핀을 전극의 구성요소로 사용하기 위하여 본 발명에서는 산화그래핀을 환원시켜 환원된 산화그래핀(Reduced Graphene Oxide, rGO)으로 사용한다.
특히, 본 발명에서는 환원된 산화그래핀 제조시 극성을 부여하여 극성을 띠는 환원된 산화그래핀를 사용하여, 특히 정전용량형 센서로 사용할 때 센서의 감도를 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 누액감지센서는 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 어느 하나의 전극에 코팅하는 단계; 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 또 다른 하나의 전극에 코팅하는 단계; 및 경화시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
도8은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도면이고, 도8은 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 도시한 도로서, 본 발명에 따른 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀을 전극에 사용한다.
산화그래핀을 환원시켜 얻을 수 있는 환원그래핀은 절연성의 산화그래핀과 달리 전도성을 나타내기 때문에 전극으로 이용가능하다.
본 발명에서는 특히, 환원된 산화그래핀 중, 양으로 하전된 환원된 산화그래핀 또는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 이용한다.
양으로 하전된 환원된 산화그래핀은 예를 들면, 표면전하가 NH3 + 관능기에 의해 나타나는 것일 수 있고(도8), 음으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 COO- 관능기에 의해 나타나는 것일 수 있다(도9).
NH3 + 관능기 또는 COO- 관능기를 갖는 환원된 산화그래핀은 산화그래핀 환원시에 NH3 + 관능기 또는 COO- 관능기를 잔존시키면서 산화그래핀을 환원시켜 얻을 수 있다.
환원된 산화그래핀을 하전시키는 경우, 센서의 감도와 관련있는 커패시턴스의 변화량 값에 영향이 있다.
도10은 일반적인 센서의 초기전하분포를 도시한 도이고, 도11은 본 발명에 적용된 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 초기전하분포를 도시한 도이며, 도12는 일반적인 센서의 유해물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도이다.
그리고, 도13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하전되고 환원된 산화그래핀을 포함하는 감지선의 유해물질 접촉시의 전하분포를 도시한 도면이다.
도10을 참조하면, 종래 전극이 극성을 갖는 물질을 포함하지 않는 경우, +전극 및 -전극에 전하가 분포되어 초기 전하량값을 얻을 수 있다.
도11에는 전극에 하전되고 환원된 산화그래핀이 코팅되는 경우, 즉 +전극으로 사용된 어느 하나의 전극(상부전극 또는 하부전극)에는 양으로 하전된 환원된 산화그래핀이 코팅되고, -전극으로 사용된 또다른 전극(하부전극 또는 상부전극)에는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀이 코팅되는 경우에 전압이 인가된 모습이 도시되어 있다.
+전극에 양으로 하전된 환원된 산화그래핀이 코팅되면, 전압인가에 따라 유도된 -전하들이 양으로 하전된 환원된 산화그래핀에 의해 상쇄되므로 초기 전하량값이 낮아지게 된다.
도12 및 도13을 참조하면 종래 센서의 전극이 극성을 포함하지 않는 경우와 전극에 하전되고 환원된 산화그래핀이 코팅된 경우 모두 유해물질에 노출되면 유해물질에 전하량값이 의존하게 되어 동일 유해물질에 의한 전하량값이 동일하여 현재 전하량값은 양자 유사하게 된다.
정전용량은 전하량에 의존하기 때문에, 정전용량의 변화량은 현재 전하량과 초기 전하량의 차이에 의존하므로, 초기 전하량값이 작아지게 되면 현재 전하량값이 같다고 할때 정전용량값의 변화폭이 넓어지고, 그에 따라 센서의 분해능 및 민감도가 향상된다.
즉, 본 발명에서와 같이 전극 조성물에 하전되고 환원된 산화그래핀을 첨가하면 전하량에 영향을 미치게 되어 본 발명의 정전용량 타입으로 작용하는 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 적용된 정전용량형 유해물질 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀, 바인더, 용매 및 경화제를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 정전용량형 유해물질 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀의 분산성을 높이기 위한 분산제 및 휘발지연제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 정전용량형 유해물질 전극용 조성물에 사용될 수 있는 바인더로는 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methylmetacrylate)), 폴리우레탄(polyurethane) 또는 폴리에스터(polyester) 등이 사용될 수 있으나 고내산성을 위해 유계불소수지가 가장 바람직하다.
본 발명의 정전용량형 유해물질 전극용 조성물에 사용될 수 있는 용매는 2-에폭시에탄올(2-ethoxyethanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 또는 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone)등이 사용될 수 있다.
본 발명에 적용된 정전용량형 유해물질 전극용 조성물에 사용될 수 있는 분산제로는 Solspers 20000, Solspers 38500 및 BYK 170 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 정전용량형 유해물질 전극용 조성물에 사용될 수 있는 휘발지연제는 부틸카비톨 초산염 (Butyl Carbitol Acetate), 디프로필렌 글리콜디메틸 에테르(dipropylene glycol dimethyl ether) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 정전용량형 유해물질 전극용 조성물에 사용될 수 있는 경화제로는 벤졸페록시드(BENZOYL PEROXIDE), 아조비스이소부티로니트릴(AZOBISISOBUTYRONITRILE), 2-시아노-2-프로필아조포마마이드(2-CYANO-2-PROPYLAZOFORMAMIDE), 2, 2-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)(2, 2-AZOBIS(2, 4-DIMETHYLVALERONITRILE), 2,2-아조비스[2-(2-이미다조린-2-일)프로판](2, 2-AZOBIS[2-(2-IMIDAZOLIN-2-YL)PROPANE]), 2,2-아조비스(2-메틸부티로니트릴)(2, 2-AZOBIS(2-METHYLBUTYRONITRILE) 중의 어느 하나로 사용될 수 있으며, 2, 2-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)(2, 2-AZOBIS(2, 4-DIMETHYLVALERONITRILE)가 가장 바람직하다.
본 발명에서 적용된 정전용량형 유해물질 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀, 바인더, 용매, 분산제, 휘발지연제를 혼합시키는 단계; 혼합물을 호모믹서로 교반하여 1차 분산시키고, 1차 분산된 혼합물을 고압분산기로 2차 분산시키는 분산단계; 분산된 혼합물에 경화제를 투입하는 단계;를 수행하여 제조될 수 있다.
경화온도는 100℃에서 예비경화 후 180℃에서 경화완료시키는 것이 바람직하다.
1차 분산시키는 단계는, 정전용량 반응폭을 극대화하는 하전되고 환원된 산화그래핀 및 유계불소수지를 용매 하에 혼합하는 단계로 5,000~7,000rpm으로 1시간내지 2시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
1차 혼합물을 고압분산기를 사용하여 2차 분산시키는 단계는 고압상태로 혼합물을 파쇄 및 분산시킴으로써 정전용량형 유해물질센서 전극용 조성물의 코팅성 및 분산성을 높인다.
2차 분산은 바람직하게는 300 내지 350 bar의 압력하에서 5회 내지 10회 수행될 수 있다.
분산된 혼합물에 경화제를 첨가하여 호모믹서를 이용하여 3,000~5,000 rpm으로 10분내지 30분 동안 교반이 수행된다.
정전용량형 유해물질 전극용 조성물 전체 중량을 기준으로, 하전되고 환원된 산화그래핀은 5 내지 20wt%, 바인더는 30 내지 60wt%, 용매는 30 내지 50wt%, 경화제는 20 내지 60wt% 및 분산제는 5 내지 20wt%로 포함될 수 있다.
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 : 케이스 102 : 케이블
103 : 커넥터 104 : 표시부
200 : 센싱부 210 : 센싱패턴
211,212 ; 전극 300 : 그래핀 잉크층
400 : 컨트롤러 410 : BLE 통신부
420 : 설정값 저장부 430 : 경보발생부
440 : ID 저장부 500 : 외부 설정기기

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 케이스; 상기 케이스의 저면에 구비되어 누설되는 액체가 접촉되는 복수의 전극으로 된 센싱부; 상기 센싱부에 의해 감지된 센싱신호를 내부 설정값과 비교하여 누설경보를 발생하는 컨트롤러;로 구성되고,
    상기 컨트롤러는 BLE 통신부에 의해 외부의 설정기기와 BLE 통신하여 내부의 설정값 저장부에 저장된 내부 설정값을 변경하도록 구성되며,
    상기 전극은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성되거나 또는 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서 모듈.
  3. 케이스; 상기 케이스의 저면에 구비되어 누설되는 액체가 접촉되는 복수의 전극으로 된 센싱부; 상기 센싱부에 의해 감지된 센싱신호를 내부 설정값과 비교하여 누설경보를 발생하는 컨트롤러;로 구성되고,
    상기 컨트롤러는 BLE 통신부에 의해 외부의 설정기기와 BLE 통신하여 내부의 설정값 저장부에 저장된 내부 설정값을 변경하도록 구성되며,
    상기 하나의 전극은 양으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성되고, 또 다른 전극은 음으로 하전된 환원된 산화그래핀을 포함하는 전극용 조성물을 코팅하여 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서 모듈.
  4. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 NH3 +관능기에 의해 나타나고, 음으로 하전된 환원된 산화그래핀은 표면전하가 COO-관능기에 의해 나타나는 것을 특징으로 하는 누액감지센서 모듈.
  5. 제2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 전극용 조성물은 하전되고 환원된 산화그래핀은 5 내지 15wt%, 유계불소수지인 바인더는 30 내지 40wt%, 용매는 30 내지 40wt%, 경화제는 20 내지 30wt% 및 분산제는 5 내지 15wt%로 포함되는 특징으로 하는 누액감지센서 모듈.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101983662B1 (ko) * 2018-08-29 2019-05-29 성백명 정전용량형 오일감지센서
KR101993467B1 (ko) * 2018-10-08 2019-09-30 한국소방산업기술원 유해화학물질 누설통보장치

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