KR102344636B1 - 정전용량형 누액 감지 장치 - Google Patents

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KR102344636B1
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(주)유민에쓰티
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치는, 절연성 베이스 필름; 상기 베이스 필름 상에서 길이 방향으로 연장되는 제1 전극 라인; 베이스 필름 상에서 제1 전극 라인과 평행하게 이격되어 형성되는 제2 전극 라인; 및 상기 베이스 필름 상에서 상기 제1 및 제2 전극 라인 사이에서 이들과 연결되어 상기 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성되는 복수 개의 정전용량 커패시터를 포함하고, 복수 개의 정전용량 커패시터 각각은 제1 전극 라인과 전기적으로 연결되는 복수 개의 제1 빗살 라인과 제2 전극 라인과 전기적으로 연결되는 복수 개의 제2 빗살 라인이 서로 교번하여 형성되는 빗살전극 패턴을 포함한다. 또한, 센싱홀이 포함된 친소수성 표면처리 및 유도로 패턴이 형성된 보호막을 베이스 필름과 합지시킨다

Description

정전용량형 누액 감지 장치{CAPACITIVE LEAK DETECTING APPARATUS}
본 발명은 정전용량형 누액 감지 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 동일 평면 빗살전극형 또는 링전극형 정전용량형 누액 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 물, 화학 용액, 유기용제 및 오일의 누출용액을 감지하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다. 대표적으로는 케이블형 감지 장치, 밴드형 감지 장치, 그리고 모듈형 감지 장치 등이 있다.
그러나 케이블형 감지 장치는 설치비용이 고가이고 센서 케이블의 설치길이가 정해져 있어 사용이 매우 제한적이다. 또한, 케이블 감지 장치는 설치가 어렵고 추가비용이 드는 문제점이 있으며 유지보수가 어려운 단점이 있다. 밴드형 감지 장치는 외부 온습도 및 충격에 오동작이 발생하며, 가격이 높고 설치가 어려운 점이 있다. 모듈형 감지 장치는 특정 위치의 누수 여부만 확인 가능하며 설치가 어렵고 제품 설치 시 많은 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다.
현재는 위에서 언급한 여러 가지 센서들의 단점들을 보완하기 위하여 필름형 센서들이 많이 개발되고 상용화되고 있는데, 대표적으로 누수감지 장치, 화학물질 누액감지 장치, 유기용제 및 오일감지 장치들이 있다. 그러나 여러 가지 누액을 감지하기 위해서는 각각의 누액에 적합한 감지 장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 즉, 여러 가지 누액을 감지하기 위해서는 전기전도도 측정방식, 정전용량 측정방식 및 도선저항 측정방식 등을 사용함으로써 측정방식에 적합한 센서와 제어기를 개발해야 하며, 결과적으로는 센서와 제어기 종류가 많아지고 재연성 및 신뢰성이 저하되는 문제점들이 발생하게 된다.
평판형 커패시터 구조 및 원리를 이용한 정전용량형 감지 장치는 누출용액 발생 시 정전용량의 변화가 미세하여 감지 변별력이 떨어지는 문제점이 있다.
도 14를 참조하면, 전극 두께가 일정한 평판형 전극에서 정전용량값은 양극과 음극 사이에 걸린 균일한 전기장 (uniform electric field)에 의하여 결정된다.
Cuni = εA/d
여기서, C는 정전용량 값이고, ε은 누출용액의 유전율이며, A는 전극라인의 표면적 (전극두께 x 전극길이)이며, d는 전극라인 간의 간격을 나타낸다. 따라서 표면적을 증가시키고 전극 간 거리를 작게 하면 큰 정전용량 값을 얻을 수 있다.
그러나, 현재 필름형 누액 감지 장치의 전극 두께는 베이스 필름 두께 및 보호 필름 두께와 비교할 때 매우 얇아서(~수십 μm), 결과적으로 전극 표면적이 매우 작다. 따라서 필름형 센서에서 양 전극 사이의 균일전기장으로 생성되는 정전용량 값은 상대적으로 매우 작아 제어기에서 정전용량 값을 측정하여 누액 여부를 감지하기에는 많은 어려움이 있다.
더욱이, 이러한 종래의 정전용량형 누액 감지 장치를 옥외에 설치할 때, 센서 설치 거리에 비례하여 도선 저항값이 증가됨으로써, 상대적으로 정전용량 값이 감소하는 효과가 발생하여, 물과 화학 용액 및 유기용제에 대한 감지 변별력이 떨어져서 감지 장치의 오동작이 발생하는 문제점이 있다.
[1] 한국등록특허 제10-1445310 (2014. 09. 22, 등록) [2] 한국특허등록 제10-0827385 (2008. 04. 28, 등록)
[1] Tianming Chen and Nicola Rapids, "Design of interdigital spiral and concentric capacitive sensors for materials evaluation", The 39th Annual Review of Progress in Quantμm Nondestructive Evaluation, pp. 1593-1600, 2013 [2] J. W. Kim, Preveen Pasupathy, Sheng Zhang, and Dean P. Neikirk, "Measurement of liquid complex dielectric constants using non-contact sensors", IEEE Sensors 2009 Conference, pp. 2017-2020, 2009
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 누출 용액에 의한 정전용량 값의 차이에 의하여 다종의 누출 용액을 감지할 수 있는 정전용량형 누액 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 누출용액의 전도성 및 비전도성 물질의 유전율 차이를 이용하여 정전용량 값을 크게 함으로써 다종의 누출용액을 한 개의 센서로 감지할 수 있는 정전용량형 누액 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전극의 표면적을 극대화하여 정전용량값을 증가시켜 신뢰성이 높은 정전용량형 누액 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 정전용량형 누액 감지 장치는, 절연성 베이스 필름; 상기 베이스 필름 상에서 길이 방향으로 연장되는 제1 전극 라인; 베이스 필름 상에서 제1 전극 라인과 평행하게 이격되어 형성되는 제2 전극 라인; 및 상기 베이스 필름 상에서 상기 제1 및 제2 전극 라인 사이에서 이들과 연결되어 상기 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성되는 복수 개의 정전용량 커패시터를 포함하고, 복수 개의 정전용량 커패시터 각각은 제1 전극 라인과 전기적으로 연결되는 복수 개의 제1 빗살 라인과 제2 전극 라인과 전기적으로 연결되는 복수 개의 제2 빗살 라인이 서로 교번하여 배열되는 빗살전극 패턴을 포함한다.
이때, 정전용량 커패시터는 제1 전극 라인과 연결되어, 제2 전극 라인 쪽으로 연장되는 2개의 제1 메인 줄기 라인; 및 제2 전극 라인과 연결되어, 제1 전극 라인 쪽으로 연장되며, 상기 2개의 제1 메인 줄기 라인 사이에, 형성되는 제2 메인 줄기 라인을 포함하고, 복수 개의 제1 빗살 라인은 제1 메인 줄기 라인에서 분기되어 제2 메인 줄기 라인 쪽으로 형성되고, 복수 개의 제2 빗살 라인은 제2 메인 줄기 라인에서 분기되어, 2개의 제1 메인 줄기 라인 쪽으로 교번하여 형성된다. 제2 빗살 라인은 제2 메일 줄기 라인을 중심으로 대칭으로 형성되거나 비대칭으로 형성될 수 있다.
한편, 보호 필름이 베이스 필름 위에서 제1 및 제2 전극 라인과 정전용량 커패시터를 덮도록 형성될 수 있다.
이러한 보호 필름에는 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 상기 제1 및 제2 전극 라인 위치에 한 쌍의 센싱홀이 형성되어 있고, 각각의 센싱홀 주위에는 유도로가 형성되는 것이 바람직하다.
또한 보호 필름은 초소수성 표면 처리가 되는 것이 바람직하다.
베이스 필름 하부면에는 접지층이 배치되며, 접지층은 정전용량 커패시터가 형성되지 않은 위치에 대응하는 오목부가 형성될 수 있다.
바람직하게, 제1 및 제2 전극 라인 및 정전용량 커패시터는 2개의 금속층, 즉 베이스 필름 위에 형성된 제1 금속층; 및 제1 금속층 위에 형성된 제2 금속층을 포함하고, 제1 금속층은 구리를 포함하고, 제2 금속층은 니켈을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 정전용량형 누액 감지 장치는, 절연성 베이스 필름; 베이스 필름 상에서 길이 방향으로 연장되는 제1 전극 라인; 베이스 필름 상에서 상기 제1 전극 라인과 평행하게 이격되어 형성되는 제2 전극 라인; 및 베이스 필름 상에서 상기 제1 및 제2 전극 라인 사이에서 이들과 연결되어 상기 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성되는 복수 개의 정전용량 커패시터로 이루어지고, 상기 복수 개의 정전용량 커패시터 각각은 제1 전극 라인과 전기적으로 연결되고, 길이 방향으로 연장되는 2개의 제1 직선 줄기 라인; 제2 전극 라인과 전기적으로 연결되고, 길이 방향과 수직한 방향으로 연장되는 제2 직선 줄기 라인; 제1 직선 줄기 라인 각각으로부터 분기되어 나오는 복수 개의 제1 원호 줄기 라인; 제2 직선 줄기 라인으로부터 분기되어 나오는 복수 개의 제2 원호 줄기 라인으로 이루어진다.
이때, 복수 개의 제1 원호 줄기 라인과 복수 개의 제2 원호 줄기 라인은 서로 교번하여 배열되고, 복수 개의 제1 원호 줄기 라인 및 복수 개의 제2 원호 줄기 라인은 동심원 상으로 배치된다. 복수 개의 제1 원호 줄기 라인은 제1 직선 줄기 라인을 중심으로 대칭으로 형성되고, 복수 개의 제2 원호 줄기 라인은 제2 직선 줄기 라인을 중심으로 대칭으로 형성되며, 복수 개의 제1 원호 줄기 라인의 최외곽 줄기 라인은 제1 전극 라인과 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치는 서로 대향하는 전극 라인의 표면적을 크게 증대시키고, 균일 전기장과 주변 전기장에 의한 정전용량을 증가시킴으로써 신뢰성이 높아진다. 더욱이, 하나의 감지 장치로 다종의 누출 용액, 즉 물, 화학용액, 및 유기용제/오일의 누액을 동시에 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치는 접촉식 및 비접촉식의 감지가 모두 가능하고, 누액에 의한 감지 장지 자체의 손상을 최소화할 수 있다.
더욱이, 다른 기존의 누액 감지 장치들과 비교할 때, 설치 길이의 한계성을 극복하고, 다종의 누액을 한 개의 감지 장치로 감지할 수 있으며, 신뢰성과 가격 경쟁력이 높고, 설치 및 유지/보수가 용이한 특징을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 정전용량형 누액 감지 장치를 결합하여 I-I' 선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 정전용량형 누액 감지 장치의 단위 정전용량 커패시터를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 5은 초소수성 처리되지 않은 보호 필름과 초소수성 처리되지 않은 보호 필름에서의 화학용액 접촉각을 도시한 도면이다.
도 6은 보호 필름과 베이스 필름의 부착을 예시한 도면이다.
도 7a는 도 2의 정전용량 커패시터에서 전기장 분포를 설명하기 위한 도면이고, 도 7b는 도 7a의 등가 회로이며,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 분해 사시도로서, 도1의 감지장치에서 보호필름을 부착하지 않은 형태의 실시예의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 도 9의 정전용량 커패시터를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 11은 도 1의 실시예에 따른 정전용량 누액 감지 장치에서 누액에 따른 정전용량 측정값을 도시한 그래프이다.
도 12는 도 8의 실시예에 따른 정전용량 누액 감지 장치에서 누액에 따른 정전용량 측정값을 도시한 그래프이다.
도 13는 도 1 및 도 8의 실시예에 따른 정전용량 누액 감지 장치에서 용액 종류에 따른 정전용량 측정값을 도시한 그래프이다.
도 14는 평행판 커패시터(parallel plate capacitor)의 전기장 분포를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 정전용량형 누액 감지 장치를 결합하여 I-I' 선을 따라 절취한 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치는 베이스 필름(100) 상에 제1 및 제2 전극 라인(110, 120)과 복수 개의 정전용량 커패시터(130)가 위치하고, 제1 및 제2 전극 라인(110, 120)과 정전용량 커패시터(130)를 덮도록 베이스 필름(100)에 부착되는 보호 필름(200)을 포함한다.
베이스 필름(100)과 상부 보호 필름(200)은 절연성 필름으로 이루어지며, 내산성 및 내화학성이 우수한 재질, 예를 들어 PI, PET, PITE 등으로 이루어질 수 있다.
베이스 필름(100)은 제1 및 제2 전극 라인(110, 120)과 정전용량 커패시터(130)이 그 상부에 형성되기 위한 층으로서, 길이 방향을 따라 연장되는 리니어(linear) 형태를 가진다.
제1 전극 라인(110)과 제2 전극 라인(120)은 베이스 필름(100) 상에 길이방향을 따라 연장 형성되며, 서로 평행하게 이격되어 있다. 정전용량 커패시터(130) 각각은 빗살 전극형 패턴으로 형성되며, 각각은 제1 전극 라인(110)과 제2 전극 라인(120) 사이에서 이들과 연결되어 형성되며, 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성되어 있다.
도 4를 참조하면, 정전용량 커패시터(130) 각각은, 제1 전극 라인(110)에서 2개의 제1 메인 줄기 라인(131, 133)이 제2 전극 라인(120) 쪽으로 연장 형성되고, 복수 개의 제1 빗살 라인(132, 134)이 각각 제1 메인 줄기 라인(131, 133)에서 분기되어 형성된다. 한편, 제2 전극 라인(120)에서 1개의 제2 메인 줄기 라인(135)이 2개의 제1 메인 줄기 라인(131, 133) 사이의 가운데로 제1 전극 라인(110) 쪽으로 연장 형성되고, 복수 개의 제2 빗살 라인(136, 138)이 제2 메인 줄기 라인(135)에서 분기되어, 2개의 제1 메인 줄기 라인(131, 133) 쪽으로 교번하여 형성된다. 이때, 복수 개의 제1 빗살 라인(132, 134)와 복수 개의 제2 빗살 라인(136, 138)은 서로 교번하여 배열된다.
본 발명의 실시예에 따른 정전용량 커패시터(130)는 제2 메인 줄기 라인(135)가 2개의 제1 메인 줄기 라인(131, 133) 사이에서 위치할 뿐 아니라, 제1 빗살 라인(132, 134)와 제2 빗살 라인(136)이 서로 교번하여 배열된다. 또한, 제1 메인 줄기 라인(131, 133)과 제1 빗살 라인(132, 134)이 제1 전극 라인과 전기적으로 연결되고, 제2 메인 줄기 라인(135)과 제2 빗살 라인(136)이 제2 전극 라인과 전기적으로 연결된다.
도 4에는 제2 빗살 라인(136, 138)이 제2 메인 줄기 라인(135)를 중심으로 비대칭적으로 형성된 예시가 도시되어 있으나, 제2 메인 줄기 라인(135)를 중심으로 대칭적으로 형성할 수 있다.
이때, 각 라인의 폭, 각 라인 사이의 간격, 두께는 균일 전기장 및 주변 전기장의 분포에 주요한 영향을 미치며 감지 장치의 정전용량을 결정하는데 주요한 파라미터이다. 예시적으로, 각 라인의 폭은 0.5~2 mm 정도이고, 라인 사이의 간격은 1~3 mm 정도이며, 두께는 10~30 μm 정도이다.
따라서, 제1 전극 라인(110)에 양의 전압이 연결되고 제2 전극 라인(120)에 음의 전압이 연결되는 경우, 정전용량 커패시터의 각 줄기 라인들과 빗살 라인들에 의한 양전극과 음전극이 서로 마주하는 표면적이 커지게 되고, 큰 표면적에 의하여 정전용량 값도 커지게 된다.
한편, 제1 및 제2 전극 라인(110, 120) 및 정전용량 커패시터(130)는 전도성이 높은 특성을 가지면서도 화학용액이나 유기용제/오일 등에 부식되거나 용해되지 않는 내산성 및 내화학성이 높은 재질로 형성되어야 한다. 제1 및 제2 전극 라인(110, 120) 및 정전용량 커패시터(130)는 하나의 금속층으로 형성될 수 있고, 2개층 이상의 금속층으로 형성될 수도 있다. 2개의 금속층으로 형성되는 경우, 아래쪽에 형성되는 제1 금속층은 전기전도도가 높은 구리층을 10~20μm의 두께로 형성하고, 위쪽의 제2 금속층은 니켈층 0.5~1μm 두께로 형성할 수 있다. 제2 금속층인 니켈 층은 제1 금속층인 구리층이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
베이스 필름(100)의 하부면에는 접지층(300)이 형성되며, 접지층(300)은 구리 박막이 바람직하다. 이러한 접지층(300)은 베이스 필름과 지면 방향으로 양전극과 음전극 사이에서 발생하는 주변 전기장을 제거하고 전극과 지면의 균일 전기장만 유지함으로써 주변 전기장과 외부로부터 유입되는 노이즈 등을 차단하여 센서의 신뢰성 및 안정화를 증대시킨다. 접지층(300)은 베이스 필름(100)의 하부면의 적어도 일부에 형성되며, 접지층(300)의 면적이 클수록 후술하는 바와 같이 전체 정전용량값을 크게 할 수 있어서 바람직하다. 다만, 감지 장치가 커넥터와 연결되어 전원이 인가될 때 접지층(300)에 의하여 양전극과 음전극이 단락될 수 있기 때문에, 도 1에서와 같이 정전용량 커패시터가 형성되지 않는 대응 영역에서 접지층(300)에 오목부(310)를 형성함으로써, 접지 면적을 최대로 하면서도, 양전극과 음전극이 단락되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
보호 필름(200)은 베이스 필름(100)의 상부에 적층되어 제1 및 제2 전극 라인(110, 120)과 정전용량 커패시터(130)를 외부의 자극으로부터 보호하기 위한 층으로서, 특히 누액에 의하여 제1 및 제2 전극 라인(110, 120)과 정전용량 커패시터(130)가 손상되는 것을 방지하고, 전도성 누액이 발생할 경우 커패시터의 양전극과 음전극이 단락되는 것을 방지하게 된다.
보호 필름(200)에는 도 1 내지 도 3에서와 같이, 길이 방향을 따라 정전용량 커패시터(130)의 제2 메인 줄기 라인(135)의 위치에서 제1 전극 라인(110)과 제2 전극 라인(120) 위에 형성된 한 쌍의 센싱홀(210)을 가진다.
또한, 보호 필름(200)에는 초소수성 표면처리를 하여 누액의 접촉각을 크게 할 수 있다. 이러한 초소수성 처리는 보호 필름(200) 상부면에 소수성 폴리머를 도포하여 이루어질 수 있다. 이때, 소수성 폴리머 도포 전에 초친수성 층을 미소 원뿔 형태로 먼저 형성한 후, 이후 소수성 폴리머를 도포하여 이루어질 수도 있다.
도 5는 초소수성 처리되지 않은 보호 필름과 초소수성 처리된 보호 필름의 화학 용액 접촉각을 비교하여 도시한 도면이다.
도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 초소수성 처리되지 않은 폴리이미드(PI) 보호 필름에서 황산(H2SO4), 염산(HCl), 수산화칼륨(KOH), 가성소다(NaOH)의 접촉각은 그림에서처럼 각각 22°, 30°, 33°, 65°이다. 초소수성 표면처리를 한 보호 필름의 경우, 황산, 염산, 수산화칼륨, 가성소다의 접촉각은 각각 127°, 130°, 147°, 150°로 되어 방울 형태로 유지될 수 있다.
따라서, 보호 필름(200)에 초소수성 처리를 하는 경우, 초소수성 표면 위에 누출용액이 발생하면 누액은 증대된 접촉각을 갖고 방울형태를 유지하게 되어, 센싱홀(210) 주변으로 누액 방울이 빠르게 모이게 된다.
또한, 보호 필름(200)의 센싱홀(210) 주변에는 누액이 잘 모이도록 유도로(240)을 형성하여 센싱홀로 누액이 수렴하도록 할 수 있다.
이러한 유도로(240)는 센싱홀(210) 주변에 대략 방사상으로 형성할 수 있으며, 보호 필름(200)의 표면에 포토리소그라피 공정을 통해 형성할 수 있다. 이러한 보호 필름(200)의 초소수성 표면 처리와 유도로(240)의 형성은 소량의 누액도 센싱홀(210)로 수렴하게 함으로써 소량의 누액에도 감지가 가능하게 되어 센싱 시간 단축 등의 성능 향상을 구현할 수 있다.
본원의 발명자가 초소수성 표면 처리된 보호 필름과 표면 처리되지 않은 보호 필름을 사용하여 시험한 결과, 초소수성 표면 처리된 보호 필름을 사용하는 경우, NaOH 용액을 총 11방울 누액했을 때 떨어뜨린 방울들이 보호 필름(200)에 형성된 유도로(240)을 따라 합쳐지면서 센싱홀(210)로 모여들어 센싱홀(210) 사이가 용액으로 연결되었다. 같은 조건에서, 초소수성 표면 처리가 되지 않은 일반 보호 필름에 NaOH 용액을 누액한 경우 떨어뜨린 방울들이 충돌하면서 합체해도 무게중심의 이동 없이 부피만 증가하여 총 42방울을 누액했을 때 센싱홀(210) 사이가 용액으로 연결되었다.
도 6은 120℃의 상부 롤러와 230℃의 하부 롤러 사이에 초소수성 표면처리 및 유도로 패턴이 형성된 110μm 두께의 PI 라미네이션 포일로 된 보호 필름(200)과 제1 및 제2 전극 라인과 정전용량 커패시터가 형성된 베이스 필름(100)을 한 쌍의 가압 롤러(510, 520) 사이로 통과시켜 일정 압력을 가하면서 합지하는 기술을 나타낸 도면이다. 이때 가압 롤러(510)의 가열 온도는 120℃이고, 가입 롤러(520)의 온도는 230℃이다.
다음으로, 도 7a 및 도 7b를 참조하여, 도 1의 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치에 누액이 발생하는 경우 정전용량 커패시터(130)의 정전용량 값에 대하여 살펴본다
도 7a는 도 1의 실시예에 따른 누액 감지 장치의 전기장 분포를 도시한 도면이다. 양전극과 음전극 사이의 영역으로는 균일 전기장인 Eh가 형성되고, 양전극 및 음전극과 접지층(300) 사이에는 균일 전기장인 Ev가 형성되며, 양전극과 음전극 주변에는 주변 전기장 Eenv 가 형성된다. 본 발명에 따른 누액 감지 장치에서 전극의 폭과 두께는 매우 작지만 정전용량형 커패시터에는 각각의 라인을 형성하기 때문에, 전극의 표면적을 크게 증가할 수가 있어서 큰 정전용량 값을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 누액 감지 장치에서는 베이스 필름(100)의 하부면에 접지층(300)을 형성함으로써 균일 전기장을 증가시키고 외부로부터 유입되는 노이즈 등을 차단하여 감지 장치의 안정화를 증대시킨다. 이와 더불어, 베이스 필름 상부면에 한 쌍의 센싱홀(210)이 생성된 보호 필름(200)을 증착시켜서 전극라인 및 센싱 구조의 손상을 막고, 보호 필름의 표면에 생성되는 양 센싱홀(210)의 단락현상에 의하여 정전용량 값을 얻게 되어 감지 장치의 전체 정전용량 값을 증대시킬 수 있다.
도 7b은 도 7a의 감지 장치의 등가회로를 나타낸 그림이다. 본 그림에서 센서구조에서 생성되는 정전용량 값은 Csub, Cdir, Cins, Cmut, Csho, 그리고 Cair 로 구성되며, 균일 전기장(Eh, Ev)으로 형성된 정전용량 값은 Cdir 및 Csub이며, 주변 전기장(Eenv )으로 형성된 정전용량 값은 Cins, Cmut, Csho, 그리고 Cair 이다. 그리고 총 정전용량 값(Ctotal)은 위의 정전용량 값의 합으로 나타난다.
Ctotal = Csub + Cdir + Cins + Cmut + Csho + Cair
여기서, Csub는 베이스 층에서 생성되는 정전용량, Cdir은 전극 간 간격과 전극과 베이스 필름 사이의 정전용량, Cins는 보호 필름에서 생성되는 정전용량, Cmut(material under test)는 보호 필름 표면의 누출용액에서 발생되는 정전용량, Csho는 보호 필름 표면의 누출용액으로 양 센싱홀의 단락 현상으로 생성되는 정전용량, Cair는 공기 중에서 발생 되는 정전용량이다.
따라서, 본 발명에 따른 정전용량형 누액 감지 장치의 총 정전용량 값(Ctotal)을 크게 증가시킬 수 있다.
도 11은 도 1의 정전용량 누액 감지 장치에서 누액에 따른 정전용량을 측정하여 도시한 그래프이다. 보호 필름(200)의 센싱홀(210) 위에 물, 수산화나트륨 및 황산 용액을 전극 및 커패시터 표면에 비 접촉(non－contact)되게 하고 일정한 라인 폭(1mm)에 라인 간 간격을 변화 (1~3mm) 시키면서 정전용량 값을 측정하였다. 도 11에서 물은 ~수백 pF 정도, 수산화나트륨 및 황산은 ~수백 nF 정도의 정전용량 값이 측정되어, 각 용액의 정전용량 값이 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 사시도이다. 도 8의 정전용량형 누액 감지 장치는 도 1의 감지 장치에서 보호 필름을 부착하지 않은 형태의 실시예이다.
도 8의 정전용량형 누액 감지 장치에서는 누액이 되면, 용액이 직접 정전용량 커패시터(130)의 각 라인에 직접 접촉하게 된다. 도 12에는 보호 필름이 없는 도 8의 정전용량형 누액 감지 장치에 물, 수산화나트륨 및 황산 용액을 전극 라인 및 정전용량 커패시터(130) 표면에 직접 접촉(direct contact)하게 하고 일정한 전극 폭(1mm)에 전극 간 간격을 변화 (1~3mm) 시키면서 정전용량을 측정한 그래프이다. 물은 ~수백 nF 정도, 수산화나트륨 및 황산은 ~수백 μF 정도의 정전용량 값이 측정되어, 본 실시예에서도 각 용액의 정전용량 값이 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 도 1의 실시예에 따른 누액 감지 장치(적색 선)와 도 8의 실시예에 따른 누액 감지 장치(청색 선)의 정전용량을 측정하여 비교한 그래프이다. 그래프는 누액된 용액이 전극라인과 커패시터에 각각 비 접촉 (non-contact)과 접촉 (direct contact) 시 용액 종류에 따른 정전용량 측정값을 보여준다. 유전상수가 공기와 비슷한 자일렌이나 경우는 공기 중에서의 정전용량 값과 거의 같은 값을 얻었지만, 상대적으로 유전상수가 큰 에탄올이나 메탄올의 정전용량 측정값은 상대적으로 높다.
이러한 결과에 따르면, 보호 필름을 사용하지 않는 직접 접촉의 누액 감지 장치에서 정전용량이 더 크나, 보호 필름을 사용하는 경우 전극 라인이나 정전용량 커패시터를 보호할 수 있는 이점이 있다. 더욱이, 보호 필름의 사용하거나 하지 않는 경우 모두, 물, 화학용액 및 유기용제의 누액에 대한 정전용량 측정값이 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 누액 감지 장치는 하나의 장치로서 다종의 누액을 감지할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정정용량형 누액 감지 장치를 설명한다. 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치를 도시한 분해 사시도로서, 본 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치는 도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 정전용량형 누액 감지 장치와 유사하나 정전용량 커패시터(150)가 링전극형 패턴을 포함하는 점이 다르다.
도 10를 참조하면, 정전용량 커패시터(150) 각각은, 제1 전극 라인(110)과 전기적으로 연결되고 길이 방향으로 연장되는 2개의 제1 직선 줄기 라인(151, 153)과, 제2 전극 라인(120)과 전기적으로 연결되고 길이 방향과 수직한 방향으로 연장되는 제2 직선 줄기 라인(155)을 포함한다. 이때, 2개의 제1 직선 줄기 라인(151, 153)에서 복수 개의 제1 원호 줄기 라인(152, 154)이 각각 분기되어 나오며, 복수 개의 제1 원호 줄기 라인(152, 154)는 각각 제1 직선 줄기 라인(151, 153)을 중심으로 대칭으로 형성된다. 제2 직선 줄기 라인(155)에서는 복수 개의 제2 원호 줄기 라인(156)이 제2 직선 줄기 라인(155)을 중심으로 대칭으로 형성된다. 또한, 복수 개의 제1 원호 줄기 라인(152)와 제2 원호 줄기 라인(156)은 서로 교번하여 배열되고, 제1 원호 줄기 라인(154)와 제2 원호 줄기 라인(156)은 서로 교번하여 배열된다.
또한, 복수 개의 제1 원호 줄기 라인(152, 154)와 복수 개의 제2 원호 줄기 라인(156)은 동심원 상으로 배치되고, 복수 개의 제1 원호 줄기 라인(152)의 최외곽 줄기 라인은 제1 전극 라인(110)과 연결되는 형상이다.
본 발명의 실시예에 따른 정전용량 커패시터(150)는 복수 개의 제1 원호 줄기 라인(152, 154)와 제2 원호 줄기 라인(156)이 동심원 상으로 배치되면서 서로 교번하여 배열됨으로써, 양전극과 음전극이 서로 마주하는 표면적이 커지게 되고, 큰 표면적에 의하여 정전용량 값도 커지게 된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 베이스 필름
110: 제1 전극 라인
120: 제2 전극 라인
130, 150: 정전용량 커패시터
131, 133: 제1 메인 줄기 라인
132, 134: 제1 빗살 라인
135: 제2 메인 줄기 라인
136, 138: 제2 빗살 라인
151, 153: 제1 직선 줄기 라인
152, 154: 제1 원호 줄기 라인
155: 제2 직선 줄기 라인
156, 158: 제2 원호 줄기 라인
200: 보호 필름
210: 센싱홀
240: 유도로
300: 접지층
310: 오목부
510, 520: 가압 롤러

Claims (14)

  1. 정전용량형 누액 감지 장치로서,
    절연성 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 상에서 길이 방향으로 연장되는 제1 전극 라인;
    상기 베이스 필름 상에서 상기 제1 전극 라인과 평행하게 이격되어 형성되는 제2 전극 라인; 및
    상기 베이스 필름 상에서 상기 제1 및 제2 전극 라인 사이에서 이들과 연결되어 상기 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성되는 복수 개의 정전용량 커패시터
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 정전용량 커패시터 각각은
    상기 제1 전극 라인과 연결되어, 제1 전극 라인과 수직하게 상기 제2 전극 라인 쪽으로 연장 형성되는 2개의 제1 메인 줄기 라인; 및
    상기 제2 전극 라인과 연결되어, 제2 전극 라인과 수직하게 상기 제1 전극 라인 쪽으로 연장 형성되며, 상기 2개의 제1 메인 줄기 라인 사이에, 형성되는 제2 메인 줄기 라인;
    상기 2개의 제1 메인 줄기 라인과 연결되어, 상기 제1 메인 줄기 라인과 수직하게 상기 제2 메인 줄기 라인 쪽으로 연장 형성되는 복수 개의 제1 빗살 라인과;
    상기 제2 메인 줄기 라인과 연결되어, 상기 제2 메인 줄기 라인과 수직하게 상기 2개의 제1 메인 줄기 라인 쪽으로 연장 형성되는 복수 개의 제2 빗살 라인
    을 포함하고, 상기 복수 개의 제1 빗살 라인과 상기 복수 개의 제2 빗살 라인은 서로 교번하여 배열되며, 상기 복수 개의 제2 빗살 라인은 제2 메인 줄기 라인을 중심으로 비대칭으로 형성되는 빗살전극 패턴을 포함하는
    정전용량형 누액 감지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 정전용량형 누액 감지 장치로서,
    절연성 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 상에서 길이 방향으로 연장되는 제1 전극 라인;
    상기 베이스 필름 상에서 상기 제1 전극 라인과 평행하게 이격되어 형성되는 제2 전극 라인; 및
    상기 베이스 필름 상에서 상기 제1 및 제2 전극 라인 사이에서 이들과 연결되어 상기 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성되는 복수 개의 정전용량 커패시터
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 정전용량 커패시터 각각은
    상기 제1 전극 라인과 전기적으로 연결되고, 길이 방향으로 연장되는 2개의 제1 직선 줄기 라인;
    상기 제2 전극 라인과 전기적으로 연결되고, 길이 방향과 수직한 방향으로 연장되는 제2 직선 줄기 라인;
    상기 제1 직선 줄기 라인 각각으로부터 분기되어 나오는 복수 개의 제1 원호 줄기 라인; 및
    상기 제2 직선 줄기 라인으로부터 분기되어 나오는 복수 개의 제2 원호 줄기 라인
    을 포함하고,
    상기 복수 개의 제1 원호 줄기 라인과 상기 복수 개의 제2 원호 줄기 라인은 서로 교번하여 배열되고,
    상기 복수 개의 제1 원호 줄기 라인 및 상기 복수 개의 제2 원호 줄기 라인은 동심원 상으로 배치되고,
    상기 복수 개의 제1 원호 줄기 라인은 상기 제1 직선 줄기 라인을 중심으로 대칭으로 형성되고,
    상기 복수 개의 제2 원호 줄기 라인은 상기 제2 직선 줄기 라인을 중심으로 대칭으로 형성되는
    정전용량형 누액 감지 장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 원호 줄기 라인 중 최외곽 줄기 라인은 제1 전극 라인과 연결되는 정전용량형 누액 감지 장치.
  8. 제1항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 라인과 정전용량 커패시터가 배치되는 베이스 필름 위에 배치되는 보호 필름
    을 더 포함하는
    정전용량형 누액 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보호 필름은
    상기 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 상기 제1 및 제2 전극 라인 위치에 형성되는 한 쌍의 센싱홀
    을 포함하는 정전용량형 누액 감지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보호 필름에는 각각의 센싱홀 주위에 형성된 유도로가 형성된
    정전용량형 누액 감지 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 보호 필름은 초소수성 표면 처리가 되어 있는 정전용량형 누액 감지 장치.
  12. 제1항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 필름 하부면에 배치되는 접지층
    을 더 포함하는 정전용량형 누액 감지 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 접지층은 상기 정전용량 커패시터가 형성되지 않는 위치에 대응하는 오목부가 형성된
    정전용량형 누액 감지 장치.
  14. 제1항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 라인 및 상기 정전용량 커패시터는
    베이스 필름 위에 형성된 제1 금속층; 및
    상기 제1 금속층 위에 형성된 제2 금속층
    을 포함하고,
    상기 제1 금속층은 구리를 포함하고, 제2 금속층은 니켈을 포함하는 정전용량형 누액 감지 장치.
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