KR102396646B1

KR102396646B1 - 보호 장치

Info

Publication number: KR102396646B1
Application number: KR1020207019497A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 헤어
Original assignee: 키스틀러 홀딩 아게
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2022-05-10
Also published as: JP2021509960A; DK3737926T3; US20210063264A1; FI3737926T3; US11686639B2; EP3737926B1; CN111602043B; KR20200093644A; WO2019137772A1; JP6942895B2; CN111602043A; EP3737926A1

Abstract

본 발명은 센서(2)의 멤브레인(3)용 보호 장치(1)에 관한 것으로; 상기 센서(2)는 물리적 파라미터를 검출하며, 상기 물리적 파라미터는 매체에 의해 전송되고, 상기 매체는 멤브레인(3)에 작용하며; 상기 보호 장치(1)는 센서(2)에 부착될 수 있고; 상기 보호 장치(1)는 길이방향 축(Z)을 가지며; 상기 보호 장치(1)는 센서(2)에 부착될 때 적어도 하나의 방사선 소스(9)로부터의 전자기 방사선으로부터 멤브레인(3)을 보호하며; 상기 보호 장치(1)는 적어도 하나의 통로(7)를 포함하고, 보호 장치(1)가 센서(2)에 부착될 때 상기 통로(7)를 통해 매체가 멤브레인(3)에 도달할 수 있으며; 보호 장치(1)가 센서(2)에 부착될 때 상기 통로(7) 내에서 전자기 방사선이 전파될 수 있으며; 통로(7) 내에서 전파되는 전자기 방사선은 멤브레인(3)에 도달하기 위해 먼저 통로의 벽 또는 간단히 통로 벽(71)에서 적어도 1 회 반사되어야 한다.

Description

보호 장치

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 센서에 부착되는 보호 장치에 관한 것이다.

센서는 물리적 파라미터를 검출하여, 이상적인 조건 하에서 물리적 파라미터에 상응하는 센서 신호를 제공한다. 이러한 목적을 위해, 물리적 파라미터에 대한 감도를 갖는 센서 소자가 센서 내에 배치된다. 보통, 센서 소자는 멤브레인과 같은 센서의 보호 층에 의해, 예를 들어 분진 및/또는 액체 및/또는 가스 및/또는 전자기 방사선과 같은 특정의 외부 영향으로부터 보호된다. '및/또는'이라는 용어는 비배타적인 선언(disjunction)으로 이해되어야 한다. 멤브레인은 일반적으로 금속 또는 금속 합금 또는 플라스틱으로 제작된다. 매체는 물리적 파라미터의 캐리어(carrier)로서, 멤브레인에 작용한다

멤브레인은 외부 영향에 노출된다. 외부 영향은 온도, 압력 등이다.

물리적 파라미터는 예를 들면, 압력이다. 압력을 검출하는 센서의 경우에, 가스 또는 액체가 물리적 파라미터의 캐리어이며, 멤브레인에 작용한다. 하지만, 압력 센서의 센서 소자는 센서 신호에 바람직하지 않은 영향을 나타내는 온도 의존성을 갖는다.

온도 변화를 초래하는 열 에너지는 열 전도를 통해 매체에 의해서만 전달되는 것이 아니라, 대류에 의한 열 연행(heat entrainment)에 의해 전달될 뿐만 아니라 전자기 방사선인 열 복사에 의해서도 전달된다. 이하에서, 전자기 방사선이라는 용어는 열 복사와 교환 가능하게 사용된다.

멤브레인 근처에서 불꽃이 점화되면, 멤브레인에 작용하는 전자기 방사선이 급속히 증가한다. 불꽃이 소멸될 때에는, 멤브레인에 작용하는 전자기 방사선이 급속히 감소한다. 발생하는 입사 전자기 방사선을 멤브레인이 부분적으로 또는 완전히 흡수하는 경우, 멤브레인의 온도가 상승하게 된다. 이 멤브레인 온도의 상승은 적어도 일부가 센서 소자에 전달되며, 이에 의해 검출된 센서 신호에 영향을 미치거나 센서 소자를 손상시킨다. 센서 신호에 대한 이 영향은 물리적 파라미터의 부정확한 값들의 검출을 초래하지만; 이하에서 상기 검출된 물리적 파라미터는 온도 자체는 아니다.

재료, 예를 들면 멤브레인 또는 센서 소자의 급속히 발생하는 온도 변화는 열 충격(thermal shock)이라고도 지칭되며, 매체가 연소되는 곳에서, 예를 들면 내연 기관의 압력 챔버 내 등에서 발생한다. 내연 기관은 방켈(Wankel), 가솔린, 디젤 엔진 등과 같은 4 행정 및 2 행정 엔진들을 포함한다. 열 충격은 가스 터빈 내, 제트 엔진 내, 로켓 엔진 내, 증기 터빈 내, 및 증기 엔진 내 등의 구조와 같은 압력이 지배하는 다른 체적 내에서도 또한 발생한다. 이하에서는, 내연 기관의 압력 챔버 및 압력이 지배하는 위에서 언급된 체적이 총칭적으로 압력 챔버라 지칭된다. 시간 경과에 따라 느린 변화를 나타내는 거의 일정한 주위 온도와 대조적으로, 압력 챔버 내에 배치된 센서의 센서 신호에 대한 열 충격의 영향은 교정(calibration)의 맥락에서 최소화될 수 없거나 불충분하게 최소화될 뿐이다.

또한, 온도가 멤브레인의 재료에 대한 재료 의존 문턱값(material-dependent threshold value)을 초과하면, 멤브레인은 열 충격에 의해 손상되게 된다. 또한, 반복된 열 충격은 멤브레인의 노화를 야기하며, 그 결과 멤브레인에 노화 관련 손상을 초래한다.

전방 영역에 멤브레인이 구비된 센서의 전방 영역에 부착되는 멤브레인 보호체가 EP2024710A1으로부터 알려져 있는데, 이 멤브레인 보호체는 최대 500 ℃의 온도를 견딜 수 있다. 일 실시예에서, 멤브레인 보호체는 측정 대상 정보를 반송하는(carrying) 매체가 통과할 수 있는 복수의 개구부(통로)를 포함한다. 통로들의 직경은 화염의 침투를 방지하여 멤브레인 보호체가 화염 보호체가 되도록 선택된다.

이는 매체 측의 적어도 하나의 방사선 소스에 의해 발생된 전자기 방사선이 통로를 통해 멤브레인에 직접 작용할 수 있고, 이는 열 충격으로 이어질 수 있다는 단점을 갖는다. 이는 센서 신호에 영향을 미쳐서, 물리적 파라미터의 부정확한 값들이 검출되게 된다. 전자기 방사선의 강도에 따라, 전자기 방사선은 멤브레인 및/또는 센서 소자를 손상시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 통로 내를 전파하는 전자기 방사선이 멤브레인에 도달하기 전에 통로의 벽으로부터 적어도 1 회 반사되며, 이에 의해 멤브레인에 충돌하는 전자기 방사선의 강도가 저감되는 구성으로, 센서의 멤브레인용 보호 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 검출 대상 물리적 파라미터의 캐리어인 매체가 가능한 한 방해받지 않고 멤브레인에 작용할 수 있는 구성으로 보호 장치를 제공하는 것이다.

이들 목적 중 적어도 하나가 독립항의 특징적 기능들에 의해 달성되었다.

본 발명은 센서의 멤브레인용 보호 장치에 관한 것으로; 상기 센서는 물리적 파라미터를 검출하며, 상기 물리적 파라미터는 매체에 의해 전송되고, 상기 매체는 멤브레인에 작용하며; 상기 보호 장치는 센서에 부착할 수 있고; 상기 보호 장치는 길이방향 축을 가지며; 상기 보호 장치는 센서에 부착될 때 적어도 하나의 방사선 소스의 전자기 방사선으로부터 멤브레인을 보호하며; 상기 보호 장치는 적어도 하나의 통로를 포함하고, 보호 장치가 센서에 부착될 때 상기 통로를 통해 매체가 멤브레인에 도달할 수 있으며; 보호 장치가 센서에 부착될 때 상기 통로 내에서 전자기 방사선이 전파될 수 있으며; 통로 내에서 전파되는 전자기 방사선은 멤브레인에 도달하기 전에 먼저 통로의 벽 또는 간단히(shortly) 통로 벽으로부터 적어도 1 회 반사된다.

이와 같이, 멤브레인에 충돌하는 전자기 방사선의 강도는 전자기 방사선이 통로의 벽에서 반사되지 않고 방사선 소스로부터 멤브레인으로 전파될 수 있는 통로를 갖는 보호 장치에 비해 저감된다.

방사선 소스로부터의 전자기 방사선의 전파는 공간에서 방사상으로 및 직선 방향으로 발생한다.

전자기 방사선 또는 간단히 방사선이 보호 장치에 충돌할 때, 방사선이 방사선 소스로부터 멤브레인에 도달하기 위해서는 본 발명에 따르면 통로의 벽 또는 간단히 통로 벽에서의 적어도 1 회의 반사가 필수적이다. 방사선이 통로 벽에 충돌하면, 상기 방사선은 부분적으로 흡수되고, 부분적으로 반사되고, 부분적으로 산란되며, 그 후에 방사선은 통로 벽으로부터 방사상으로 및 직선 방향으로 다시 전파되게 된다.

방사선의 반사는 표면으로부터 방사선의 지향된 반사(directed reflection)를 의미하는 것으로 이해되는 한편, 방사선의 산란은 표면으로부터 방사선의 확산 반사(diffuse reflection)를 의미하는 것으로 이해된다. 흡수는 열 에너지가 표면에 공급되도록 표면에서 방사선의 열 에너지로의 변환을 의미하는 것으로 이해된다.

그래서, 방사선이 통로 벽에 충돌한 후에, 통로 내에서 전파되는 방사선의 강도는 저감된다. 이는 통로 벽에 의한 방사선의 일부의 흡수에 의한 것이다. 이는 또한 멤브레인에 도달할 수 없도록, 간단히 매체 측으로 지칭되는 멤브레인과 반대로 향하는 보호 장치 측의 통로로부터 방사선이 방출되는 방향으로의 방사선의 부분적인 반사 및 산란에 의한 것이기도 하다. 이는 각각 후방 산란 또는 후방 반사로 알려져 있다.

통로 벽에의 단 1 회의 충돌 후에도 방사선의 미소 분량만이 멤브레인에 충돌할 수 있다. 방사선의 대부분이 통로 벽에 여러 번 충돌하며, 그 강도는 위에서 언급된 흡수로 인해 각 충돌마다 감소한다. 후방 산란 및 후방 반사는 멤브레인에 도달하는 방사선의 강도를 추가로 저감시킨다. 따라서, 멤브레인에 도달하는 방사선은 종래 기술의 보호 장치를 통해 멤브레인에 도달하는 방사선에 비해 수배 적다.

또한, 검출 대상 정보에 대한 보호 장치의 기하학적 구조의 영향을 최소화하기 위해 매체는 가능한 한 방해받지 않고 보호 장치를 통과할 수 있어야 한다. 통로의 유동 저항이 높으면, 통로를 통과하는 매체의 유동 저항으로 인해 압력의 변화가 지연된 방식으로 멤브레인에 작용하게 된다. 유동 저항은 통로의 안치수(clear width) 및 통로를 통한 매체의 경로 길이에 의존한다. 통로의 안치수는 평면에 투영된 통로의 면적이다. 따라서, 압력 변화에 대한 컷오프 주파수가 존재하며, 그래서 이 컷오프 주파수의 역수보다 더 빠르게 발생하는 압력 변화는 시간 경과에 따른 압력 프로파일의 관점에서 불충분한 정확도로만 검출될 수 있다.

또한, 보호 장치와 센서의 조합은 적어도 하나의 공진 주파수를 갖는 헬름홀츠 공진기(Helmholtz resonator)를 나타내므로, 통로들은 공진 주파수를 갖는다. 역 공진 주파수의 범위에서 시간 스케일에서 발생하는 압력 변화의 검출은 부정확하다. 공진 주파수는 보호 장치와 멤브레인 사이의 체적 및 통로들의 안치수에 의존한다. 통로의 안치수는 평면에 투영된 통로의 면적이다.

센서에 부착된 보호 장치는 멤브레인 측으로 지칭되는, 센서의 멤브레인과 대면하는 표면을 포함한다. 멤브레인과 반대로 향하는 보호 장치 측은 매체 측으로 지칭된다. 통로들은 매체 측으로부터 멤브레인 측으로 연장된다.

보호 장치의 구성은 멤브레인의 표면에 대한 멤브레인 측 또는 매체 측에서의 통로들의 안치수의 합의 비(ratio)가 적어도 0.25가 되도록 이루어진다. 이는 공진 주파수 및 컷오프 주파수를 증가시키고, 내연 기관에서 발생하는 것과 같은 급속한 압력 변화가 공진 주파수의 모든 영향을 배제한 상태로 검출된다.

이하에서는, 본 발명이 도면을 참조하여 예로서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 설치 부분에 센서를 포함하는 바람직한 실시예의 보호 장치의 단면도로서, 센서는 명료성을 위해 단면 해칭으로 표시되어 있지는 않다.
도 2는 도 1에 따른 보호 장치의 실시예를 통한 길이방향 축에 평행한 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 보호 장치의 도면이다.
도 4는 설치 부분에 센서를 포함하는 다른 실시예의 보호 장치의 단면도로서, 센서는 명료성을 위해 단면 해칭으로 표시되어 있지는 않다.
도 5는 도 4에 따른 보호 장치의 실시예를 통한 길이방향 축에 평행한 단면도이다.
도 6은 도 4에 따른 보호 장치의 도면이다.

도 1은 설치 부분(4)에 센서(2)를 포함하는 바람직한 실시예의 보호 장치(1)의 단면도를 도시한다. 센서(2)는 명료성을 위해 단면 해칭(빗금)으로 표시되어 있지는 않다.

센서(2)는 길이방향 축(Z)을 따라 실질적으로 막대 형상(rod-shaped)이다. 센서(2)는 설치 부분(4)에 통합된다. 유리하게는, 센서(2)는 설치 부분(4)에 도입된다. 설치 부분(4)은 물리적 파라미터가 검출되게 되는 챔버 체적(11)을 한정한다. 물리적 파라미터의 캐리어(carrier)인 매체는 챔버 체적(11) 내에 있다. 센서(2)는 챔버 체적(11)과 대면하는 센서(2)의 그 단부에서 제1 반경방향 축(X)에 평행하고 제2 반경방향 축(Y)에 평행하게 연장되는 멤브레인(3)을 포함한다. 길이방향 축(Z), 제1 반경방향 축(X), 및 제2 반경방향 축(Y)은 직교 시스템을 형성한다. 제1 반경방향 축 및 제2 반경방향 축은 반경방향 평면(XY)을 형성한다. 매체는 멤브레인(3)에 작용한다.

일 실시예에서, 챔버 체적은 내연 기관의 압력 챔버의 챔버 체적이다.

혹은, 제1 및 제2 반경방향 축(X, Y)에 의해 확장되는 반경방향 평면(XY)은 아래에서 반경(R) 및 극각(polar angle)(W)으로 기술된다. 반경(R), 극각(W), 및 길이방향 축(Z)은 원통 좌표계를 형성한다.

바람직한 실시예에서, 보호 장치(1)는 디스크 형상의 포트 바닥(pot bottom)(5)과 중공 원통형의 포트 벽(pot wall)(6)을 포함하는 포트 형상이며, 상기 중공 원통형의 포트 벽(6)은 길이방향 축(Z)을 갖는다. 포트 벽(6)과 포트 바닥(5)은 일체로 형성되거나 재료 결합에 의해 서로 연결된다.

보호 장치(1)는 센서(2)에 부착될 수 있다. 센서(2)에 부착되는 경우, 보호 장치(1)는 적어도 하나의 방사선 소스(9)의 전자기 방사선으로부터 멤브레인(3)을 보호하는데, 상기 방사선 소스(9)는 챔버 체적(45) 내에 배치된다.

센서(2)에 부착된 보호 장치(1)는 중공 원통형의 포트 벽(6)의 내측 표면이 센서(2)의 외측 표면과 대면하고 멤브레인(3)이 포트 바닥(5)의 멤브레인 측(31)과 대면하도록 배치된다. 디스크 형상의 포트 바닥(5)의 타측은 매체 측(41)이라고 한다. 멤브레인(3)과 포트 바닥(5)은 실질적으로 평행하게 배향되고 길이방향 축(Z)을 따라 서로 이격된다. 따라서, 보호 장치(1)는 멤브레인(3)과 챔버 체적(45) 사이에 배치되고, 센서(2)의 길이방향 축(Z)은 중공 원통형의 포트 벽(6)의 길이방향 축(Z)과 일치한다.

일 실시예에서, 보호 장치(1)는 예를 들어, 용접 연결부에 의해 센서(2)에 일체로 연결된다.

다른 실시예에서, 보호 장치(1)는 강제 잠금 연결부(force-locking connection)에 의해, 예를 들면 나사 연결부 또는 클램프 부재에 의해 센서(2)에 연결된다.

또 다른 실시예에서, 보호 장치(1)는 형태 잠금 연결부(form-locking connection)에 의해, 예를 들면 베이요닛 캐치(bayonet catch)에 의해 센서(2)에 연결된다.

멤브레인(3), 포트 바닥(5), 및 포트 벽(6)은 간단히 멤브레인 체적(35)으로 지칭되는, 멤브레인 측 체적(volume on the membrane side)을 둘러싼다.

포트 바닥(5)에는 적어도 하나의 통로(7)가 형성되어, 보호 장치(1)가 센서(2)에 부착되면, 매체가 상기 통로(7)를 통하여 매체 측(41)의 챔버 체적(45)으로부터 멤브레인 측(31)의 멤브레인 체적(35)으로 통과한다. 보호 장치(1)가 센서(2)에 부착되면, 전자기 방사선은 통로(7) 내에서 전파될 수 있다.

본 발명에 따르면, 보호 장치(1)의 포트 바닥(5)에 있는 통로(7)는 챔버 체적(45) 내의 방사선 소스(9)로부터 통로(7) 내로 전파되는 전자기 방사선이 멤브레인(3)에 도달하기 전에 먼저 통로 벽(71)으로부터 적어도 1 회 반사되도록 구성된다.

멤브레인 측(31)의 위치와 매체 측(41)의 위치 사이에는 통로(7)를 통한 직선 연결이 없다.

도 2는 단면 평면이 길이방향 축(Z)을 따라서 및 반경(R)을 따라 연장되고 극각(polar angle)(W)이 일정한, 보호 장치(1)의 바람직한 제1 실시예를 나타낸다. 포트 바닥(5)은 도 3에 표시된 사전 정의된 폭(B)을 갖는 적어도 하나의 통로(7)를 포함하는데, 통로(7)는 90°로 꺾인 문자 v와 유사한 형상으로 단면 평면에서 연장된다. V 자형 통로의 경로는 반경방향 평면(XY)에서 통로의 중심을 나타내는 단면 평면에서 궤적으로 표시되는데, 이 궤적은 반경(R)을 길이방향 축 상의 위치의 함수로서 나타내고, 길이 방향(Z)으로 진행함에 따라, 궤적의 반경은 포트 바닥(5)의 멤브레인 측(31)과 포트 바닥(5)의 매체 측(41) 사이의 대략적인 중간 지점까지 폭(B)보다 더 증가한다. 포트 바닥(5)의 멤브레인 측(31)과 포트 바닥(5)의 매체 측(41) 사이의 대략 중간에 있는 이 지점으로부터, 궤적의 반경(R)은 다시 폭(B)보다 더 감소한다. 이러한 궤적의 형상으로 인해, 멤브레인 측(31)과 매체 측(41) 사이에는 통로(7)를 통한 직선 연결이 없다. 방사선 소스(9)로부터 유래하며 또한 통로(7) 내로도 어느 정도 직선적으로 전파되는 전자기 방사선은 멤브레인(3)에 도달하기 전에 먼저 통로 벽(71)으로부터 적어도 1 회 반사된다.

길이방향 축(Z)에 수직인 각 평면에 대해, 통로(7)는 극각(W)을 따라 일정한 반경(R) 상의 적어도 하나의 원호(circular arc)를 나타내는데, 원호의 중심각(A)은 도 3에 도시된 바와 같이 355°미만이다. 중심각(A)은 원호가 그 일부인 원의 중심으로부터 원호의 양 단부까지 연장되는 2 개의 직선 사이의 각이다. 복수의 통로가 동일한 반경(R) 상에 위치되는 경우, 이들 원호의 중심각(A)의 합은 355°보다 작게 된다. 통로(7)의 원호에 의해 점유되지 않은 적어도 5°의 나머지 각도는 포트 바닥(5)을 안정화시키는 역할을 하며, 포트 바닥(5)이 통로(7)의 원호에 의해 복수의 개별 부분으로 분할되는 것을 방지한다.

유리하게는, 복수의 통로(7)는 상이한 통로들(7)의 통로 벽들(71)이 서로 간섭하는 일 없이, 상이한 반경(R)으로 매체 측(41)에서 시작하여 길이방향 축(Z)을 따라 v 자형을 이루며 멤브레인 측(31)에서 상이한 반경(R)으로 종료되도록 포트 바닥(5)에 배열된다. 이와 같이, 적어도 포트 바닥(5)의 멤브레인 측(41) 또는 포트 바닥(5)의 매체 측(41)에서의 통로들(7)의 안치수(clear widths)의 합은, 멤브레인(3)의 표면에 대한 통로들(7)의 안치수의 합의 비(ratio)가 적어도 0.25가 되도록 이루어진다. 통로(7)의 안치수는 평면, 예를 들면 매체 측(41) 또는 멤브레인 측(31)의 포트 바닥(5)의 표면의 평면에 투영된 통로(7)의 면적이다.

바람직한 실시예에서, 보호 장치(1)는 유리하게는 금속 또는 금속 합금으로 제작된다. 특히 유리한 실시예에서, 보호 장치(1)는 500 ℃ 초과의 온도에 견디는 금속 또는 금속 합금으로 제작된다.

다른 실시예에서, 보호 장치(1)는 세라믹 재료, 예를 들면 질화 규소로 제작된다.

바람직한 실시예에서, 보호 장치(1)는 유리하게는 선택적 레이저 소결 또는 선택적 레이저 용융에 의해 제조되는데, 이 방법은 분쇄 재료, 예를 들면 합금 또는 금속 또는 세라믹 재료의 국소 용융(local melting)을 기초로 한다. 분쇄 재료의 층별(layer-by-layer) 적층 및 선택적 용융은 전술한 복잡한 형상의 통로(7)의 제조를 가능케 한다.

하지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 노즐에 의한 특정 위치에의 금속 분말의 표적화 적층(targeted deposition)으로 이루어지며 이 위치로 이송되는 동안에 분말이 레이저에 의해 용융되는, 레이저 금속 적층 또는 직접 금속 적층과 같은 다른 제조 방법을 이용할 수도 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 통로(7)의 통로 벽(71)은 간단히 조도(roughness: 거칠기)라 불리는 DIN EN ISO 4287: 2010에 따른 높은 산술 평균 조도 값을 갖는데, 이는 적어도 5 마이크로미터이다. 이에 의해, 입사 전자기 방사선은 반사될뿐만 아니라 산란된다. 유리하게는, 반사된 전자기 방사선의 직접 반사된 분율, 즉 반사율은 80 % 미만이다. 이는 통로 벽(71)에서 반사되며 그래서 매체 측(41)으로부터 멤브레인 측(31)으로 전파될 수 있는 전자기 방사선의 비율을 최소화하며, 멤브레인(3)에 대한 전자기 방사선의 영향을 저감시킨다.

도 4는 보호 장치(1)의 다른 바람직한 실시예를 단면도로 도시한다. 센서(2)는 명료성을 위해 단면 해칭으로 표시되어 있지는 않다.

보호 장치(1)는 디스크 형상의 포트 바닥(5) 및 중공 원통형의 포트 벽(6)을 포함하는 포트 형상이다. 디스크 형상의 포트 바닥(5)은 평행하게 서로 상하 관계로 배치되고 재료 결합에 의해 연결된 적어도 2 개의 디스크 형상의 포트 바닥 부분(34, 31)을 포함한다. 적어도 하나의 포트 바닥 부분(34)은 포트 바닥 부분(51)의 표면의 외주에서 다른 포트 바닥 부분(31)과 대면하는 측의 표면의 외주 둘레 전체에 형성된 길이방향 축(Z) 방향으로의 리브형 돌출부(53)를 포함한다. 이 리브형 돌출부(53)는 다른 포트 바닥 부분(52)에 맞닿는다. 포트 바닥 부분들(51, 52)은 리브형 돌출부(53)를 따라 재료 결합에 의해 연결되며, 이 재료 연결은 도 4 및 도 5에 검정 삼각형으로 표시되어 있다. 포트 바닥(5)의 외주 상의 리브형 돌출부(53)는 포트 바닥 부분들(34, 31) 사이에 중간 체적(intermediate volume)(55)으로 지칭되는 체적을 형성한다.

포트 벽(6)과 하나의 포트 바닥 부분(51)은 일체로 형성되거나 재료 결합에 의해 연결된다. 센서(2)는 포트 벽(6)의 내측 표면이 센서(2)의 외측 표면과 대면하고 멤브레인(3)이 포트 바닥(5)의 멤브레인 측(31)과 대면하도록 보호 장치(1) 내에 배치된다.

포트 바닥 부분들(51, 52)은, 중간 체적(55)과 함께 통로들(7)이 길이방향 축(Z)에 평행한 단면의 적어도 하나의 단면도에서 실질적으로 S 자형이 되도록 포트 바닥 부분들(51, 52)에 배치된 통로들(7)을 포함한다. 포트 바닥 부분들(34, 52)의 통로들(7)의 위치 및 돌출부(53)의 치수는 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버 체적(45) 내에 배치된 방사선 소스(9)로부터 통로 내로 전파되는 전자기 방사선이 멤브레인(3)에 도달하기 전에 먼저 통로 벽(71)으로부터 적어도 1 회 반사되어야만 하도록 선택된다.

적어도 포트 바닥(5)의 멤브레인 측(31) 또는 포트 바닥(5)의 매체 측(41)에서의 통로들(7)의 안치수의 합은, 도 6에 도시된 바와 같이 멤브레인(3)의 표면에 대한 통로들(7)의 안치수의 합의 비가 적어도 0.25가 되도록 이루어진다.

일 실시예에서, 보호 장치(1)는 기계가공 제작 방법을 사용하여 제조된다. 통로들(7)은 예를 들면, 복수의 작업 단계에서 상이한 각도로부터 밀링 또는 드릴링에 의해 제작될 수 있다.

보호 장치(1)의 일 실시예에서, 적어도 하나의 통로 벽(71)은 코팅을 포함하는데, 이 코팅은 전자기 방사선을 흡수한다. 코팅은 입사 전자기 방사선 강도의 적어도 10 %를 흡수하며, 그래서 코팅되지 않은 통로 벽(71)과 비교하여 반사 강도를 적어도 10 % 저감시킨다.

보호 장치(1)의 다른 실시예에서, 통로 벽(71)은 코팅을 포함하는데, 이 코팅은 비점착성 코팅이다. 이 비점착성 코팅은 코팅되지 않은 통로 벽(71)과 비교하여 매체에 존재하는 입자가 통로 벽(71)에 50 % 적게 흡착되게 한다.

하지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 물론 통로들(7)의 다른 배치를 선택할 수도 있다. 통로들(7)은 길이방향 축(Z)에 평행한 평면에서 원호 대신에 직선을 따라 연장되는 것으로 구상될 수도 있다. 또한, 원형의 안치수를 갖는 통로(7)도 또한 구상될 수 있다.

하지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 물론 실질적으로 S 자형 또는 V 자형이 아니라 방사선 소스(15)로부터 통로(7) 내로 전파되는 전자기 방사선이 멤브레인(3)에 도달하기 전에 통로 벽(71)에서 적어도 1 회 반사되게 되는 형상을 갖는 궤적을 따라 길이방향 축(Z)에 평행한 단면 평면에서 연장되도록 통로(7)를 설계할 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 센서는 압력 센서이며, 압전 측정 소자가 상기 압력 센서에 배치된다. 멤브레인에 작용하는 압력의 영향 하에서, 멤브레인은 압전 측정 소자에 힘을 가하며, 이 압전 측정 소자는 가해진 힘에 상응하는 전하를 발생시킨다. 전하는 잘 알려진 전자 컴포넌트들을 사용하여 센서 신호로 변환 및 제공된다.

참조 번호 목록
1: 보호 장치 2: 센서
3: 멤브레인 4: 설치 부분
5: 포트 바닥 6: 포트 벽
7: 통로 9: 방사선 소스
31: 멤브레인 측
35: 멤브레인 측 체적, 멤브레인 체적
41: 매체 측 45: 챔버 체적
51: 포트 바닥 부분 52: 포트 바닥 부분
53: 돌출부 55: 중간 체적
71: 통로 벽, 통로의 벽
A: 중심각 R: 반경
W: 극각 X: 제1 반경방향 축
Y: 제2 반경방향 축 Z: 길이방향 축

Claims

센서(2)의 멤브레인(3)용 보호 장치(1)로서,
상기 센서(2)는 물리적 파라미터를 검출하며, 상기 물리적 파라미터는 매체를 통해 전송되고, 상기 매체는 상기 멤브레인(3)에 작용하며; 상기 보호 장치(1)는 상기 센서(2)에 부착될 수 있고; 상기 보호 장치(1)는 길이방향 축(Z)을 가지며; 상기 보호 장치(1)는 상기 센서(2)에 부착될 때 적어도 하나의 방사선 소스(9)로부터의 전자기 방사선으로부터 상기 멤브레인(3)을 보호하며; 상기 보호 장치(1)는 적어도 하나의 통로(7)를 포함하고; 상기 보호 장치(1)가 상기 센서(2)에 부착될 때 상기 통로(7)를 통해 상기 매체가 상기 멤브레인(3)에 도달할 수 있으며; 상기 보호 장치(1)가 상기 센서(2)에 부착될 때 상기 통로(7) 내에서 상기 전자기 방사선이 전파될 수 있으며;
상기 통로(7) 내에서 전파되는 전자기 방사선은 상기 멤브레인(3)에 도달하기 위해 상기 통로의 벽 또는 간단히(shortly) 통로 벽(71)에서 적어도 1 회 반사되어야 하는 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
상기 통로(7)는 상기 길이방향 축(Z)에 평행한 단면의 적어도 하나의 단면도에서 실질적으로 V 자 형상인 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 통로(7)는 상기 길이방향 축(Z)에 평행한 단면의 적어도 하나의 단면도에서 실질적으로 S 자 형상인 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
상기 보호 장치(1)는 부착될 때 상기 멤브레인(3)과 대면하는 표면 또는 간단히 멤브레인 측(31)을 포함하고; 상기 보호 장치(1)는 부착될 때 상기 멤브레인(3)과 반대로 향하는 표면 또는 간단히 매체 측(41)을 포함하며; 상기 멤브레인(3)의 표면에 대한 상기 멤브레인 측(31) 또는 상기 매체 측(41)에서의 상기 통로(7)의 안치수(clear widths)의 합의 비(ratio)는 적어도 0.25인 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
통로 내의 벽인 통로 벽(71)은 적어도 5 마이크로미터의 평균 조도 값(average roughness value)을 가지며; 지향된 입사 전자기 방사선은 반사된 방사선의 지향된 비율이 80 % 미만이 되도록 조면(rough surface)에서 반사되는 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
상기 보호 장치(1)는 적어도 2 개의 보호 장치 부분(51, 52)으로 구성되고; 상기 보호 장치(1)가 부착될 때, 상기 보호 장치 부분(51, 52)은 상기 길이방향 축(Z)에 수직하게 서로 상하 관계로 배치되며; 상기 보호 장치 부분(51, 52)은 재료 결합에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
통로 내의 벽인 통로 벽(71)은 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 전자기 방사선을 흡수하며; 상기 코팅은 상기 전자기 방사선의 입사 강도의 적어도 10 %를 흡수함으로써, 코팅되지 않은 통로 벽(71)과 비교하여 반사 강도가 적어도 10 % 저감되는 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
통로 내의 벽인 통로 벽(71)은 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 비점착성 코팅이며; 코팅되지 않은 통로 벽(71)과 비교하여 상기 매체에 존재하는 입자가 상기 통로 벽(71)에 50 % 적게 흡착되는 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
상기 보호 장치(1)는 금속 또는 금속 합금으로 제작되는 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
제1항에 있어서,
상기 보호 장치(1)는 세라믹 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는,
보호 장치(1).
물리적 파라미터를 검출하기 위한 센서(2)로서,
상기 물리적 파라미터는 매체에 의해 전송되며; 상기 센서(2)는 멤브레인(3)을 포함하고, 상기 매체는 상기 멤브레인(3)에 작용하며;
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 보호 장치(1)가 상기 센서(2)에 부착되는 것을 특징으로 하는,
센서(2).
제11항에 있어서,
상기 센서(2)는 압력을 검출하는 압력 센서이고; 압전 측정 소자가 상기 압력 센서에 배치되는 것을 특징으로 하는,
센서(2).
제11항에 있어서,
상기 센서(2)는 내연 기관의 압력 챔버 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,
센서(2).
제9항에 따른 보호 장치(1)를 제조하는 방법으로서,
상기 보호 장치(1)는 금속 분말이 레이저 빔에 의해 부분적으로 또는 완전히 용융되는 선택적 레이저 용융 프로세스 또는 레이저 금속 적층 프로세스 또는 유사한 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는,
방법.