KR102529671B1 - 센서 엘리먼트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량에서 유체의 온도, 압력과 같은 물리량들을 정밀하게 계측할 수 있는 센싱 소자로서, 온도센서 및 압력센서로 활용될 수 있는 센서 엘리먼트에 관한 것으로서, 유체가 유입되는 흡입공이 하부에 형성된 센서바디; 상기 센서바디의 상부에 배치되는 측정부; 상기 센서바디의 상부에 배치되어 상기 측정부와 연결된 PCB; 및 상기 측정부 및 상기 PCB를 상기 센서바디에 결합시키는 폴리머(POLYMER) 부재를 포함한다.

Description

센서 엘리먼트{SENSOR ELEMENT}
본 발명은 센서 엘리먼트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에서 유체의 온도, 압력과 같은 물리량들을 정밀하게 계측할 수 있는 센싱 소자로서, 온도센서 및 압력센서로 활용될 수 있는 센서 엘리먼트에 관한 것이다.
일반적으로 센서 엘리먼트는 계측 대상의 물리량 등을 감지 및 수집하여 관측자나 장치에서 읽을 수 있는 신호로 변환하는 정보 변환 수단이다.
센서 엘리먼트는 실질적으로 물리량을 계측하는 측정부와, 측정부에 물리적 및 전기 회로적으로 결합된 인쇄회로기판(PCB: PRINTED CIRCUIT BOARD)과, 측정부 및 인쇄회로기판을 지지하는 센서바디를 구비한다.
특히, 측정부는 대상물에 대한 정보를 취득하는 장치의 최소 요소로서, 물리량에 민감하게 반응할 뿐만 아니라, 반복적인 부하에도 안정적인 성능을 발휘해야 한다.
센서 엘리먼트를 부착한 장치들이 경량화 및 소형화됨에 따라서, 측정부 자체의 부피 또는 크기를 경량화 하여 양산할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
센서 엘리먼트는 물리량에 대한 정보를 계측하는데 있어서, 센싱 정밀도가 중요하지만, 형상 및 구조적 특징에 의해 대량 생산할 수 있는 기술도 요구된다.
통성적으로 이러한 센서 엘리먼트는 측정부 센서바디 표면에 결합시킬 때, GLASS BONDING방식으로 결합시킨다.
GLASS BONDING방식은 센서바디 표면에 GLASS분말을 도포하고, 고온에 가열하여 GLASS분말을 녹인다.
그리고, 녹은 GLASS분발 위에 측정부를 기설정된 위치에 배열한 후, 부착하고, GLASS 분말이 경화되면서 측정부가 센서바디에 결합된다.
한편, 이러한 GLASS분말를 이용해 측정부를 센서바디에 결합시키는 방식은 센서바디에 측정부의 위치 선정 시, 오차가 발생할 확률이 높다.
특히, 센서바디에 측정부의 배열 후, GLASS분말의 경화에 따라 측정부의 위치가 변형될 가능성이 있다.
또한, GLASS분말이 센서바디의 표면에 불균형하게 도포될 경우, 측정부 높이에 편차가 발생되어 측정부의 측정이 부정확하게 측정될 수 있다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 엘리먼트 본체에 압력계측저항을 정확하게 결합시킬 수 있는 센서 엘리먼트를 제공하는데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트는, 유체가 유입되는 흡입공이 하부에 형성된 센서바디; 상기 센서바디의 상부에 배치되는 측정부; 상기 센서바디의 상부에 배치되어 상기 측정부와 연결된 PCB; 및 상기 측정부 및 상기 PCB를 상기 센서바디에 결합시키는 폴리머(POLYMER) 부재를 포함한다.
상기 센서바디는, 상면에 상기 측정부가 안착되는 지지부; 및 상기 지지부의 하부 둘레로부터 외측방향으로 연장되고, 상면에 상기 PCB가 안착되는 플랜지부를 포함한다.
상기 지지부의 둘레에는, 다수개가 서로 거리를 두고 이격되어 배치되고, 상기 폴리머 부재가 결합되는 결합돌기가 형성된다.
상기 측정부는, 상기 흡입공으로부터 유입된 유체의 압력을 검출하 제1 압력측정부; 및 상기 센서바디의 상부에서 상기 제1 압력측정부로부터 이격된 위치에 배치되고, 고장을 진단하여 리드단자를 통해 외부 제어부로 고장 코드를 전달하는 제2 압력측정부를 포함한다.
상기 제2 압력측정부는, 기설정된 값과 상기 제1 압력측정부로부터 측정된 측정값을 서로 비교하여 일정 신호 이상 편차 발생 시, 고장 진단한다.
상기 폴리머 부재는 연성의 재질로 이루어진다.
상기 폴리머 부재는 상기 지지부와 상기 플랜지부를 감싼다.
상기 폴리머 부재에는, 다수개가 상기 결합돌기와 대응되는 위치에 형성되고, 상기 결합돌기가 각각 삽입되는 결합홈이 형성된다.
상기 PCB는 상기 센서바디에 납땜방식으로 결합된다.
본 발명에 따르면, 제2 압력측정장치가 기설정된 값과 흡입공을 통해 유입된 유체의 압력을 측정한 제1 압력측정부의 측정된 측정값을 서로 비교하여 일정 신호 이상 편차 발생 시, 고장 진단함으로써, 제2 압력측정부의 고장 진단을 통해 제1 압력측정부의 유체 압력을 더욱 정밀하게 센싱할 수 있다.
그리고, PCB는 센서바디의 플랜지부에 납땜방식으로 결합됨으로써, PCB는 센서바디에 견고하게 결합되어 차량의 주행중 반복적인 진동에 의해 PCB가 센서바디로부터 쉽게 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폴리머 부재가 연성의 재질로 이루어짐으로써, 흡입공을 통해 유입된 유체의 압력에 의해 지지부가 과도하게 변형되어도, 측정부의 위치가 틀어지거나, 측정부가 센서바디로부터 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 센서바디의 결합돌기 및 폴리머 부재의 결합홈의 상호 결합에 의해 폴리머 부재가 센서바디에 고정됨으로써, 폴리머 부재가 경화되는 과정에서 측정부가 상기 센서바디에 최초 배치된 위치로부터 틀어지는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 센서바디에 측정부를 조립하는 과정에서 조립 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트의 단면을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트를 나타낸 확대도.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트의 단면을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트를 나타낸 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 센서 엘리먼트는 센서바디(100)와 측정부(200)와 PCB(300) 및 폴리머(POLYMER) 부재(400)를 포함한다.
센서바디(100)는 하부에 유체가 유입되는 흡입공(130)이 형성된 것으로서, 다양한 재질 중에서 선택된 어느 하나의 재질을 가질 수 있다.
예컨대, 센서바디(100)는 금속 재질 또는 합금 재질로 제작되어 있거나, 피에조저항효과(PIEZORESISTIVE EFFECT)에 의해 응력인 온도 또는 압력의 부하 인가에 따라 전기적 저항변화를 일으키는 반도체 재질로 제작되어 있거나, 혹은 상기 금속 재질 또는 합금 재질에 상기 반도체 재질이 합체된 복합 재질로 제작되어 있을 수 있다.
센서바디(100)의 재질은 통상적인 자동차용 압력센서 또는 온도압력 복합센서의 소자 재질일 수 있으므로, 본 실시예에서는 특성 소재로 한정되지 않을 수 있고, 위에 열거한 압력센서 또는 온도압력 복합센서의 제작에 사용된 범용 재질로 제작될 수 있다.
이러한 센서바디(100)는 지지부(110) 및 플랜지부(120)를 포함한다.
지지부(110)는 상면에 측정부(200)가 안착되어 측정부(200)를 지지하는 것으로서, 흡입공(130)의 상부 및 둘레에 형성되어 흡입공(130)을 한정한다.
지지부(110)는 흡입공(130)을 통해 유입된 유체에 의해 측정부(200)가 설치된 환경의 압력을 계측하도록 압력에 따라 변형된다.
이러한 지지부(110)의 둘레에는 결합돌기(111)가 형성된다.
결합돌기(111)는 다수개로 형성된 것으로서, 지지부(110)의 둘레를 따라 서로 거리를 두고 이격되어 형성된다.
구체적으로, 결합돌기(111)는 원통형상으로 이루어져 지지부(110)의 둘레로부터 바깥 방향으로 연장된다.
이러한 결합돌기(111)는 폴리머 부재(400)가 결합된다.
플랜지부(120)는 지지부(110)의 하부 둘레로부터 외측방향으로 연장된 것으로서, 상면에 PCB(300)가 안착된다.
플랜지부(120)는 센서바디(100) 외주면의 구조적 강성을 보강하여, 압력에 의한 변형을 방지하는 역할을 한다.
즉, 플랜지부(120)는 센서바디(100)의 외주면 영역에 압력에 의한 스트레스로 인해 변형되지 않는 리지드 바디(RIGID BODY)가 될 수 있다.
측정부(200)는 센서바디(100)의 상부에 배치된 것으로서, 일종의 반도체 저항칩 형태의 저항체일 수 있다.
측정부(200)는 지지부(110)의 인장 또는 압축에 의한 저항변화를 이용하여 분압을 계측하는 휘스톤 브릿지 회로 원리 기술로 구현될 수 있다.
이러한 측정부(200)는 제1 압력측정부(210) 및 제2 압력측정부(220)를 포함한다.
제1 압력측정부(210)는 지지부(110)의 상면에 배치되어 상기 흡입공(130)으로부터 유입된 유체에 의해 지지부(110)가 변형되는 저항값으로 압력을 검출한다.
제2 압력측정부(220)는 센서바디(100), 즉, 지지부(110)의 상면에서 제1 압력측정부(210)로부터 이격된 위치에 배치된다.
구체적으로 제2 압력측정부(220)는 지지부(110)의 중심을 기준으로 제1 압력측정부(210)와 서로 대칭되게 배치된다.
그리고, 제2 압력측정부(220)는 고장을 진단하여 리드 단자를 통해 외부 제어부로 고장 코드를 전달한다.
구체적으로 제2 압력측정장치는 기설정된 값과 흡입공(130)을 통해 유입된 유체의 압력을 측정한 제1 압력측정부(210)의 측정된 측정값을 서로 비교하여 일정 신호 이상 편차 발생 시, 고장 진단한다.
이로 인해 측정부(200)는 제2 압력측정부(220)의 고장 진단을 통해 제1 압력측정부(210)의 유체 압력을 더욱 정밀하게 센싱할 수 있다.
한편, 이러한 측정부(200)는 제1 압력측정부(210) 및 제2 압력측정부(220)로부터 측정된 측정값을 외부로 전달할 수 있도록 별도의 리드 단자(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
PCB(300)는 센서바디(100), 즉, 플랜지부(120)의 상면에 배치되어 측정부(200)와 서로 전기적으로 연결된다.
PCB(300)는 상기 측정부(200)로부터 압력감지신호를 받아 이를 신호처리하여 측정값을 계산하는 역할을 한다.
그리고, PCB(300)로부터 계산된 측정값은 차량 메인 제어기, 예컨대, ECU등 또는 특정 기능을 수행하는 서브 제어기로 전달된다.
한편, 이러한 PCB(300)는 측정부(200) 및 PCB(300)를 센서바디(100)에 결합 후, 최종적으로 센서바디(100)의 플랜지부(120)에 납땜방식으로 결합된다.
이로 인해 PCB(300)는 센서바디(100)에 견고하게 결합됨으로써, 차량의 주행중 반복적인 진동에 의해 PCB(300)가 센서바디(100)로부터 쉽게 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
폴리머 부재(400)는 측정부(200) 및 PCB(300)를 센서바디(100)에 결합시킨다.
구체적으로 폴리머 부재(400)는 지지부(110)와 플랜지부(120)를 감쌈으로써, 지지부(110)의 상면에 배치에 배치된 측정부(200) 및 플랜지부(120)의 상면에 배치된 PCB(300)가 센서바디(100)로부터 이탈되는 것을 방지한다.
폴리머 부재(400)는 센서바디(100)에 측정부(200) 및 PCB(300)를 결합시키는 초기 단계에는 액상으로 이루어지고, 시간이 지남에 따라 경화된다.
이러한 폴리머 부재(400)는 경화된 후에도 탄성력을 갖는 연성의 재질로 이루어짐이 바람직하다.
예컨대, 폴리머 부재(400)는 실리콘 등과 같은 연성의 재질로 이루어진다.
따라서, 폴리머 부재(400)가 연성의 재질로 이루어짐으로써, 흡입공(130)을 통해 유입된 유체의 압력에 의해 지지부(110)가 과도하게 변형되어도, 측정부(200)의 위치가 틀어지거나, 측정부(200)가 센서바디(100)로부터 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이러한 폴리머 부재(400)에는 결합홈(410)이 형성된다.
결합홈(410)은 결합돌기(111)와 대응되는 다수개로 형성된 것으로서, 폴리머 부재(400)에서 결합돌기(111)와 대응되는 위치에 형성된다.
그리고, 폴리머 부재(400)의 결합홈(410)에 결합돌기(111)가 삽입된 상태로 경화됨이 바람직하다.
따라서, 폴리머 부재(400)가 경화되어도, 결합돌기(111) 및 결합홈(410)의 결합에 의해 폴리머 부재(400)가 센서바디(100)에 고정됨으로써, 폴리머 부재(400)가 경화되는 과정에서 측정부(200)가 상기 센서바디(100)에 최초 배치된 위치로부터 틀어지는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이로 인해 센서바디(100)에 측정부(200)를 조립하는 과정에서 측정부(200)가 센서바디(100)로부터 틀어지는 조립 불량을 최소화할 수 있다.
이처럼 본 명세서에 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 센서바디 110: 지지부
111: 결합돌기 120: 플랜지부
130: 흡입공 200: 측정부
210: 제1 압력측정부 220: 제2 압력측정부
300: PCB 400: 폴리머 부재
410: 결합홈

Claims (9)

  1. 유체가 유입되는 흡입공이 하부에 형성된 센서바디;
    상기 센서바디의 상부에 배치되는 측정부;
    상기 센서바디의 상부에 배치되어 상기 측정부와 연결된 PCB; 및
    상기 측정부 및 상기 PCB에 직접 접촉되어 상기 측정부 및 상기 PCB를 상기 센서바디에 동시에 결합시키는 폴리머(POLYMER) 부재를 포함하고,
    상기 센서바디는,
    상면에 상기 측정부가 안착되고, 상기 흡입공을 통해 유입된 유체에 의해 상기 측정부가 설치된 환경의 압력을 계측하도록 압력에 따라 변형되는 지지부; 및
    상기 지지부의 하부 둘레로부터 외측방향으로 연장되고, 상면에 상기 PCB가 안착되는 플랜지부를 포함하며,
    상기 지지부의 둘레에는, 다수개가 서로 거리를 두고 이격되어 배치되고, 상기 폴리머 부재가 결합되는 결합돌기가 형성되고,
    상기 폴리머 부재는 연성의 재질로 이루어지며,
    상기 측정부는,
    상기 흡입공으로부터 유입된 유체의 압력을 검출하 제1 압력측정부; 및
    상기 센서바디의 상부에서 상기 제1 압력측정부로부터 이격된 위치에 배치되고, 고장을 진단하여 리드단자를 통해 외부 제어부로 고장 코드를 전달하는 제2 압력측정부를 포함하고,
    상기 제2 압력측정부는 상기 지지부의 중심을 기준으로 상기 제1 압력측정부와 서로 대칭되게 배치되며,
    상기 폴리머 부재에는, 다수개가 상기 결합돌기와 대응되는 위치에 형성되고, 상기 결합돌기가 각각 삽입되는 결합홈이 형성되고,
    상기 폴리머 부재는 상기 센서바디에 상기 측정부 및 상기 PCB를 결합시키는 초기 단계에는 액상으로 이루어지고, 시간이 지남에 따라 경화되어, 상기 결합홈에 상기 결합돌기가 삽입된 상태로 경화되며,
    상기 지지부는 상기 흡입공의 상부를 밀폐시켜 상기 흡입공을 통해 유입된 유체가 상기 지지부의 상면에 안착된 측정부에 직접 접촉하는 것을 차단하는 센서 엘리먼트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 압력측정부는,
    기설정된 값과 상기 제1 압력측정부로부터 측정된 측정값을 서로 비교하여 일정 신호 이상 편차 발생 시, 고장 진단하는 센서 엘리먼트.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 부재는 상기 지지부와 상기 플랜지부를 감싸는 센서 엘리먼트.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 PCB는 상기 센서바디에 납땜방식으로 결합되는 센서 엘리먼트.
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