KR102533097B1 - 정전기 방전 저항 압력 센서 - Google Patents

정전기 방전 저항 압력 센서 Download PDF

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Abstract

압력 센서는 하우징, 하우징 이내에 한정된 압력 챔버, 및 압력 변환체를 포함한다. 압력 센서는 압력 챔버를 밀봉하고 압력 챔버 내 압력 변환체를 지지하는 헤더를 또한 포함한다. 복수의 핀은 헤더 내 각각의 개구부를 통해 연장된다. 센서 핀은 압력 챔버 내 압력 변환체에 전기적으로 연결되는 제1 단부 및 압력 챔버 외부의 센서 전자 장치에 전기적으로 연결되는 제2 단부를 갖는다. 핀은 헤더로부터 전기적으로 절연된다. 헤더는 헤더로부터 적어도 하나의 핀의 전기적 절연이 헤더로부터 나머지 핀의 전기적 절연 미만이도록 구성된다.

Description

정전기 방전 저항 압력 센서
본 출원은 2018년 6월 12일 출원된 U.S. 가 특허 출원 번호 62/683,922의 이익을 주장하고, 그의 전체는 모든 목적에 대해 본 명세서에 참조로써 포함된다.
본 발명은 산업 응용 내 액체 및 기체 압력 센싱을 위한 압력 센서에 관한 것이다.
산업 압력 센서는 광범위한 산업 응용, 예컨대 압축기, 펌핑 시스템, 유압, 및 산업 프로세스 모니터링에서 감지되는 압력 데이터를 전송한다. 압전 압력 센싱 요소를 활용하여, 이들 산업 압력 센서는 기체 및 액체와 호환될 수 있고 반복 가능한 및 확실한 방식으로 높은 정도의 정확도를 이용하여 작은 범위(예를 들어, 0-5 psig)로부터 큰 범위(예를 들어, 0-8000 psig)까지 압력을 측정하도록 구성될 수 있다.
산업 압력 센서는 열 영향에 대한 고려를 위해 내장된 보상을 이용하여 넓은 온도 범위 상에서 작동할 수 있다. 이들 센서는 매우 적응성이고, 다양한 입력 전압(예를 들어, 10 내지 30 VDC)을 수용하도록 및 적용된 압력에 비례하는 다양한 출력 신호(예를 들어, 4 내지 20 mA, 0 내지 5 VDC, 0 내지 10 VDC)를 생성하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 센서는, 수 또는 암 NPT(National Pipe Thread) 및 BSPT(British Standard Pipe Thread) 연결(예를 들어, 1/4인치 NPT/BSPT)을 통해, 압력이 임의의 위치 또는 방향 내 측정되어야 하는 도관 또는 용기에 연결될 수 있다. 산업 압력 센서는, 먼지, 오일, 및 다른 비-부식성 재료로부터의 보호, 물로부터, 심지어 물의 강력한 분사로부터의 보호, 및 부식 저항을 제공하는, NEMA 4X(IP66) enclosure rating을 가질 수 있다. 압력 센서는 또한 충격 및 진동에 대한 견고성을 위해 오일-채워질 수 있다.
종종 한 쪽의 전기적 회로로부터 다른 쪽의 가혹한 환경으로 헤더를 통해 전기적 신호가 통과할 필요가 있다.　 산업 압력 센서의 경우에서, 유리 밀봉을 갖는 헤더는 식별하기 위해(interrogate) 낮은-압력 쪽에서의 회로로부터 높은-압력 쪽 압전 압력 센싱 요소를 분리한다.　 게다가, 종종 전자 장치 및 센서의 본체/하우징 사이의 전기적 분리를 유지해야할 필요가 있다. 산업 압력 센서는 안전성 요구를 유지하기 위해 500VAC 높은-퍼텐셜(HIPOT) 분리를 요구할 수 있다.　 또한, 제품은 정전기 방전(ESD)을 견디는데 일반적으로 요구되었다.　 산업 압력 센서에 대해, 최소 ±4kV가 요구되었지만, 확실함을 위해 더욱 높은 수준이 요망될 수 있다.
전형적으로, 유리 밀봉을 갖는 헤더는 HIPOT 저항을 용이하게 유지할 수 있지만, ESD 펄스는 헤더 본체 및 각각의 헤더 핀 사이의 공기를 통해 여전히 아크를 발생시킬 수 있다.　 ESD 펄스가 핀에 아크를 발생시킬 때, 핀이 회로의 민감한 부분에 연결된다면 전자 장치에 대한 손상이 발생할 수 있다.　 유리 헤더 밀봉의 크기를 증가시키는 것은 ESD 저항을 증가시킨다. 작은 크기의 압력 센서는 많은 응용에서 중요하기 때문에, ESD 펄스를 견디기에 충분히 크게 밀봉의 크기를 증가시키는 것은 비현실적이다. 또한, 산업 압력 센서의 높은 압력 응용에서, 필요한 ESD 저항을 제공하도록 충분히 크게 유리 밀봉의 크기를 증가시키는 것은, 헤더 전체의 큰 압력 차이를 다루기에는 유리 밀봉이 너무 약해지도록 한다.
본 발명은 헤더 및 헤더를 통해 연장되는 헤더 핀을 포함하는 산업 압력 센서에 관한 것으로, 이는 헤더의 낮은-압력 쪽 상의 회로에 헤더의 높은-압력 쪽 상의 압력 센싱 요소를 연결시킨다. 헤더는, 헤더를 통해 통과하는 핀 주변에 압력 밀봉을 제공하기 위한 헤더 밀봉을 포함한다. 유리하게는, 회로의 민감한 부분에 부착된 헤더 핀 주변 밀봉은 ESD 펄스를 견딜 수 있는 회로의 부분에 연결된 핀 주변 밀봉보다 더욱 크다. ESD 펄스는 최소 저항의 경로를 따르기 때문에, ESD 펄스는 펄스를 견딜 수 있는 더 작은 밀봉을 갖는 핀(들)에 연결된 전자 장치를 통해 안전하게 션팅(shunt)될 것이다.　이러한 션팅(shunting)은 민감한 전자 장치를 ESD 펄스에의 노출로부터 방지한다. 더욱 큰 및 더 작은 밀봉 사이의 충분한 크기 비율을 유지하는 것에 의해, ESD 펄스는 더 작은 밀봉을 갖는 핀에 지속적으로 아크를 발생시켜, ESD 펄스를 안전하게 션팅(shunting)한다.
하나의 양상에 따라, 압력 센서는 하우징, 하우징 이내에 한정된 압력 챔버, 및 압력 변환체를 포함한다. 압력 센서는 압력 챔버를 밀봉하고 압력 챔버 내 압력 변환체를 지지하는 헤더를 또한 포함한다. 복수의 핀은 헤더 내 각각의 개구부를 통해 연장된다. 센서 핀은 압력 챔버 내 압력 변환체에 전기적으로 연결되는 제1 단부 및 압력 챔버 외부의 센서 전자 장치에 전기적으로 연결되는 제2 단부를 갖는다. 핀은 헤더로부터 전기적으로 절연된다. 헤더는 헤더로부터 적어도 하나의 핀의 전기적 절연이 헤더로부터 나머지 핀의 전기적 절연 미만이도록 구성된다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 압력 센서는 개구부 내 배치되고, 헤더에 핀을 연결시키고 및 핀을 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 재료를 또한 포함할 수 있다. 헤더는, 적어도 하나의 핀을 전기적으로 절연시키는 유리 재료의 양이 나머지 핀을 전기적으로 절연시키는 유리 재료의 양 미만이도록 구성될 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 유리 재료는 핀 및 그들의 각각의 개구부의 측벽 사이의 환형 공간을 채울 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 적어도 하나의 핀 연장부와 관련된 개구부는 나머지 핀과 관련된 개구부의 지름보다 더 작은 지름을 가질 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 헤더는 선결된 진폭(magnitude)까지의 ESD 펄스가 나머지 핀 대신에 적어도 하나의 핀을 통해 전달되도록 구성될 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 압력 챔버 내 압력 변환체를 지지하고 복수의 핀이 압력 변환체를 압력 챔버 외부의 전자 장치에 전기적으로 연결시키기 위해 연장되는 압력 센서 헤더는, 핀이 연장되는 개구부를 포함할 수 있다. 압력 센서는 핀 및 그들의 각각의 개구부 사이의 공간을 채우고 핀을 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 절연 재료를 또한 포함한다. 헤더는, 헤더 및 적어도 하나의 개구부를 통해 연장되는 임의의 핀 사이의 전기적 절연의 정도가 헤더 및 나머지 핀 사이의 전기적 절연 미만이도록, 적어도 하나의 개구부는 나머지 개구부보다 더 작도록 구성된다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 적어도 하나의 개구부 내 공간을 채우는 유리 재료의 양은 나머지 개구부를 채우는 유리 재료의 양 미만일 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 유리 재료는 핀 및 그들의 각각의 개구부의 측벽 사이의 환형 공간을 채울 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 적어도 하나의 개구부는 나머지 개구부의 지름보다 더 작은 지름을 가질 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 헤더는 선결된 진폭(magnitude)까지의 ESD 펄스가 적어도 하나의 개구부를 통해 연장되는 핀을 통해 전달되도록 구성될 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 방법은 압력 센서에 ESD 보호를 제공한다. 압력 센서는 압력 챔버 내 압력 변환체를 지지하는 압력 센서 헤더를 포함한다. 센서 헤더는 복수의 핀 압력 변환체를 압력 챔버 외부의 전자 장치에 전기적으로 연결시키기 위해 연장되는 개구부를 포함한다. 센서는 핀 및 그들의 각각의 개구부 사이의 공간을 채우고 핀을 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 절연 재료를 추가로 포함한다. 방법은, 헤더 및 적어도 하나의 개구부를 통해 연장되는 임의의 핀 사이의 전기적 절연의 정도가 헤더 및 나머지 핀 사이의 전기적 절연 미만이도록, 적어도 하나의 개구부가 나머지 개구부보다 더 작도록 헤더를 구성하는 것을 포함한다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 방법은, 개구부 및 개구부를 통해 연장되는 핀 사이의 공간을, 개구부를 밀봉하고 핀을 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 재료로 채우는 것을 또한 포함할 수 있다. 적어도 하나의 개구부 내 공간을 채우는 유리 재료의 양은 나머지 개구부를 채우는 유리 재료의 양 미만일 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 개구부 및 개구부를 통해 연장되는 핀 사이의 공간을 유리 재료로 채우는 것은 각각의 개구부 내 핀을 중심에 두는 것 및 핀 및 그들의 각각의 개구부의 측벽 사이의 환형 공간을 유리 재료로 채우는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따라, 단독 또는 임의의 다른 양상과의 조합으로, 적어도 하나의 개구부는 나머지 개구부보다 더 작도록 헤더를 구성하는 것은 적어도 하나의 개구부는 나머지 개구부의 지름보다 더 작은 지름을 갖도록 헤더를 구성하는 것을 포함할 수 있다.
도 1은 하나의 예시적인 구성에 따른 압력 센서를 도시하는 사시도이다.
도 2는 압력 센서의 사시 단면도이다.
도 3은 압력 센서의 측단면도이다.
도 4는 도 3의 부분의 확대도이다.
도 5는 일반적으로 도 4의 5-5선을 따라 얻은 단면도이다.
도 6은 압력 센서의 분해 사시도이다.
도 7은 압력 센서의 부분의 확대 사시도이다.
도 8은 압력 센서의 부분의 확대 사시도이다.
도 9는 일반적으로 도 8의 9-9 선을 따라 얻은 단면도이다.
도 1-3은 도관 또는 용기 내 센싱 유체 압력(즉, 액체 및/또는 기체)에 대한 압력 센싱 장치(10)(이후 "압력 센서")의 예시적인 구성을 도시한다. 압력 센서(10)는 일반적으로 원통형 구성을 갖는 하우징(12)을 포함한다. 프로세스 피팅(14)을 하우징(12)의 제1 단부에 고정했고 유체 압력이 감지되는 도관/용기 상에 NPT 암 어댑터 내 수용되는 나사산 NPT 수 어댑터(16)를 포함한다. 프로세스 피팅(14)은 압력 센서(10)의 설치 동안 렌치를 통해 잡을 수 있는 육각형 또는 "육각" 부분(18)을 가질 수 있다.
하우징(12)은 강한, 내구성 있는, 및 가혹한 프로세스 조건 및 부식에 튼튼한 재료, 예컨대 스테인리스 강으로 구성될 수 있다. 프로세스 피팅(14)은 마찬가지로 스테인리스 강 구성을 가질 수 있고 적합한 방식으로, 예를 들어, 스웨이징 또는 용접 연결을 통해 하우징(12)에 연결될 수 있다. 함께, 센서 하우징(12) 및 프로세스 피팅(14)은 센서(10)의 내부 챔버(24)를 한정하는 것을 돕는다.
전기적 피드스루 피팅(20)을 단부 반대쪽 프로세스 피팅(14)에서 하우징(12)에 연결했다. 피드스루 피팅(20)은 센서(10)로부터 감지되는 압력 신호를 전송하기 위한 케이블(22)을 수신하고 통과시킨다. 피드스루 피팅(20)은 케이블(22) 상에 조여질 수 있고, 예를 들어, 압축-형 피팅을 통해, 센서(10)의 외부로부터 내부 챔버(24)의 단부를 밀봉할 수 있다. 피드스루 피팅(20)은 케이블(22)과 맞물리기 때문에, 및 피드스루 피팅은 가혹한 프로세스 조건으로부터 분리되기 때문에, 이는 부식에 튼튼하고 케이블 재료에 비-마모성인 재료, 예컨대 HDPE 로 구성될 수 있다.
하우징(12) 이내에, 센서(10)는, 예를 들어, TIG 용접 통해 프로세스 피팅(14)에 연결된 제1 단부(32)를 갖는 압력 포트(30)를 포함한다. 압력 포트(30)는 제1 단부(32)로부터 제2 단부(34)까지 포트를 통해 연장되는 중심 구멍(bore)(36)을 포함한다. 다이어프램(38)은 압력 포트(30) 의 제1 단부(32) 에 연결되고 중심 구멍(bore)(36)을 덮는다. 다이어프램(38)은, 예를 들어, 프로세스 피팅(14)에 포트를 연결시키는데 사용되는 동일한 TIG 용접을 통해 압력 포트(30)에 연결될 수 있다. 압력 포트(30)에 대한 다이어프램(38)의 연결은 압력 포트 및 프로세스 피팅(14) 사이의 연결로부터 선택적으로 분리될 수 있다.
중심 구멍(bore)(36)은, 제1 단부(32)로부터 제2 단부(34)로, 작은 것에서 큰 것까지 증가하는 다중 지름을 갖는다. 압력 포트(30)의 제2 단부(34)에 있는 중심 구멍(bore)(36)의 부분은 압력 포트(30)에 연결된 헤더 어셈블리(54)에 장착된 압력 변환체(50)를 수용하기 위한 센서 챔버(40)를 한정한다. 하나의 특정한 구성에서, 압력 변환체(50)는, 예를 들어, 압저항 압력 센싱 요소일 수 있다.
헤더 어셈블리(54)는 유리 절연 재료(90)를 통해 헤더에 고정되는 센서 핀(70)을 지지하는 센서 헤더(60)를 포함한다. 압력 포트(30) 및 센서 헤더(60)는 스테인리스 강으로 구성될 수 있고, 예를 들어, 저항 용접을 통해 서로 연결될 수 있다. 이러한 연결을 용이하게 하기 위해, 압력 포트(30)는 센서 챔버(40)를 둘러싸는 환형 돌출부 또는 림(42)을 가질 수 있다. 센서 헤더(60)는 센서 챔버(40) 내 압력 포트(30)에 의해 수용되고 환형 림(42)에 결합하고 맞물리는 환형 테두리(62)를 포함한다. 압력 포트(30)에 센서 헤더(60)를 연결시키는 연결(예를 들어, 저항 용접)은 테두리(62) 및 림(42) 사이의 계면에 있다.
센서 헤더(60)는 압력 변환체(50)가 그 위에 위치하는 중심 구멍(bore)(64)을 갖는다. 센서 챔버(40)는 액체(44), 예컨대 오일로 채워진다. 압력 변환체(50)는 센서 헤더(60)에 고정되고 중심 구멍(bore)(64) 내 누출로부터 오일을 차단하는 밀봉을 형성한다.
센서 핀(70)은 센서 헤더(60) 내 개구부(66)를 통해 연장되고 유리 절연 재료(90)를 통해 헤더에 연결된다. 개구부(66)는 일반적으로 원통형 형태이고 유리 절연 재료(90)는 핀(70)의 원통형 외부 표면 및 개구부(66)의 원통형 내부 벽 표면 사이의 환형 공간을 채운다. 개구부(66) 내 핀(70)을 지지하는 것에 더하여, 유리 절연 재료(90)는 또한 센서 헤더(60)로부터 핀을 전기적으로 절연시킨다/분리한다. 유리하게는, 핀(70)은 개구부(66) 내 중심에 위치할 수 있다. 도 9 내 보여진 것과 같이, 유리 절연 재료(90)는, 각각, 헤더(60)의 상부 및 하부 표면 위로 및 아래로 연장될 수 있고, 헤더에 출입하는 핀을 둘러싸는 필렛 비드를 형성할 수 있다.
유리 절연 재료(90)에 의해 제공되는 전기적 절연/분리의 정도 또는 수준은 헤더 어셈블리(54)의 치수를 구성하는 것에 의해 조정될 수 있다. 핀(70) 및 헤더(60) 사이의 전기적 절연의 정도는, 핀 및 그들의 각각의 개구부(66)의 측벽 사이의 공간 또는 부피에 의해 적어도 부분적으로 결정되는, 핀 및 헤더 사이의 유리 절연 재료(90)의 양(즉, 부피)에 의존하는 것이 인식될 것이다. 헤더 어셈블리(54)의 구성요소의 치수를 제어하는 것에 의해, 각각의 핀(70)에 대한 전기적 절연의 정도는 결정될 수 있다.
압력 변환체(50)는 납땜된 와이어(52)를 통해 전기적으로 센서 핀(70)에 연결되거나 그렇지 않으면 핀의 헤드(72)에 연결된다. 센서 핀(70)은 압력 변환체(50) 반대쪽의 센서 헤더(60)의 표면으로부터 내부 챔버(24) 내로 연장되고, 여기서, 별개의 구성요소 (84)(예를 들어, 저항기, 커패시터, 등.), 고체 상태 장치 (86)(예를 들어, ASICs), 케이블 소켓(88) 등을 포함할 수 있는 센서 전자 장치(82)를 지지하는 인쇄 회로 기판(80)에 연결했다.
작동에서, 다이어프램(38)은 프로세스 피팅(14)을 통해 프로세스 압력에 노출된다. 프로세스 압력에 대응하여, 다이어프램(38)은 압력 포트(30)의 중심 구멍(bore)(36) 내로 변형되고 센서 챔버(44) 내 오일(44)을 압축한다. 센서 챔버(44) 내 증가된 오일 압력은 압력 변환체(50)의 다이어프램을 변형시킨다. 압력 변환체(50)가 변형되는 정도는, 주변 압력이거나 실질적으로 주변 압력인, 센서 챔버(44) 및 센서 헤더(60)의 중심 구멍(bore)(64)사이의 압력 차이에 비례한다.
압력 변환체(50)의 휘트스톤 브릿지의 요소의 전기적 저항은 또한 압력 변환체 다이어프램이 변형되는 정도에 비례한다. 센서(10)의 휘트스톤 브릿지에 적용되는 압력은, 프로세스 피팅(14)을 통해 노출되는 프로세스 유체(들)의 게이지 압력에 비례하여 전압이 달라지는 압력 신호를 생성할 것이다. 센서의 압력 범위는 압력의 요망되는 범위에 민감하도록 압력 변환체(50)를 구성하는 것에 의해 결정될 수 있다. 센서(10)는 상대적으로 작은(예를 들어, 0-5 psig) 또는 상대적으로 큰(예를 들어, 8000 psig 이상) 압력을 감지하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 센서(10)는 작은 범위(예를 들어, 5 psig의 범위) 또는 큰 범위(예를 들어, 1000s psig의 범위)에 걸쳐 달라지는 압력을 감지하도록 구성될 수 있다.
상기로부터, 당업자는, 압력 센서(10)가, 압력 피팅(14) 및 센서의 주변 환경 사이의 압력 차이를, 압력 변환체(50)를 통해 측정한다는 것을 인식할 것이다. 따라서 센서(10)의 정확도 및 기능성은 센서 챔버(40)의 효과적인 유체-기밀 밀봉에 의존한다. 압력 포트(30), 다이어프램(38), 및 센서 헤더(60) 사이의 용접 연결은 이러한 밀봉을 용이하게 하는 것을 돕는다. 밀봉은 센서 핀(70) 및 센서 헤더(60) 내 개구부(66) 사이의 공간을 밀봉하는 것에 의해 완성된다. 센서 핀(70)이 압력 변환체(50)를 센서 전자 장치(82)에 전기적으로 연결시키는 것 때문에, 및 센서 헤더(60)는 센서 하우징(12), 압력 포트(30), 및 프로세스 피팅(14)과의 그의 연결/접촉을 통해 접지에 연결되기 때문에, 핀은 센서 헤더로부터 또한 전기적으로 분리되어야 한다. 유리 절연 재료(90)는 작업, 즉, 프로세스 압력에 대하여 핀을 밀봉하는 것 및 핀을 센서 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 것 둘 모두를 수행한다.
이를 달성하기 위해, 센서 핀(70)은, CRS Holdings, Inc., Delaware corporation의 상표명인 Kovar??로 알려진 니켈-코발트 철 합금으로 구성될 수 있다. 개구부(66) 내 센서 핀(70)을 둘러싸는 공간은 유리 절연 재료(90), 특히 보로실리케이트(borosilicate) 유리 재료로 채워져, 핀을 센서 헤더(60)에 고정시킨다. 센서 핀(70)이 구성되는 합금, 예컨대 Kovar?? 합금은 보로실리케이트 유리 절연 재료(90)와 실질적으로 동일한 또는 동일한 열 팽창 특성을 갖도록 설계된다.
유리 절연 재료(90)의 열 팽창 특성은 센서 헤더(60)의 것과 또한 유사하다. 센서 핀(70)이 유리 절연 재료(90)와 함께 센서 헤더(60)에 설치될 때, 어셈블리는 가열되고 절연 재료는 용융된다. 절연 재료(90)는 헤더(60) 및 핀(70)의 금속에 결합되고, 극도로 높은 압력을 견딜 수 있는 기밀 밀봉을 형성한다. 센서 헤더(60), 센서 핀(70), 및 유리 절연 재료(90)의 열 팽창/수축은 동일하거나 실질적으로 동일하기 때문에, 센서(10) 및/또는 센서 헤더 어셈블리(54)가 열적으로 순환된다면/순환될 때 셋 사이의 밀봉은 손상되지 않을 것이다.
센서 전자 장치(82)는, 압력 센서(10)를 통해 통과하는 정전기 방전(ESD) 펄스에 의해 부정적으로 영향을 받는, 즉, 손상되거나 파손될 수 있다. 그러므로, 특정 수준 또는 정도까지 ESD 펄스에 튼튼하도록 압력 센서(10)를 구성하는 것이 요망되는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, International Electrotechnical Commission(IEC) ESD 표준 IEC 61000-4-2:2008은 오류 없이 4 kV와 동등한 또는 초과하는 ESD를 견딜 수 있는 테스트 대상 장치에 수준 2 ESD 보호 등급을 부여한다.
ESD는 압력 센서(10)를 통해 접지로의 최소 저항의 경로(들)를 가질 것이다. 테스트는 이러한 경로가 센서 핀(70) 및, 따라서, 센서 전자 장치(82)를 적어도 부분적으로 포함할 수 있는 것을 보여주었다. 이는 ESD 펄스에 대응하여 센서 전자 장치가 고장나는 것을 야기할 수 있는 센서 핀(70)을 통한 ESD 경로이다. 동일하게 및 대칭적으로 구성된 다중 센서 핀(70)을 갖는 압력 센서(10)에 대해, 핀 또는 핀 ESD 펄스가 이동할 것을 예측하는 것은 불가능하다.
유리하게는, 압력 센서(10), 특히 헤더 어셈블리(54)는 ESD 펄스가 센서 전자 장치로부터 멀리 향하고 무해하게 접지로 통과하도록 구성된다. 헤더 어셈블리(54)는 ESD 펄스가, 접지 핀(100)으로 식별되는 센서 핀(70) 중 특정 하나를 통해 전달되도록 구성된다. 접지 핀(100)은 PCB(80) 상의 및 센서 전자 장치(82)에 대한 시스템 공통에 접지, 즉, 전기적으로 연결된다.
접지 핀(100)을 통해 통과하도록 ESD 펄스를 강제하고 촉구하기 위해, 개구부(66) 내 센서 헤더(60) 및 개구부 내 접지 핀을 둘러싸는 유리 절연 재료(90)는 나머지 핀(70)에 대한 절연 재료 및 헤더 개구부와 다르게 구성된다. 명확성을 위해, 접지 핀 및 그의 관련 센서 헤더 개구부 및 유리 절연 재료를 구체적으로 나타낼 때, 참조 번호 (100), (102), 및 (104)가, 각각 사용된다. 일반적으로 센서 핀, 센서 헤더 개구부, 및 유리 절연 재료를 나타낼 때, 참조 번호 (70), (66), 및 (90)가 사용된다.
유리 절연 재료(90)의 그 자체의 유전(dielectric) 특성은, 어느 헤더 개구부(66)를 채우는지 또는 어느 센서 핀(70)을 둘러싸는지에 상관없이 동일하다. 유리 절연 재료(90)에 의해 제공되는 전기적 절연 또는 분리의 수준은 헤더(60)로부터 각각의 센서 핀(70)을 분리시키는 절연 재료의 양에 의존한다. 유리하게는, 센서(10), 특히 헤더 어셈블리(54)는 ESD 펄스가 접지 핀(100)을 통해 전달되도록 구성된다.
접지 핀(100)을 통해 ESD 펄스가 향하도록, 접지 핀에 관련된 센서 헤더 개구부(102)는 다른 개구부(66)보다 더 작은 지름을 갖는다. 접지 핀(100)의 지름은 나머지 핀(70)의 지름과 동일하다. 그 결과, 접지 핀(100)의 외부 지름으로부터 헤더 개구부(102)의 내부 지름까지 방사상으로 측정된, 유리 절연 재료(104)의 두께는 나머지 핀(70) 및 그들의 대응하는 개구부(66)에 대한 절연 재료(90)의 대응하는 두께보다 더 작다. 이 때문에, 헤더(60)로부터 접지 핀(100)의 전기적 분리는 나머지 핀(70) 및 헤더의 전기적 분리 미만이다. 그 결과, ESD 펄스는, 접지 핀이 최소 전기적 저항의 경로를 제공하기 때문에, 나머지 핀(70)과는 반대로, 접지 핀(100)으로 끌어당겨진다.
물론, 이러한 방식으로 접지 핀(100)에 끌어당겨질 수 있는 ESD 펄스의 진폭(magnitude)에 한계가 있다. 특정 진폭(magnitude)의 ESD 펄스는 구성을 압도하고 접지 핀(100)에 더하여 나머지 핀(70)에 아크를 발생시킬 수 있다. 헤더 어셈블리(54)의 구성은, 하지만, 특정 최소 ESD 보호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 헤더 어셈블리(54)는 최소 ±4kV의 ESD 보호 또는 그 이상을 제공할 수 있다.
예를 들어, 헤더 어셈블리(54)의 하나의 특정한 4-핀 구성에서, 핀은 .0177 ± .0015 인치의 지름을 가졌다. 접지 핀(100)에 대한 헤더 개구부(102)는 .047 ± .001 인치의 지름을 가졌다. 나머지 핀(70)에 대한 헤더 개구부(66)는 .079 ± .001 인치의 지름을 가졌다. 이러한 구성 내, 헤더 어셈블리(54)는 접지 핀(100)을 통해 ±4kV를 초과하는 ESD 펄스를 반복적으로 및 확실하게 보냈다.
본 발명은 예시적인 구성을 참조로 하여 기술되어있지만, 당업자는, 본 발명에 다양한 변경이 이루어질 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 요소에 대해 등가물로 대체될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 당업자는 또한, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 특정한 용도의 사용을 위해 본 발명을 적용할 수 있도록 수정이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러므로 본 발명은 본 명세서에서 기술된 임의의 특정한 구성 또는 구현에 제한되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 대신에, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 이내에 속하는 임의의 구성을 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 하우징;
    상기 하우징 이내에 한정된 압력 챔버;
    압력 변환체;
    상기 압력 챔버를 밀봉하고 상기 압력 챔버 내 상기 압력 변환체를 지지하는 헤더; 및
    상기 헤더 내 각각의 개구부를 통해 연장되는 복수의 핀, 상기 압력 챔버 내 압력 변환체에 전기적으로 연결되는 제1 단부 및 상기 압력 챔버 외부의 센서 전자 장치에 전기적으로 연결되는 제2 단부를 갖는 센서 핀, 상기 헤더로부터 전기적으로 절연된 핀을 포함하고,
    여기서 헤더는 헤더로부터 적어도 하나의 핀의 전기적 절연이 헤더로부터 나머지 핀의 전기적 절연 미만이도록 구성되고,
    상기 헤더는, 선결된 진폭(magnitude)까지의 ESD 펄스가 나머지 핀 대신에 적어도 하나의 핀을 통해 전달되도록 구성되는,
    압력 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구부 내 배치되고, 상기 헤더에 핀을 연결시키고, 및 상기 핀을 상기 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 재료를 추가로 포함하고,
    여기서 헤더는 적어도 하나의 핀을 전기적으로 절연시키는 유리 재료의 양은 나머지 핀을 전기적으로 절연시키는 유리 재료의 양 미만이도록 구성되는,
    압력 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유리 재료는 핀 및 그들의 각각의 개구부의 측벽 사이의 환형 공간을 채우는,
    압력 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 핀 연장부와 관련된 개구부는 나머지 핀과 관련된 개구부의 지름보다 더 작은 지름을 갖는,
    압력 센서.
  5. 삭제
  6. 압력 챔버 내 압력 변환체를 지지하고, 복수의 핀이 압력 변환체를 압력 챔버 외부의 전자 장치에 전기적으로 연결시키기 위해 연장되는,
    상기 핀이 연장되는 개구부; 및
    상기 핀 및 그들의 각각의 개구부 사이의 공간을 채우고 핀을 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 절연 재료를 포함하고,
    여기서 헤더는, 적어도 하나의 개구부가 헤더 및 적어도 하나의 개구부를 통해 연장되는 임의의 핀 사이의 전기적 절연의 정도가 헤더 및 나머지 핀 사이의 전기적 절연 미만이도록, 나머지 개구부보다 더 작도록 구성되고,
    상기 헤더는, 선결된 진폭(magnitude)까지의 ESD 펄스가 적어도 하나의 개구부를 통해 연장되는 핀을 통해 전달되도록 구성되는,
    압력 센서 헤더.
  7. 제6항에 있어서,
    적어도 하나의 개구부 내 공간을 채우는 유리 절연 재료의 양은 나머지 개구부를 채우는 유리 절연 재료의 양 미만인,
    압력 센서 헤더.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유리 절연 재료는 핀 및 그들의 각각의 개구부의 측벽 사이의 환형 공간을 채우는,
    압력 센서 헤더.
  9. 제6항에 있어서,
    적어도 하나의 개구부는 나머지 개구부의 지름 보다 더 작은 지름을 갖는,
    압력 센서 헤더.
  10. 삭제
  11. 압력 센서는 압력 챔버 내 압력 변환체를 지지하는 압력 센서 헤더를 포함하고;
    상기 센서 헤더는 복수의 핀 압력 변환체를 상기 압력 챔버 외부의 전자 장치에 전기적으로 연결시키기 위해 연장되는 개구부를 포함하고; 및
    상기 센서는 핀 및 그들의 각각의 개구부 사이의 공간을 채우고 상기 핀을 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 절연 재료를 추가로 포함하고,
    헤더 및 적어도 하나의 개구부를 통해 연장되는 임의의 핀 사이의 전기적 절연의 정도가 헤더 및 나머지 핀 사이의 전기적 절연 미만이도록 적어도 하나의 개구부가 나머지 개구부보다 더 작도록 상기 헤더를 구성하는 것을 포함하여, 선결된 진폭(magnitude)까지의 ESD 펄스가 적어도 하나의 개구부를 통해 연장되는 핀을 통해 전달되는,
    압력 센서에 ESD 보호를 제공하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 개구부 및 개구부를 통해 연장되는 핀 사이의 공간을, 개구부를 밀봉하고 핀을 헤더로부터 전기적으로 절연시키는 유리 절연 재료로 채우는 것을 추가로 포함하고,
    여기서 적어도 하나의 개구부 내 공간을 채우는 유리 절연 재료의 양은 나머지 개구부를 채우는 유리 절연 재료의 양 미만인,
    압력 센서에 ESD 보호를 제공하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 개구부 및 개구부를 통해 연장되는 핀 사이의 공간을 유리 절연 재료로 채우는 것은, 각각의 개구부 내 핀을 중심에 두는 것 및 핀 및 그들의 각각의 개구부의 측벽 사이의 환형 공간을 유리 절연 재료로 채우는 것을 포함하는,
    압력 센서에 ESD 보호를 제공하기 위한 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 개구부는 나머지 개구부보다 더 작도록 헤더를 구성하는 것은 적어도 하나의 개구부는 나머지 개구부의 지름보다 더 작은 지름을 갖도록 헤더를 구성하는 것을 포함하는,
    압력 센서에 ESD 보호를 제공하기 위한 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021120690A1 (de) * 2021-08-09 2023-02-09 Infineon Technologies Ag Drucksensoranordnung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015156291A1 (ja) * 2014-04-08 2015-10-15 株式会社不二工機 圧力センサ
JP2017146138A (ja) 2016-02-16 2017-08-24 株式会社不二工機 圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4452069A (en) * 1980-12-26 1984-06-05 Nippon Soken, Inc. Method of and apparatus for sensing knocking in internal combustion engine
US4406993A (en) * 1981-08-28 1983-09-27 Kulite Semiconductor Products, Inc. Oil filled pressure transducers
JPH11351990A (ja) 1998-04-09 1999-12-24 Fujikoki Corp 圧力センサ
JP3619065B2 (ja) * 1999-07-16 2005-02-09 株式会社山武 圧力センサ
JP2001041838A (ja) * 1999-08-03 2001-02-16 Yamatake Corp 圧力センサおよびその製造方法
US6273754B1 (en) * 2000-04-13 2001-08-14 Tecumseh Products Company Protective covering for the terminal assembly of a hermetic compressor assembly
EP3537093A1 (de) * 2010-09-17 2019-09-11 Schott AG Ringe- oder plattenförmiges element und verfahren zur herstellung
TWI633289B (zh) * 2013-03-13 2018-08-21 不二工機股份有限公司 壓力感測器
US9566656B2 (en) * 2013-10-11 2017-02-14 Kulite Semiconductor Products, Inc. Header assembly for a pressure sensor
US9915577B2 (en) * 2014-12-02 2018-03-13 Sensata Technologies, Inc. Case isolated oil filled MEMS pressure sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015156291A1 (ja) * 2014-04-08 2015-10-15 株式会社不二工機 圧力センサ
JP2017146138A (ja) 2016-02-16 2017-08-24 株式会社不二工機 圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサ

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