KR102602554B1 - 압력 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 중공이 형성되는 하우징; 일방이 상기 하우징의 일측을 덮고, 타방이 상기 하우징의 중공으로 연장되는 다이어프램; 상기 다이어프램의 내측에 안착되는 압전 센서; 상기 하우징과 상기 다이어프램 사이에 위치하고, 일방이 상기 다이어프램의 배면에 접촉하고 타방이 상기 하우징의 중공으로 연장되는 슬리브; 및 상기 하우징의 중공에서 상기 압전 센서와 이격되도록 위치하고, 상기 슬리브와 나사 결합되는 푸셔를 포함하고, 상기 푸셔의 체결 토크에 의해 상기 압전 센서에 예압이 인가되는 것을 특징으로 하는 압력 센서를 제공한다.
이에 의하여, 밀봉 성능을 향상시킬 수 있으며 제작이 용이하다.

Description

압력 센서{PRESSURE SENSOR}
본 발명은 압력 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온·고압 가스의 압력을 측정하는 압력 센서에 관한 것이다.
일반적으로 동압을 측정하는 압력 센서는 고온, 급격한 온도 및 압력의 변화, 진동 등의 환경에서 주로 사용된다. 예를 들면, 압력 센서는 선박용 디젤 엔진과 같은 대형 내연기관에서 실린더 압력을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
압력 센서는 다이어프램이 압력에 의해 변형되면 압전 센서가 압력에 비례하는 미소 전하를 발생시키고, 이를 증폭시켜 압력을 측정하는 방식으로 작동한다.
한편, 압력 센서 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하고 파손 시 내부 부품 손상이나 가스 유출을 방지하기 위하여 압력 센서는 밀봉 구조를 채택한다. 이를 위해 종래에는 용접을 통해 압력 센서를 이루는 각 부품들을 밀봉 결합시키는 방법으로 조립하였다.
그런데, 다이어프램의 외부 압력에 대한 반응성 및 감도를 높이기 위해 수 mm의 두께로 제작되며, 특히 압력을 전달하기 위해 스프링 역할을 하는 홈 부분은 0.3mm 이하로 매우 얇게 제작된다. 매우 얇은 박막으로 형성된 다이어프램을 슬리브와 용접할 때 열변형 및 잔류응력이 발생할 수 있기 때문에 전용 지그 등의 특수 장치와 고도로 숙련된 용접 기술이 요구된다.
또한, 고온·고압 가스의 압력을 측정하는 압력 센서의 문제점 중 하나는, 얇은 박막인 다이어프램이 고온·고압 가스에 의해 파손되기 쉽다는 것이다. 다이어프램이 파손되면 가스가 외부로 누출될 위험이 있고, 압력 센서 내부 부품들이 파손되어 다이어프램 교체뿐 아니라 압력 센서 전체를 교체해야만 한다.
따라서, 본 발명은 밀봉 성능을 확보할 수 있으면서도 제작이 용이한 압력 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 센서는, 중공이 형성되는 하우징; 일방이 상기 하우징의 일측을 덮고, 타방이 상기 하우징의 중공으로 연장되는 다이어프램; 상기 다이어프램의 내측에 안착되는 압전 센서; 상기 하우징과 상기 다이어프램 사이에 위치하고, 일방이 상기 다이어프램의 배면에 접촉하고 타방이 상기 하우징의 중공으로 연장되는 슬리브; 및 상기 하우징의 중공에서 상기 압전 센서와 이격되도록 위치하고, 상기 슬리브와 나사 결합되는 푸셔를 포함하고, 상기 푸셔의 체결 토크에 의해 상기 압전 센서에 예압이 인가될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 슬리브와 상기 푸셔는 일부 구간에서 중첩되도록 상기 하우징의 길이 방향으로 연장되고, 상기 슬리브의 내주면과 상기 푸셔의 외주면에는 서로 치합되는 나사산이 형성되어 상기 푸셔가 상기 슬리브에 삽입 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 푸셔의 반경방향 내측에는 중공이 형성되고, 상기 푸셔의 중공은 밀봉제로 채워질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 압전 센서와 상기 밀봉제 사이에는 전기 신호를 전달하는 전극이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 슬리브와 상기 푸셔는 일부 구간에서 중첩되도록 상기 하우징의 길이 방향으로 연장되고, 상기 푸셔는, 상기 슬리브의 반경방향 내측에 삽입되는 제1 부분 및 상기 슬리브의 반경방향 외측을 감싸는 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분의 내주면과 상기 슬리브의 외주면에는 서로 치합되는 나사산이 형성되어, 상기 슬리브가 상기 푸셔에 삽입 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 부분의 반경방향 내측에는 중공이 형성되고, 상기 제1 부분의 중공은 밀봉제로 채워질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 압전 센서와 상기 밀봉제 사이에는 전기 신호를 전달하는 전극이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 슬리브와 상기 푸셔는 나사 결합된 채 용접으로 고정 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 압력 센서는, 밀봉 성능을 향상시킬 수 있으며 제작이 용이하다.
또한, 고온·고압 가스에 의해 다이어프램 파손될 경우에도 압력 센서 내부 부품이 보호될 수 있고, 가스 누출을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸 단면도,
도 3은 도 2에서 나사산이 형성된 부분을 확대한 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸 단면도,
도 5는 도 4에서 나사산이 형성된 부분을 확대한 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 이하에서 상/하 등의 방향을 가리키는 용어는 편의상 첨부된 도면을 기준으로 하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸 단면도, 도 3은 도 2에서 나사산이 형성된 부분을 확대한 단면도이다.
본 실시예에 따른 압력 센서는, 하우징(110), 다이어프램(170), 압전 센서(160), 슬리브(120), 푸셔(130)를 포함한다.
상기 하우징(110)은 압력 센서의 외관을 형성하는 것으로, 내부에 중공이 형성되는 원통 형상이다. 상기 하우징(110)의 양측은 개방되어 있으며 이 중 일측 단부는 고온·고압 가스와 맞닿는 부분으로 상기 다이어프램(170)이 위치된다.
상기 다이어프램(170)은 압력에 의해 탄성 변형되는 얇은 박막이며, 상기 하우징(110)의 개방된 일측 단부를 덮는다. 상기 다이어프램(170)은 압력을 측정하고자 하는 가스와 맞닿는 전면을 포함하고 상기 다이어프램(170) 전면에는 오목부(172)가 형성된다. 상기 오목부(172)는 상기 다이어프램(170) 전면 또는 후면에 원주방향으로 다양한 수량, 크기 및 깊이로 센서의 특성에 따라 형성될 수 있으며, 상기 다이어프램(170)이 보다 쉽게 변형 및 복원될 수 있게 한다.
상기 다이어프램(170)의 배면은 테두리가 돌출되어 있으며, 여기에 상기 슬리브(120)가 결합된다.
상기 슬리브(120)는 상기 다이어프램(170)의 변형을 지지하는 역할을 한다. 즉, 상기 다이어프램(170)의 테두리를 고정시킴으로써 압력에 의해 상기 다이어프램(170)의 중심부만 변형되도록 하는 것이다. 또한, 상기 슬리브(120)는 상기 하우징(110)과 상기 다이어프램(170)의 사이에 틈새를 막는 밀봉 기능도 수행한다.
상기 다이어프램(170)은 배면측에서 상기 하우징(110) 내부의 중공으로 연장된다. 상기 다이어프램(170)이 연장된 부분은 상기 하우징(110)의 길이 방향으로 연장된 원통형이며, 반경방향 내측에는 상기 압전 센서(160)가 안착된다. 상기 다이어프램(170)이 연장된 부분의 반경방향 외측에는 상기 슬리브(120)가 위치하나, 이 부분에서는 상기 슬리브(120)가 상기 다이어프램(170)에 결합되거나 접촉되지 않고 이격되어 있다.
상기 압전 센서(160)는 상기 다이어프램(170)의 압력을 전기적 신호로 바꾸어 출력한다. 상기 압전 센서(160)가 상기 다이어프램(170)에 안착된 채로 상기 다이어프램(170)의 압력을 효과적으로 전달받기 위해서는 상기 압전 센서(160)에 예압이 인가되어야 한다. 즉, 측정하고자 하는 압력의 반대 방향인 상기 압전 센서(160)가 상기 다이어프램(170)을 누르는 방향으로 압력이 유지되어야 한다. 상기 압전 센서(160)에 예압을 인가하는 구성인 상기 푸셔(130)에 대해서는 후술한다.
본 실시예에서 상기 압전 센서(160)는 쿼츠(quartz)가 사용될 수 있다. 쿼츠는 상기 다이어프램(170)의 압력을 전달받아 전하를 출력하는데, 고온·고압의 환경에서도 압력에 비례하는 값의 전하를 안정적으로 출력하는 특성을 갖는 장점이 있다.
그러나, 쿼츠가 출력하는 전하량은 피코쿨롱(pico-coulomb, 10-12 C) 단위로 매우 작은 값이므로 방전되기가 쉽다. 따라서, 쿼츠를 사용하는 경우에는 방전을 방지하기 위해 높은 전기적 절연 성능이 요구된다.
또한, 쿼츠는 외부 충격이나 진동 등에 의해 파손되기 쉽기 때문에 상기 다이어프램(170)이 연장된 부분이 상기 압전 센서(160)를 외측에서 감싸며 보호할 수 있게 하였다.
본 실시예에서 상기 다이어프램(170)은 상기 오목부(172)가 형성되는 전면과 상기 하우징(110)의 중공으로 연장된 부분이 일체형이나, 이를 변형하여 각 부분을 별도로 제작한 뒤 밀봉 결합시키는 것도 가능하다.
상기 슬리브(120)는 일방이 상기 다이어프램(170)과 결합되며, 타방이 상기 푸셔(130)와 결합된다. 전술한 것처럼 상기 슬리브(120)의 일방은 상기 다이어프램(170)의 배면의 테두리에 결합된 채 상기 하우징(110)에 결합된다. 이때 상기 슬리브(120)와 상기 하우징(110)은 서로 용접 결합되어 효과적인 밀봉 성능을 발휘할 수 있다.
상기 슬리브(120)는 밀봉 성능 유지와 강성 확보를 위하여 적절한 두께를 갖도록 형성된다. 고온·고압 가스에 의해 상기 다이어프램(170)이 파손되더라도 상기 슬리브(120)가 쉽게 파손되지 않게 하기 위함이다. 만약 슬리브가 파손되면 가스는 압력 센서 밖으로 누출되기 쉽다. 따라서, 종래 압력 센서에서 슬리브가 얇은 두께를 갖도록 형성되던 것과는 달리, 본 실시예에 따른 상기 슬리브(120)는 충분한 강성을 가짐으로써 가스 누출 위험을 감소시킬 수 있다.
상기 슬리브(120)의 타방은 상기 하우징(110)의 중공으로 연장되고, 연장된 부분은 원통형으로 형성된다. 상기 슬리브(120)가 연장된 부분은 상기 다이어프램(170) 및 상기 압전 센서(160)보다 더 길게 연장된다.
상기 슬리브(120)는 타방에서 상기 푸셔(130)와 용접 결합되거나 혹은 나사 결합이 가능하다. 용접 결합은 적절한 예압을 인가한 후 상기 슬리브(120)와 상기 푸셔(130)를 용접하여 결합한다. 나사 결합 방식은 별도의 지그 없이도 예압 인가가 가능한 장점이 있다. 나사 결합 시 상기 슬리브(120)는 타방에서 상기 푸셔(130)와 나사 결합된다. 이때 상기 푸셔(130)는 상기 슬리브(120)의 반경방향 내측에 일부가 삽입되며, 이들의 결합을 위해 상기 슬리브(120)의 내주면과 상기 푸셔(130)의 외주면에는 서로 치합되는 나사산(S1)이 형성된다. 또한, 상기 슬리브(120)와 상기 푸셔(130)를 나사 결합한 후 나사 풀림 방지와 밀봉 등을 위하여 용접 결합을 추가하는 것도 가능하다.
상기 푸셔(130)의 관점에서 설명하면, 상기 푸셔(130)는 일방에서 상기 슬리브(120)의 반경방향 내측에 결합되고, 상기 다이어프램(170)과는 상기 하우징(110)의 길이 방향을 따라 이격되어 있다. 상기 푸셔(130)와 상기 압전 센서(160) 사이에는 전극(150)이 위치하고, 상기 전극(150)의 일측은 상기 압전 센서(160)와 접촉하여 전기적 신호를 전달한다.
상기 푸셔(130)는 내부에 중공이 형성되어, 중공에 상기 전극(150)으로부터 전달되는 전기적 신호를 외부로 전달하기 위한 커넥터가 위치한다. 상기 푸셔(130)의 중공에서 나머지 공간은 밀봉제(140)로 채워진다.
상기 밀봉제(140)는 높은 전기적 절연 성능을 갖는 물질로 구성되어 압력 센서에 요구되는 높은 절연 성능을 발휘한다. 또한, 상기 밀봉제(140)는 상기 푸셔(130)의 중공을 빈틈없이 채우고 있어 상기 푸셔(130)의 중공을 통해서 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 푸셔(130)를 통한 예압 인가에 대하여 설명한다.
전술한 것처럼, 상기 슬리브(120)와 상기 푸셔(130)는 나사 결합되므로 조립 과정에서는 상기 푸셔(130)를 돌려 체결 토크를 조절할 수 있다. 상기 푸셔(130)의 하방에는 상기 압전 센서(160)가 위치하여 상기 푸셔(130)가 하측으로 가하는 압력이 상기 압전 센서(160)로 전달된다.
따라서, 상기 푸셔(130)를 높은 토크로 결합시키면 상기 압전 센서(160)에는 높은 예압이 인가되고, 반대로 상기 푸셔(130)를 낮은 토크로 결합시키면 상기 압전 센서(160)에는 낮은 예압이 인가된다. 이같이 상기 푸셔(130)의 체결 토크를 조절하여 예압을 쉽게 조절할 수 있다.
이때, 상기 푸셔(130)의 타방에는 토크 인가 장치를 결합하여 상기 푸셔(130)의 체결 토크를 보다 쉽게 조절할 수 있다. 상기 토크 인가 장치는 예를 들면 토크 드라이버나 토크 렌치와 같은 도구로, 상기 푸셔(130)의 타방에는 상기 토크 인가 장치와 맞물리는 홈이 형성될 수 있다. 토크 조절을 완료한 후에는 상기 토크 인가 장치를 제거한다.
상기 토크 인가 장치를 사용하여 상기 압전 센서(160)에 예압을 인가한 후, 압력 센서의 각 부품들을 용접하기 전 상기 압전 센서(160)의 테스트를 수행함으로써 상기 압전 센서(160)가 정상적으로 작동되는지 점검할 수 있다. 부품들을 용접한 후에는 분리가 불가능하므로 테스트 결과 문제가 있더라도 해결하기 어렵지만, 용접하기 전에 상기 압전 센서(160)를 테스트하면 결과에 따라 예압을 변경 가능하여 압력 센서의 품질 편차를 크게 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸 단면도, 도 5는 도 4에서 나사산이 형성된 부분을 확대한 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 압력 센서는 하우징(210), 다이어프램(270), 압전 센서(260), 슬리브(220), 푸셔(230)를 포함한다.
상기 하우징(210)은 압력 센서의 외관을 형성하는 것으로, 내부에 중공이 형성되는 원통 형상이다. 상기 하우징(210)의 양측은 개방되어 있으며 이 중 일측 단부는 고온·고압 가스와 맞닿는 부분으로 상기 다이어프램(270)이 위치된다.
상기 다이어프램(270)은 압력에 의해 탄성 변형되는 얇은 박막이며, 상기 하우징(210)의 개방된 일측 단부를 덮는다. 상기 다이어프램(270)은 압력을 측정하고자 하는 가스와 맞닿는 전면을 포함하고 상기 다이어프램(270) 전면에는 오목부(272)가 형성된다. 상기 오목부(272)는 상기 다이어프램(270) 전면 또는 후면에 원주방향으로 다양한 수량, 크기 및 깊이로 센서의 특성에 따라 형성될 수 있으며, 상기 다이어프램(270)이 보다 쉽게 변형 및 복원될 수 있게 한다.
상기 다이어프램(270)의 배면은 테두리가 돌출되어 있으며, 여기에 상기 슬리브(220)가 결합된다.
상기 슬리브(220)는 상기 다이어프램(270)의 변형을 지지하는 역할을 한다. 즉, 상기 다이어프램(270)의 테두리를 고정시킴으로써 압력에 의해 상기 다이어프램(270)의 중심부만 변형되도록 하는 것이다. 또한, 상기 슬리브(220)는 상기 하우징(210)과 상기 다이어프램(270)의 사이에 틈새를 막는 밀봉 기능도 수행한다.
상기 다이어프램(270)은 배면측에서 상기 하우징(210) 내부의 중공으로 연장된다. 상기 다이어프램(270)이 연장된 부분은 상기 하우징(210)의 길이 방향으로 연장된 원통형이며, 반경방향 내측에는 상기 압전 센서(260)가 안착된다. 상기 다이어프램(270)이 연장된 부분의 반경방향 외측에는 상기 슬리브(220)가 위치하나, 이 부분에서는 상기 슬리브(220)가 상기 다이어프램(270)에 결합되거나 접촉되지 않고 이격되어 있다.
상기 압전 센서(260)는 상기 다이어프램(270)의 압력을 전기적 신호로 바꾸어 출력한다. 상기 압전 센서(260)가 상기 다이어프램(270)에 안착된 채로 상기 다이어프램(270)의 압력을 효과적으로 전달받기 위해서는 상기 압전 센서(260)에 예압이 인가되어야 한다. 즉, 측정하고자 하는 압력의 반대 방향인 상기 압전 센서(260)가 상기 다이어프램(270)을 누르는 방향으로 압력이 유지되어야 한다. 상기 압전 센서(260)에 예압을 인가하는 구성인 상기 푸셔(230)에 대해서는 후술한다.
본 실시예에서 상기 압전 센서(260)는 쿼츠(quartz)가 사용될 수 있다. 쿼츠는 상기 다이어프램(270)의 압력을 전달받아 전하를 출력하는데, 고온·고압의 환경에서도 압력에 비례하는 값의 전하를 안정적으로 출력하는 특성을 갖는 장점이 있다.
그러나, 쿼츠가 출력하는 전하량은 피코쿨롱(pico-coulomb, 10-12 C) 단위로 매우 작은 값이므로 방전되기가 쉽다. 따라서, 쿼츠를 사용하는 경우에는 방전을 방지하기 위해 높은 전기적 절연 성능이 요구된다.
또한, 쿼츠는 외부 충격이나 진동 등에 의해 파손되기 쉽기 때문에 상기 다이어프램(270)이 연장된 부분이 상기 압전 센서(260)를 외측에서 감싸며 보호할 수 있게 하였다.
본 실시예에서 상기 다이어프램(270)은 상기 오목부(272)가 형성되는 전면과 상기 하우징(210)의 중공으로 연장된 부분이 일체형이나, 이를 변형하여 각 부분을 별도로 제작한 뒤 밀봉 결합시키는 것도 가능하다.
상기 슬리브(220)는 일방이 상기 다이어프램(270)과 결합되며, 타방이 상기 푸셔(230)와 결합된다. 전술한 것처럼 상기 슬리브(220)의 일방은 상기 다이어프램(270)의 배면의 테두리에 결합된 채 상기 하우징(210)에 결합된다. 이때 상기 슬리브(220)와 상기 하우징(210)은 서로 용접 결합되어 효과적인 밀봉 성능을 발휘할 수 있다.
상기 슬리브(220)는 밀봉 성능 유지와 강성 확보를 위하여 적절한 두께를 갖도록 형성된다. 고온·고압 가스에 의해 상기 다이어프램(270)이 파손되더라도 상기 슬리브(220)가 쉽게 파손되지 않게 하기 위함이다. 만약 슬리브가 파손되면 가스는 압력 센서 밖으로 누출되기 쉽다. 따라서, 종래 압력 센서에서 슬리브가 얇은 두께를 갖도록 형성되던 것과는 달리, 본 실시예에 따른 상기 슬리브(220)는 충분한 강성을 가짐으로써 가스 누출 위험을 감소시킬 수 있다.
상기 슬리브(220)의 타방은 상기 하우징(210)의 중공으로 연장되고, 연장된 부분은 원통형으로 형성된다. 상기 슬리브(220)가 연장된 부분은 상기 다이어프램(270) 및 상기 압전 센서(260)보다 더 길게 연장된다.
상기 슬리브(220)는 타방에서 상기 푸셔(230)와 나사 결합되거나 혹은 용접 결합이 가능하다. 용접 결합은 적절한 예압을 인가한 후 상기 슬리브(220)와 상기 푸셔(230)를 용접하여 결합한다. 나사 결합 방식은 별도의 지그 없이도 예압 인가가 가능한 장점이 있다. 나사 결합 시 상기 슬리브(220)는 타방에서 상기 푸셔(230)와 나사 결합된다. 또한, 상기 슬리브(220)와 상기 푸셔(230)를 나사 결합한 후 나사 풀림 방지와 밀봉 등을 위하여 용접 결합을 추가하는 것도 가능하다. 이들의 결합을 위해 상기 슬리브(220)의 외주면과 상기 푸셔(230)의 내주면에는 서로 치합되는 나사산(S2)이 형성된다. 상기 푸셔(230)는 상기 슬리브(220)를 반경방향 내측과 외측 모두에서 감싸고 있다. 다시 말하면 상기 슬리브(220)의 타방 일부가 상기 푸셔(230)에 삽입되는 형태이다.
한편, 상기 슬리브(220)의 내주면도 상기 푸셔(230)와 접촉하고 있으나 이 부분에서는 반드시 나사 결합되는 것은 아니며, 필요에 따라 용접으로 결합하는 것은 가능하다.
상기 푸셔(230)는 반경방향 중심측에 중공이 형성되는 원통형의 제1 부분과, 상기 나사산(S2)이 형성되는 제2 부분을 포함한다. 앞서 설명한 상기 슬리브(220)와의 결합관계로 설명하면, 상기 제1 부분의 외주면에 상기 슬리브(220)가 접촉하는 것이고 상기 제2 부분의 내주면에 상기 나사산(S2)이 형성되어 상기 슬리브(220)와 결합한다. 즉, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이 공간에 상기 슬리브(220)가 삽입 결합된다.
상기 푸셔(230)는 이같이 일방에서 상기 슬리브(220)와 결합되고, 상기 다이어프램(270)과는 상기 하우징(210)의 길이 방향을 따라 이격되어 있다. 상기 푸셔(230)와 상기 압전 센서(260) 사이에는 전극(250)이 위치하고, 상기 전극(250)의 일측은 상기 압전 센서(260)와 접촉하여 전기적 신호를 전달한다.
상기 푸셔(230)의 상기 제1 부분 내부에는 중공이 형성되어, 중공에 상기 전극(250)으로부터 전달되는 전기적 신호를 외부로 전달하기 위한 커넥터가 위치한다. 상기 제1 부분의 중공에서 나머지 공간은 밀봉제(240)로 채워진다.
상기 밀봉제(240)는 높은 전기적 절연 성능을 갖는 물질로 구성되어 압력 센서에 요구되는 높은 절연 성능을 발휘한다. 또한, 상기 밀봉제(240)는 상기 푸셔(230)의 중공을 빈틈없이 채우고 있어 상기 푸셔(230)의 중공을 통해서 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 상기 푸셔(230)는 상기 하우징(210)의 중공을 채우는 밀봉 기능을 수행할 수 있는 크기로 형성된다. 구체적으로 설명하면, 도 4에 도시된 것처럼 상기 푸셔(230)의 상면은 같은 높이에서 상기 하우징(210)의 중공 내경 이상으로 형성되어 상기 푸셔의 하측과 상측 공간을 분리시킨다. 이에 의하여, 상기 다이어프램(270) 파손 시 1차적으로 상기 슬리브(220)에 의해 가스 누출이 방지되고 2차적으로 상기 푸셔(230)에 의해 가스 누출이 방지될 수 있는 것이다.
상기 푸셔(230)를 통한 예압 인가에 대하여 설명한다.
전술한 것처럼, 상기 슬리브(220)와 상기 푸셔(230)는 나사 결합되므로 조립 과정에서는 상기 푸셔(230)를 돌려 체결 토크를 조절할 수 있다. 상기 푸셔(230)의 하방에는 상기 압전 센서(260)가 위치하여 상기 푸셔(230)가 하측으로 가하는 압력이 상기 압전 센서(260)로 전달된다.
따라서, 상기 푸셔(230)를 높은 토크로 결합시키면 상기 압전 센서(260)에는 높은 예압이 인가되고, 반대로 상기 푸셔(230)를 낮은 토크로 결합시키면 상기 압전 센서(260)에는 낮은 예압이 인가된다. 이같이 상기 푸셔(230)의 체결 토크를 조절하여 예압을 쉽게 조절할 수 있다.
이때, 상기 푸셔(230)의 타방에는 토크 인가 장치를 결합하여 상기 푸셔(230)의 체결 토크를 보다 쉽게 조절할 수 있다. 상기 토크 인가 장치는 예를 들면 토크 드라이버나 토크 렌치와 같은 도구로, 상기 푸셔(230)의 타방에는 상기 토크 인가 장치와 맞물리는 홈이 형성될 수 있다. 토크 조절을 완료한 후에는 상기 토크 인가 장치를 제거한다.
상기 토크 인가 장치를 사용하여 상기 압전 센서(260)에 예압을 인가한 후, 압력 센서의 각 부품들을 용접하기 전 상기 압전 센서(260)의 테스트를 수행함으로써 상기 압전 센서(260)가 정상적으로 작동되는지 점검할 수 있다. 부품들을 용접한 후에는 분리가 불가능하므로 테스트 결과 문제가 있더라도 해결하기 어렵지만, 용접하기 전에 상기 압전 센서(260)를 테스트하면 결과에 따라 예압을 변경 가능하여 압력 센서의 품질 편차를 크게 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 압력 센서는, 상기 슬리브가 충분한 강성의 두께로 형성되어 쉽게 파손되지 않아 밀봉 성능을 확보할 수 있다.
또한, 상기 푸셔와 상기 슬리브가 나사 결합되어 토크 조절을 통한 예압 조절이 용이하므로, 제작에 있어서 별도의 지그나 장비 혹은 고도의 용접 기술을 필요로 하지 않는다.
또한, 상기 푸셔를 통한 예압 조절이 용접 전에 이루어질 수 있으므로 제품의 불량률이나 개체간의 성능 편차를 줄일 수 있다.
110, 210: 하우징
120, 220: 슬리브
130, 230: 푸셔
140, 240: 밀봉제
150, 250: 전극
160, 260: 압전 센서(쿼츠)
170, 270: 다이어프램
172, 272: 다이어프램 오목부
S1, S2: 나사산

Claims (8)

  1. 중공이 형성되는 하우징;
    일방이 상기 하우징의 일측을 덮고, 타방이 상기 하우징의 중공으로 연장되는 다이어프램;
    상기 다이어프램의 내측에 안착되는 압전 센서;
    상기 하우징과 상기 다이어프램 사이에 위치하고, 일방이 상기 다이어프램의 배면에 접촉하고 타방이 상기 하우징의 중공으로 연장되는 슬리브; 및
    상기 하우징의 중공에서 상기 압전 센서와 이격되도록 위치하고, 상기 슬리브와 나사 결합되는 푸셔를 포함하고,
    상기 푸셔의 체결 토크에 의해 상기 압전 센서에 예압이 인가되는 것을 특징으로 하되,
    상기 다이어프램은 상기 하우징의 일측을 바라보는 전면에서부터 상기 하우징과 상기 슬리브 사이를 따라 상기 압전 센서를 외측에서 감싸며 일체로 연장되고,
    상기 슬리브와 상기 푸셔에는 서로 치합되는 나사산이 형성되어 상기 푸셔가 상기 슬리브에 삽입 결합되며, 상기 푸셔는 상면이 상기 하우징의 내경 이상의 외경을 갖도록 형성되어 상기 푸셔의 하측과 상측 공간을 분리시키며,
    상기 푸셔의 반경방향 내측에는 중공이 형성되고, 상기 푸셔의 중공은 밀봉제로 채워지며,
    상기 압전 센서와 상기 밀봉제 사이에는 전극이 위치하고, 상기 전극은 상기 밀봉제의 하측면 중앙과 면접촉된 상태로 밀착된 상태가 유지되며, 상기 밀봉제와 상기 전극 및 상기 압전센서는 동축으로 연결된 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브와 상기 푸셔는 일부 구간에서 중첩되도록 상기 하우징의 길이 방향으로 연장되고,
    상기 푸셔는, 상기 슬리브의 반경방향 내측에 삽입되는 제1 부분 및 상기 슬리브의 반경방향 외측을 감싸는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제2 부분의 내주면과 상기 슬리브의 외주면에는 서로 치합되는 나사산이 형성되어, 상기 슬리브가 상기 푸셔에 삽입 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 부분의 반경방향 내측에는 중공이 형성되고, 상기 제1 부분의 중공은 밀봉제로 채워지는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브와 상기 푸셔는 나사 결합된 채 용접으로 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
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