KR20030018345A - 질량 유체 유량센서 및 질량 유체 흐름 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량 유체 유량센서 및 질량 유체 흐름 검출장치에 관한 것으로, 정온도계수 써미스터(2)와 절연체인 지지대(3)로 구분되는 경계면(4)을 갖는 복합구조를 한 하이브리드 세라믹스에 전극(5)(5')처리와 절연 코팅 및 열전도성 금속으로 마운팅 또는 하우징한 구조로서,

기존의 백금이나 니켈대신에 큰 정온도계수를 갖고 발열온도가 자기제한적인 저항체 써미스터(2)를 도관(11)의 내부에 설치할 수 있도록 써미스터(2) 외부를 절연체인 지지대(3)로 절연하고, 온도 센서(6) 및 질량 유체 유량센서(1)를 도관(11)내부의 유체에 직접 감지토록 하여 감도가 빠르고 정확한 유체 유량을 측정할 수 있으며, 또한 단자부분으로부터의 열손실을 최소화하고 지지대(3)로 사용하는 전기절연체의 잠열로 인한 센서의 검지능력 저하를 해결할 수 있는 질량 유체 유량센서(1)와 유체의 온도에 따른 질량변화를 감지하는 온도 보상장치를 갖는 측정장치에 관한 것이다.

Description

질량 유체 유량센서 및 질량 유체 흐름 검출장치{MASS FLOW SENSOR AND MEASURING APPARATUS}

본 발명은 질량 유체 유량센서 및 질량 유체 흐름 검출장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 정온도계수 써미스터와 절연체인 지지대로 구분되는 경계면을 갖는 복합구조를 한 하이브리드 세라믹스에 전극처리와 절연코팅 및 열전도성 금속으로 마운팅 또는 하우징한 구조로서,

기존의 백금이나 니켈대신에 큰 정온도계수를 갖고 발열온도가 자기제한적인 저항체 써미스터를 도관의 내부에 설치할 수 있도록 써미스터 외부를 절연체인 지지대로 절연하고, 온도 센서 및 질량 유체 유량센서를 도관내부의 유체에 직접 감지토록 하여 감도가 빠르고 정확한 유체 유량을 측정할 수 있으며, 또한 단자부분으로부터의 열손실을 최소화하고 지지대로 사용하는 전기절연체의 잠열로 인한 센서의 검지능력 저하를 해결할 수 있는 질량 유체 유량센서와 유체의 온도에 따른 질량변화를 감지하는 온도 보상장치를 갖는 측정장치에 관한 것이다.

종래 질량식 유체유량 감지장치는 주로 핫필름, 핫와이어 센서를 이용한 유체 유량 감지장치와 세라믹 반도체를 도관 외부에 부착하여 간접적으로 유체의 질량을 측정하는 장치가 있다.

여기서, 상기 핫필름식 또는 핫와이어식 유체유량 감지장치는 측정정밀도가 상대적으로 우수한 점은 있으나, 사용되고 있는 측정소자의 외경이 10㎛내외의 선재이거나 두께 수㎛의 박막으로 제작되며, 선재나 필름의 경우 내구성이 취약하고제조비용이 높다는 문제점이 있었다.

또한, 기체의 유량을 감지하는데는 가능하나 액체의 경우 핫와이어나 핫필름을 전기적으로 절연시키는데 문제가 있어 유체 내부에 센서를 직접 삽입하지 못하여 실용화가 어려운 실정이다.

측정회로에 있어서, 핫와이어나 핫필름은 재질이 백금이나 니켈 등으로 작은 정온도계수를 갖고 있어 감도가 낮을 뿐만 아니라 발열에 의한 발화현상을 막기 위해 정온도방식의 측정회로로 구성하여야 한다.

이러한 정온도방식의 측정회로에서, 휘스톤브리지의 구성요소로서 써미스터가 사용되며, 이때 브리지의 출력전압을 증폭기로서 적분한 크기의 전압이 브리지의 입력단에 인가되어 유속이 커짐에 따라 써미스터의 온도가 내려가는 경우 브리지의 균형이 깨져 기준저항의 양단에 출력전압이 발생하게 되고, 이 기준저항의 전류값과 전압값으로부터 써미스터에서 소모된 전기에너지의 크기를 전류-유속 계산기로 계산하여 비평형일 때 브리지에서의 인가전압을 높여 상기 브리지를 다시 평형상태로 만드는 것이지만, 이는 써미스터의 온도가 일정하도록 제어하는 것으로서 회로의 제조비용이 높아지는 문제점이 있었다.

한편, 정온도계수 세라믹 반도체를 이용한 질량유량 감지장치 기술로는 미국 특허 제5216918호(1), 일본국 특개소63-210666(2), 일본국 특개평7-91998(3), 5-306947(4) 및 미국 특허 제4413514호(5) 등 다수가 있다.

상기 각 특허중에서 절연체를 사용하지 않는 기술은 (1),(3),(5)로서, 이 가운데 (1)은 절연체를 사용하지 않고 정온도계수 써미스터를 사용하는 대표적인 기술이라 할 수 있는데, 도관의 외벽과 열적으로 접촉되는 정온도계수(PTC)를 갖는 소자와 도관내에 자체 발열하지 않는 온도센서를 각각 설치 하여 PTC소자의 저항변화와 온도센서와의 신호로부터 유체변화를 검지하는 장치 및 방법이고, 사용센서는 PTC소자로서 티탄산바륨(BaTiO₃) 또는 티탄산스트론튬(SrTiO₃)과 첨가제로 구성되어 있고, PTC소자의 저항변화를 검지하고 있다.

또한, (3)의 기술 역시 절연체를 사용하지 않는 방법으로서, 2개의 디스크형 PTC 써미스터를 도관내에 설치하고 브리지 회로를 구성하여, 2개의 차이로부터 유속을 측정하는 구성이며, (5)는 절연체를 사용하지 않고 NTC 써미스터와 PTC 써미스터의 2종류를 사용하고 있지만, 이들의 센서전체가 써미스터로 되어 있어 써미스터 단자부분의 열 손실로 인해 열 검지능력이 떨어지는 결점이 있다.

한편, 절연체위에 정온도계수 써미스터를 코팅한 유량센서로서 상기 (2),(4)의 기술을 예로 들 수 있는데 각각 도8과 도9에 나타난 바와 같다.

여기서, 상기 (2)의 일본국 특개소63-210666의 기술(도8)은 볼모양의 전기절연체(31), 이 전기절연체(31)의 표면에 형성된 제1 박막전극(32), 이 제1 박막전극(32)의 표면에 균일하게 형성되고 정온도특성을 갖는 박막써미스터(33) 및 이 써미스터(33)의 표면에 형성된 제2 박막전극(34)으로 구성된 유체의 유속을 측정하는 유속센서(30)로서, 볼모양의 전기절연체(31)의 표면에 하부전극을 입히고 그 위에 박막의 PTC 써미스터(33)를 형성한 후, 다시 그 위에 상부전극을 입힌 센서와 브릿지 회로를 구성하여 브릿지를 평형으로 유지하려는 귀환증폭기의 출력으로부터 상기 유속센서(30)를 통과하는 유체의 유속을 검출할 수 있도록 하는 것을특징으로 하고 있다.

또한, 상기 (4)의 일본국 특개평5-306947의 기술(도9)은, 하부에 리드선(40)과 보호코드(41)를 갖추고 홀더(42)상에 설치된 유속프로브(35)를 전기절연성의 지지기재(36)와 이 지지기재(36)의 표면에 피착된 감열저항체(37)로 구성하고, 이 감열저항체(37)를 온도에 따라 저항이 변하는 물질로 된 주감열부(38)와, 이 주감열부(38)보다 저항온도계수가 더 큰 물질로 된 열완충부(39)로 구성함과 동시에, 상기 열완충부(39)를 주감열부(38)의 유속프로브(35)의 지지측에 인접시킨 구성으로서, 전기절연성의 기판위에 감열센서로 부온도계수의 저항체인 NTC를 입히고, 단자의 근접부분은 정온도계수 저항체인 PTC를 입혀 단자부분의 열 손실을 보완 감소시키는 것을 특징으로 하고 있다.

그런데, 이러한 종래의 기술은 써미스터가 박막으로 형성되어 열 용량이 작기 때문에 도8(2)의 볼모양의 전기절연체(알루미늄)(31)나 도9(4)의 전기 절연체 기판이 갖는 잠열의 영향을 쉽게 받을 수 있어 유체온도가 변화할 때는 검지시간이 길어지고 측정이 부정확해질 수 있는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기의 종래의 제반 결점을 개선한 것으로, 정온도계수 써미스터와 절연체인 지지대로 구분되는 경계면을 갖는 복합구조를 한 하이브리드 세라믹스에 전극처리와 절연코팅 및 열전도성 금속으로 마운팅 또는 하우징한 구조로서, 기존의 백금이나 니켈대신에 큰 정온도계수를 갖고 발열온도가 자기제한적인 저항체 써미스터를 도관의 내부에 설치할 수 있도록 써미스터 외부를 절연체인 지지대로 절연하고, 온도 센서 및 질량 유체 유량센서를 도관내부의 유체에 직접 감지토록 하여 감도가 빠르고 정확한 유체 유량을 측정할 수 있으며, 또한 단자부분으로부터의 열손실을 최소화하고 지지대로 사용하는 전기절연체의 잠열로 인한 센서의 검지능력 저하를 해결할 수 있는 질량 유체 유량센서와 유체의 온도에 따른 질량변화를 감지하는 온도 보상장치를 갖는 측정장치를 제공하고자 하는 것이다.

도1은 본 발명의 질량 유체 유량센서의 사시도

도2는 본 발명의 정전압 측정회로의 구성을 나타내는 도면

도3은 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치의 사용 상태의 단면도

도4는 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치중 액체 감지센서의 단면도

도5는 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치중 기체 감지센서의 단면도

도6은 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치의 사용 상태의 1예의 단면도

도7은 본 발명의 유체 감지센서의 온도에 따른 저항 변화 그래프

도8은 종래 질량 유체 감지센서의 1예의 단면도

도9는 종래 질량 유체 감지센서의 다른 1예의 단면도

※도면중의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 질량 유체 유량센서 2 : 써미스터 3 : 유체 감지센서 접합 지지대

4 : 경계면 5,5' : 전극 6 : 온도센서

7 : 온도센서 전원연결 와이어 8 : 유속센서 전원연결 와이어

9 : 유체 감지센서 지지대 10 : 회로보호용 케이스

11 : 도관 12 : 유체 감지센서 지지파이프 13 : 센서 보호카바

14 : 센서 보호용 절연물 15 : 유체 감지센서 고정용 니쁠

16 : 유체 감지센서 보호용 절연물 17 : 지지대 고정너트

18 : 압축용 링 19 : 니쁠 20 : 절연물

21 : 센서의 큐리점 도달 직전점 22 : 전원 인가시의 저항점

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 구성을 좀더 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 질량 유체 유량센서의 사시도이다.

도면에서와 같이, 본 발명의 질량 유체 유량센서(1)는 저항체인 써미스터(2)와 절연체인 지지대(3)로 구분되는 경계면(4)을 갖되, 일체형 복합구조의 하이브리드 세라믹스로 구성하고, 세라믹스의 상,하 양면에 전극(5),(5')을 형성한 후, 단자부분을 제외한 부분에 다시 절연막을 코팅하고 필요시 다시 열전도성이 좋은 금속으로 마운팅 또는 하우징한 것이다.

상기 전극(5),(5')은 저항체인 써미스터(2)를 통전하기 위한 것으로 가능한한 전체면적에 형성하는 것이 바람직한데, 절연체인 지지대(3)에 좁은 폭으로 형성하여 단자부분으로부터의 열손실을 최소화 하고 있으며, 유량센서(1)의 장기간 사용시 써미스터(2)와 지지대(3)의 경계면(4)에서 균열이나 부피의 변화 등이 발생되지 않도록 하기 위해서 상기 써미스터(2)와 지지대(3)의 열팽창계수를 거의 같게하는 것이 바람직하다.

이하, 상기 유량센서(1)의 구성 성분과 제조방법에 대해 설명한다.

정온도계수 써미스터(2)는 페로브스카이트형 고용체들이고 일반식은 ABO₃로 표시되는데, 여기서 A는 Ca,Sr,Ba 혹은 Pb이고 B는 Ti 등이며, 반도성 정온도계수 써미스터를 위한 첨가제로서는 Y,Sb,Nb,Nd,La 이외에 Mn,Mg,Al,Si,Ti,Zr,W 등 중에서 금속산화물 또는 전구체를 사용한다.

상기 써미스터(2)와 격자정수를 거의 일치시키고 열팽창계수를 갖게 하기 위해 이들 페로브스카이트 써미스터 조성물에 1종 이상의 화학성분을 추가하여 절연체인 지지대(3)를 제조한다.

이러한 절연체를 제조하기 위한 조성물은 다음과 같은 여러가지 방법으로 할 수 있다,

1) 사용하는 ABO₃계 써미스터(2)와 동일한 ABO₃의 산화물 또는 전구체(여기서, A와 B는 1성분이상의 복수 고용체 성분도 가능)

2) 써미스터(2) 주성분계와 동일한 ABO₃의 산화물 또는 전구체에 Y,Sb,Nb,Nd,La,Mn,Mg,Al,Si,Ti,Zr,W 등 중에서 적어도 1가지 이상을 10mol% 이하 함유한 산화물 또는 전구체를 포함한 조성물

3) 써미스터(2)의 반도성을 발현하기 위한 첨가제(예를들면 Y,Sb,Nb,Nd,La,Mn,Mg,Al,Si,Ti,Zr,W)의 양이 반도성을 발현하기 위한 적정함량에 미달이거나 초과한 함량 이상으로 조성된 산화물 또는 전구체 조성물

4) 써미스터(2)의 적정 첨가제 조성물보다 적어도 한가지 성분 이상이 적거나 많은 조성물

실시예 1

저항체 써미스터(2)의 주성분이 티탄산바륨(BaTiO)이라면 이 티탄산바륨의 단성분이나 전구체를 사용한다.

다른 방법으로는 티탄산바륨에 1몰이하의 실리콘, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 망간, 지르코늄 등의 산화물이나 탄산염 등 산화물의 전구체를 1종 이상 함유한 혼합물이면 된다.

성형은 저항체 써미스터(2)의 조성분말과 절연체인 지지대(3)의 조성분말을 금형에 각각 구분충진하여 동시에 프레스성형한다. 성형품은 1200℃이상의 온도에서 30분 이상 소결한 후 냉각시키면 일체형 하이브리드 세라믹스를 얻게 된다. 이중 하이브리드 세라믹스의 양면에 은, 니켈, 알루미늄, 아연 등의 통상의 옴페이스트(Ohmic paste)를 전극과 단자형상을 디자인한 스크린을 사용하여 통상의 인쇄법으로 전극을 인쇄, 소부하여 전극(5),(5')을 형성하고 단자 끝부분을 제외한 전체부분을 실리콘 등의 고분자 절연막 재질로 코팅하면 원하는 질량 유체 유량센서(1)를 얻게 된다.

여기서, 필요한 경우 액체용은 다시 열전도성이 좋은 박판 구리나 스테인레스스틸 혹은 알루미늄을 밀착 용접 밀봉하여 마운팅 또는 하우징하면 된다.

실시예 2

상기 성형단계에서 전체를 써미스터(2)의 조성물로 성형한 성형체에 티탄산바륨의 단성분이나 전구체, 혹은 티탄산바륨 또는 전구체에 10mol% 이하의 실리콘,알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 망간, 지르코늄 등의 산화물이나 탄산염 등 산화물의 전구체를 1종 이상 함유한 혼합물을 물, 알코올, 아세톤 등의 용매를 사용하여 제조한 슬러리에 절연체로 할 부분을 담구어 침적코팅 또는 스프레이, 붓, 인쇄 등 통상의 코팅법으로 도포하여 충분히 안으로 확산을 시킨 후, 다음 공정은 상기 실시예 1과 같이하여 원하는 유량센서(1)를 얻게 된다.

여기서, 써미스터(2)의 주성분을 티탄산바륨 대신에 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산납, 텅스텐산칼슘 등의 페로브스카이트형 구조의 단성분 혹은 고용체의 산화물 또는 전구체를 적용할 수도 있다.

이렇게 하여 얻어진 제조편은 가로 5mm, 세로 30mm 및 두께 1mm 정도의 사각판재이면서 세로방향의 1/3부분을 써미스터(2)로 하고, 나머지 2/3을 절연체인 지지대(3)로 제작한다.

써미스터(2)의 주성분은 티탄산바륨 또는 티탄산바륨과 티탄산납의 고용체를 사용하였고 이들의 분말에 바인더로서 PVA를 첨가하여 과립분말을 제조한 후 사각판재의 성형용 금형의 세로방향의 1/3에는 써미스터(2)용 과립분말을 충진하고, 나머지 2/3에는 절연체용 티탄산바륨 과립분말을 충진하여 동시에 프레스 성형하였다.

성형분말의 충진은 피더컵(Feeder cup)과 금형 내부에 구분막을 구분 충진시킨 후 금형의 구분막을 제거하고 프레스 성형하였다. 이외 절연체의 각 조성물은 상기 모든 예시 방법대로 각각 제조하여 확인하였다. 성형된 시편은 1,250℃에서 1,350℃의 온도범위에서 약 30분에서 2시간 동안 열처리한 후 냉각시켰다.

소결시편은 정온도계수 써미스터(2)와 절연체인 지지대(3) 부분이 잘 구분된 하이브리드 세라믹스로 제작되었고, 절연체 부분의 저항은 100MΩ이었다.

써미스터(2)와 절연체인 지지대(3) 부분을 포함한 두께방향 상하면에 전극과 단자를 인쇄처리한 후 본체와 전기회로를 연결하는 단자부분을 제외한 전 부분에 절연 고분자막 또는 실리콘 및 유리막을 코팅하였다.

제조된 질량 유체 유량센서(1)의 온도에 따른 비저항 변화를 측정한 결과, 정온도계수 써미스터의 물성을 갖고 있어서 급격한 기울기를 갖고 직선성을 나타내는 영역에서는 1.0℃의 온도변화도 감지할 수 있어 유체 유량센서로 충분히 사용할 수 있었다.

한편 액체용 유량센서(1)는 단자 리드선을 길게 뺀 후, 절연코팅위에 전도성이 좋은 박판 구리나 스테인레스스틸(SUS) 또는 알루미늄으로 센서를 마운팅 혹은 하우징 용접하였다.

도2는 본발명에 사용되는 정전압 측정회로(Circuit of constant - voltage type)이다.

도면에서와 같이, 본 발명의 정전압 측정회로의 구성은 특정 온도구간에서 매우 큰 정온도계수 값을 갖는 센서를 측정회로의 한 요소로 구성한 다음 정전압을 인가한다.

센서(1)에 일정한 전압을 걸어준 상태에서 풍속(Ua)이 발생한 경우, 대류에 의해 손실된 에너지와 풍속과의 관계를 통해 풍속을 산출하는 것이다.

전류값을 감지하기 위해 기준저항을 센서(1)에 직렬로 연결하며, 기준저항양단의 전압(E)을 측정하여 센서에 인가된 전류(IP)값과 순전압을 얻고, 그로부터 센서의 저항과 센서에서 소모된 전기적 에너지의 크기를 계산한다. 소모된 전기적 에너지와 대류에 의해 빼앗긴 열량간의 평형방정식은 다음과 같다.

전기적 에너지=대류영향 --------------------------------(1식)

전기적 에너지={센서에 인가된 순전압(VP)}×{센서를 통과한 전류(IP)}(2식)

대류열량=(유효 대류 단면적)(대류상수){(센서의 온도)-공기의 온도} -(3식)

대류상수=(실험상수1)+(실험상수2)√(공기의 속도)---------King's law(4식)

상기 각 식중에서 센서의 온도는 센서의 저항값으로부터 추정할 수 있으며, 2개의 실험상수는 미리 실험적으로 구해질 수 있다. 따라서, 유체의 온도만 추가로 측정되면 유체의 속도와 유량을 알 수 있게 된다.

도2에 의거 보다 상세히 설명하면, 현재 저항이 R₁<<R₂라고 가정하고 회로의 E에 일정한 전압을 가해 주었을 경우, V₁은 E와 같은 전압이 걸리게 된다. 정전압형 풍속센서를 만들기 위해서는 Vp가 항상 일정하게 유지되도록 해야한다.

먼저, 유속이 0(non-flow)인 상태에서 Vp가 일정한 전압을 유지하도록 회로를 셋팅한다. 이때 풍속이 발생하면 Vp값에 변화가 생기게 된다. 변화가 생긴 Vp값을 V₁을 통해서 보상해 주면 Vp는 항상 일정하게 유지된다. 발생된 풍속에 의해 소모된 전력과 풍속사이의 관계를 알아내여 발생된 풍속을 측정하는 것이 정전압형 구동방식이다.

한편, 도3은 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치의 사용 상태의 단면도로서, 본 발명의 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 지지대(9)의 선단에 장착하여관로(11)에 흐르는 유체의 질량 유체 흐름을 검출하되, 상기 유체 감지센서 지지대(9)의 내부에는 온도센서(6)를 갖추고 이 온도센서(6)의 전원연결 와이어(7)와 유량센서(1)에 열결된 유속센서 전원연결 와이어(8)를 회로보호용 케이스(10)내의 회로에 연결한 구조를 하고 있다.

도4는 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치중 액체 감지센서의 단면도로서, 본 발명의 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 지지대(9)내의 지지 파이프(12)의 선단에 설치하되, 상기 질량 유체 유량센서(1)를 돌출형의 센서 보호카바(13)로 보호하고 그 최 선단부는 센서보호용 절연물(14)을 충진한 질량 유체 흐름 검출장치를 나타내고 있다.

도5는 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치중 기체 감지센서의 단면도로서, 상기 도4와 다른 점은 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 보호용 절연물(16)로 피복하여 유체 감지센서 고정용 니쁠(15)상에 장착한 것을 유체 감지센서 지지대(9)의 선단부에 부착 고정한 구조이다.

도6은 본 발명의 질량 유체 흐름 검출장치의 사용 상태의 1예의 단면도로서, 유체 감지센서 지지대(9)의 선단부에 질량 유체 유량센서(1)를 장착한 질량 유체 흐름 검출장치를 도관(11)에 설치한 경우로, 상기 질량 유체 유량센서(1)는 주위를 센서 보호카바(13)로 보호하고 전방은 센서보호용 절연물(14)을 충진하였으며, 상기 유체 감지센서 지지대(9)의 선단부와 센서 보호카바(13)의 사이는 절연물(20)을 개재시켜 고정하고, 또한, 상기 유체 감지센서 지지대(9)는 유체 감지센서 지지대 고정너트(17)와 압축용 링(18), 그리고 배관에 연결하기 위한 니쁠(19)을 통하여도관(11)에 견고히 부착 고정되고 있다.

도7은 본 발명의 유체 감지센서의 온도에 따른 저항 변화 그래프를 나타내고 있다.

상온저항(Ro)를 갖는 센서(1)에 전원을 인가하면 저항(22)은 온도상승에 따라 점선과 같이 S자형 곡선을 그리며 PT의 큐리점을 갖는데, 큐리점의 온도부근(21)에서 저항은 1,000배 이상의 변화를 보여 큐리온도 이하에서는 전도체, 큐리온도 이상에서는 절연체와 같은 거동을 하면서 자동 스윗칭 기능을 갖는다.

본 시스템에서는 큐리온도 이상의 영역이 유지되도록 일정한 전압을 걸어주고, 유속이 빨라 열을 빼앗겨 온도가 저하되면 저항이 낮아지고 전류가 올라가서 큐리온도가 되면, 다시 저항이 올라 가면서 전류를 차단하여 일정온도를 유지하려는 PTC의 정온도 특성을 이용하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 질량 유체 유량센서 및 질량 유체 흐름 검출장치에 따르면, 정온도계수 써미스터와 절연체인 지지대로 구분되는 경계면을 갖는 복합구조를 한 하이브리드 세라믹스에 전극처리와 절연코팅 및 열전도성 금속으로 마운팅 또는 하우징한 구조로서, 기존의 백금이나 니켈대신에 큰 정온도계수를 갖고 발열온도가 자기제한적인 저항체 써미스터를 도관의 내부에 설치할 수 있도록 써미스터 외부를 절연체인 지지대로 절연하고, 온도 센서 및 질량 유체 유량센서를 도관내부의 유체에 직접 감지토록 하여 감도가 빠르고 정확한 유체 유량을 측정할 수 있으며, 또한 단자부분으로부터의 열손실을 최소화하고 지지대로 사용하는 전기절연체의 잠열로 인한 센서의 검지능력 저하를 해결할 수 있는 질량 유체 유량센서와 유체의 온도에 따른 질량변화를 감지하는 온도 보상장치를 갖는 측정장치로서 관련분야에의 이용 및 응용이 기대된다 하겠다.

Claims (7)

1. 저항체인 써미스터(2)와 절연체인 지지대(3)로 구분되는 경계면(4)을 갖되, 일체형 복합구조의 하이브리드 세라믹스로 구성하고, 세라믹스의 상,하 양면에 전극(5),(5')을 형성한 후, 단자부분을 제외한 부분에 다시 절연막을 코팅하고 필요시 다시 열전도성이 좋은 금속으로 마운팅 또는 하우징한 것을 특징으로 한 질량 유체 유량센서
2. 제1항에 있어서,

   상기 써미스터(2)는 일반식은 ABO₃(여기서 A는 Ca,Sr,Ba 혹은 Pb이고 B는 Ti 등임)로 표시되는 페로브스카이트형 고용체이고, 반도성 써미스터(2)를 위한 첨가제로서는 Y,Sb,Nb,Nd,La,Mn,Mg,Al,Si,Ti,Zr,W 등의 금속산화물 또는 전구체를 사용한 것을 특징으로 한 질량 유체 유량센서
3. 제1항에 있어서,

   절연체인 지지대(3)는 하기의 어느 한 조성물로 이루어진 것을 특징으로 한 질량 유체 유량센서

   1) 사용하는 ABO₃계 써미스터(2)와 동일한 ABO₃의 산화물 또는 전구체(여기서, A와 B는 1성분이상의 복수 고용체 성분도 가능)

   2) 써미스터(2) 주성분계와 동일한 ABO₃의 산화물 또는 전구체에Y,Sb,Nb,Nd,La,Mn,Mg,Al,Si,Ti,Zr,W 등 중에서 적어도 1가지 이상을 10mol% 이하 함유한 산화물 또는 전구체를 포함한 조성물

   3) 써미스터(2)의 반도성을 발현하기 위한 첨가제(예를들면 Y,Sb,Nb,Nd,La,Mn,Mg,Al,Si,Ti,Zr,W)의 양이 반도성을 발현하기 위한 적정함량에 미달이거나 초과한 함량 이상으로 조성된 산화물 또는 전구체 조성물

   4) 써미스터(2)의 적정 첨가제 조성물보다 적어도 한가지 성분 이상이 적거나 많은 조성물
4. 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 지지대(9)의 선단에 장착하여 관로(11)에 흐르는 유체의 흐름을 검출하는 장치에 있어서,

   상기 유체 감지센서 지지대(9)의 내부에는 온도센서(6)를 갖추고, 이 온도센서(6)의 전원연결 와이어(7)와 유량센서(1)에 열결된 유속센서 전원연결 와이어(8)를 회로보호용 케이스(10)내의 회로에 연결한 구조로 한 것을 특징으로 한 질량 유체 흐름 검출장치
5. 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 지지대(9)내의 지지 파이프(12)의 선단에 설치하여 유체의 흐름을 검출하는 장치에 있어서,

   상기 질량 유체 유량센서(1)를 돌출형의 센서 보호카바(13)로 보호하고, 그 최 선단부는 센서보호용 절연물(14)을 충진한 것을 특징으로 한 질량 유체 흐름 검출장치
6. 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 지지대(9)내의 지지 파이프(12)의 선단에 설치하여 유체의 흐름을 검출하는 장치에 있어서,

   상기 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 보호용 절연물(16)로 피복하여 유체 감지센서 고정용 니쁠(15)상에 장착한 것을 특징으로 한 질량 유체 흐름 검출장치
7. 질량 유체 유량센서(1)를 유체 감지센서 지지대(9)의 선단에 장착하여 관로(11)에 흐르는 유체의 흐름을 검출하는 장치에 있어서,

   상기 질량 유체 유량센서(1)의 주위를 센서 보호카바(13)로 보호하고 전방은 센서보호용 절연물(14)을 충진하며,

   상기 유체 감지센서 지지대(9)의 선단부와 센서 보호카바(13)의 사이는 절연물(20)을 개재시켜 고정하고,

   상기 유체 감지센서 지지대(9)는 유체 감지센서 지지대 고정너트(17)와 압축용 링(18), 그리고 배관에 연결하기 위한 니쁠(19)을 통하여 도관(11)에 견고히 부착 고정된 것을 특징으로 한 질량 유체 흐름 검출장치