KR200365085Y1

KR200365085Y1 - 정전용량변화를 이용하는 변위측정장치

Info

Publication number: KR200365085Y1
Application number: KR20-2004-0021401U
Authority: KR
Inventors: 이상철
Original assignee: 에이디반도체(주)
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2004-10-15

Abstract

본 고안에 사용되는 가변 커패시터는, 가운데에 직선형 관통구멍이 뚫려 있는 벌크형 전극(20)과, 벌크형 전극(20)의 관통구멍에 삽탈가능하게 설치되는 봉형 전극(10)과, 봉형 전극(10)의 둘레를 감싸도록 설치되는 유전체(30)를 포함하여 이루어져서, 봉형 전극(10)이 벌크형 전극(20)에 삽입되는 정도에 따라 정전용량이 변한다. 즉, 외부에서 힘이 가해지더라도 전극 사이의 거리(D)는 일정하게 유지되고 대신에 전극 면적(A)이 변화되는 것을 특징으로 한다. 본 고안에 의하면, 봉형 전극(10)이 벌크형 전극(20)에 내삽되는 정도에 따라 정전용량(C)이 직선적으로 변하기 때문에, 연산장치(미도시)를 이용하여 봉형 전극(10)의 변위를 측정함에 있어서 정전용량 값을 전압이나 주파수로 변환하는 보정회로가 필요 없다.

Description

정전용량변화를 이용하는 변위측정장치{Apparatus for measuring displacement using capacitance variation}

본 고안은 변위측정장치에 관한 것으로서, 특히 정전용량변화를 이용하여 변위를 측정하는 변위측정장치에 관한 것이다.

커패시터의 정전용량(C)은 εA/D 로 주어지는데, 여기서, A는 마주보는 전극의 면적이고, D는 두 전극 사이에 놓이는 유전체의 두께이며, ε는 유전체의 유전율이다. 상기 식에서 알 수 있듯이, 외부에서 힘을 가하여 두 전극 사이의 거리(D)를 변화시키면 정전용량(C)이 변하므로, 정전용량(C)의 변화를 통해서 두 전극 사이의 거리(D)의 변화를 알 수 있게 된다. 종래의 변위측정장치, 예컨대 압력측정장치는 이러한 원리를 이용한다.

전극 사이의 거리(D)의 변화를 알기 위해서 정전용량(C)의 변화를 전압이나 주파수로 변환할 필요가 있는데, 이 때 정전용량(C)과 전극 사이의 거리(D)는 도 1에 도시된 바와 같이 반비례 관계에 있어 정전용량(C)이 전극사이의 거리(D)의 변화에 따라 비직선적으로 변하기 때문에, 상술한 종래의 변위측정장치는 정전용량의 변화를 전압 또는 주파수로 출력할 때 보정회로가 요구된다.

따라서, 본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는, 보정회로 없이 정전용량의 값을 바로 전압이나 주파수로 출력할 수 있는 변위측정장치를 제공하는 데 있다.

도1은 종래의 변위측정장치를 설명하기 위한 도면;

도2 및 도3은 본 고안에 따른 변위측정장치를 설명하기 위한 도면들이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10: 봉형 전극 20: 벌크형 전극

30: 유전체

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 고안에 따른 변위측정장치는, 가운데에 직선형 관통구멍이 뚫려 있는 벌크형 전극과, 상기 벌크형 전극의 관통구멍에 삽탈가능하게 설치되는 봉형 전극과, 상기 봉형 전극의 둘레를 감싸도록 설치되는 유전체를 포함하여 이루어져서, 상기 봉형 전극이 상기 벌크형 전극에 삽입되는 정도에 따라 정전용량이 변하는 가변 커패시터; 및 상기 가변 커패시터의 정전용량의변화를 이용하여 상기 봉형전극의 변위를 연산하는 연산장치; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 봉형 전극을 감싸는 유전체의 폭은 상기 벌크형 전극의 관통구멍의 길이와 같은 것이 바람직하다.

상기 연산장치는 상기 정전용량의 변화를 보정회로 없이 전압 또는 주파수로 변환한 후 상기 봉형전극의 변위를 연산한다.

본 고안에 사용되는 커패시터는 외부에서 힘이 가해지더라도 전극사이의 거리(D)는 일정하게 유지되고 대신에 전극 면적(A)이 변화되는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 고안의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 고안의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.

도2는 본 고안의 실시예에 따른 변위측정장치를 설명하기 위한 도면이다. 도2를 참조하면, 본 고안에 사용되는 커패시터는 벌크형 전극(20), 봉형 전극(10), 및 유전체(30)를 포함하는데, 벌크형 전극(20)의 가운데에는 직선형 관통구멍이 뚫려 있으며, 봉형 전극(10)이 상기 관통구멍에 삽탈가능하게 설치된다. 유전체(30)는 봉형 전극(10)의 둘레에 설치된다. 도2에서는 벌크형 전극(20)이 원기둥형이며, 상기 관통구멍과 봉형 전극(10)의 단면이 원형인 경우가 도시되었지만 이러한 형태에 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 벌크형 전극(20), 관통구멍, 및 봉형전극(10)의 단면이 다각형이 될 수도 있다.

유전체(30)는 봉형 전극(10)이 움직일 때 같이 따라서 움직여야 하므로 봉형 전극(10)에 고정되어야 하는데, 이는 종래에 이미 알려져 있는 여러 가지 도포법을 사용하여 유전체를 봉형 전극(10)에 도포함으로써 충분히 구현될 수 있다.

봉형 전극(10)이 벌크형 전극(20)의 관통구멍에 삽입되면 전극 면적(A)이 변하게 되는데, 도3에 도시된 바와 같이 정전용량(C)은 전극 면적(A)에 대하여 비례관계에 있어 전극 면적(A)의 변화에 따라 직선적으로 변하기 때문에, 본원고안은 종래기술과 달리 정전용량 값을 전압이나 주파수로 변환하여 출력하는데 보정회로가 필요없다.

유전체의 폭(Xb)은 벌크형 전극의 관통구멍의 길이(Xa)와 같은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 유전체의 폭(Xb)이 관통구멍 길이(Xa)보다 크거나 작다면 봉형 전극(10)이 움직이더라도 전극 면적(A)이 사실상 변하지 않는 경우가 생기기 때문이다.

봉형 전극(10)이 벌크형 전극(20)에 내삽되는 경우에 정전용량(C)의 계산에 사용되는 전극 면적(A)은 2πRㆍXab로 주어진다. 여기서, Xab는 유전체(30)와 벌크형 전극(20)이 겹치는 길이이다. 유전체(30)의 두께가 매우 얇아서 봉형전극(10)의 반경과 벌크형 전극(20)의 내경이 거의 비슷하다는 전제하에서 상기 R은 봉형 전극(10)의 반경으로 표현할 수 있다.

그리고, 봉형 전극(10)이 상기 관통구멍의 가운데에 정확히 위치하지 못하고편심되어 어느 한쪽으로 몰려 있더라도 한쪽에서는 전극 사이의 거리가 가깝고 다른 한쪽에서는 전극 사이의 거리가 멀어지므로 이로 인한 편차는 상쇄된다.

상술한 바와 같이 본 고안에 의하면, 봉형 전극(10)이 벌크형 전극(20)에 내삽되는 정도에 따라 정전용량(C)이 직선적으로 변하기 때문에, 연산장치(미도시)를 이용하여 봉형전극(10)의 변위를 측정함에 있어서 정전용량 값을 전압이나 주파수로 변환하는 보정회로가 필요없다.

Claims

가운데에 직선형 관통구멍이 뚫려 있는 벌크형 전극과, 상기 벌크형 전극의 관통구멍에 삽탈가능하게 설치되는 봉형 전극과, 상기 봉형 전극의 둘레를 감싸도록 설치되는 유전체를 포함하여 이루어져서, 상기 봉형 전극이 상기 벌크형 전극에 삽입되는 정도에 따라 정전용량이 변하는 가변 커패시터; 및

상기 가변 커패시터의 정전용량의 변화를 이용하여 상기 봉형전극의 변위를 연산하는 연산장치; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 변위측정장치.
제1항에 있어서, 상기 봉형 전극을 감싸는 유전체의 폭이 상기 벌크형 전극의 관통구멍의 길이와 같은 것을 특징으로 변위측정장치.
제1항에 있어서, 상기 벌크형 전극은 원기둥형이며, 상기 관통구멍 및 상기 봉형전극은 단면이 원형인 것을 특징으로 하는 변위측정장치.
제1항에 있어서, 상기 연산장치는 상기 정전용량의 변화를 전압 또는 주파수로 변환한 후 상기 봉형전극의 변위를 연산하는 것을 특징으로 하는 변위측정장치.