KR20120120152A - 비접촉 온도센서 - Google Patents

Abstract

적외선을 차폐하는 차폐면(34a)을 이루는 상판부(34)와, 상판부(34)의 일부를 개구하여 내부로 적외선을 인도하는 도광부(40)를 구비하는 프레임(14)을 구비한다. 적외선 검출용 감온소자(20a)와 온도보상용 감온소자(20b)를 구비한 플렉시블 인쇄회로기판(12)과, 적외선 차폐부(18b)를 구비하고 적외선 검출용 감온소자(20a)에 대한 적외선 차폐부(18b)의 위치를 조절 가능하게 설치된 감도조절부재(18)를 구비한다. 적외선 차폐부(18b)는, 도광부(40)의 개구영역(42)에 있어서 감도조절부재(18)의 이동방향의 단부를 제외하는 내측영역내에서 적외선 검출용 감온소자(20a)와 대면하여 위치한다. 적외선 차폐부(18b)의 위치를 조절함으로써 적외선 검출용 감온소자(20a)의 시야각이 일정하고 또한 개구영역(42)의 개구면적이 일정한 상태에서 적외선 검출용 감온소자(20a)의 감도를 조정할 수 있다.

Description

비접촉 온도센서{NON-CONTACT TEMPERATURE SENSOR}

본 발명은, 적외선 검출용 감온소자(赤外線檢出用 感溫素子)와 온도보상용 감온소자(溫度補償用 感溫素子)를 구비하고, 적외선을 검출하여 온도를 측정하는 비접촉 온도센서(非接觸用 溫度sensor)에 관한 것이다.

피측정물(被測定物)의 온도를 접촉식(接觸式)으로 측정하는 온도센서는 일반적으로 접촉 부분이 마모하기 쉬워, 피측정물에 접촉하는 감열소자(感熱素子) 자체의 열용량(熱容量)이 측정오차를 생기게 하는 것이었다. 또한 피측정물이 회전동작 등을 하고 있는 경우에는 온도센서를 부착하는 것이 어려웠다. 따라서, 쓰기 좋은 비접촉식의 온도센서의 수요가 높아지고 있다.

비접촉으로 온도를 검출하는 방법으로서, 피측정물이 방사(放射)하는 적외선을 적외선 흡수체로 흡수하여 에너지로 변환하고, 적외선 흡수체 자체의 온도상승을 감온소자(感溫素子)로 검출하여 전기신호로 변환하는 방식이 사용되고 있다. 최근, 적외선 검출용 감온소자와 온도보상용 감온소자를 조합시켜 온도측정의 정밀도를 향상시킨 비접촉 온도센서가 제안되어 있다.

이러한 종류의 비접촉 온도센서로서, 예를 들면 특허문헌1에 개시되어 있는 바와 같이, 적외선 검출용 감온소자와 온도보상용 감열소자가 2장의 수지필름에 각각 밀착되어 고정되고, 그 수지필름이 소정의 열전도성을 구비한 프레임에 부착되어 프레임 내부에 수용된 적외선 검출기가 있다. 이들 2개의 감온소자 중에서, 적외선 검출용 감온소자는 프레임에 설치된 도광부의 개구영역에 배치되고, 온도보상용 감온소자는 프레임의 차폐면에 의하여 적외선이 차폐되는 위치에 배치되어 있다.

또한 특허문헌2에 개시되어 있는 바와 같이, 적외선 검출용 감온소자와 온도보상용 감열소자가 수지필름에 부착되고, 그 수지필름이 프레임 내부에 수용되어 있다. 이들 2개의 감온소자 중에서, 적외선 검출용 감온소자는 프레임에 설치된 도광부의 개구영역에 배치되고, 온도보상용 감온소자는 프레임의 벽면에 둘러싸여서 차폐된 공간부에 배치되어 있다. 또한 도광부로부터 입사하는 적외선량을 조정하는 수단으로서, 도광부의 개구부 면적을 조정하는 차폐부재가 설치되어 있다. 차폐부재는, 도광부의 내벽면에서 내측으로 돌출하는 나사와 같은 가변 돌기부(可變突起部)이다.

특허문헌3은, 수지필름이 부착된 필름 부착부를 지지하는 하부 케이스와, 하부 케이스의 개구부를 막는 상판부와 상기 상판부의 일부를 개구한 적외선의 입사구멍을 구비하는 상부 케이스와, 수지필름 상의 상기 입사구멍으로부터 노출하고 입사구멍에 대응하는 부분에 부착되어 적외선의 열량을 감지하는 제1감열소자와, 수지필름 상의 상기 상판부에 의하여 막혀진 부분에 부착되어 케이스 내부의 열량을 감지하는 온도보상용의 제2감열소자를 구비하고, 상기 입사구멍과 제1감열소자의 상대위치를 조정함으로써 출력의 조정을 할 수 있도록 한 비접촉 온도센서를 개시하고 있다. 상기 입사구멍과 제1감열소자의 상대위치를 조정하는 구조로서는, 상부 케이스를 비키어 놓아서 입사구멍의 상대적 위치를 이동시키는 방법과, 수지필름을 비키어 놓아서 제1감열소자의 상대적 위치를 이동시키는 방법이 기재되어 있다.

특허문헌4는, 집전소자 수납부(集電素子 收納部)의 개구부를 덮는 커버와 집전소자의 검출면 사이의 공간에 차폐판을 설치하고, 커버의 외측에 형성된 슬라이드 손잡이를 사용하여 차폐판을 슬라이드 시켜 집광영역을 조절하는 집전소자 센서를 개시하고 있다. 차폐판은, 집전소자 수납부의 사각형의 개구부를 막도록 개구부 가장자리로부터 각 변에 각각 안으로 연장되고, 적외선의 집광영역의 면적을 연속적으로 변하게 하는 것이다.

특허문헌5는, 센서소자의 수광면과 대향하는 위치에 차광판을 배치하고, 상호 이간거리 또는 차광판의 면적을 변경함으로써 수광 감도를 조정하는 조도센서(照度sensor)를 개시하고 있다.

특허문헌6은, 조도센서와 당해 조도센서를 향하여 빛이 입사하는 소개구(小開口)의 상대위치를 변화시키고, 조도센서의 검출범위의 조정을 가능하게 하는 차광수단을 구비하는 조명기구를 개시하고 있다. 이러한 차광수단의 예로서, 소개구 이하의 크기의 제2소개구를 구비하는 이동편(移動片)을 조도센서와 소개구 사이에서 개구위치를 이동 가능하게 설치한 구성이 기재되어 있다.

특허문헌7은, 적외선의 수광부분이 소정의 가교구조(架橋構造)로 구성된 적외선 센서로서, 피검출 대상물로부터 방사되는 적외선을 받는 뚜껑의 표면에 적외선의 입사를 차폐하는 적외선 반사막이 성막(成膜)되어 있는 것을 개시하는 것이다.

일본국 공개특허 특개평7-260579호 공보 일본국 공개특허 특개2002-156284호 공보 일본국 공개특허 특개2006-118993호 공보 일본국 공개특허 특개평8-327447호 공보 일본국 공개특허 특개평9-15044호 공보 일본국 공개특허 특개2001-243828호 공보 일본국 공개특허 특개평10-318829호 공보

특허문헌1의 적외선 검출기는, 프레임의 외형 크기의 불균일 등에 의하여 온도검출에 오차가 발생하여, 센서 제조시의 수율이 나쁘다고 하는 문제가 있었다. 이 프레임은, 금속재료를 주조하여 대량생산이 가능하므로 저렴하게 효율적으로 제작할 수 있는 반면, 외형 크기에 어느 정도의 불균일이 발생한다. 이 불균일의 영향은, 동일 로트(lot)내의 비교적 작은 불균일이어도 무시할 수 있는 것은 아니고, 예를 들면 프레임의 도광부의 개구부 면적이나 개구부 높이가 불균일하면, 적외선의 입사량이 변동하여 검출온도에 큰 오차가 발생한다. 또한 프레임의 외형 크기의 불균일 이외에, 감온소자의 외형 크기, 수지필름의 두께, 도체 패턴의 단면적 등의 불균일도 검출온도에 오차를 생기게 하는 요인이 된다. 그 결과, 오차가 큰 제품은 불량품으로서 폐기하지 않을 수 없었다.

특허문헌2의 적외선 온도센서는, 나사와 같은 가변 돌기부의 돌출량을 조절함으로써, 상기와 같은 검출온도의 오차를 제품 각각에 대하여 보정할 수 있다. 그러나 가변 돌기부의 돌출량을 조절하면 개구부 면적이 변화하기 때문에, 적외선을 수광 가능한 검출범위의 윤곽형상이나 검출대상면적이 변화되고, 제품에 따라서 적외선의 검출 가능 범위가 다르게 되어버린다고 하는 문제가 있었다.

특허문헌3의 비접촉 온도센서는, 상부 케이스의 입사구멍과 제1감열소자의 상대위치를 조정하면, 제1감열소자로부터 보았을 때에 도광부의 개구부의 윤곽형상은 변경하지 않는다. 그러나 대상이 되는 공간의 방향이 어긋나버려, 적외선의 검출시야를 일정하게 할 수 있는 것은 아니다. 따라서 상기와 같은 조정이 이루어지면, 이 온도센서를, 그 부착대상제품에 부착한 상태에서, 특정한 대상부위 또는 범위를 검출범위로 하는 경우에, 온도센서의 시야의 방향이 그 센서별로 변함으로써 센서별로 검출대상범위가 변해버려, 필요로 하는 검출범위로부터 벗어나버릴 경우가 생기는 것이다. 또한 입사구멍과 제1감열소자의 상대위치가 변화하면, 입사구멍과 제2감열소자의 상대위치도 마찬가지로 변화하기 때문에 특히 소형의 비접촉 온도센서의 경우에, 온도보상특성이 크게 변화할 가능성이 있고, 온도보상특성을 재조정 해야만 한다.

특허문헌4의 집전소자 센서는, 단지 개구부 가장자리로부터 안으로 연장되는 차폐판의 연장량을 조정함으로써 개구부의 윤곽형상 및 개구면적을 적극적으로 변화시키는 것이다. 따라서 검출시야각(檢出視野角) 및 개구면적은 조정에 의하여 변화되어버려 일정하게 유지되지 않는다고 하는 문제가 있다. 이러한 조정구조를 온도센서에 사용하면, 그 센서별로 시야각이 다르게 되어 검출대상범위가 크게 다른 것이 되어버린다.

특허문헌5의 조도센서는, 서로 대향하는 센서소자 및 차광판의 이간거리를 조정하기 때문에 검출소자로부터 본 시야의 윤곽은 변화되지 않지만, 시야각의 내측의 차광범위의 각도는, 차광판이 소자에 가까울 수록 커져 차광범위도 넓어지게 되기 때문에, 시야내의 광검출영역의 면적이 일정하게는 안되어, 센서소자가 검출하는 대상영역이 조정별로 크게 다르게 되어버리는 것이다. 또한 보통 가장 필요한 시야중심의 영역이 차광되는 것으로, 비접촉 온도센서의 감도보정에 적용할 수 있는 것은 아니다.

특허문헌6의 조명기구에 있어서의 차광수단은, 조도센서로부터 보았을 때에 이동편의 제2소개구의 윤곽형상이 등가적으로 변화되지만, 특허문헌3의 비접촉 온도센서와 마찬가지로 적외선의 검출시야의 방향이 일정하게는 안되어, 검출대상범위가 변경되어 버리는 것이다.

특허문헌7의 적외선 센서는, 피검출 대상물로부터 방사되는 적외선을 받는 뚜껑의 표면에, 적외선의 입사를 차폐하는 적외선 반사막이 성막되어 있는 것을 개시하지만, 적외선의 입사량이나 입사범위를 조정할 수 있는 것은 아니다.

본 발명은, 상기와 같은 배경기술을 비추어 보아 이뤄진 것으로서, 조립한 후에 온도검출오차를 용이하게 보정할 수 있고, 검출시 대상범위 및 검출시야각을 일정하게 유지할 수 있는 비접촉 온도센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 적외선 검출용 감온소자 및 온도보상용 감온소자를 구비한 비접촉 온도센서로서, 적외선을 차폐하는 차폐면을 이루는 상판부와, 상기 상판부의 일부를 개구하여 내부로 적외선을 인도하는 도광부가 설치된 프레임과, 이면측의 도체 패턴에 상기 적외선 검출용 감온소자 및 상기 온도보상용 감온소자가 실장되어 표면측을 상기 상판부에 대향시켜서 상기 프레임내에 수용된 회로기판과, 상기 회로기판과 상기 도광부 사이에 위치한 적외선 차폐부를 구비하고, 상기 적외선 검출용 감온소자에 대한 상기 적외선 차폐부의 위치를 조절 가능하게 설치된 감도조절부재를 구비하고, 상기 적외선 검출용 감온소자는 상기 프레임의 상기 도광부의 개구영역과 대면한 위치에 배치되고, 상기 온도보상용 감온소자는 상기 차폐면에 대면한 위치에 배치되고, 상기 감도조절부재의 상기 적외선 차폐부는 상기 도광부의 상기 개구영역에 있어서 상기 감도조절부재의 이동방향의 단부를 제외하는 내측영역내와 대면하여 위치하고, 상기 개구영역의 임의의 일정면적의 부분을 차폐하고, 상기 적외선 검출용 감온소자에 대한 상기 적외선 차폐부의 위치를 조절함으로써 상기 적외선 검출용 감온소자의 시야각이 일정하고 또한 상기 개구영역의 개구면적이 일정한 상태에서, 상기 적외선 검출용 감온소자의 감도를 조정 가능하게 설치된 비접촉 온도센서다.

상기 적외선 차폐부는, 그 길이방향이 자신의 이동방향에 대하여 수직으로 위치함과 아울러 상기 도광부의 개구영역을 가로지르도록 위치하여 적외선을 차폐하는 것이다.

상기 프레임의 상기 도광부는 타원형상으로 형성되고, 상기 적외선 차폐부는 상기 개구영역의 양단의 원호 형상부를 제외하는 범위에서 이동 가능하게 설치되어 있다. 상기 적외선 검출용 감온소자 및 상기 온도보상용 감온소자가 실장된 상기 회로기판은 플렉시블 인쇄회로기판이다. 상기 적외선 검출용 감온소자 및 상기 온도보상용 감온소자는 동일한 특성을 가지는 써미스터이다.

상기 플렉시블 인쇄회로기판과 상기 프레임의 상기 상판부 사이에 스페이서가 배치되고, 상기 스페이서는 상기 플렉시블 인쇄회로기판과 상기 상판부 및 상기 도광부 사이에 상기 감도조절부재가 슬라이드 가능한 공간을 확보하는 것이다.

상기 적외선 차폐부의 표면에, 적외선 반사용의 경면처리 또는 적외선 영역의 전자파 반사용의 코팅제 등에 의한 표면처리가 실시되어 있다. 또한 상기 감도조절부재에, 상기 프레임의 외부로부터 조작 가능한 가동 조정용 손잡이가 설치되어 있는 것이다.

본 발명의 비접촉 온도센서에 의하면, 생산공정에서 각 부재를 조립한 후에 동작확인시험 안에서 감도조절부재를 조절함으로써 용이하게 감도의 보정을 할 수 있고, 제품 개개의 온도검출 정밀도를 일정한 범위 내로 억제할 수 있다. 도광부의 개구영역이 일정한 위치이므로 그 윤곽형상 및 개구면적을 일정하게 유지하고 또한 적외선을 수광 가능한 검출시야각을 일정하게 하고, 온도검출의 감도를 보정할 수 있기 때문에, 온도검출의 대상범위를 변경하지 않아 감도의 불균일을 보정할 수 있다. 따라서 부착대상제품에 온도센서를 부착한 경우에도, 온도센서에 의한 검출대상범위를 일정하게 유지할 수 있어, 보다 안정된 품질을 유지할 수 있는 것이다.

또한 플렉시블 인쇄회로기판과 상판부 사이에 스페이서를 설치함으로써, 감도조절부재가 원활하게 슬라이드 하기 위한 적절한 공간을 용이하게 확보할 수 있다. 본 발명의 비접촉 온도센서의 구조는, 종래의 비접촉 온도센서의 구조에 박형의 감도조절부재가 추가된 것 만이므로 외형이 커지게 되는 일은 없다.

감도조절부재의 적외선 차폐부에 적외선 반사의 처리를 실시하여 감도조절부재가 적외선을 흡수하는 것을 방지함으로써 적외선 차폐부에 의한 감도보정의 효과를 보다 더 높일 수 있다. 감도조절부재에 가동 조정용 손잡이를 설치하고 프레임의 외부로 돌출시킨다고 하는 구조도 프레임의 구조를 복잡하게 하지 않고 용이하게 실현할 수 있다.

도1은, 본 발명의 한 실시형태인 비접촉 온도센서를 나타내는 부분 단면 사시도이다.
도2는, 이 실시형태의 감도조절부재를 나타내는 사시도이다.
도3은, 이 실시형태의 길이방향의 종단면도이다.
도4는, 이 실시형태의 비접촉 온도센서의 평면도이다.
도5는, 이 실시형태를 사용한 온도검출 시스템의 구성을 나타내는 회로 블럭도이다.
도6은, 이 실시형태의 적외선 차폐부의 위치와 검출온도의 관계를 나타내는 그래프다.

이하, 본 발명의 한 실시형태에 대하여 도면에 의거하여 설명한다. 이 실시형태의 비접촉 온도센서(10)는 피측정물로부터 방사된 적외선을 수광하고, 그 적외선이 구비하는 에너지를 적외선 검출용 감온소자(20a)와 온도보상용 감온소자(20b)를 사용하여 전기신호로 변환하는 센서 모듈이다. 비접촉 온도센서(10)는, 도1에 나타나 있는 바와 같이, 플렉시블 인쇄회로기판(12)과, 플렉시블 인쇄회로기판(12)을 수용하는 프레임(14)과, 플렉시블 인쇄회로기판(12)으로부터 프레임(14)의 외부로 전기신호를 인출하는 리드선(16)과, 슬라이드식의 감도조절부재(18)를 구비한다. 또한 플렉시블 인쇄회로기판(12)에는, 도면에 나타나 있지 않은 적외선 검출용 감온소자(20a)와 온도보상용 감온소자(20b)가 부착되어 있다.

플렉시블 인쇄회로기판(12)은, 피측정물이 방사한 적외선을 흡수하는 적외선 흡수체의 기능을 하는 수지필름으로 이루어진다. 수지필름의 외형은 대략 직사각형이고, 표면에는 도면에 나타나 있지 않은 전기배선용의 도체 패턴이 형성되어 있다. 수지필름의 두께는, 적외선의 흡수량의 변화에 대한 열응답성(熱應答性)을 양호하게 하기 위해서 열용량(熱容量)이 작은 얇은 것이 바람직하고, 여기에서는 조립공정에 있어서의 취급의 용이성 등도 고려하여 두께 20μｍ정도의 것이 선택되고 있다. 수지필름의 소재는 폴리이미드(polyimide)와 같은 내열재료(耐熱材料)가 사용되고 있고, 후술하는 면실장형(面實裝型)의 적외선 검출용 감온소자(20a)와 온도보상용 감온소자(20b)를 솔더링 하여 실장하는 데에 바람직하다. 또한 이 수지필름의 적외선의 흡수능력을 향상시키기 위해서 카본블랙(carbon black) 또는 무기안료(無機顔料)를 분산되게 한 고분자 재료를 사용하더라도 좋다.

적외선 검출용 감온소자(20a) 및 온도보상용 감온소자(20b)는 환경온도에 따라 자기의 회로 임피던스가 변화되는 소자로서, 동일한 특성의 것을 한 쌍으로 하여 사용한다. 여기에서는 자신의 온도의 변화에 따라 전기 저항값이 변화되는 써미스터이며, 부(負)의 온도특성을 구비한 ＮＴＣ 써미스터가 사용되고 있다. 각 감온소자(20a, 20b)는 단자 길이가 짧은 면실장형의 소자가 사용되고, 플렉시블 인쇄회로기판(12)에 실장한 상태에서 감온소자(20a, 20b)의 감온 부분과 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 열결합이 밀접하게 되도록 설정되어 있다.

프레임(14)은 케이스부(22)와 뚜껑부(24)로 구성되어 있다. 케이스부(22)는, 도1에 나타나 있는 바와 같이 대략 직사각형의 저판부(26)와, 저판부(26)의 일방의 단변으로부터 상방을 향하여 세워서 형성된 후벽부(30)와, 저판부(26)의 좌우 한 쌍의 장변으로부터 상방을 향하여 세워서 형성된 한 쌍의 측벽부(32)를 구비하고 있다. 저판부(26)는, 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 외형에 대하여 길이 치수가 충분하게 길고 폭치수는 거의 동일하다. 후벽부(30)의 상부에는 수평한 상단면(30a)이 형성되어 있다. 한 쌍의 측벽(32)의 상부에도 약간 단차가 형성된 수평한 상단면(32a, 32b)이 형성되어 있고, 후벽부(30)로부터 먼 쪽의 상단면(32a)의 높이는 후벽부(30)의 상단면(30a)보다도 플렉시블 인쇄회로기판(12) 및 후술하는 스페이서(44)의 두께분만큼 낮게 설정되어 있다. 또한 후벽부(30)측의 상단면(32b)의 높이는 후벽부(30)의 상단면(30a)과 같은 높이로 설정되어 있다.

뚜껑부(24)는 도1에 나타나 있는 바와 같이, 평탄한 대략 직사각형의 상판부(34)와, 상판부(34)의 일방의 단변으로부터 하측을 향하여 세워서 형성된 전벽부(36)와, 상판부(26)의 좌우 한 쌍의 장변으로부터 하측을 향하여 세워 형성된 측벽부(38)와, 상판부(34)의 중앙부분으로부터 상방을 향하여 세워서 형성된 도광부(40)를 구비하고 있다. 상판부(34)의 상측의 면이 피측정물이 방사한 적외선을 차폐하는 차폐면(34a)이 된다. 도광부(40)의 하부 부근의 상판부(34)에는, 후술하는 감도조절부재(18)의 가동 조정용 손잡이(18c)가 돌출하는, 사각형의 슬라이드 구멍(34b)이 형성되어 있다. 상판부(34), 전벽부(36) 및 측벽부(38)로 둘러싸이는 내측의 공간은, 케이스부(22) 전체를 상방으로부터 덮어 수납할 수 있는 넓이로 되어 있다. 도광부(40)는, 상판부(34)의 중앙 부근에 긴 구멍모양으로 형성된 개구영역(42)의 가장자리로부터 세워서 설치되고, 타원형상의 관통구멍을 구비하는 통모양체로 형성되고 상판부(34)와 일체로 형성되어 있다. 도광부(40)의 내벽면에는 적외선 영역의 전자파를 흡수하는 코팅이 실시되어 있다. 상판부(34)의 외측 표면인 차폐면(34a)에는 적외선 영역의 전자파 반사용의 코팅 처리가 실시되어 있어도 좋다.

뚜껑부(24)의 상판부(34)의 내측의 면에, 후술하는 감도조절부재(18)의 두께와 거의 동일한 두께의 스페이서(44)가 4군데에 부착되고 있다. 스페이서(44)가 부착되어 있는 위치는, 뚜껑부(24)에 케이스부(22)를 수용하였을 때에, 케이스부(22)의 좌우 한 쌍의 상단면(32a)에 접촉하는 위치다.

감도조절부재(18)는, 사각형중의 3변으로 이루어진 박판(薄板)인 지지부(18a)와, 지지부(18a)의 선단부의 사이에 형성된 얇은 판상의 적외선 차폐부(18b)에 의하여 4각형상으로 형성되어 있다. 적외선 차폐부(18b)와 대향하는 지지부(18a)의 중앙부분에는 도중에서 상방을 향하여 굴곡하여 연장된 Ｌ자형의 가동 조정용 손잡이(18c)를 구비하고 있다. 적외선 차폐부(18b)의 표면은, 적외선 반사용의 경면처리(鏡面處理) 또는 적외선 영역의 전자파를 반사하는 코팅 처리가 실시되어 있다.

리드선(16)은 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 도체 패턴으로서, 각 감온소자(20a, 20b)가 실장된 면의 도체 패턴에 납땜 등에 의하여 일단이 접속되어, 프레임(14)의 외부로 인출하기 위한 충분한 길이를 구비하고 있다. 여기에서는 리드선(16)은 3개로, 적외선 검출용 감온소자(20a)의 일단의 전위(電位), 온도보상용 감온소자(20)의 일단의 전위 및 적외선 검출용 감온소자(20a)와 온도보상용 감온소자(20b)의 각 타단이 접속된 그라운드 전위를 출력한다.

다음에 조립된 상태의 비접촉 온도센서(10)의 내부구조에 대해서 도1, 도3 및 도4에 의거하여 설명한다. 플렉시블 인쇄회로기판(12)은, 도1, 도3에 나타나 있는 바와 같이 실장된 2개의 감온소자(20a, 20b)를 하방을 향하게 하고, 리드선(16)이 케이스부(22)의 후벽부(30)의 측을 향하여 배치되고, 한 쌍의 장변측의 단부가 케이스부(22)의 한 쌍의 상단면(32a) 사이에 협지되어서 설치되어 있다. 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 양단 가장자리에는 스페이서(44)가 부착되어 있다. 따라서 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 내측의 부분은, 도3에 나타나 있는 바와 같이 상판부(34)의 내측의 면으로부터 스페이서(44)의 두께분만큼 하방으로 배치되고, 스페이서(44)의 두께의 공간 내에 감도조절부재(18)가 수용되어 있다.

플렉시블 인쇄회로기판(12) 및 감도조절부재(18)가 프레임(14)내에 수용된 상태에서, 적외선 검출용 감온소자(20a)는 도광부(40)를 통하여 적외선이 입사하는 개구영역(42)의 중앙에 배치되고, 온도보상용 감온소자(20b)는 적외선이 차광되는 상판부(34)의 하방에 배치되어 있다. 감도조절부재(18)의 가동 조정용 손잡이(18c)는, 상판부(34)의 슬라이드 구멍(34b)으로부터 상방으로 돌출하고 있다.

프레임(14)의 케이스부(22)와 뚜껑부(24)는, 상판부(34)의 내측의 면에 후벽부(30)의 상단면(30a) 및 측벽부(32)의 상단면(32b)이 접촉하고, 도면에 나타나 있지 않은 나사 등에 의하여 고정되어 있다. 후벽부(30)의 상단면(30a) 근방에는, 3개의 투과구멍(30b)이 형성되어 있고, 플렉시블 인쇄회로기판(12)에 접속된 리드선(16)은 이 투과구멍(30b)을 통하여 프레임(14)의 외측으로 인출되어 있다.

조립된 비접촉 온도센서(10)는, 도4에 나타나 있는 바와 같이 도광부(40)내의 개구영역(42)으로부터 감도조절용 부재(18)의 적외선 차폐부(18b)가 노출하고 있다. 가동 조정 손잡이(18c)를, 슬라이드 구멍(34ｂ)내에서 도면상의 좌우로 슬라이드 시킴으로써 적외선 차폐부(18b)의 위치를 X1 ? X2의 범위에서 가변시킬 수 있다. 감도조절부재(18)의 이동은, 스페이서(44)의 존재에 의하여 플렉시블 인쇄회로기판(12)과 상판부(34) 사이에 적정한 공간이 확보되어 있기 때문에, 플렉시블 인쇄회로기판(12)을 상처를 입히지 않아 원활하게 슬라이딩 하게 할 수 있다. 스페이서(44)는, 감도조절부재(18)의 지지부(18a)와 적외선 차폐부(18b)의 두께가 두꺼운 경우에 유효하지만, 당해 각 부의 두께가 얇고 슬라이드에 지장이 없으면, 스페이서(44)를 설치하지 않아도 좋다.

다음에 비접촉 온도센서(10)의 동작회로인 온도검출회로(46)에 대해서 도5에 의거하여 설명한다. 비접촉 온도검출회로(46)는, 직류전원(48)의 양단에 비접촉 온도센서(10)의 적외선 검출용 감온소자(20a) 및 기준저항(49)의 직렬회로가 접속되어, 적외선 검출용 감온소자(20a)의 양단전압을 전압신호(Ｖａ)로서 인출한다. 마찬가지로, 직류전원(48)의 양단에 비접촉 온도센서(10)의 온도보상용 감온소자(20b) 및 기준저항(50)의 직렬회로가 접속되고, 온도보상용 감온소자(20b)의 양단전압을 전압신호(Ｖｂ)로서 인출한다. 이 기준저항(49, 50)은, 서로 저항값이 같고 온도 의존성이 작으며 고정밀도의 저항이 사용된다.

아날로그의 전압신호(Ｖａ, Ｖｂ)는, 아날로그/디지털 변환기(52)에 의하여 디지털의 전압신호(Ｖａ(d), Ｖｂ(d))로 변환되어 마이크로 컴퓨터(54)로 보내진다. 마이크로 컴퓨터(54)는, 기억장치(56)에 저장되어 있는 전압신호와 온도의 관계를 나타내는 특성 테이블 데이터와, 전압신호(Ｖａ(d), Ｖｂ(d))를 사용하여 소정의 연산처리를 하고, 2개의 전압신호의 차분(差分)에 의거하여 피측정물의 온도정보를 구한다.

다음에 비접촉 온도센서(10)와 온도검출 시스템(46)의 동작에 대하여 설명한다. 도광부(40)로부터 적외선이 입사하지 않을 때에는 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 온도가 같으므로, 2개의 감온소자(20a, 20b)의 저항값이 같고 회로가 평형을 이루므로 전압신호(Ｖａ, Ｖｂ)가 동일해져 차분(Ｖｂ-Ｖａ)은 0이 된다.

2개의 감온소자(20a, 20b)는, 사용환경이나 주변 분위기의 온도가 변화되면 비접촉 온도센서(10)에 적외선이 입사하지 않더라도 저항값이 서로 같게 되도록 변화된다. 그러나 2개의 감온소자(20a, 20b)의 저항값이 같이 증감하기 때문에 평형상태는 유지되어 차분(Ｖｂ-Ｖａ)은 0를 유지하여 온도보상이 적정하게 이루어진다.

피측정물이 방사한 적외선이 도광부(40)로부터 입사하고, 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 개구영역(42)과 대면하는 부분에 적외선이 흡수되면, 그 부분의 열에너지에 의하여 적외선 검출용 감온소자(20a)의 온도가 변화되어 자신의 저항값이 변화된다. 이에 따라 상기한 평형상태가 무너지고, 2개의 전압신호의 차분(Ｖｂ-Ｖａ)이 발생한다. 마이크로 컴퓨터는, 전압신호(Ｖａ(d), Ｖｂ(d))의 차분과, 온도보상정보인 전압신호(Ｖｂ(d))에 의거하여 기억장치(56)에 미리 기억되어 있는 특성 테이블 데이터에 의하여 환산을 하여 피측정물의 표면온도를 산출한다.

다음에 이 비접촉 온도센서(10)의 생산공정 또는 출하시험공정에서 감도의 불균일 보정에 대하여 설명한다. 우선, 예를 들면 흑체로(黑體爐) 등 일정한 방사율을 가지는 피측정물의 이미 알고 있는 온도를 비접촉 온도센서(10)를 사용하여 검출하고, 온도검출회로(46)로 처리하여 얻어진 온도검출결과가 소정의 규격을 충족하고 있는 것인가 아닌가를 판정한다. 규격을 충족하고 있지 않을 때에는, 가동 조절용 손잡이(18c)를 조작하여 적외선 차폐부(18b)의 위치를 가변시겨 적외선 검출용 감온소자(20a)의 출력인 전압신호(Ｖａ)를 변화시켜서 조정한다.

이 실시형태에서는 적외선 차폐부(18b)는, 도4에 나타나 있는 바와 같이 개구영역(42)의 Ｘ1 ? X2의 범위에서 적외선 차폐부(18b)의 이동방향의 단부인 원호 형상부를 제외하는 내측영역내에서의 위치를 가변할 수 있다. 위치가 조정된 적외선 차폐부(18b)와 대면하는 플렉시블 인쇄회로기판(12)의 부분은 적외선을 흡수할 수 없으므로, 적외선 차폐부(18b)의 위치와 검출온도의 관계는 예를 들면 도6의 그래프와 같이 나타내어진다. 적외선 차폐부(18b)를 적외선 검출용 감온소자(20a)의 위치인 중앙부(Ｘｏ) 가까이에 배치하면, 플렉시블 인쇄회로기판(12)으로부터 적외선 검출용 감온소자(20a)에 전달되는 열량을 억제할 수 있어서 그 저항값의 변화가 작아져, 적외선 검출용 감온소자(20a)의 감도를 등가적(等價的)으로 낮게 할 수 있다. 적외선 차폐부(18b)의 위치를 적외선 검출용 감온소자(20a)로부터 분리하면, 적외선 검출용 감온소자(20a)의 감도를 등가적으로 높게 할 수 있다. 감도의 조정방법은, 적외선 차폐부(18b)의 위치를 조금씩 이동시켜 온도검출 시스템(46)으로 산출한 온도검출결과가 소정의 규격을 충족시키는 곳에서 정지시키고, 슬라이드 구멍(34b) 부분에 접착제를 도포하는 것 등에 의하여 적외선 차폐부(18b)를 고정시킨다. 이러한 방법으로, 비접촉 온도센서(10)의 제품 개개의 감도를 일정한 범위 내에 들어가도록 조정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 비접촉 온도센서(10)는, 생산공정에서 각 부재를 조립한 후에 동작확인시험의 안에서 감도조절부재(18)의 적외선 차폐부(18b)의 위치를 조절함으로써, 온도검출의 감도를 용이하게 보정할 수 있고, 각 부재의 외형 크기 등의 불균일의 영향을 제거하여, 제품 개개의 온도검출 정밀도를 일정 범위 내로 설정할 수 있다. 또한 이 보정방법은, 도광부(40)내의 개구영역(42)의 윤곽형상과 개구면적 및 시야방향이 변화되지 않으므로 검출의 시야각 및 상기 개구영역의 개구면적을 일정하게 유지할 수 있다. 적외선 차폐부(18b)는, 그 이동방향에 대하여 거의 수직방향으로 위치함과 아울러 도광부(40)내의 개구영역(42)을 가로지르도록 위치하여 적외선을 차폐하는 구조이기 때문에, 위치를 X1 ? X2의 범위에서 변화시켰을 때에 전압신호(Ｖａ)가 완만한 모양으로 변화되어 적외선 차폐부(18b)의 위치조정이 용이하다.

또한 감도조절부재(18)의 적외선 차폐부(18b)에 적외선 반사의 표면처리를 실시함으로써 적외선 차폐부(18b)에 의한 감도보정의 효과를 보다 더 높일 수 있다.

비접촉 온도센서(10)의 구조는, 종래의 비접촉 온도센서의 구조에 박형의 감도조절부재(18)가 추가된 것 만이므로, 외형이 커지게 되는 일은 없다. 감도조절부재(18)에 가동 조정용 손잡이(18c)를 설치하여 슬라이드 구멍(34b)으로부터 프레임(14)의 외부로 돌출시키는 구조에 관해서도, 프레임(14)의 구조를 복잡하게 하지 않고 용이하게 실현할 수 있다. 플렉시블 인쇄회로기판(12)과 뚜껑부(24)의 상판부(34) 사이에 스페이서(44)를 설치함으로써, 감도조절부재(18)가 원활하게 슬라이드 하기 위한 적정한 공간을 용이하게 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 비접촉 온도센서는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 도광부내의 개구영역의 형상은 양단이 반원 모양의 긴 구멍, 직사각형, 정사각형 등이더라도 좋다. 감도조절용 부재의 적외선 차폐부의 형상에 관해서도, 개구영역의 임의의 일정한 면적의 부분을 차폐하고 그 위치를 변화시켰을 때의 전압신호(Ｖａ)의 변화의 상태가 적정하다면, 센서의 용도나 피측정물의 형태에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 스페이서는, 뚜껑부의 내측의 면에 일체로 형성된 돌기나, 플렉시블 회로기판의 표면에 형성한 돌기 등에 의한 스페이서 수단으로 대용하더라도 좋다. 2개의 감온소자와 접속되어서 브리지 회로를 구성하는 기준저항 등의 회로소자는, 비접촉 온도센서의 플렉시블 인쇄회로기판 상에 실장하더라도 좋다.

10 : 비접촉 온도센서
12 : 플렉시블 인쇄회로기판
14 : 프레임
16 : 리드선
18 : 감도조절부재
18a : 지지부재
18b : 적외선 차폐부
18c : 가변 조정용 손잡이
20a : 적외선 검출용 감온소자
20b : 온도보상용 감온소자
22 : 케이스부
24 : 뚜껑부
34 : 상판부
34a : 차폐면
40 : 도광부
42 : 개구영역
44 : 스페이서
46 : 온도검출 시스템
49, 50 : 기준저항

Claims (8)

1. 적외선 검출용 감온소자(赤外線檢出用 感溫素子) 및 온도보상용 감온소자(溫度補償用 感溫素子)를 구비한 비접촉 온도센서(非接觸用 溫度sensor)로서,
   적외선을 차폐하는 차폐면(遮蔽面)을 이루는 상판부(上板部)와, 상기 상판부의 일부를 개구하여 내부로 적외선을 인도하는 도광부(導光部)가 설치된 프레임(frame)과,
   이면(裏面)측의 도체 패턴(導體 pattern)에 상기 적외선 검출용 감온소자 및 상기 온도보상용 감온소자가 실장되어, 표면측을 상기 상판부에 대향시켜서 상기 프레임내에 수용된 회로기판(回路基板)과,
   상기 회로기판과 상기 도광부 사이에 위치한 적외선 차폐부(赤外線 遮蔽部)를 구비하고, 상기 적외선 검출용 감온소자에 대한 상기 적외선 차폐부의 위치를 조절 가능하게 설치된 감도조절부재(感度調節部材)를
   구비하고,
   상기 적외선 검출용 감온소자는 상기 프레임의 상기 도광부의 개구영역과 대면한 위치에 배치되고, 상기 온도보상용 감온소자는 상기 차폐면에 대면한 위치에 배치되고,
   상기 감도조절부재의 상기 적외선 차폐부는, 상기 도광부의 상기 개구영역에 있어서 상기 감도조절부재의 이동방향의 단부를 제외하는 내측영역내와 대면하여 위치하고, 상기 개구영역의 임의의 일정면적의 부분을 차폐하고,
   상기 적외선 검출용 감온소자에 대한 상기 적외선 차폐부의 위치를 조절함으로써 상기 적외선 검출용 감온소자의 시야각이 일정하고 또한 상기 개구영역의 개구면적이 일정한 상태에서, 상기 적외선 검출용 감온소자의 감도를 조정 가능하게 설치된 비접촉 온도센서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 적외선 차폐부는, 그 길이방향이 자신의 이동방향으로 대하여 수직으로 위치함과 아울러 상기 도광부의 상기 개구영역을 가로지르도록 위치하여 적외선을 차폐하는 비접촉 온도센서.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 프레임의 상기 도광부는 타원형상으로 형성되고, 상기 적외선 차폐부는 상기 개구영역의 양단의 원호 형상부를 제외하는 범위에서 이동 가능하게 설치되고 있는 비접촉 온도센서.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 적외선 검출용 감온소자 및 상기 온도보상용 감온소자가 실장된 상기 회로기판은, 플렉시블 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 비접촉 온도센서.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 적외선 검출용 감온소자 및 상기 온도보상용 감온소자는, 동일한 특성을 가지는 써미스터(thermistor)인 것을 특징으로 하는 비접촉 온도센서.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 플렉시블 인쇄회로기판과 상기 프레임의 상기 상판부 사이에 스페이서(spacer)가 배치되고, 상기 스페이서는, 상기 플렉시블 인쇄회로기판과 상기 상판부 및 상기 도광부 사이에 상기 감도조절부재가 슬라이드 가능한 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 비접촉 온도센서.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 적외선 차폐부의 표면에, 적외선 영역의 전자파를 반사하는 표면처리가 실시된 것을 특징으로 하는 비접촉 온도센서.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 감도조절부재에, 상기 프레임의 외부로부터 조작 가능한 가동 조정용 손잡이가 설치된 것을 특징으로 하는 비접촉 온도센서.

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