KR20170092459A - 압력 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
압력 검출 유닛(10)과, 유로(21a)와 다이어프램(22)이 형성된 유로 유닛(20)을 구비하고, 압력 검출 유닛(10)이 다이어프램(12a)을 갖는 압력 센서(12)와, 일단이 다이어프램(12a)에 접촉하고 또한 타단이 다이어프램(22)에 접촉한 상태로 배치되어, 다이어프램(22)이 받은 유체의 압력을 다이어프램(12a)에 전달하는 압력 전달부(11)를 가지며, 압력 전달부(11)가 다이어프램(22)을 유로(21a)를 향하여 변위시켜 다이어프램(22)으로부터 다이어프램(12a)을 향한 탄성력(付勢力)을 받는 상태로 배치되는 압력 검출 장치(100)를 제공한다.
Description
본 발명은 유로를 통해 흐르는 유체의 압력을 검출하는 압력 검출 장치에 관한 것이다.
종래, 약액 등의 액체가 흐르는 유로가 형성된 보디와, 보호 시트를 통하여 수압면(受壓面)에 전달되는 액체의 압력을 검출하는 센서 본체가 일체화된 인라인형 압력 센서가 알려져 있다(예를 들면, 아래의 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 개시되는 압력 센서는 센서 본체의 하면에 부착된 보호 시트를 통하여 센서 본체에 전달되는 유체의 압력을 검출하는 것이다.
특허문헌 1에 개시된 압력 센서는, 유체의 압력에 의해 보호 시트가 센서 본체의 하면에 눌러진 경우에 유체가 보호 시트를 누르는 압력에 따라 검출값을 얻을 수 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시되는 압력 센서는 유체의 압력이 저하되어 보호 시트가 센서 본체의 하면에서 떼어지는 힘을 받는 경우에는, 유체의 압력(부압(負壓))에 따른 검출값을 얻을 수 없다. 이것은 특허문헌 1에 개시되는 압력 센서가 센서 본체의 하면을 누르는 힘을 검출값으로서 얻는 정전용량 타입 또는 압전(壓電) 타입의 압력 센서이기 때문이다.
따라서, 특허문헌 1에 개시되는 압력 센서는 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압(負壓)이 되는 경우에, 유체의 압력을 정확하게 검출할 수 없었다. 또한, 접착제 등을 사용한 계측에서는 접착제가 완충제로 되거나, 접착제에 기포가 혼입되거나, 막에 주름이 생기는 등 정확한 부압을 계측하는 것이 어려웠다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압이 되는 경우에도 유체의 압력을 정확하게 검출하는 것이 가능한 압력 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여 하기의 수단을 채용했다.
본 발명의 일 양태에 따른 압력 검출 장치는 압력 검출부에 전달되는 압력을 검출하는 압력 검출 유닛(Unit)과, 유입구로부터 유출구쪽으로 향하는 유동 방향을 따라 유체가 흘러가게 하는 유로와 상기 유로를 통해 흐르는 유체의 압력을 받아서 변위하는 수압부(受壓部)가 형성된 유로 유닛을 구비하고, 상기 압력 검출 유닛이 상기 압력 검출부를 갖는 압력 센서와, 일단이 상기 압력 검출부에 접촉하고 또한 타단이 상기 수압부에 접촉한 상태로 배치되어, 상기 수압부가 받은 유체의 압력을 상기 압력 검출부에 전달하는 압력 전달부를 가지며, 상기 압력 전달부가 상기 수압부를 상기 유로를 향하여 변위시켜서 상기 수압부에서 상기 압력 검출부를 향한 탄성력(付勢力: 부세력)을 받는 상태로 배치된다.
본 발명의 일 양태에 따른 압력 검출 장치에 의하면, 일단이 압력 센서의 압력 검출부에 접촉하고 또한 타단이 유로 유닛의 수압부에 접촉한 상태로 배치되는 압력 전달부가, 수압부에서 압력 검출부를 향한 탄성력을 받는 상태로 배치된다. 이 때문에, 유로를 통해 흐르는 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압이 되는 경우에도, 압력 검출부는 압력 전달부가 수압부로부터 받는 탄성력에 의한 압력값에서 부압분의 압력값을 감산한 값의 압력을 받는 상태가 된다. 이에 의하여, 압력 검출부는 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압이 되는 경우에도, 부압에 의한 압력값의 감소를 수압부로부터 받는 탄성력에 의한 압력값에서 감소한 압력값으로서 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 압력 검출 장치에 의하면, 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압이 되는 경우에도 유체의 압력을 정확하게 검출하는 것이 가능한 압력 검출 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 압력 검출 장치에 있어서, 상기 유로 유닛에는 상기 수압부가 배치되는 오목부가 형성되어 있고, 상기 압력 센서가 상기 오목부를 덮도록 상기 유로 유닛에 접촉한 상태로 배치되어 있고, 상기 유로 유닛이 상기 오목부와 상기 압력 센서에 의해 구분되는 내부 공간과 외부 공간을 연통시키는 연통 유로를 갖는 구성으로 해도 된다.
이렇게 함으로써, 유로 유닛의 수압부가 배치되는 오목부와 압력 센서에 의해 구분되는 내부 공간이 외부 공간과 연통되는 상태가 되기 때문에, 수압부의 변위에 따라 내부 공간의 용적이 변동되어, 이에 따라 내부 공간의 압력이 변동되어 버리는 결함을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 압력 검출 장치에 있어서, 상기 유로 유닛이, 평면도로 보았을 때 원형 및 박막형상으로 형성되는 상기 수압부와, 상기 유로쪽으로 개방된 개구를 갖는 오목부가 형성된 유로 본체를 가지며, 상기 수압부가 상기 개구를 봉지(封止)하도록 상기 오목부에 접합되어 있고, 한쪽 면이 상기 수압부의 외주부에 접촉하고 또한 다른쪽 면이 상기 압력 센서에 접촉한 상태로 배치되어, 상기 수압부의 상기 외주부를 지지(保持)하는 원형의 고리 모양(円環狀)의 지지 부재(保持部材)를 구비하는 구성이어도 된다.
본 구성에 따른 압력 검출 장치에 의하면, 박막 형상으로 형성되는 수압부의 외주부가 오목부에 접합되어 있고, 그 외주부에 한쪽 면이 접촉한 상태로 원형 고리 모양의 지지 부재가 배치된다. 이 지지 부재는 유로 본체에 강도를 갖게 하면서, 수압부를 가능한 한 유로를 향하여 가압하고 또한 유로의 데드볼륨(dead volume)을 저감하는 것이다. 또한, 이 지지 부재가 다른쪽 면이 압력 센서에 접촉한 상태로 배치되기 때문에, 수압부의 외주부가 지지 부재에 의해 지지된다. 이 때문에, 개구에 노출되는 수압부의 내주부가 유체의 압력에 의해 변위를 반복하는 경우에도, 수압부의 외주부가 지지 부재에 의해 지지되기 때문에, 수압부의 외주부와 오목부의 접합 부분에 벗겨짐 등이 발생하는 결함을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 압력 전달부가 상기 수압부에 접촉한 상태로 배치되는 제1 압력 전달 부재와, 상기 압력 검출부에 접촉한 상태로 배치되는 제2 압력 전달 부재를 가지며, 상기 제2 압력 전달 부재와 상기 압력 검출부의 접촉 면적이 상기 제1 압력 전달 부재와 상기 수압부의 접촉 면적보다 작은 구성이어도 된다.
이와 같이 하여, 제1 압력 전달 부재가 수압부에서 받는 유체의 압력을, 대향하는 부재와의 접촉 면적이 작은 제2 압력 전달 부재를 통하여 압력 검출부에 국소적으로 집중시켜 전달할 수 있다. 이 때문에, 유체의 압력 변동에 대하여 압력 검출부가 국소적으로 받는 압력의 변동을 증가시켜, 유체의 압력 변동의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
상기 구성의 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 제1 압력 전달 부재가 상기 수압부를 향하여 돌출하는 구면(球面) 형상으로 형성되는 부재인 형태이어도 된다.
이와 같이 하여, 수압부의 변위에 의하지 않고 제1전달 부재가 수압부와 접촉하는 접촉 면적이 거의 일정하게 유지되어, 수압부로부터 제1전달 부재에의 유체 압력의 전달 정밀도를 높일 수 있다.
상기 형태의 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 제2 압력 전달 부재가 상기 압력 검출부를 향하여 돌출하는 구면 형상으로 형성되는 부재이어도 된다.
이와 같이 하여, 제1 압력 전달 부재가 수압부에서 받는 유체의 압력을, 구면 형상으로 형성되는 제2 압력 전달 부재를 통하여 압력 검출부에 국소적으로 집중시켜 전달할 수 있다. 이 때문에, 유체의 압력 변동에 대하여 압력 검출부가 국소적으로 받는 압력의 변동을 증가시켜 유체의 압력 변동의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 압력 전달부가 상기 수압부와 상기 압력 검출부의 양쪽에 접촉한 상태로 배치됨과 동시에 구체 형상으로 형성되어 있는 구성이어도 된다.
이와 같이 하여, 수압부의 변위에 의하지 않고 압력 전달부가 수압부와 접촉하는 접촉 면적이 거의 일정하게 유지되기 때문에, 수압부로부터 압력 전달부에의 유체 압력의 전달 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 압력 전달부가 수압부에서 받는 유체의 압력을, 구체 형상으로 형성되는 압력 전달부를 통하여 압력 검출부에 국소적으로 집중시켜 전달할 수 있다. 이 때문에, 유체의 압력 변동에 대하여 압력 검출부가 국소적으로 받는 압력의 변동을 증가시켜 유체의 압력 변동의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명에 의하면, 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압이 될 경우에도 유체의 압력을 정확하게 검출할 수 있는 압력 검출 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 압력 검출 장치를 나타내는 부분 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A부분의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유로 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 유로 유닛의 부분 종단면도이다.
도 5는 제2 실시 형태의 압력 검출 장치를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은 제3 실시 형태의 압력 검출 장치를 나타내는 부분 확대도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A부분의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유로 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 유로 유닛의 부분 종단면도이다.
도 5는 제2 실시 형태의 압력 검출 장치를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은 제3 실시 형태의 압력 검출 장치를 나타내는 부분 확대도이다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 발명의 제1 실시 형태의 압력 검출 장치(100)를 도면에 근거하여 설명한다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)는 유체의 압력을 검출하기 위한 압력 검출 유닛(10)과, 유입구(2lb)로부터 유출구(21c) 쪽으로 향하는 직선 형태의 유동 방향을 따라서 유체가 흘러가게 하는 유로(21a)가 내부에 형성된 유로 본체(21)를 갖는 유로 유닛(20)과, 압력 검출 유닛(10)과의 사이에 유로 유닛(20)을 끼운 상태로 부착하는 베이스부(30)를 구비한다. 베이스부(30)는, 베이스부(30)에 형성된 체결 구멍(30a)에 삽입되는 체결 볼트(40)를 본체부(13)에 형성된 체결 구멍(13b)에 체결함으로써, 본체부(13)에 연결된다.
도 1에 도시된 압력 검출 유닛(10)은 다이어프램(12a)(압력 검출부)에 전달되는 압력을 검출하는 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압력 검출 유닛(10)은 다이어프램(22)(수압부)으로부터 유체의 압력이 전달되는 압력 전달부(11)와, 압력 전달부(11)로부터 전달되는 유체의 압력을 검출하는 압력 센서(12)와, 압력 센서(12)를 내부에 수용하는 본체부(13)와, 압력 센서(12)를 본체부(13)에 배치한 상태로 지지하는 센서 지지부(14)를 구비한다.
또한, 압력 검출 유닛(10)은 압력 센서(12)와 외부 장치(도시 생략)에 접속되는 케이블(200)의 사이에서 전원 및 전기 신호를 전달하기 위한 센서 기판(15)과, 압력 센서(12)의 영점(zero point) 조정을 행하기 위한 영점 조정 스위치(16)와, 센서 기판(15)을 수용하는 하우징(17)과, 하우징(17)의 상부에 부착되는 캡(18)과, 압력 센서(12)와 다이어프램(22)의 사이에 배치되는 지지 부재(19)를 구비한다. 이하, 압력 검출 유닛(10)이 구비하는 각 부분에 대하여 설명한다.
압력 전달부(11)는 축선(X)에 따른 상단(일단)이 다이어프램(12a)에 접촉되고, 또한 축선(X)에 따른 하단(타단)이 유로 유닛(20)의 다이어프램(22)에 접촉된 상태로 배치되는 것이다. 압력 전달부(11)는 다이어프램(22)이 받은 유체의 압력을 다이어프램(12a)에 전달한다.
이 압력 전달부(11)는 유체의 압력을 압력 센서(12)에 전달하는 것이므로, 다이어프램(22)보다 경도가 충분히 높은 것이 바람직하다. 다이어프램(22) 등에서 사용되는 낮은 경도가 되면, 압력을 흡수하는 댐퍼가 되어 버리기 때문에 정밀하게 압력을 계측할 수 없다.
도 2(도 1의 A부분의 부분 확대도)에 도시된 바와 같이, 압력 전달부(11)는 다이어프램(22)에 접촉한 상태로 배치되는 구면(球面) 부재(11a)(제1 압력 전달 부재)와 다이어프램(12a)에 접촉한 상태로 배치되는 축형상(軸狀) 부재(11b)(제2 압력 전달 부재)를 갖는다. 축형상 부재(11b)의 상단면은 다이어프램(12a)에 접착제로 접합되어 있다. 이 접착제로서, 유리 등의 열로 용융하는 재료를 이용하여 열로 접착제를 용융시켜 접착시키면, 접착제가 냉각됨에 따라 경화된다. 이 경우, 접착제가 완충제로 되는 일이 없기 때문에, 안정적으로 압력을 측정할 수 있다. 또한, 안정적으로 압력을 측정할 수 있고 내부식성이 높다는 점에서 유리보다는 덜하지만, 에폭시 수지계 접착제를 이용해도 좋다.
도 2에 도시된 바와 같이, 구면 부재(11a)는 축선(X)을 따라 다이어프램(22)을 향하여 돌출하는 구면 형상으로 형성된 부재이다. 또한, 축형상 부재(11b)는 축선(X)을 따라 연장되는 축형상으로 형성된 부재이다. 구면 부재(11a)와 축형상 부재(11b)는 예를 들면, 알루미늄 등의 금속, PEEK(폴리에테르에테르케톤 수지), 세라믹, 사파이어 등에 의해 일체로 형성된 부재이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 축형상 부재(11b)의 상단면과 다이어프램(12a)의 접촉 면적은 구면 부재(11a)와 다이어프램(22)의 접촉 면적보다 작게 되어 있다.
압력 센서(12)는 내부식성이 있는 재료(예를 들면, 사파이어)에 의해 박막 형상으로 형성되는 다이어프램(12a)(압력 검출부)과, 다이어프램(12a)에 붙이는 변형 저항(스트레인 저항)(도시 생략)과 다이어프램(12a)을 지지하는 베이스부(12b)를 구비한다. 압력 센서(12)는, 다이어프램(12a)에 전달되는 압력에 따라 변하는 변형 저항에 따른 압력 신호를 출력하는 스트레인 방식의 센서이다.
후술하는 바와 같이, 다이어프램(12a)이 설치되는 내부 공간(S1)(도 2 참조)은 통기홈(21f)(연통 유로) 및 통기구멍(21g)(연통 유로)에 의해 대기압으로 유지된다. 이 때문에, 압력 센서(12)는 대기압을 기준으로 한 게이지압을 검출하는 센서로 되어 있다.
본체부(13)는 축선(X) 주위에 원통형으로 형성되는 부재이다. 본체부(13)의 내주면에는 후술하는 센서 지지부(14)를 부착하기 위한 암나사(13a)가 형성되어 있다. 본체부(13)의 하단에는 축선(X) 주위의 복수개의 위치에 체결 구멍(13b)이 형성되어 있다. 본체부(13)의 하단에 유로 유닛(20)이 배치되고, 유로 유닛(20)의 하단에 베이스부(30)가 배치된 상태로, 베이스부(30)의 체결 구멍(30a)에서 삽입되는 체결 볼트(40)가 체결 구멍(13b)에 체결된다. 본체부(13)에 베이스부(30)가 부착된 상태에서, 본체부(13)의 중앙부에 축선(X)을 따라 위쪽에서 압력 센서(12)가 삽입된다.
센서 지지부(14)는 축선(X) 주위에 원통형으로 형성되는 부재이며, 외주면에 수나사(14a)가 형성되어 있다. 센서 지지부(14)는 본체부(13) 하단의 내주측에 압력 센서(12)를 배치하고, 외주면에 형성된 수나사(14a)를 본체부(13)의 내주면에 형성된 암나사(13a)에 체결함으로써, 압력 센서(12)를 본체부(13)에 대하여 일정한 위치에 유지시킨다.
센서 기판(15)은 제1기판(15a)과 제2기판(15b)을 갖는다. 센서 기판(15)은 압력 센서(12)가 출력하는 압력 신호를 증폭하는 증폭 회로(도시 생략)와, 증폭 회로에 의해 증폭된 압력 신호를 케이블(200)의 압력 신호선(도시 생략)에 전달하는 인터페이스 회로와, 케이블(200)을 통하여 외부에서 공급되는 전원 전압을 압력 센서(12)에 전달하는 전원 회로(도시 생략)와, 영점 조정 스위치(16)가 눌려진 경우에 영점 조정을 행하는 영점 조정 회로(도시 생락) 등을 구비한다.
영점 조정 스위치(16)는 캡(18)에 마련된 가압부(18a)를 조작자가 누름에 따라 ON상태가 되는 스위치이다. 영점 조정 스위치(16)가 ON상태가 되었을 경우에, 영점 조정 회로는 그 시점에서 압력 센서(12)가 출력하는 압력 신호를 초기값(제로)으로 설정하도록 조정한다. 이 동작은 압력 검출 장치(100)를 조립한 후 압력 신호의 계측 시작시에 필요한 조작이 된다. 이것은 압력 검출 장치(100)가 부압을 계측할 수 있도록, 미리 압력 센서(12)에, 압력 전달부(11)로부터 탄성력(付勢力)이 주어진 상태를 제로의 압력 검출값으로 설정할 필요가 있기 때문이다. 이에 의해, 개별의 압력 검출 장치(100)에 의해, 압력 전달부(11)가 압력 센서(12)에 제공하는 탄성력이 다른 경우에도, 제로의 압력 검출값이 되는 상태를 적절하게 설정하여, 정확하게 압력을 측정할 수 있게 된다.
하우징(17)은 축선(X) 주위에 원통형으로 형성되는 부재이며, 그 하단측 내주면이 본체부(13)의 상단측 외주면에 부착되어 있다. 하우징(17)은 내주측에 센서 기판(15)을 수용하는 것이다.
캡(18)은 하우징(17)의 상단을 봉지(encapsulation)하도록 하우징(17)의 상단 내주면에 부착되는 부재이다. 캡(18)에는 영점 조정 스위치(16)에 접촉하도록 배치되는 가압부(18a)가 부착되어 있다.
지지 부재(19)는 다이어프램(22)의 외주부(22b)를 지지하기 위하여 압력 센서(12)와 다이어프램(22)의 사이에 배치되는 부재이며, 축선(X)를 중심으로 원형의 고리 모양으로 형성되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지지 부재(19)는 축선(X)에 따른 하단측의 한쪽 면(19b)이 다이어프램(22)의 외주부(22b)에 접촉하고, 또한 축선(X)에 따른 상단측의 다른쪽 면(19a)이 압력 센서(12)의 베이스부(12b)에 접촉한 상태로 배치된다.
다음에, 유로 유닛(20)에 대해 도 3 및 도 4을 참조하여 상세하게 설명한다.
유로 유닛(20)의 유입구(2lb)에는 유체를 유입구(2lb)에 유입시키는 유입측 배관(도시 생략)이 부착되며, 유로 유닛(20)의 유출구(21c)에는 유출구(21c)로부터 유출되는 유체가 흘러가게 하는 유출측 배관(도시 생략)이 부착된다. 유입구(2lb)에서 유출구(21c)를 향한 유로(21a)를 통해 흐르는 유체의 압력은 압력 검출 유닛(10)에 의해 검출된다.
여기에서, 유체는 예를 들면, 혈액이나 투석액 등의 액체이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유로 유닛(20)은 유입구(2lb)에서 유출구(21c)를 향하여 축선(Y)을 따라 연장되는 유동 방향으로 유체가 흘러가게 하는 유로(21a)가 형성된 유로 본체(21)와, 평면도로 보았을 때 원형이면서 박막의 형상으로 형성되는 다이어프램(22)을 갖는다.
유로 본체(21)는 폴리카보네이트, PFA, PVC등으로 형성되는 부재이며, 유로(21a) 쪽으로 개구가 형성되고 평면도로 보았을 때 원형인 개구(21e)를 갖는 오목부(21d)가 형성되어 있다.
오목부(21d)의 직경이 D1로 되는 영역에는 개구(21e)를 제외한 부분에 다이어프램(22)의 외주부(22b)가 접합되어 있다. 다이어프램(22)의 외경은 오목부(21d)의 직경(D1)과 같거나 D1보다 약간 작은 외경으로 되어 있다. 유로 본체(21)와 다이어프램(22)은 초음파 용착 또는 열 용착에 의해 재료 자체를 부분적으로 녹이는 방법 또는 접착제를 이용하는 방법에 의해 접합된다.
오목부(21d)의 직경이 D2로 되는 영역에는 압력 센서(12)의 베이스부(12b)가 오목부(21d)를 덮도록 유로 유닛(20)에 접촉한 상태로 배치되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 압력 센서(12)가 유로 유닛(20)에 접촉한 상태로 배치되면, 오목부(21d)와 압력 센서(12)에 의해 구분되는 내부 공간(S1)이 형성된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 유로 본체(21)에는 압력 센서(12)가 유로 유닛(20)에 접촉한 상태에서 내부 공간(S1)과 연통하는 통기홈(21f)(연통 유로)이 형성되어 있다. 또한, 유로 본체(21)에는 통기홈(21f) 및 외부 공간(S2)과 연통하는 통기구멍(21g)(연통 유로)이 형성되어 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 부재(19)에는 내부 공간(S1)과 통기홈(21f)을 연통시키는 통기홈(19c)이 형성되어 있다.
유로 유닛(20)이 갖는 통기홈(21f), 통기구멍(21g) 및 통기홈(19c)에 의해, 내부 공간(S1)과 외부 공간(S2)이 연통 상태로 되어 있다. 이에 의해, 내부 공간(S1)이 외부 공간(S2)과 같은 대기압 상태로 유지된다.
다음에, 유로 유닛(20)이 갖는 다이어프램(22)에 대하여 설명한다.
다이어프램(22)은 내부식성이 있는 재료(예를 들면, 실리콘 수지 재료)에 의해 박막 형상으로 형성되는 부재이다. 다이어프램(22)은 축선(X)를 중심축으로 한 평면도로 보았을 때 원형으로 형성되는 부재이며, 그 외주부(22b)가 오목부(21d)에 접합되어 있다. 이 때문에, 유체실(23)에 도입된 유체는 유로 유닛(20)에 형성되는 개구(21e)에서 외부로 유체가 유출되는 일은 없다. 다이어프램(22)은 박막 형상으로 형성되어 있기 때문에, 유체실(23)에 도입된 유체의 압력을 받아서 축선(X)에 따른 방향으로 변위한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유로 유닛(20)이 압력 검출 유닛(10)에 부착된 상태에서는, 유로 유닛(20)의 다이어프램(22)이 압력 전달부(11)의 구면 부재(11a)에 접촉한 상태가 된다. 또한, 압력 전달부(11)의 축형상 부재(11b)의 상단면은 다이어프램(12a)에 접합되어 있다.
다이어프램(22)은 압력 센서(12)의 압력 전달부(11)가 접촉하지 않는 상태에서는, 축선(X)에 직교하는 평면상에 배치되도록 되어 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 압력 전달부(11)가 접촉된 상태에서, 다이어프램(22)은 압력 전달부(11)에 의해 내주부(22a)가 축선(X)을 따라 아래쪽으로 변위된 상태로 되어 있다. 도 2에 도시된 상태에서, 다이어프램(22)은 탄성 변형에 의해 발생되는 탄성력에 의해 압력 전달부(11)를 축선(X)을 따라 위쪽으로 누르고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)에 있어서는, 압력 전달부(11)가 다이어프램(22)을 유로(21a)를 향하여 변위시켜서 다이어프램(22)으로부터 다이어프램(12a)을 향하여 탄성력을 받는 상태로 배치되어 있다.
이 때문에, 유체실(23)의 유체 압력이 대기압보다 낮은 부압으로 되는 경우에도, 다이어프램(12a)은 압력 전달부(11)가 다이어프램(22)으로부터 받는 힘에 의한 압력값에서, 부압분의 압력값을 감산한 값의 압력을 받는 상태가 된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)가 이루는 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)에 의하면, 일단이 압력 센서(12)의 다이어프램(12a)에 접촉하고 또한 타단이 유로 유닛(20)의 다이어프램(22)에 접촉한 상태로 배치되는 압력 전달부(11)가 다이어프램(22)으로부터 다이어프램(12a)으로 향하여 인가되는 힘을 받는 상태로 배치된다.
이 때문에, 유로(21a)를 통해 흐르는 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 대기압보다 낮은 부압이 되는 경우에도, 다이어프램(12a)은 압력 전달부(11)가 다이어프램(22)으로부터 받는 탄성력에 의한 압력값에서 부압분의 압력값을 감산한 값의 압력을 받는 상태가 된다. 이에 의해, 다이어프램(12a)은 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압이 되는 경우에도, 부압에 의한 압력값의 감소를, 다이어프램(22)으로부터 받는 힘에 의한 압력값으로부터, 감소된 압력값으로서 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)에 의하면, 유체의 압력이 일시적으로 저하되어 부압이 되는 경우에도 유체의 압력을 정확하게 검출하는 것이 가능한 압력 검출 장치(100)를 제공할 수 있다.
본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)에 있어서, 유로 유닛(20)이 오목부(21d)와 압력 센서(12)에 의해 구분되는 내부 공간(S1)과 외부 공간(S2)을 연통시키는 연통 유로인 통기홈(21f) 및 통기구멍(21g)을 갖는다.
이와 같이 함으로써, 유로 유닛(20)의 다이어프램(22)이 배치되는 오목부(21d)와 압력 센서(12)에 의해 구분되는 내부 공간(S1)이 외부 공간(S2)과 연통된 상태가 된다. 이 때문에, 다이어프램(22)의 변위에 따라 내부 공간(S1)의 용적이 변동되며, 그것에 따라 내부 공간(S1)의 압력이 변동되어 버리는 결함을 억제할 수 있다.
본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)에 의하면, 다이어프램(22)의 외주부(22b)가 오목부(21d)에 접합되고 있고, 그 외주부(22b)에 한쪽 면(19b)이 접촉한 상태로 원형의 고리 모양의 지지 부재(19)가 배치된다. 이 지지 부재(19)이 다른쪽 면(19a)이 압력 센서(12)에 접촉한 상태로 배치되기 때문에, 다이어프램(22)의 외주부(22b)가 지지 부재(19)에 의해 지지된다.
이 때문에, 개구(21e)에 노출되는 다이어프램(22)의 내주부(22a)가 유체의 압력에 의해 변위를 반복하는 경우에도, 다이어프램(22)의 외주부(22b)가 지지 부재(19)에 의해 지지된다. 따라서, 다이어프램(22)의 외주부(22b)와 오목부(21d)의 접합 부분에 벗겨짐 등이 발생하는 결함을 억제할 수 있다.
본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)에 있어서는, 축형상 부재(11b)와 다이어프램(12a)의 접촉 면적이 구면 부재(11a)와 다이어프램(22)의 접촉 면적보다 작다.
이 때문에, 구면 부재(11a)가 다이어프램(22)으로부터 받는 유체의 압력을 축형상 부재(11b)를 통하여 다이어프램(12a)에 국소적으로 집중시켜 전달할 수 있다. 따라서, 유체의 압력 변동에 대하여 다이어프램(12a)이 국소적으로 받는 압력의 변동을 증가시켜, 유체의 압력 변동의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
본 실시 형태의 압력 검출 장치(100)에 있어서, 구면 부재(11a)는 다이어프램(22)을 향하여 돌출하는 구면 형상으로 형성되는 부재이다. 이 때문에, 다이어프램(22)의 변위에 의하지 않고, 구면 부재(11a)가 다이어프램(22)과 접촉하는 접촉 면적이 거의 일정하게 유지되어, 다이어프램(22)으로부터 구면 부재(11a)에의 유체 압력의 전달 정밀도를 높일 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태의 압력 검출 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
제2 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이며, 이하에서 특별하게 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시 형태와 동일한 것으로 하여, 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 압력 검출 장치(100)는 압력 전달부(11)가 다이어프램(12a)에 접합되는 축형상 부재(11b)를 갖는 것이었다.
이에 대하여, 본 실시 형태의 압력 전달부(11')는 다이어프램(12a)과 접촉하도록 배치되는 구면 부재(11c)(제2 압력 전달 부재)를 갖는 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 압력 전달부(11')가 갖는 구면 부재(11c)는 다이어프램(12a)과 접촉하도록 배치되는 것이며, 다이어프램(12a)을 향하여 돌출하는 구면 형상으로 형성되어 있다.
구면 부재(11c)와 다이어프램(12a)은 축선(X)상의 접촉 위치에서만 접촉하고 있다. 이 때문에, 구면 부재(11c)와 다이어프램(12a)의 접촉 면적이 구면 부재(11a)와 다이어프램(22)의 접촉 면적보다 매우 작다.
도 5에 도시된 바와 같이, 압력 전달부(11')가 접촉한 상태에서 다이어프램(22)은 압력 전달부(11')에 의해 내주부(22a)가 축선(X)을 따라 아래쪽으로 변위된 상태로 되어 있다. 도 5에 도시된 상태에서, 다이어프램(22)은 탄성 변형에 의해 발생되는 탄성력에 의해 압력 전달부(11')를 축선(X)을 따라 위쪽으로 누르고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 압력 검출 장치에 있어서는, 압력 전달부(11')가 다이어프램(22)을 유로(21a)를 향하여 변위시켜, 다이어프램(22)으로부터 다이어프램(12a)을 향하여 탄성력을 받는 상태로 배치되어 있다.
이 때문에, 유체실(23)의 유체 압력이 대기압보다 낮은 부압이 되는 경우에도, 다이어프램(12a)은, 압력 전달부(11')가 다이어프램(22)으로부터 받는 탄성력에 의한 압력값에서 부압분의 압력값을 감산한 값의 압력을 받는 상태가 된다.
또한, 본 실시 형태의 지지 부재(19')(가이드 부재)는 압력 센서(12)의 베이스부(12b)와 유로 본체(21)의 사이에서 다이어프램(22)의 외주부(22b)를 지지하는 기능 외에도, 압력 전달부(11')가 축선(X)을 따라 이동하도록 안내하는 가이드 기능을 구비하고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 축선(X)에 직교하는 직경 방향에서 압력 전달부(11')의 외경은 지지 부재(19')의 내경과 동일하거나 그보다 미세하게 작게 되어 있다. 이 때문에, 압력 전달부(11')는 다이어프램(22)이 유체의 압력 변동에 따라 변위하는 경우에, 축선(X)을 따라 이동하도록 지지 부재(19')의 내주면에 의해 안내된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 압력 검출 장치에 의하면, 구면 부재(11a)가 다이어프램(22)으로부터 받는 유체의 압력을, 구면 부재(11c)를 통하여 다이어프램(12a)에 국소적으로 집중시켜 전달할 수 있다. 이 때문에, 유체의 압력 변동에 대하여 다이어프램(12a)이 국소적으로 받는 압력의 변동을 증가시켜 유체의 압력 변동의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 구면 부재(11c)가 다이어프램(12a)에 접합되어 있지 않지만, 구면 부재(11c)가 지지 부재(19)'의 내주면에 의해 축선(X)을 따라 이동하도록 안내된다. 이 때문에, 구면 부재(11c)가 다이어프램(12a)에 접촉하는 접촉 위치가 축선(X) 상의 위치로 정해져, 다이어프램(12a)에 의한 압력의 검출 오차를 억제할 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태의 압력 검출 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
제3 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이며, 이하에서 특별하게 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시 형태와 동일한 것으로 하여, 동일 부호를 붙어 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 압력 검출 장치(100)는 압력 전달부(11)가 다이어프램(22)에 접촉하는 구면 부재(11a)와 다이어프램(12a)에 접합되는 축형상 부재(11b)를 갖는 것이었다.
이에 대하여, 본 실시 형태의 압력 전달부(11")는 다이어프램(22)과 다이어프램(12a)의 양측에 접촉한 상태로 배치됨과 동시에 구체 형상으로 형성되는 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 압력 전달부(11")와 다이어프램(12a)은 축선(X)상의 접촉 위치에서만 접촉하고 있다. 이 때문에, 압력 전달부(11")와 다이어프램(12a)의 접촉 면적이 압력 전달부(11")와 다이어프램(22)의 접촉 면적보다 매우 작다.
도 6에 도시된 바와 같이, 압력 전달부(11")가 접촉한 상태에서, 다이어프램(22)은 압력 전달부(11")에 의해 내주부(22a)가 축선(X)을 따라 아래쪽으로 변위된 상태로 되어 있다. 도 6에 도시된 상태에 있어서, 다이어프램(22)은 탄성 변형에 의해 발생하는 탄성력에 의해 압력 전달부(11")를 축선(X)을 따라 위쪽으로 누르고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 압력 검출 장치에 있어서는, 압력 전달부(11")가 다이어프램(22)을 유로(21a)를 향하여 변위시켜, 다이어프램(22)으로부터 다이어프램(12a)을 향해 탄성력을 받는 상태로 배치되어 있다.
이 때문에, 유체실(23)의 유체 압력이 대기압보다 낮은 부압이 되는 경우에도, 다이어프램(12a)은 압력 전달부(11")가 다이어프램(22)으로부터 받는 힘에 의한 압력값에서 부압분의 압력값을 감산한 값의 압력을 받는 상태가 된다.
또한, 본 실시 형태의 지지 부재(19")(가이드 부재)는 압력 센서(12)의 베이스부(12b)와 유로 본체(21)의 사이에서 다이어프램(22)의 외주부(22b)를 지지하는 기능 외에도, 압력 전달부(11")가 축선(X)을 따라 이동하도록 안내하는 가이드 기능을 구비하고 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 축선(X)에 직교하는 직경 방향에서 압력 전달부(11”)의 외경은 지지 부재(19”)의 내경과 동일하거나 그보다 미세하게 작아져 있다. 이 때문에, 압력 전달부(11”)는 다이어프램(22)이 유체의 압력 변동에 따라 변위하는 경우에, 축선(X)을 따라 이동하도록 지지 부재(19”)의 내주면에 의해 안내된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 압력 검출 장치에 의하면, 압력 전달부(11")가 다이어프램(22)으로부터 받는 유체의 압력을, 압력 전달부(11")를 통하여 다이어프램(12a)에 국소적으로 집중시켜 전달할 수 있다. 이 때문에, 유체의 압력 변동에 대하여 다이어프램(12a)이 국소적으로 받는 압력의 변동을 증가시켜 유체의 압력 변동의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 압력 전달부(11")가 다이어프램(12a)에 접합되어 있지 않지만, 압력 전달부(11")가 지지 부재(19")의 내주면에 의해 축선(X)을 따라 이동하도록 안내된다. 이 때문에, 압력 전달부(11")가 다이어프램(12a)에 접촉하는 접촉 위치가 축선(X) 상의 위치로 정해져, 다이어프램(12a)에 의한 압력의 검출 오차를 억제할 수 있다.
(그 외의 실시 형태)
이상의 설명에 있어서, 압력 센서(12)는 다이어프램(12a)에 전달되는 압력에 따라 변화되는 변형 저항에 따른 압력 신호를 출력하는 스트레인 방식의 센서인 것으로 했지만, 다른 양태이어도 된다.
예를 들면, 정전용량식의 압력 센서를 사용해도 된다.
이상의 설명에 있어서, 유로 유닛(20)은 유로 본체(21)와 유로 본체(21)에 접합되는 다이어프램(22)을 갖는 것으로 하였지만, 다른 양태이어도 된다.
예를 들면, 유로 유닛(20)은 유로 본체(21)와 다이어프램(22)을 단일 재료로 일체로 형성한 것이어도 된다.
Claims (7)
- 압력 검출부에 전달되는 압력을 검출하는 압력 검출 유닛과,
유입구로부터 유출구쪽으로 향하는 유동 방향을 따라 유체가 흘러가게 하는 유로와, 상기 유로를 통해 흐르는 유체의 압력을 받아서 변위하는 수압부가 형성된 유로 유닛을 구비하고,
상기 압력 검출 유닛은,
상기 압력 검출부를 갖는 압력 센서와,
일단이 상기 압력 검출부에 접촉하고 타단이 상기 수압부에 접촉한 상태로 배치되어, 상기 수압부가 받은 유체의 압력을 상기 압력 검출부에 전달하는 압력 전달부를 가지며,
상기 압력 전달부는, 상기 수압부를 상기 유로를 향하여 변위시켜서, 상기 수압부로부터 상기 압력 검출부를 향해 탄성력을 받는 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유로 유닛에는 상기 수압부가 배치되는 오목부가 형성되어 있고,
상기 압력 센서는 상기 오목부를 덮도록 상기 유로 유닛에 접촉한 상태로 배치되어 있고,
상기 유로 유닛은 상기 오목부와 상기 압력 센서에 의해 구분되는 내부 공간과 외부 공간을 연통시키는 연통 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유로 유닛이,
평면도로 보았을 때 원형이면서 박막형상으로 형성되는 상기 수압부와,
상기 유로쪽으로 개방된 개구를 갖는 오목부가 형성된 유로 본체를 가지며,
상기 수압부가 상기 개구를 봉지(封止)하도록 상기 오목부에 접합되어 있고,
한쪽 면이 상기 수압부의 외주부에 접촉하고 또한 다른쪽 면이 상기 압력 센서에 접촉한 상태로 배치되어, 상기 수압부의 상기 외주부를 지지하는 원형 고리 모양의 지지 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 압력 전달부는,
상기 수압부에 접촉한 상태로 배치되는 제1 압력 전달 부재와,
상기 압력 검출부에 접촉한 상태로 배치되는 제2 압력 전달 부재를 가지며,
상기 제2 압력 전달 부재와 상기 압력 검출부의 접촉 면적이 상기 제1 압력 전달 부재와 상기 수압부의 접촉 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 압력 전달 부재가 상기 수압부를 향하여 돌출하는 구면(球面) 형상으로 형성된 부재인 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제2 압력 전달 부재가 상기 압력 검출부를 향하여 돌출하는 구면(球面) 형상으로 형성된 부재인 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 전달부는 상기 수압부와 상기 압력 검출부의 양쪽에 접촉한 상태로 배치됨과 동시에 구체 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 검출 장치.
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