KR20180043657A - 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법 - Google Patents

액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판은, 액막(50)의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 기판으로서, 기재(101) 상에 인가용 전극인 제1 전극(110)과, 측정용 전극인 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)이 형성되고, 제1 전극(110)은 원 형상을 가지며, 제2 전극(160)은 제1 전극(110)과 동심(同心)이고 제1 전극(110)의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 제1 전극(110)과 이격 배치되고, 제3 전극(170)은 제1 전극(110)과 동심(同心)이고 제2 전극(160)의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 제2 전극(160)과 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법 {SUBSTRATE FOR MEASURING LIQUID THICKNESS, APPARATUS FOR THE SAME, AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 삼전극 액막 두께 측정 기판을 이용하여 액막의 온도와 관계없이 액막의 두께를 측정할 수 있고, 집적화가 가능한 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법에 관한 것이다.
평면 상에 존재하는 액막 두께를 측정하는 기술은 다양하며, 대표적으로는 방사선 감쇠법(Radiation Attenuation Method), 초음파법(Ultrasonic Method), 전기 전도도법(Impedance Method) 등이 있다.
방사선 감쇠법은 중성자, X-ray 등을 측정하고자 하는 부분에 방사시키고 투과된 방사선을 반대쪽에서 측정하는 방법으로, 측정하고자 하는 장치의 수정없이 측정가능한 장점이 있으나, 방사선 생성을 위한 많은 부대 장치 및 공간이 필요하고 시간 분해능이 떨어지는 단점이 있다. 초음파법은 초음파원에서 발생한 초음파가 액막을 통과하는 동안 반사되는 신호를 측정하는 방법으로, 시스템 수정없이 측정가능한 장점이 있으나, 기-액 경계면의 복잡한 유동에 적용하기 어려운 단점이 있다.
도 1은 종래의 전기 전도도법을 이용한 액막 두께 측정을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 전기 전도도를 이용한 액막 두께 측정의 경우, 인가용 전극(2)으로부터 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류를 측정하여 액막 두께를 역산하는 방식으로 액막의 두께를 측정하는 것이 일반적이다. 전기 전도도법은 전기적 특성을 이용하기 때문에 반응속도가 빨라 실시간 측정이 가능한 이점이 있다.
액막을 구성하는 유체의 저항(Resistance) 또는 임피던스(Impedance)에 의하여 인가용 전극(2)에서 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류의 크기가 결정될 수 있다. 인가용 전극(2) 및 측정용 전극(3) 위에 형성된 액막의 두께(t)가 두꺼워지는 경우, 옴의 법칙(Ohm`s Law)에 의하여 저항 또는 임피던스가 작아지기 때문에, 인가용 전극(2)에서 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류는 더 커지게 된다. 결국, 액막의 두께와 인가용 전극(2)에서 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류의 상관 관계를 이용하여 액막의 두께를 산출하는 것이다.
도 2는 온도에 따른 유체의 전기 전도도의 변화를 도시한 그래프이다. 도 2에는 물의 온도에 따른 전기 전도도가 도시되어 있다.
상기 전류의 크기는 유체의 전기 전도도에 의하여 변화될 수 있다. 따라서 유체의 전기 전도도를 고려해야 하며, 일반적으로 유체의 전기 전도도는 유체의 온도에 따라 가변하게 될 수 있다. 일 예로, 도 2를 참조하면, 물의 경우는 온도 1도 상승시 약 2%의 전기 전도도가 상승한다. t℃에서의 전기 전도도(㎲/cm) σt 는 아래 수학식과 같이 나타날 수 있다.
σt=σ25(1+a(t-25))
[σ25: 25℃에서의 전기 전도도, a: 0.02/℃ (온도 상수), t: 물의 온도(℃)]
따라서, 상술한 기존의 전기 전도도법을 이용한 액막 측정 방법의 경우, 전류의 값이 유체의 온도에 의하여 가변되기 때문에 등온 상태에서의 액막 유동 측정만이 가능한 문제점이 있다. 일반적으로 2상 유동은 열전달이 수반되는 유동 조건이 많이 나타나기 때문에 현실적인 조건을 반영한 실험 수행을 위해서는 온도가 변하는 유동 조건에서의 액막 측정이 가능해야 한다.
또한, 기존의 액막 측정 방법은 인가용 전극(2) 및 측정용 전극(3)을 밀집하여 배치하기 어려운 문제점이 있고, 한 세트의 인가용 전극(2) 및 측정용 전극(3)이 주변의 다른 세트 전극들과의 전류 누화 현상(Cross-Talk)이 발생할 수 있다. 또한, 사각 형태의 전극을 사용하는 경우 단말 현상(End Effect)이 발생하거나, 모서리에서 와전류 등이 발생하여 측정 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 액막의 유체 온도 변화의 영향을 최소화하여, 유체의 온도가 변화하는 조건에서도 정확한 액막의 두께 측정이 가능한 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 집적화를 가능하게 하여, 측정의 해상도를 높일 수 있는 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 동적 곡면을 포함하는 곡면에 형성된 액막의 두께 측정이 가능하고, 나아가 고온의 환경 하에서도 적용이 가능한 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 기판으로서, 기재 상에 인가용 전극인 제1 전극과, 측정용 전극인 제2 전극 및 제3 전극이 형성되고, 상기 제1 전극은 원 형상을 가지며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제1 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제1 전극과 이격 배치되고, 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제2 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제2 전극과 이격 배치되는, 액막 두께 측정 기판이 제공된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값의 비율에 기초하여 상기 액막의 두께를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액막의 온도 변화에 대해서, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 비율은 일정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 제3 전극의 전극체는 상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라 이격배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라, 이웃하는 한쌍의 상기 전극체 사이를 분리하도록 형성되는 접지 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 이격되어 배치되고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극을 둘러싸며 폐쇄 영역을 형성하는 접지 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기재는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질이고, 상기 기재는 폴리이미지(Polyimide) 재질일 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 장치로서, 상기 액막 두께 측정 장치는, 기재, 및 상기 기재 형성되는 인가용 전극인 제1 전극과, 측정용 전극인 제2 전극 및 제3 전극을 포함하는 액막 두께 측정 기판; 및 상기 제1 전극에 전원을 인가하는 전원 인가부를 포함하며, 상기 제1 전극은 원 형상을 가지며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제1 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제1 전극과 이격 배치되고, 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제2 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제2 전극과 이격 배치되는, 액막 두께 측정 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값의 비율에 기초하여 상기 액막의 두께를 산출하는 산출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액막의 온도 변화에 대해서, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 비율은 일정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전류값을 증폭시키는 제1 증폭기; 및 상기 제2 전류값을 증폭시키는 제2 증폭기를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 제3 전극의 전극체는 상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라 이격배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라, 이웃하는 한쌍의 상기 전극체 사이를 분리하도록 형성되는 접지 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 이격되어 배치되고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극을 둘러싸며 폐쇄 영역을 형성하는 접지 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기재는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)일 수 있다.인, 액막 두께 측정 장치.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 방법으로서, (a) 액막 내에 액막 두께 측정 기판 - 상기 액막 두께 측정 기판은 기재, 및 상기 기재 형성되는 인가용 전극인 제1 전극과, 측정용 전극인 제2 전극 및 제3 전극을 포함함 - 을 배치하는 단계; (b) 전원 인가부가 상기 제1 전극에 전원을 인가하는 단계; 및 (c) 산출부에서 상기 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값을 획득하고, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값의 비율에 기초하여 상기 액막의 두께를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 제1 전극은 원 형상을 가지며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제1 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제1 전극과 이격 배치되고, 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제2 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제2 전극과 이격 배치되는, 액막 두께 측정 방법이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 전극을 2개 구비하고, 2개의 전류값의 비율을 이용하므로, 유체의 온도가 변화하는 조건에서도 정확한 액막의 두께 측정이 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원형, 링형 전극을 사용한 전극체로서, 집적화를 가능하게 하여 측정의 해상도를 높일 수 있는 효과가 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연성 인쇄 회로 기판을 사용하여 동적 곡면을 포함하는 곡면에 형성된 액막의 두께 측정이 가능하고, 나아가 고온의 환경 하에서도 적용이 가능한 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 전기 전도도법을 이용한 액막 두께 측정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 온도에 따른 유체들의 전기 전도도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판의 전극체를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 나타내는 개략도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 회로를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 이용하여 액막 두께를 측정하는 과정을 나타내는 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 유체의 온도 변화에 대한 액막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판의 전극체를 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판을 나타내는 개략도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 액막 두께 측정 기판은 3개의 전극(110, 160, 170)으로 구성되는 전극체(100) 및 기재(101)를 포함한다.
기재(101)는 비전도성 재질을 사용할 수 있다. 특히, 동적 곡면을 포함하는 곡면에서도 액막 두께를 측정할 수 있도록, 기재(101)는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB; Flexible Print Circuit Board)을 사용할 수 있다. 연성 인쇄 회로 기판(101)은 IT(Information Technology) 및 MEMS(Micro Electrical Mechanical System)에 주로 사용되는 인쇄 회로 기판으로써, 일반적인 인쇄 회로 기판의 플라스틱 절연기판과는 달리 폴리이미드(PI; Polyimide) 필름으로 제작되므로 우수한 연성 및 내열성을 갖는다.
이로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치는 평면이 아닌 곡면 상에 형성된 액막의 두께 측정이 가능하고, 나아가 고온 상황에서도 적용이 가능하다는 장점이 있다.
기재(101) 상에는 전극체(100)가 형성될 수 있다. 전극체(100)의 전극들(110, 160, 170)은 기재(101)의 내부로 전극 선이 연장 배치될 수 있으며[도 5 참조], 도 3 및 도 4에서는 액막 두께 측정 기판의 평면을 기준으로 설명한다.
전극체(100)는 인가용 전극(110)인 제1 전극(110) 및 측정용 전극(150)인 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)으로 구성될 수 있다.
제1 전극(110)은 원 형상을 가지며 가장 작은 반경을 가질 수 있다.
제2 전극(160)은 링(Ring) 형상을 가지며, 제1 전극(110)의 반경보다 큰 반경을 가질 수 있다. 그리고 제2 전극(160)은 제1 전극(110)[및 제3 전극(170)]과 동심(同心)을 가지고 제1 전극(110)과 이격 배치될 수 있다.
제3 전극(170)은 링(Ring) 형상을 가지며, 제2 전극(160)의 반경보다 큰 반경을 가질 수 있다. 그리고 제3 전극(160)은 제1 전극(110)[및 제2 전극(160)과 동심(同心)을 가지고 제2 전극(160)과 이격 배치될 수 있다.
제1 전극(110), 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)의 재질은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 각 전극은 구리를 기반으로 니켈, 금으로 도금을 하여 물에 의한 부식을 방지시킬 수 있다.
제1 전극(110)은 인가용 전극(110)으로 기능하므로, 후술할 전원 인가부(210)로부터 전원을 인가받을 수 있다. 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)은 측정용 전극(150)으로 기능하므로, 제1 인가용 전극(110)에 인가된 전원에 대한 전류값을 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(110)에서 흘러나와 액막(50)[도 5 참조]의 유체를 경유하여 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)에 각각 전달되는 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)을 측정할 수 있다.
그리고, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)에 기초하여 액막(50)의 두께를 산출할 수 있다. 더 살펴보면, 액막(50)의 두께는 제1 전류값(I1)과 제2 전류값(I2)의 비율에 의하여 산출될 수 있다. 액막(50)의 두께에 따른 전류값은 사전에 데이터 베이스화 될 수 있다. 두 전류(I1, I2)의 비는 액막의 두께에 따라 변할 수 있고, 유체의 전기 전도도에 독립적인 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 유체의 전기 전도도가 온도에 따라 변할 경우, 온도는 독립적인 신호를 출력할 수 있다.
유체의 온도 변화가 있는 경우라도 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)은 같이 변동될 수 있으므로, 전류의 비는 온도의 영향을 받지 않는다. 제1 전극(110)과 제2 전극(160), 제1 전극(110)과 제3 전극(170)에는 동일한 전압이 인가되고, 옴의 법칙에 따라 전류의 비는 곧, 제1 전극(110)과 제2 전극(160), 제1 전극(110)과 제3 전극(170)의 전기 저항비(유체의 두께에 따른 저항)의 역수가 되어 전기 전도율의 변화에 의한 영향이 상쇄되기 때문이다. 다시 말해, 액막(50)의 온도가 변하면 전기 전도도가 변하면서 전류의 크기 또한 변하게 되며, 제1 전극(110)과 제2 전극(160), 제1 전극(110)과 제3 전극(170) 사이의 전기 전도도도 같은 비율로 변하기 때문에, 제1, 2 전류값(I1, I2)의 비율은 전기 전도도의 변화를 보상시킬 수 있다. 결론적으로, 액막(50)의 온도 변화에 대해서, 제1, 2 전류값(I1, I2)의 비율은 일정하게 유지될 수 있다.
위와 같이, 본 발명은, 액막(50)의 온도 변화 상태에서도 제1, 2 전류값(I1, I2)의 비율을 측정하여 액막 두께를 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 4를 더 참조하면, 제1 전극(110), 제2 전극(160), 및 제3 전극(170)의 전극체(100)는 기재(101) 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라 이격배치될 수 있다. 즉, 전극체(100)가 전체적으로 원 형상이기 때문에 매트릭스 형태로 밀집 배치할 수 있으므로, 액막 두께 측정 센서로서의 집적화가 가능하며, 측정의 해상도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 전극체(100)가 전체적으로 원 형상이고, 원 형상의 제1 전극(110)으로부터 링 형상의 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)을 향해, 일 방향이 아닌, 방사 형태로 전류가 흐르게 되므로, 전극의 모서리진 부분에서 발생할 수 있는 단말 효과(End Effect), 와전류, 전류의 쏠림 현상 등을 방지할 수 있다. 즉, 제1 전극(110)으로부터 전류가 방사 형태로 발산하여 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)의 전부에 균일하게 분포될 수 있으므로 전류의 누설 및 누설로 인한 측정 오차가 나타나는 것을 방지할 수 있다.
한편, 기재(101) 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라, 이웃하는 한쌍의 전극체(100) 사이를 분리하도록 접지 전극(180)을 더 형성할 수 있다. 다른 관점으로, 접지 전극(180)을 격자 형태, 사각 메쉬 형태로 구성하고, 메쉬 공간의 내부에 전극체(100)를 하나씩 배치할 수도 있다. 다른 실시예로, 하나의 전극체(100)와 이격되어 배치되고, 전극체(100)를 둘러싸며 폐쇄 영역을 형성할 수 있는, 사각, 원형, 타원형 등의 접지 전극(180)을 형성할 수도 있다.
접지 전극(180)은 이웃하는 전극체(100) 사이에서 전류가 누설되는 것을 더욱 방지할 수 있다. 이를 통해 제1 전극(110)으로부터 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)에 더욱 일정한 전류 분포를 갖는 전류값(I1, I2)들을 전달받을 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 전극(110)의 반경은 2.5mm, 제2 전극(160)의 내주의 반경은 3.4mm, 외주의 반경은 3.7mm, 제3 전극(170)의 내주의 반경은 3.9mm, 외주의 반경은 4.5mm이고, 전극체(100)의 중심[또는, 접지 전극(180) 격자 하나의 가로, 세로 길이]은 15mm 간격으로 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 나타내는 개략도이고, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 회로를 나타내는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 액막 두께 측정 장치(200)는, 전극체(100), 기재(101), 접지 전극(180)을 포함하는 액막 두께 측정 기판, 및 전원 인가부(210)를 포함한다. 이 외에, 제1 증폭기(220), 제2 증폭기(230) 및 산출부(240)를 더 포함할 수 있다.
전원 인가부(210)는 제1 전극(110)에 전원을 인가하는 기능을 수행하고, 특정한 크기 및 주기를 갖는 교류 전압을 인가할 수 있는 함수 발생기(Function Generator)인 것이 바람직하다.
제1 증폭기(220) 및 제2 증폭기(230)는 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)과 전기적으로 연결되어 있으며, 제2 전극(160)이 획득한 제1 전류(I1) 및 제3 전극(170)이 획득한 제2 전류(I2)를 각각 증폭시키는 기능을 수행한다.
특히, 제1 증폭기(220) 및 제2 증폭기(230)는 락인앰프(Lock in Amplifier)로 구성되는 것이 바람직하며, 이러한 락인앰프는 측정하고자 하는 신호 이외에 그것과 일정한 주파수와 위상 관계에 있는 참조 신호를 입력하여, 참조 신호와 같은 주파수와 위상의 측정 신호만을 정류하여 추출할 수 있으므로, 잡음 중에 매몰된 신호를 검출 및 증폭이 가능하게 된다.
한편, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)은 동시에 획득되는 것이 바람직하다. 도 6을 참조하면, 제1 전극(110), 제2 전극(160), 제3 전극(170)에 해당하는 부분을 각각 T, R1, R2로 표시하고, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)이 획득되는 회로를 확인할 수 있다. 그리고, 각 전극체(100)가 기재(101) 상에서 매트릭스 형태로 밀집 배치될 수 있으므로, 회로도 병렬 연결 형태로서 컴팩트하게 구성하여 해상도를 높일 수 있으며, 효율적인 데이터 수집이 가능한 이점이 있다.
산출부(240)는 제1 증폭기(220)에 의해 증폭된 제1 전류값(I1) 및 제2 증폭기(230)에 의해 증폭된 제2 전류값(I2)에 기초하여 액막(50)의 두께를 산출한다.
구체적으로, 산출부(240)는 증폭된 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)의 비율(I2/I1)에 기초하여 액막(50)의 두께를 산출하는데, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)의 비율(I2/I1)과 액막(50) 두께와의 관계는 기재(101) 상에 형성된 제1 전극(110), 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)의 위치 및 크기에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 전극(110), 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)의 위치 및 크기를 다르게 할 경우, 전류비(I2/I1)와 액막 두께(t)의 상관 관계를 나타나는 데이터는 다르게 형성될 수 있다. 따라서, 산출부(240)에는 유체의 종류, 전극들의 위치 또는 전극들의 크기 등의 측정 조건별 전류비(I2/I1) 및 액막 두께(t)와의 상관관계가 저장되어 데이터 베이스화 되는 것이 바람직하다.
한편, 도 5를 다시 참조하면, 액막 두께 측정 기판에는 제1 전극(110), 제2 전극(160) 및 제3 전극(170) 상호 간에 전기적으로 도통하기 위한 별도의 패턴(Pattern)은 형성되지 않는 것이 바람직하다. 각 전극 선끼리 겹치기 않게 배치하기 위해서, 각각의 전극과 연결되는 도선이 기재(101) 막 사이에 배치될 수 있다. 즉, 액막 두께 측정 기판은 폴리이미드 필름 - 제1 전극(110)의 도선 - 폴리이미드 필름 - 제2 전극(160)의 도선 - 폴리이미드 필름 - 제3 전극(170)의 도선 - 폴리이미드 필름 - 접지 전극(180)의 도선 - 폴리이미드 필름 순으로 적층되어 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 사진이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 이용하여 액막 두께를 측정하는 과정을 나타내는 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 액막 두께 측정 방법을 설명한다.
먼저, 액막(50) 내에 액막 두께 측정 기판을 배치할 수 있다. 반대로 액막 두께 측정 기판을 배치한 후에 액체를 기판 상부로 분사함에 따라서 액막(50)을 형성할 수도 있다. 도 8의 (a)는 액막 두께 측정 기판을 수직으로 세우고, 측부에서 물을 분사하는 것을 나타낸다. 도 8의 (b)는 물을 분사할때 액막 두께 측정 기판에서 액막(50)이 형성되는 영역을 하늘색 점선으로 나타낸다.
이어서, 전원 인가부(210)에서 제1 전극(110)으로 전원을 인가할 수 있다. 그러면, 제1 전극(110)에서 액막(50)의 유체를 경유하여 제2 전극(160)으로 전류가 흐르게 되고, 제1 전극(110)에서 액막(50)의 유체를 경유하여 제3 전극(170)으로 전류가 흐르게 된다.
이어서, 산출부(240)는 제2 전극(160)에서 획득된 제1 전류값(I1), 제3 전극(170)에서 획득된 제2 전류값(I2)을 기초로 하여 액막(50)의 두께를 산출할 수 있다. 액막(50)의 두께는 액막(50)의 두께는 제1 전류값(I1)과 제2 전류값(I2)의 비율에 의하여 산출될 수 있다. 이때, 산출부(240는 데이터 베이스화되어 저장된 액막(50)의 두께에 따른 전류값을 매칭할 수 있다.
한편, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)의 비율(I2/I1)과 액막(50) 두께와의 관계는 기재(101) 상에 형성된 제1 전극(110), 제2 전극(160) 및 제3 전극(170)의 위치 및 크기에 따라 달라질 수 있으므로, 산출부(240)는 소정의 보정 인자를 더 반영하여 액막(50)의 두께를 산출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 유체의 온도 변화에 대한 액막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 각각 20℃, 30℃, 40℃로 액체의 온도를 변화시킨 상태에서, 도 8의 (b)와 같이 물을 분사하면서 액막 두께를 측정한 결과이다. 상술한 바와 같이, 액막(50)의 온도가 변하여 전기 전도도가 변하면, 류의 크기 또한 변하기 ‹š문에, 제1, 2 전류값(I1, I2)의 비율은 전기 전도도의 변화를 보상시킬 수 있다. 그리하여, 20℃, 30℃, 40℃로 온도가 변하여도, 제1, 2 전류값(I1, I2)의 비율은 일정하게 유지되므로, 액막 두께를 측정한 결과도 일정함을 확인할 수 있다.
이처럼 본 발명은, 2개의 측정 전극(160, 170)을 구비하고, 2개의 전류값(I1, I2)의 비율을 이용하므로, 유체의 온도가 변화하는 조건에서도 정확한 액막의 두께 측정이 가능한 효과가 있다. 그리고, 원형, 링형 전극을 사용한 전극체(100)로서, 집적화를 가능하게 하여 측정의 해상도를 높일 수 있고, 단말 효과, 전류 누화 현상을 방지하여 정확한 액막의 두께 측정이 가능한 효과가 있다. 그리고, 연성 인쇄 회로 기판을 사용하여 동적 곡면을 포함하는 곡면에 형성된 액막의 두께 측정이 가능하고, 나아가 고온의 환경 하에서도 적용이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
50: 액막
100: 전극체
101: 기재
110: 인가용 전극, 제1 전극
150: 측정용 전극
160: 제2 전극
170: 제3 전극
180: 접지 전극
200: 액막 두께 측정 장치
210: 전원 인가부
220: 제1 증폭기
230: 제2 증폭기
240: 산출부
I1: 제1 전류값
I2: 제2 전류값

Claims (18)

  1. 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 기판으로서,
    기재 상에 인가용 전극인 제1 전극과, 측정용 전극인 제2 전극 및 제3 전극이 형성되고,
    상기 제1 전극은 원 형상을 가지며,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제1 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제1 전극과 이격 배치되고,
    상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제2 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제2 전극과 이격 배치되는,
    액막 두께 측정 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값의 비율에 기초하여 상기 액막의 두께를 산출하는, 액막 두께 측정 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액막의 온도 변화에 대해서, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 비율은 일정한, 액막 두께 측정 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 제3 전극의 전극체는 상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라 이격배치되는, 액막 두께 측정 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라, 이웃하는 한쌍의 상기 전극체 사이를 분리하도록 형성되는 접지 전극을 더 포함하는, 액막 두께 측정 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 이격되어 배치되고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극을 둘러싸며 폐쇄 영역을 형성하는 접지 전극을 더 포함하는, 액막 두께 측정 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)인, 액막 두께 측정 기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질이고, 상기 기재는 폴리이미지(Polyimide) 재질인, 액막 두께 측정 기판.
  9. 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 장치로서,
    상기 액막 두께 측정 장치는,
    기재, 및 상기 기재 형성되는 인가용 전극인 제1 전극과, 측정용 전극인 제2 전극 및 제3 전극을 포함하는 액막 두께 측정 기판; 및
    상기 제1 전극에 전원을 인가하는 전원 인가부
    를 포함하며,
    상기 제1 전극은 원 형상을 가지며,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제1 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제1 전극과 이격 배치되고,
    상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제2 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제2 전극과 이격 배치되는,
    액막 두께 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값의 비율에 기초하여 상기 액막의 두께를 산출하는 산출부를 더 포함하는, 액막 두께 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액막의 온도 변화에 대해서, 상기 제1 전류값과 상기 제2 전류값의 비율은 일정한, 액막 두께 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전류값을 증폭시키는 제1 증폭기; 및
    상기 제2 전류값을 증폭시키는 제2 증폭기
    를 더 포함하는, 액막 두께 측정 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 제3 전극의 전극체는 상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라 이격배치되는, 액막 두께 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기재 상에서 길이 방향 및 폭 방향을 따라, 이웃하는 한쌍의 상기 전극체 사이를 분리하도록 형성되는 접지 전극을 더 포함하는, 액막 두께 측정 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 이격되어 배치되고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극을 둘러싸며 폐쇄 영역을 형성하는 접지 전극을 더 포함하는, 액막 두께 측정 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 기재는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)인, 액막 두께 측정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질이고, 상기 기재는 폴리이미지(Polyimide) 재질인, 액막 두께 측정 장치.
  18. 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 방법으로서,
    (a) 액막 내에 액막 두께 측정 기판 - 상기 액막 두께 측정 기판은 기재, 및 상기 기재 형성되는 인가용 전극인 제1 전극과, 측정용 전극인 제2 전극 및 제3 전극을 포함함 - 을 배치하는 단계;
    (b) 전원 인가부가 상기 제1 전극에 전원을 인가하는 단계; 및
    (c) 산출부에서 상기 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값을 획득하고, 상기 제1 전류값 및 상기 제2 전류값의 비율에 기초하여 상기 액막의 두께를 산출하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 전극은 원 형상을 가지며,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제1 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제1 전극과 이격 배치되고,
    상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 동심(同心)이고 상기 제2 전극의 반경보다 큰 반경을 가지는 링(Ring) 형상으로, 상기 제2 전극과 이격 배치되는,
    액막 두께 측정 방법.
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