KR20210101328A - 커패시턴스 다이어프램 게이지 내의 고온 센서와 전자 장치 간의 열 장벽 - Google Patents

커패시턴스 다이어프램 게이지 내의 고온 센서와 전자 장치 간의 열 장벽 Download PDF

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스미토모 크라이어제닉스 오브 아메리카 인코포레이티드
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Abstract

용량성 다이어프램 게이지(CDG)가 압력 측정 유닛의 압력 감지 섹션에 위치된다. CDG는 CDG를 CDG의 다이어프램에 축적되는 오염을 줄이도록 선택된 온도로 유지하도록 가열된다. 압력 감지 섹션은 열 장벽의 제1 장착 계면에 연결된다. 열 장벽의 제2 장착 계면은 전자 장치 섹션에 연결된다. 열 장벽은 제1 장착 계면을 제2 장착 계면에 기계적으로 연결하는 복수의 스트럿을 포함한다. 스트럿은 감지 섹션으로부터 전자 장치 섹션을 외팔보식으로 지지할 수 있도록 충분히 큰 크기로 선택된다. 스트럿의 크기는 제2 장착 계면을 선택된 최대 온도 아래로 유지하기 위해 제1 장착 계면으로부터 제2 장착 계면으로의 열 전달을 감소시키도록 충분히 작게 선택된다.

Description

커패시턴스 다이어프램 게이지 내의 고온 센서와 전자 장치 간의 열 장벽
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 2월 26일자 출원되었고 그 전체가 참조로 여기에 포함된 미국 가출원 제62/810,798호의 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 다이어프램의 변형에 기초하여 압력을 측정하는 커패시턴스 다이어프램 게이지 분야에 속한다.
절대 커패시턴스 다이어프램 게이지(CDG)는 다이어프램의 일측(압력측)이 측정 대상 압력에 노출되고 다이어프램의 타측이 기준 진공 공동의 밀봉 전에 초고 진공(예, 10-9 Torr 미만)이 생성된 밀봉된 기준 진공 공동에 노출된 다이어프램의 변형과 관련된 커패시턴스 변화를 감지하여 압력을 측정한다.
CDG는 기준 진공 공동에 수용된 하나 이상의 고정 전극과 다이어프램 사이의 커패시턴스를 측정한다. 다이어프램의 압력측 압력이 기준 진공 공동의 압력보다 높으면, 다이어프램은 고정 전극(또는 전극들)의 방향으로 변형되며, 이는 측정되는 커패시턴스를 증가시킨다. 다이어프램의 압력측 압력이 감소하면, 다이어프램의 압력차가 감소하여 다이어프램이 기준 진공 공동 내의 고정 전극(또는 전극들)으로부터 멀어지게 이동하며, 이는 측정되는 커패시턴스를 감소시킨다.
CDG는 일반적으로 기판 상에 얇거나 두꺼운 재료막이 성막되는 진공 챔버 내의 압력을 측정하는 데 사용된다. 하나의 일반적인 사용례는 반도체 소자의 제조 중에 실리콘 웨이퍼의 표면에 재료를 성막하는 중에 압력을 측정하는 것이다. CDG는 커패시턴스 다이어프램 게이지가 매우 정확하여 가스 조성과 관계없이 절대 압력을 측정할 수 있기 때문에 여러 종의 가스를 사용하는 진공 성막 공정에 매우 유용하다. 불행히도, 진공 성막이 일반적으로 수행되는 압력 영역에서 CDG가 작동할 수 있도록 하는 CDG의 동일한 특성으로 인해 CDG는 다이어프램의 표면에 도달하는 모든 형태의 오염 또는 코팅에 매우 민감하다.
다이어프램 오염 또는 코팅은 CDG의 감도와 정확도에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며 CDG의 영점 이동을 초래할 수도 있다. 일반적으로 발생하는 몇 가지 다른 현상도 CDG의 감도, 정확도 및 영점에 영향을 미칠 수 있다. CDG는 반도체 웨이퍼 처리와 같은 프로세스에서 더 자주 사용되고 있으며, 프로세스 중 일부는 진공 측정에서 출력 이동에 매우 민감할 수 있다. CDG의 정확성과 반복성에 대한 다이어프램 오염 또는 다이어프램 코팅의 영향은 프로세스 결과 및 프로세스 수율에 영향을 미칠 정도로 중요한 것으로 알려져 있다. 다이어프램 오염의 하나의 원인은 다이어프램과 같은 더 차가운 금속 표면과 반응하여 부착되는 경향이 큰 가스 부산물의 응축이다. 결국, CDG 사용자는 응축을 줄이거나 제거하기 위해 다이어프램의 온도를 높이는 것으로 다이어프램 오염 또는 코팅의 가능성을 줄이려는 시도를 행하고 있다. 이 기술은 오랫동안 사용되어 왔고 긍정적인 효과를 가지지만, 이 기술은 다이어프램 오염 또는 코팅의 발생을 제거하지는 못했다. 지금까지, 다이어프램의 최대 온도는 다이어프램으로부터의 용량성 신호를 처리하는 데 사용되는 전자 장치에 의해 제한되어 왔다. 전자 장치는 다이어프램에 근접되게 위치되어야 하므로, 전자 장치는 가열된 다이어프램으로부터 열 에너지를 받아 전자 장치의 온도가 상승된다. 온도 상승은 전자 장치의 정확도에 악영향을 미칠 수 있으며, 전자 장치에 통합된 열에 민감한 부품의 신뢰성에도 영향을 미칠 수 있다.
전자 장치로부터 열을 능동적으로 제거하거나 전자 장치를 가열된 다이어프램으로부터 수동적으로 단열시키는 기술이 사용되어 왔지만, 공지된 기술은 전자 장치와 다이어프램 간의 최대 열 차이에 의해 제한된다.
전자 장치를 다이어프램에 가깝게 유지하고 전자 장치와 CDG의 노출된 외부면을 허용 가능한 안전한 최대 크기로 유지하면서 다이어프램을 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 높은 온도로 가열할 수 있는 CDG의 개선에 대한 요구가 존재한다.
이들 및 다른 장점은 예를 들어, 제1 온도에서 작동하는 CDG를 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 작동하는 전자 장치 인클로저와 상호 연결하기 위한 열 장벽 인클로저에 의해 제공될 수 있다. 열 장벽 인클로저는 CDG를 둘러싸는 측벽, CDG와 기계적으로 결합하도록 구성된 제1 벽, 전자 장치 인클로저와 결합하도록 구성된 제2 벽 및 제1 벽과 제2 벽을 상호 연결하는 중간 열 제한(thermal restriction) 및 통기(ventilation) 부분을 포함한다. 제2 벽은 제1 벽으로부터 이격된다. 중간 열 제한 및 통기 부분은 복수의 스트럿을 포함한다.
제1 벽은 중앙 관통 보어를 가질 수 있고, 각각의 스트럿은 중앙 관통 보어로부터 연장되는 각각의 스트럿 방사 라인을 따라 위치될 수 있다. 대안적으로, 각 스트럿은 중앙 관통 보어를 중심으로 하는 제1 원을 따라 위치될 수 있다. 스트럿은 제1 벽과 제2 벽에 연결될 수 있다. 열 장벽 인클로저는 제1 벽 및 제2 벽에 연결된 중앙 상호 연결 스트럿을 더 포함할 수 있다. 중앙 관통 보어는 중앙 상호 연결 스트럿 내부에 형성될 수 있다. 중간 열 제한 및 통기 부분은 제1 벽과 제2 벽 사이의 총 부피를 가질 수 있고, 복수의 스트럿은 총 스트럿 부피를 가질 수 있으며, 총 스트럿 부피는 총 부피의 약 15% 내지 약 25% 범위일 수 있다.
이들 및 다른 장점은 예를 들어, 제1 온도에서 작동하는 CDG, 제2 온도에서 작동하는 전자 장치 인클로저 및 CDG를 수용하고 CDG를 전자 장치에 상호 연결하는 열 장벽 인클로저를 포함하는 압력 감지 시스템에 의해 제공될 수 있다. CDG는 측정할 압력의 공급원에 연결될 수 있으며, 전자 장치 인클로저는 CDG에 전기적으로 연결된 전자 장치를 둘러싼다. 제1 온도는 제2 온도보다 높다. 열 장벽 인클로저는 CDG를 둘러싸는 측벽, CDG와 기계적으로 결합되도록 구성된 제1 벽, 전자 장치 인클로저와 결합되도록 구성된 제2 벽 및 제1 벽과 제2 벽을 상호 연결하는 중간 열 제한 및 통기 부분을 포함한다. 제2 벽은 제1 벽으로부터 이격된다. 중간 열 제한 및 통기 부분은 복수의 스트럿을 포함한다.
이들 및 다른 장점은 예를 들어, 제1 온도에서 작동하는 CDG를 제2 온도에서 작동하는 전자 장치 인클로저와 상호 연결하기 위한 열 장벽에 의해 제공될 수 있으며, 여기서 제1 온도는 제2 온도보다 높다. 열 장벽은 CDG와 기계적으로 결합되도록 구성된 제1 장착 계면, 전자 장치 인클로저와 결합되도록 구성된 제2 장착 계면 및 제1 장착 계면과 제2 장착 계면을 상호 연결하는 중간 열 제한 및 통기 부분을 포함한다. 제2 장착 계면은 제1 장착 계면으로부터 이격되어 있다. 중간 열 제한 및 통기 부분은 복수의 스트럿을 포함한다.
중간 열 제한 및 통기 부분은 제1 장착 계면과 제2 장착 계면 사이의 총 부피를 가질 수 있으며, 복수의 스트럿은 총 스트럿 부피를 가질 수 있으며, 총 스트럿 부피는 총 부피의 약 30% 내지 약 50%의 범위에 있을 수 있다. 총 스트럿 부피는 총 부피의 약 40%일 수 있다. 복수의 스트럿은 복수의 외부 상호 연결 스트럿 및 복수의 내부 상호 연결 스트럿을 포함할 수 있다. 외부 상호 연결 스트럿은 인접한 외부 상호 연결 스트럿 사이에 통기 포트를 제공하도록 이격될 수 있다. 내부 상호 연결 스트럿은 서로 이격될 수 있고, 중간 열 제한 및 통기 부분을 통한 공기 유동을 가능하게 하도록 통기 포트로부터 이격될 수 있다. 복수의 스트럿은 중앙 상호 연결 스트럿을 더 포함할 수 있다. 중앙 상호 연결 스트럿은 제1 장착 계면으로부터 제2 장착 계면까지 연장되는 관통 보어를 둘러쌀 수 있다. 제1 장착 계면과 제2 장착 계면 각각은 각각의 중앙 관통 보어를 가질 수 있고, 각각의 외부 상호 연결 스트럿은 중앙 관통 보어로부터 연장되는 각각의 외부 상호 연결 스트럿 방사 라인을 따라 위치될 수 있고, 각각의 내부 상호 연결 스트럿은 중앙 보어로부터 연장되는 각각의 내부 스트럿 방사 라인을 따라 위치될 수 있다. 각각의 내부 스트럿 방사 라인은 각각의 제1 외부 상호 연결 스트럿 방사 라인과 제2 외부 상호 연결 스트럿 방사 라인 사이에 실질적으로 동일 각도로 위치될 수 있다. 제1 장착 계면과 제2 장착 계면 각각은 각각의 중앙 관통 보어를 가질 수 있고, 각각의 외부 상호 연결 스트럿은 중앙 관통 보어를 중심으로 하는 제1 원을 따라 위치될 수 있고, 제1 원은 제1 반경을 가지며, 각각의 내부 스트럿은 중앙 관통 보어를 중심으로 하는 제2 원을 따라 위치될 수 있다. 제2 원은 제1 반경보다 작은 제2 반경을 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들의 전술한 특징 및 다른 특징들이 첨부 도면과 관련하여 아래에서 설명된다.
도 1은 압력 공급원에 결합될 수 있는 종래의 압력 감지 유닛의 사시도로서, 압력 감지 유닛의 근위 단부에 있는 압력 포트를 바라본 도면이다.
도 2는 도 1의 배향에 대해 180도 회전된 도 1의 종래의 압력 감지 유닛의 사시도로서, 압력 감지 유닛의 원위 단부를 바라본 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 종래의 압력 감지 유닛의 단면도로서, 도 2의 3-3 라인을 따라 취한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 종래의 압력 감지 유닛의 분해도로서, 근위 센서 섹션으로부터 분리된 원위 전자 장치 섹션을 보여주는 도면이다.
도 5는 압력 공급원에 결합될 수 있는 개선된 압력 감지 유닛의 사시도로서, 압력 감지 유닛의 근위 단부에 있는 압력 포트를 바라본 도면이다.
도 6은 도 5의 배향에 대해 180도 회전된 도 5의 개선된 압력 감지 유닛의 사시도로서, 압력 감지 유닛의 원위 단부를 바라본 도면이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 개선된 압력 감지 유닛의 단면도로서, 도 6의 7-7 라인을 따라 취한 도면이다.
도 8은 도 5 및 도 6의 개선된 압력 감지 유닛의 원위 전자 장치 섹션의 분해 사시도로서, 원위 전자 장치 섹션에 열 장벽의 원위부를 부착하기 전의 열 장벽을 추가로 예시한 도면이다.
도 9는 개선된 압력 센서 유닛의 원위 전자 장치 섹션 및 부착된 열 장벽의 분해 사시도로서, 열 장벽의 근위부에 근위 센서 섹션을 부착하기 전의 근위 센서 섹션을 추가로 예시한 도면이다.
도 10은 열 장벽의 근위 표면 측을 바라본 열 장벽의 사시도를 예시한다.
도 11은 열 장벽의 원위 표면 측을 바라본 열 장벽의 사시도를 예시한다.
도 12는 도 10 및 도 11의 열 장벽의 하부 부분의 횡단면 평면도로서, 도 10의 12-12 라인을 따라 취한 도면이다.
도 13은 도 10 및 도 11의 열 장벽의 평면도를 예시한다.
도 14는 도 10 및 도 11의 열 장벽의 우측 부분의 단면도로서, 도 10의 14-14 라인을 따라 취한 도면이다.
도 15는 도 10 및 도 11의 열 장벽의 횡단면 사시도로서, 열 장벽의 중간 근처에서 열 장벽의 근위부 측을 바라본, 도 11의 15-15 라인을 따라 취한 도면이고, 열 장벽의 중간 열 차단 및 통기 부분을 형성하는 상호 연결 스트럿의 근위부를 보여준다.
도 16은 도 10 및 도 11의 열 장벽의 횡단면 사시도로서, 열 장벽의 중간 근처에서 열 장벽의 원위부 측을 바라본, 도 11의 16-16 라인을 따라 취한 도면이고, 열 장벽의 중간 열 차단 및 통기 부분을 형성하는 상호 연결 스트럿의 원위부를 보여준다.
도 17은 열 장벽 인클로저의 실시예의 사시도를 예시한다.
도 18은 도 17의 17-17 라인을 따라 취한 열 장벽 인클로저의 실시예의 단면도를 예시한다.
도 19a-도 19b는 열 장벽 인클로저의 상부 및 하부 부분의 사시도를 예시한다.
도 20a-도 20b는 도 17의 18-18 라인을 따라 취한 열 장벽 인클로저의 단면도를 예시한다.
도 1 및 도 2는 각각 종래의 커패시턴스 다이어프램 게이지(CDG) 압력 측정 유닛(100)의 정면도 및 배면도를 예시한다. 상기 유닛은 전체적으로 원통형인 외부 쉘(110)을 포함한다. 전방 앵커 플레이트(112)가 외부 쉘의 전방(근위 단부) 근처에서 외부 쉘에 부착된다. 후면 플레이트(114)가 외부 쉘의 후방(원위 단부) 근처에서 외부 쉘에 부착된다.
압력 포트(120)가 전방 앵커 플레이트(112)로부터 근위 측으로 연장된다. 압력 포트는 측정될 압력의 공급원(미도시)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 예시된 압력 포트는 압력 공급원과 관련된 상대 커플러(미도시)의 수형(male) 외부 나사부와 결합 가능한 내부 나사부를 가지는 암형(female) 육각형(육각) 커플러를 포함한다. 예를 들어, 압력 포트는 반도체 제조에 사용되는 장비에 가스를 제공하는 시스템에 결합될 수 있다.
후면 플레이트(114)는 제1 커넥터(130) 및 제2 커넥터(132)를 지지한다. 예시된 실시예에서, 제1 커넥터는 다른 장치(미도시)가 압력 측정 유닛(100)과 통신할 수 있도록 하는 종래의 25-핀 D-초소형 커넥터이다. 제1 커넥터는 15-핀 커넥터 또는 다른 적절한 커넥터일 수도 있다. 제1 커넥터는 압력 측정 유닛에 의해 측정된 압력을 나타내는 0-10V 범위의 아날로그 출력 신호를 제공한다. 제1 커넥터(130)는 한 쌍의 장착 나사(134)를 통해 후면 플레이트(114)에 부착된다. 예시된 실시예에서, 제2 커넥터(132)는 또한 압력 특정 유닛에 대한 통신을 제공하는 데 사용될 수 있는 통상적인 유니버설 직렬 버스(USB) 커넥터이다. 예컨대, USB 커넥터는 압력 측정 유닛 내의 전자 장치에 대한 사용자 인터페이스를 제공한다.
후면 플레이트는 또한 제1 발광 다이오드(LED)(140), 제2 LED(142) 및 제3 LED(144)를 지지한다. 3개의 LED는 압력 측정 유닛(100)의 작동 상태의 시각적 표시를 제공한다. 예시된 실시예에서, 제1 LED는 압력 측정 유닛의 작동 개시(power up)를 나타내기 위해 발광하고; 제2 LED는 압력 측정 유닛이 공칭 작동 온도에 도달하였음을 나타내기 위해 발광하며; 제3 LED는 압력 측정 유닛이 적절하게 영점 조절되었음을 나타내기 위해 발광한다. 후면 플레이트는 제1 오목 누름 버튼 스위치(146) 및 제2 오목 누름 버튼 스위치(148)에 대한 접근을 제공한다. 제1 스위치는 압력 측정 유닛을 수동으로 영점 조절하기 위해 스타일러스(stylus) 또는 다른 세장형 물체에 의해 결합될 수 있다. 제2 스위치는 압력 측정 유닛을 수동으로 재설정하기 위해 결합될 수 있다.
도 3의 단면도와 도 4의 부분 분해도에 예시된 바와 같이, 압력 측정 유닛은 2개의 개별 섹션을 포함한다. 전방(근위) 섹션(200)은 본 명세서에서 센서 섹션으로 지칭되고 고온 섹션으로도 지칭된다. 후방(원위) 섹션(202)은 본 명세서에서 전자 장치 섹션으로 지칭되고 저온 섹션으로도 지칭된다.
전방 섹션(200)은 유입관(212)을 통해 압력 포트(120)에 결합되는 커패시턴스 다이어프램 게이지(CDG)(210)를 포함한다. 유입관은 절연 어댑터(214)에 의해 지지된다. 절연 어댑터는 전방 앵커 플레이트(112)에 고정된다. CDG는 도 3에서 단순화된 형태로 표현된다. CDG는 고정 전극(222)으로부터 이격된 얇은 다이어프램(220)을 포함한다. 다이어프램과 전극은 지지 구조체(또는 CDG 하우징)(224)에 의해 지지된다. 다이어프램과 전극은 CDG(210)로부터 원위 측으로 연장되는 동축 전도체(226)에 전기적으로 연결된다. 다이어프램 및 고정 전극으로부터 동축 전도체까지의 전기적 연결은 도 3에 예시되지 않는다. 기본적으로, 동축 전도체는 얇은 다이어프램과 고정 전극 사이의 커패시턴스 변화에 따라 변하는 신호를 전달한다. 커패시턴스의 변화는 유입관을 통해 입력된 가스로부터 얇은 다이어프램의 표면에 가해지는 압력의 변화로 인해 발생한다. 압력을 결정하기 위해 커패시턴스 변화를 처리하는 다양한 기술이 알려져 있으며 여기서는 논의되지 않는다.
CDG(210)는 대략적으로 원통형인 고온 오븐 인클로저(250)로 둘러싸여 있다. 고온 오븐 인클로저의 근위 단부는 제1 (근위) 고온 오븐 커버(252)에 고정된다. 제1 고온 오븐 커버의 중앙 개구는 유입관에 압착된다. 고온 오븐 인클로저의 원위 단부는 제2 (원위) 고온 오븐 커버(256)에 고정된다. CDG(210)로부터의 동축 전도체(226)는 제2 고온 오븐 커버의 중앙 개구(258)를 통해 원위 측으로 연장된다.
고온 오븐 인클로저(250)는 고온 오븐 인클로저의 내부면 상에 위치되는 전기 가열 요소(미도시)를 포함한다. 가열 요소는 전기 전도체(미도시)를 통해 전력을 받아서 CDG(210)를 제1 선택 고온(예, 섭씨 200도 초과)으로 유지하기에 충분한 열을 발생시킨다. 위에서 논의한 바와 같이, CDG를 매우 높은 온도로 가열하면 CDG의 다이어프램에 오염 물질이 퇴적되는 것을 줄일 수 있다. 고온 오븐 인클로저는 가열 요소가 고온 오븐을 제1 선택 고온으로 유지하도록 제어될 수 있게 고온 오븐 인클로저의 온도를 결정하기 위해 모니터링되는 온도 센서(미도시)를 포함한다.
고온 오븐 인클로저(250)는 중온 오븐 인클로저(260)로 둘러싸여 있다. 중온 오븐 인클로저의 근위 단부는 제1 (근위) 중온 오븐 커버(262)에 고정된다. 제1 중온 오븐 커버의 중앙 개구는 유입관(212)에 압착된다. 절연 어댑터(214)는 제1 중온 오븐 커버에 고정된다. 중온 오븐 인클로저의 원위 단부는 제2 (원위) 중온 오븐 커버(264)에 고정된다. CDG(210)로부터의 동축 전도체(226)는 원위 중온 오븐 커버의 중앙 개구(266)를 통해 원위 측으로 연장된다.
중온 오븐 인클로저(260)는 중온 오븐 인클로저의 내부면 상에 위치된 전기 가열 요소(미도시)를 포함한다. 가열 요소는 전기 전도체(미도시)를 통해 전력을 받아서 중온 오븐의 공동을 제2 선택 고온(예, 약 섭씨 70도)으로 유지하기에 충분한 열을 발생시킨다. 중온 오븐은 가열 요소가 중온 오븐을 제2 선택 고온으로 유지하도록 제어될 수 있게 중온 오븐의 온도를 결정하기 위해 모니터링되는 온도 센서(미도시)를 포함한다.
예시된 실시예에서, 압력 측정 유닛(100)의 후방 (전자 장치) 섹션(202)은 제1 (I/O) PCB(300), 제2 (전원 공급) PCB(302), 제3 (DSP) PCB(304) 및 제4 (아날로그) PCB(306)를 포함하는 대략 원형의 4개의 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 4개의 PCB는 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이 기계적으로 적층되고, 통상적인 상호 연결 장치에 의해 전기적으로 상호 연결된다. 4개의 PCB는 복수의 PCB 상호 연결 스탠드오프(standoff)(310)에 의해 안정된 고정 이격 관계로 유지된다.
I/O PCB(300)는 PCB 스택의 원위 단부에 있다. I/O PCB는 제1 커넥터(130) 및 제2 커넥터(132)에 전기적 연결을 제공하는 전자 회로를 지원하는 입력/출력 PCB이다. I/O PCB는 또한 압력 측정 유닛의 작동 상태의 시각적 인식 가능 표시를 제공하도록 선택적으로 LED를 발광하기 위해 3개의 LED(140, 142, 144)에 선택적으로 전력을 제공한다. I/O PCB는 또한 2개의 푸시버튼 스위치(146, 148)의 활성화를 감지한다. I/O PCB는 다른 PCB와 제1 및 제2 커넥터 사이의 통신을 중계한다.
제2 (전원 공급) PCB(302)는 전원 공급 전자 장치를 지원한다. 전원 공급 전자 장치는 I/O 기판(300)을 통해 제1 커넥터(130)로부터 수신된 입력 전력을 다른 PCB 상의 전자 회로의 작동에 필요한 전압으로 변환한다.
제3 (DSP) PCB(304)는 디지털 신호 처리 전자 장치를 지원한다. 제4 (아날로그) PCB(306)는 동축 전도체(226)를 통해 CDG(210)로부터 아날로그 신호를 수신하고 아날로그 신호를 버퍼링한다. 아날로그 PCB는 버퍼링된 아날로그 신호를 DSP PCB에 제공한다. DSP PCB는 아날로그 신호를 디지털화하고 디지털화된 신호에 대해 디지털 신호 처리 알고리즘을 수행하여 CDG(210) 내의 얇은 다이어프램(220)에 가해지는 압력을 나타내는 데이터를 생성한다. 아날로그 PCB는 또한 고온 오븐(250) 및 중온 오븐(260) 내의 가열 요소를 제어하는 전압을 생성한다. 아날로그 PCB는 2개의 오븐 내의 온도 센서로부터 신호를 수신한다. DSP PCB는 오븐 온도를 제1 및 제2 선택 온도로 유지하도록 가열 요소를 제어한다.
도 3 및 도 4에 추가로 예시된 바와 같이, 아날로그 PCB(306)는 가열 요소(미도시) 및 온도 센서(미도시)를 포함하는 전자 장치 오븐 인클로저(320)에 의해 둘러싸여 있다. DSP PCB는 작동 온도의 변동으로 인해 야기될 수 있는 아날로그 PCB 상의 아날로그 회로의 작동 변동을 실질적으로 감소하거나 제거하도록 아날로그 회로를 실질적으로 일정한 안정된 온도(예, 섭씨 70도)로 유지하기 위해 전자 장치 오븐 인클로저의 가열 요소를 제어한다. 후방 섹션(202)이 도 3의 단면도에 예시된 바와 같이 전방 섹션에 결합될 때, 중온 오븐 커버(262)는 전자 장치 오븐 인클로저의 근위 단부를 실질적으로 폐쇄한다. 아날로그 PCB(306)는 후방 섹션(202)을 전방 섹션(200)에 결합하는 복수의 섹션 상호 연결 스탠드오프(322)에 의해 중온 오븐 커버에 기계적으로 결합된다.
PCB(300, 302, 304, 306)는 후방 (전자 장치) 섹션(202)의 원위 단부로부터 시작하여 설명되지만, 후방 섹션은 섹션 상호 연결 스탠드오프(322)의 근위 단부를 먼저 전방 섹션(200)의 원위 단부에 부착함으로써 근위 단부에서 시작하여 조립된다. 그런 다음, 아날로그(제4) PCB(306)가 제1 세트의 3개의 PCB 상호 연결 스탠드오프(310)의 근위 단부와 함께 섹션 상호 연결 스탠드오프의 원위 단부에 부착된다. 아날로그 PCB는 또한 동축 전도체(226)와 전방 섹션으로부터의 다른 상호 접속 배선(미도시)에 전기적으로 연결된다. 전자 장치 오븐 인클로저(320)는 아날로그 PCB 위에 위치된다. 그런 다음, DSP(제3) PCB(304)가 제1 세트의 PCB 상호 연결 스탠드오프의 원위 단부와 결합하는 제2 세트의 3개의 PCB 상호 연결 스탠드오프에 의해 아날로그 PCB에 기계적으로 부착된다. DSP PCB는 또한 전자 장치 오븐 인클로저의 일부를 통과하는 복수의 PCB 기판 상호 연결 요소(330)에 의해 아날로그 PCB에 전기적으로 연결된다. 그런 다음, 전원 공급(제2) PCB(302)가 제2 세트의 PCB 상호 연결 스탠드오프의 원위 단부와 결합되는 제3 세트의 3개의 PCB 상호 연결 스탠드오프에 의해 DSP PCB에 연결된다. 전원 공급 PCB는 또한 기판 상호 연결 요소(330)와 유사할 수 있는 복수의 PCB 기판 상호 연결 요소(미도시)에 의해 DSP PCB에 전기적으로 연결된다. 그런 다음, I/O(제1) PCB(300)가 제3 세트의 PCB 상호 연결 스탠드오프의 원위 단부에 부착된다. I/O PCB는 또한 기판 상호 연결 요소(330)와 유사할 수 있는 복수의 PCB 기판 상호 연결 요소(미도시)에 의해 전원 공급 PCB에 전기적으로 연결된다. 제1 커넥터(130) 및 제2 커넥터(132)는 I/O PCB의 원위 표면으로부터 연장되고 I/O PCB에 전기적으로 연결된다.
위에서 논의된 바와 같이, 원통형 외부 쉘(110)은 후면 플레이트(114)와 전방 앵커 플레이트(112)에 고정되며, 이는 후방 섹션을 전방 섹션에 결합한다. 따라서, 2개의 섹션은 고정된 기계적 관계로 함께 유지된다.
도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 전방(압력 센서) 섹션(200) 및 후방(전자 장치) 섹션(202)은 기계적으로 및 열적으로 모두 밀접하게 결합된다. 고온 오븐(250) 주변의 단열부(미도시)는 고온 오븐으로부터 중온 오븐(260)으로의 열 전달을 부분적으로 억제하여 중온 오븐이 고온 오븐 내의 CDG(210)의 온도보다 낮은 온도로 유지될 수 있다. 중온 오븐 주변의 추가 단열부(미도시)는 중온 오븐(260)으로부터 전자 장치 오븐 인클로저(320)로의 열 전달을 부분적으로 억제하여 아날로그 기판(306)이 중온 오븐의 온도보다 낮은 온도로 유지될 수 있다. 도 1-도 4의 통상의 압력 측정 유닛(100)에서 부품의 전체적인 크기가 작고 단열 공간이 제한되기 때문에, CDG의 일반적인 최대 온도는 약 섭씨 80도 내지 섭씨 100도의 범위에 있는 반면 아날로그 PCB의 온도는 섭씨 70도 이하로 유지된다. 위에서 논의한 바와 같이, 통상의 압력 측정 유닛은 일반적으로 아날로그 PCB의 최대 허용 온도를 초과하지 않고 상기 최대 온도 범위를 초과할 수 없다. 또한, PCB의 온도를 높이는 것은 원통형 외부 쉘(110)의 최대 안전 온도를 초과할 수 있으며, 이는 작업자가 만질 수 있다.
도 5-도 16은 가열된 CDG로부터 전자 장치로의 열 전달을 실질적으로 감소시키는 개시된 발명의 압력 측정 유닛(500)의 실시예를 예시한다. 압력 측정 유닛은 전방(근위) 섹션(510) 및 후방(원위) 섹션(512)을 포함한다. 전방 섹션(510)은 고온 섹션 또는 센서 섹션으로도 지칭될 수 있다. 후방 섹션(512)은 전술한 바와 같이 전자 장치를 수용한다. 예시된 실시예에서, 후방 섹션은 전술한 후방 섹션(202)과 동일하거나 실질적으로 동일한 부품 및 다른 특징부를 포함하고, 후방 섹션에 대한 대응하는 요소 번호가 개시된 발명의 압력 측정 유닛으로 전방으로 전달된다. 개선된 압력 측정 유닛의 전방 섹션은 CDG(210) 및 도 1-도 4를 참조로 설명된 다른 관련 요소 및 특징부를 포함한다. 전술한 전방 섹션과 다른 전방 섹션의 특징부는 후술된다.
도 1-도 4의 전술한 압력 측정 유닛(100)에서 직접 상호 연결된 2개의 섹션(200, 202)과 달리, 개선된 압력 측정 시스템(500)의 전방 섹션(510) 및 후방 섹션(512)은 도 5-도 6에 예시된 바와 같이 서로 이격되어 있다. 전방 및 후방 섹션은 종래의 실시예에 예시된 바와 같이 외부 원통형 커버에 의해 상호 연결되지 않는다. 오히려, 전방 섹션은 전방 원통형 외부 커버(514)에 의해 둘러싸이고, 후방 섹션은 후방 원통형 외부 커버(516)에 의해 둘러싸여 있다. 예시된 실시예에서, 전방 원통형 외부 커버는 예를 들어, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 경질의 내열성 열가소성 재료를 포함한다. 후면 외부 커버도 PEEK를 포함할 수 있지만, 다른 재료(예, 금속)도 사용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 전방 섹션(510) 및 후방 섹션(512)은 열 장벽(520)에 의해 기계적으로 상호 연결된다. 열 장벽은 제1 (근위) 표면(522)과 제2 (원위) 표면(524) 사이에서 연장된다. 제1 및 제2 표면은 원형이다. 일 실시예에서, 예시된 실시예의 열 장벽은 예를 들어, 많은 공급사에서 시판하는 PEEK와 같은 경질의 내열성 열가소성 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 열 장벽은 내열성을 갖는 고강도 비정질 중합체인 폴리에테르이미드(PEI)를 포함할 수 있다. 예를 들어, PEI는 사우디 아라비아의 SABIC에서 Ultem® PEI로 시판되고 있다. 다른 실시예에서, 열 장벽은 많은 공급사에서 시판하는 폴리설폰(PSU)을 포함할 수 있다.
도 8-도 14를 참조하면, 열 장벽(520)은 근위 장착부(530), 중간 열 제한 및 통기 부분(540) 및 원위 장착부(550)를 포함한다. 근위 장착부(530)는 디스크 형이다. 근위 장착부(530)는 열 장벽의 제1 표면(522)으로부터 근위 장착부의 원위 표면(532)까지 연장되어 제1 선택 거리(D1)(도 12 참조)를 획정한다. 예시된 실시예에서, 제1 거리(D1)는 약 6 ㎜(약 0.25 인치)이다. 근위 장착부의 외주 표면(534)과 제1 표면은 약 81 ㎜(대략 3.2 인치)의 상호 외경을 가진다. 후술하는 바와 같이, 근위 장착부(530)는 전방 섹션(510)에 결합되는 제1 장착 계면으로 간주될 수 있다.
열 장벽(520)의 중간 열 제한 및 통기 부분(540)은 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)에서의 근위 경계로부터 예시된 실시예에서 대략 11 ㎜(대략 0.42 인치)인 제2 선택 거리(D2)로 연장된다. 중간 열 제한 및 통기 부분의 구조는 아래에서 더 상세히 설명된다.
열 장벽(520)의 계층화된 디스크형 원위 장착부(550)는 중간 열 제한 및 통기 부분(540)의 원위 경계를 형성하는 근위 표면(552)을 가진다. 원위 장착부는 근위 표면으로부터 열 장벽의 제2 표면(524)까지 제3 선택 거리(D3)로 연장된다. 제3 거리(D3)는 예시된 실시예에서 약 11 ㎜(약 0.44 인치)이다.
원위 장착부(550)의 제1 (원위) 층은 예시된 실시예에서 약 6 ㎜(약 0.25 인치)로 열 장벽(520)의 제2 표면(524)으로부터 연장되는 제1 외주 표면(554)을 가진다. 제1 외주 표면은 제2 표면의 직경에 대응하는 직경을 가지며, 해당 직경은 예시된 실시예에서 약 75 ㎜(약 2.95 인치)이다. 원위 장착부의 제2 층은 제1 층으로부터 중간 열 제한 및 통기 부분(540)까지 연장된다. 제2 층은 원위 장착부의 제1 층으로부터 중간 열 제한 및 통기 부분까지 예시된 실시예에서 약 5 ㎜(약 0.19 인치)로 연장되는 제2 (근위) 외주 표면(556)을 가진다. 제2 외주 표면은 예시된 실시예에서 약 80 ㎜(약 3.132 인치)의 직경을 가진다. 후술하는 바와 같이, 원위 장착부(550)는 후방 섹션(512)에 결합되는 제2 장착 계면으로 간주될 수 있다.
열 장벽(520)은 열 장벽의 중심 또는 그 근처에 위치되는 중앙 원통형 관통 보어(560)를 포함한다. 도 7의 단면도에 예시된 바와 같이, 관통 보어(560)는 동축 전도체가 열 장벽을 통과하는 것을 허용한다. 관통 보어는 또한 전방 섹션이 후술하는 바와 같이 열 장벽을 통해 후방 섹션(512)에 부착될 때 전방 섹션(510)에 대한 연결을 위해 가열 제어 전도체(미도시) 및 온도 센서 전도체(미도시)가 아날로그 PCB(306)로부터 연장될 수 있도록 한다. 열 장벽은 또한 아날로그 PCB(306)로부터 전방 섹션(510) 내의 오븐(아래에서 설명됨)의 가열 요소(미도시)까지 전력 배선(미도시)을 수용하는 다른 보어(미도시)를 가질 수 있다.
도 7의 단면도에 예시된 바와 같이, 후방 (전자 장치) 섹션(512)은 후방 섹션을 전방 섹션에 직접 연결하기 위해 종래의 실시예에서 이전에 사용되었던 3개의 섹션 상호 연결 스탠드오프(322)의 외부 나사부를 통해 열 장벽(520)의 제2 표면(524)에 고정된다. 예시된 실시예에서, 그런 다음, 아날로그 PCB(306), 전자 장치 오븐(320), DSP PCB(304), 전원 공급 PCB(302), I/O PCB(300) 및 후방 플레이트(114)가 전술한 바와 같이 순차적으로 서로 부착된다.
후방 섹션(512)을 조립한 후, 후방 섹션의 전자 장치 오븐 인클로저(320)는 제1 원통형 외부면에서 열 장벽과 결합되는 3개의 나사(570)(도 7에 하나가 예시됨)로 열 장벽(520)의 원위 장착부(550)의 제1 원통형 외부면(554)에 추가로 고정된다. 예시된 실시예에서, 3개의 나사는 열 장벽의 제1 외주 표면 주위로 이격된다. 스탠드오프 및 전자 장치 오븐 인클로저를 열 장벽에 고정한 후, 후방 원통형 외부 커버(516)의 원위부는 3개의 나사(572)(도 7에 하나가 예시됨)를 통해 후방 섹션의 후면 플레이트(114)에 고정된다. 후방 원통형 외부 커버의 근위부는 3개의 나사(574)(도 7에 하나가 예시됨)를 통해 열 장벽의 제2 외주 표면(556)에서 열 장벽에 고정된다. 제2 원통형 외부면의 더 큰 직경은 외부 커버가 전자 장치 오븐 인클로저 위에 정합되게 할 수 있다. 3개 세트의 부착물은 열 장벽과 안정적이고 고정된 기계적 관계로 후방 섹션을 유지한다.
전술한 바와 같이, 전방 섹션(510)은 CDG(210)를 포함한다. 도 7의 단면도에 예시된 바와 같이, CDG는 전술한 바와 같이 얇은 다이어프램(220) 및 고정 전극(222)을 포함한다. 동축 전도체(226)는 CDG의 원위 단부로부터 연장된다. 다시, 동축 전도체와 다이어프램 및 고정 전극 사이의 전기적 연결은 표시되지 않는다. CDG는 유입관(600)의 원위 단부에 고정된다. 유입관의 근위 단부는 전술한 바와 같이 유입 포트(120)에 고정된다.
CDG(210)는 대략 원통형인 고온 오븐 인클로저(또는 오븐 인클로저)(610) 내에 위치된다. 고온 오븐 인클로저의 원위 단부(612)는 중앙 개구(614)를 제외하고 폐쇄된다. CDG로부터의 동축 전도체(226)는 중앙 개구를 통해 연장된다. 고온 오븐 인클로저의 근위 단부는 복수의 나사(618)(예, 도 7에 하나만 도시된 3개의 나사)를 통해 근위 단부 커버(616)에 고정된다. 근위 단부 커버의 중앙 개구는 고온 오븐 인클로저 내에서 CDG에 고정된 관계로 고온 오븐 인클로저를 지지하기 위해 유입관에 압착된다.
디스크형 어댑터 지지 구조체(630)도 역시 유입관(600)에 압착된다. 어댑터지지 구조체는 제1 지지 구조체 선택 이격 거리만큼 고온 오븐 인클로저(610)의 근위 단부 커버로부터 근위 측으로 이격된다. 절연 어댑터(640)가 유입관 상에 위치되고, 제2 지지 구조체 선택 이격 거리만큼 어댑터 지지 구조체(630)로부터 이격된 원위 표면을 가진다. 절연 어댑터는 제1 최대 직경을 갖는 원위 베이스부(642)를 포함한다. 절연 어댑터의 제2 중간부(644)는 제1 직경보다 작은 제2 직경을 가진다. 절연 어댑터의 제3 근위부(646)는 제2 직경보다 작은 제3 직경을 가진다. 절연 어댑터의 중간부는 전방 원통형 외부 커버(514)의 개구(648)를 통해 연장된다. 절연 어댑터의 원위 베이스부는 제1의 복수의 어댑터 나사(650)(예, 도 7에 하나만 예시된 3개의 나사)에 의해 어댑터 지지 구조체에 고정된다. 절연 어댑터의 원위부도 역시 제2의 복수의 어댑터 나사(652)(예, 도 7에 하나만 예시된 3개의 나사)에 의해 원통형 전방 섹션 외부 커버에 고정된다.
이전에 설명한 도 1-도 4의 실시예와는 달리, 개시된 발명의 압력 측정 유닛(500)의 예시된 실시예는 중온 오븐 인클로저를 포함하지 않는다. 오히려, 고온 오븐 인클로저(610)의 원통형 외부 쉘은 근위 단부(702) 및 원위 단부(704)를 갖는 두꺼운 원통형 절연층(700)으로 둘러싸여 있다. 예시된 실시예에서, 원통형 절연층은 예를 들어, 캘리포니아주 플레젠튼의 Boyd Corporation에서 시판되는 고밀도 폴리이미드 폼인 고밀도 Solimide® 폼과 같은 절연 재료의 층을 포함한다. 재료는 미리 성형된 형태(예, 실린더 및 디스크)로 제공되고 적합하게 절단될 수 있는 고온 개스킷 재료이다. 재료는 또한 재료가 정합 위치에 가압될 수 있게 충분한 컴플라이언스를 가진다. 재료는 낮은 열전도율을 가진다(예, 공기 열전도율의 약 1.4 배). 열전도율이 낮고 기계적 특성이 유사한 다른 재료도 사용될 수 있다.
원통형 절연층의 내부면은 원통형 고온 오븐 인클로저(610) 주위에 꼭 맞도록 크기가 결정된다. 외경은 전방 원통형 외부 커버(514) 내에 꼭 맞도록 크기가 결정된다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 원통형 절연층(700)은 약 81 ㎜(약 3.2 인치)의 외경, 약 60 ㎜(약 2.34 인치)의 내경, 근위 단부(702)로부터 원위 단부(704)까지의 약 67 ㎜(약 2.63 인치)의 길이를 가진다. 도 7에 예시된 바와 같이 열 장벽(520)이 전방 섹션(512)에 부착될 때, 원통형 절연층(700)의 원위 단부는 열 장벽(520)의 근위 표면(522)에 대해 위치된다.
원통형 절연층의 원위 단부에 인접한 원통형 절연층(700) 내에 제1 디스크형 절연층(710)이 위치된다. 예시된 실시예에서, 제1 디스크형 절연층(710)은 약 60 ㎜(약 2.34 인치)의 외경을 가지고, 약 5 ㎜(약 0.19 인치)의 근위-원위 두께를 가진다. 제1 디스크형 절연층(710)은 동축 전도체(226)가 연장될 수 있게 하는 중앙 개구(712)를 가진다. 제1 디스크형 절연층(710)의 원위 표면(714)은 대체로 원통형 층의 원위 단부와 동일 평면에 있고, 열 장벽(520)의 근위 표면(522)에 대해 위치된다. 열 장벽(520)이 도 7에 예시된 바와 같이 전방 섹션(512)에 부착될 때, 제1 디스크형 층의 근위 표면(716)은 고온 오븐 인클로저(610)의 원위 단부 표면(612)에 인접하게 위치된다. 예시된 실시예에서, 제1 디스크형 절연층은 전술한 고밀도 Solimide® 폼을 포함한다. 열전도율이 낮고 기계적 특성이 유사한 다른 재료도 사용될 수 있다.
제2 디스크형 절연층(720)이 고온 오븐 인클로저(610)의 근위 단부 커버(616)의 근위 표면과 어댑터 지지 구조체(630) 사이의 원통형 층 내에 위치된다. 제2 디스크형 절연층(720)은 약 60 ㎜(약 2.34 인치)의 직경을 가지며, 근위-원위의 두께는 약 7 ㎜(약 0.256 인치)이다. 제2 디스크형 절연층(720)은 예시된 실시예에서 약 13 ㎜(약 0.5 인치)인 유입관의 외경을 수용할 수 있는 크기의 중앙 개구를 가진다. 예시된 실시예에서, 제2 디스크형 절연층은 전술한 바와 같이 고밀도 Solimide® 폼을 포함한다. 열전도율이 낮고 기계적 특성이 유사한 다른 재료도 사용될 수 있다.
제3 디스크형 절연층(730)이 어댑터 지지 구조체(630)와 절연 어댑터(640)의 원위 표면 사이에 위치된다. 제3 디스크형 절연층(730)은 약 60 ㎜(약 2.34 인치)의 외경을 가지며, 근위-원위 두께는 약 2 ㎜(약 0.09 인치)이다. 제3 디스크형 절연층(730)은 유입관의 외경을 수용할 수 있는 크기의 중앙 개구를 가진다. 절연 어댑터가 어댑터 지지 구조체에 고정될 때, 제3 디스크형 절연층은 어댑터 지지 구조체와 절연 어댑터 사이에 고정된다. 예시된 실시예에서, 제3 디스크형 절연층은 전술한 바와 같은 고밀도 Solimide® 폼을 포함한다. 열전도율이 낮고 기계적 특성이 유사한 다른 재료도 사용될 수 있다.
제1 환형 절연층(740)이 절연 어댑터(640)의 원위 베이스부(642) 주위에 위치된다. 제1 환형 절연층은 약 4 ㎜(약 0.145 인치)의 두께를 가지며, 이는 절연 어댑터(640)의 원위 베이스부의 두께에 대응한다. 제1 환형 절연층(740)은 약 60 ㎜(약 2.34 인치)의 외경을 가지고, 약 45 ㎜(약 1.75 인치)의 내경을 가지며, 이는 절연 어댑터의 원위 베이스부의 외경에 해당한다. 예시된 실시예에서, 제1 환형 절연층은 전술한 바와 같은 고밀도 Solimide® 폼을 포함한다. 열전도율이 낮고 기계적 특성이 유사한 다른 재료도 사용될 수 있다.
제2 환형 절연층(750)이 절연 어댑터(640)의 중간부(644)의 제1 부분 주위에 위치된다. 제2 환형 절연층(750)은 약 4 ㎜(약 0.145 인치)의 두께를 가지며, 이는 절연 어댑터의 중간부의 두께의 대략 절반에 해당한다. 제2 환형 절연층은 약 81 ㎜(약 3.2 인치)의 외경을 가지며, 이는 원통형 절연층(700)의 외경에 대응하고 전술한 바와 같이 전방 원통형 외부 커버(514)의 내경에 대응한다. 따라서, 제2 환형 절연층의 외부 원위부가 원통형 절연층(700)의 근위 단부(702)에 대해 안착된다. 제2 환형 절연층(750)은 절연 어댑터의 중간부의 외경에 대응하는 약 32 ㎜(약 1.25 인치)의 내경을 가진다. 절연 어댑터가 전방 원통형 외부 커버의 근위 단부에 고정될 때, 제2 환형 절연층의 내부 부분은 전방 원통형 외부 커버의 근위 단부와 절연 어댑터의 베이스부 사이에 고정된다. 예시된 실시예에서, 제1 환형 절연층은 전술한 바와 같이 고밀도 Solimide® 폼을 포함한다. 열전도율이 낮고 기계적 특성이 유사한 다른 재료도 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이 전방 섹션(510)의 부품을 조립한 후, 동축 케이블(226)의 원위 단부 및 다른 전도체(미도시)가 후방 섹션(512)의 아날로그 PCB(306)에 연결된다. 그런 다음, 전방 원통형 외부 커버(514)의 원위 단부가 3개의 나사(770)(예, 도 7에 하나가 예시됨)를 통해 열 장벽(520)의 근위 장착부(530)의 외부 원통형 표면(534)에 고정된다. 원통형 절연층(700)의 원위 단부(704) 및 제1 디스크형 절연층(710)의 원위 표면(714)은 열 장벽의 제1 표면(722)에 대해 안착된다. 더 상세히 후술되는 바와 같이, 열 장벽은 전방 섹션과 후방 섹션을 확실하게 기계적으로 연결하고 더 상세히 후술되는 바와 같이 훨씬 더 뜨거운 전방 섹션으로부터 후방 섹션을 열적으로 분리한다.
열 장벽(520)은 도 10-도 16에 더 상세히 예시되어 있다. 전술한 바와 같이, 열 장벽은 제1 (근위) 표면(522)으로부터 제2 (원위) 표면(524)까지 연장된다. 열 장벽은 제1 표면으로부터 열 제한 및 통기 부분(540)의 근위 경계까지 연장되는 근위 장착부(530)를 포함한다. 열 장벽은 열 제한 및 통기 부분의 원위 경계로부터 연장되는 원위 장착부(550)를 포함한다. 근위 및 원위 장착부의 특징은 위에 설명되어 있다.
열 제한 및 통기 부분(540)은 적어도 3개의 기능을 제공한다. 열 제한 및 통기 부분은 열 장벽(520)의 근위 장착부(530)와 원위 장착부를 상호 연결하고, 따라서 두 장착부 사이에 기계적 연속성을 제공한다. 열 장벽에 의해 제공된 기계적 연속성은 두 섹션이 서로 고정된 관계로 확실하게 유지되도록 전방(센서) 섹션(510)을 후방(전자 장치) 섹션(512)에 상호 연결한다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 열 제한 및 통기 부분(540)은 근위 장착부(530)로부터 원위 장착부(550)까지의 열 경로의 단면적을 감소시켜 센서 섹션(510)으로부터 전자 장치 섹션(512)으로의 열 에너지의 흐름을 감소시킨다. 열 제한 및 통기 부분(540)은 또한 기류를 허용하는 데, 이 기류는 열 제한 및 통기 부분으로부터 열 에너지를 제거하고, 따라서 원위 장착부 및 해당 원위 장착부에 부착된 전자 장치 섹션에 도달하는 열 에너지의 양을 추가로 감소시킨다.
도 10, 도 11 및 도 13에 예시된 바와 같이, 열 장벽(520)의 열 제한 및 통기 부분(540)은 열 장벽의 외주 주위에 고르게 분포된 복수의 공기 유입구/유출구(통기 포트)(800)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 열 장벽은 약 36도만큼 중심 간 이격된 10개의 통기 포트를 포함한다. 통기 포트는 근위 장착부(530)와 원위 장착부(550)을 상호 연결하는 대응하는 복수의 외부 상호 연결 스트럿(810)에 의해 형성된다. 각각의 외부 상호 연결 스트럿은 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)으로부터 원위 장착부(550)의 근위 표면(552)까지 연장된다.
도 15 및 도 16의 단면 사시도에 예시된 바와 같이, 각각의 외부 상호 연결 스트럿(810)은 2개의 원주 방향 측면 및 2개의 반경 방향 측면에 의해 획정된 아치형 단면 형상을 가진다. 도 15에 예시된 바와 같이, 각각의 외부 상호 연결 스트럿은 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)의 중심으로부터 약 32 ㎜(약 1.25 인치)의 반경의 원주를 따라 위치된 아치형 내부면(812)을 가진다. 각각의 외부 상호 연결 스트럿은 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)의 중심으로부터 약 36 ㎜(약 1.4 인치)의 반경의 원주를 따라 위치된 아치형 외부면(814)을 가진다. 아치형 외부면은 근위 장착부(530)의 외주 표면(534)로부터 내측으로 약 5 ㎜(약 0.194 인치)에 위치된다. 각각의 외부 상호 연결 스트럿은 아치형 내부면(812)과 아치형 외부면(814) 사이에 약 4 ㎜(약 0.156 인치)의 반경 방향 두께를 가진다. 아치형 내부면과 아치형 외부면은 외부 상호 연결 스트럿(810)의 제1 반경 방향 표면(816)과 제2 반경 방향 표면(818) 사이에 약 16도의 각도를 차지한다. 따라서, 외부 상호 연결 스트럿 중 하나의 제1 반경 방향 표면은 인접한 외부 상호 연결 스트럿의 제2 반경 방향 표면으로부터 약 20도만큼 이격된다.
도 15에 추가로 예시된 바와 같이, 각각의 외부 상호 연결 스트럿(810)의 아치형 내부면(812)은 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)에 대해 필렛화된다(filleted). 예시된 실시예에서, 각각의 내부면 필렛(fillet)은 약 1 ㎜(약 0.05 인치)의 반경을 가진다. 제1 반경 방향 표면(816) 및 제2 반경 방향 표면(818) 각각도 역시 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)에 대해 필렛화된다. 예시된 실시예에서, 각각의 반경 방향 표면 필렛은 약 1 ㎜(약 0.05 인치)의 반경을 가진다. 예시된 실시예에서, 각각의 외부 상호 연결 스트럿의 아치형 외부면(814)은 근위 장착부의 원위 표면에 대해 필렛화되지 않는다.
각각의 외부 상호 연결 스트럿(810)은 근위 장착부(530)의 원위 표면(532) 및 원위 장착부(550)의 근위 표면(552) 모두에 수직으로 연장된다. 따라서, 도 16의 단면도에 예시된 바와 같이, 각각의 외부 상호 연결 스트럿(810)의 아치형 내부면(812)도 역시 원위 장착부(550)의 근위 표면(552)의 중심으로부터 약 32 ㎜(약 1.25 인치)의 반경을 갖는 원주를 따라 위치된다. 각각의 외부 상호 연결 스트럿의 아치형 외부면(814)도 역시 원위 장착부의 근위 표면의 중심으로부터 약 36 ㎜(약 1.4 인치)의 반경을 갖는 원주를 따라 위치된다. 원위 장착부의 제2 (근위) 외주 표면(556)은 근위 장착부(530)의 외주 표면(534)보다 작은 직경을 가지기 때문에, 아치형 외부면은 근위 장착부의 외주 표면(534)으로부터 내측으로 약 4 ㎜(약 0.16 인치)에 위치된다.
도 16에 추가로 예시된 바와 같이, 각각의 외부 상호 연결 스트럿(810)의 아치형 내부면(812) 및 아치형 외부면(814)은 원위 장착부(550)의 근위 표면(552)에 대해 필렛화된다. 예시된 실시예에서, 각각의 내부면 필렛은 약 2 ㎜(약 0.08 인치)의 반경을 가진다. 예시된 실시예에서, 각각의 외부면 필렛은 약 5 ㎜(약 0.2 인치)의 반경을 가진다. 제1 반경 방향 표면(816) 및 제2 반경 방향 표면(818) 각각도 원위 장착부의 근위 표면에 대해 필렛화된다. 예시된 실시예에서, 각각의 반경 방향 표면 필렛은 약 5 ㎜(약 0.2 인치)의 반경을 가진다.
열 장벽(520)의 중간 열 제한 및 통기 부분(540)은 중앙 상호 연결 스트럿(840)을 추가로 포함한다. 예시된 실시예에서, 중앙 상호 접속 스트럿(840)은 중앙 관통 보어(560)와 동심 정렬로 위치된다. 도 15 및 도 16의 단면도에 예시된 바와 같이, 중앙 상호 연결 스트럿은 벽 두께만큼 관통 보어로부터 이격된 외부면(542)을 가진다. 예시된 실시예에서, 관통 보어는 약 5 ㎜(약 0.2 인치)의 직경을 가지고, 외부면(542)은 약 10 ㎜(약 0.4 인치)의 직경을 가진다. 따라서, 벽 두께는 약 0.1 인치이다. 중앙 상호 연결 스트럿의 외부면은 도 15에 예시된 바와 같이 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)에 대해 필렛화되고, 도 16에 예시된 바와 같이 원위 장착부(550)의 근위 표면(552)에 대해서도 필렛화된다. 예시된 실시예에서, 양측 필렛은 약 5 ㎜(약 0.2 인치)의 공통 반경을 가진다. 따라서, 중앙 상호 연결 스트럿의 외부면의 짧은 중간 부분만 약 10 ㎜(약 0.4 인치)의 외경으로 유지된다.
중앙 상호 접속 스트럿(840)은 복수의 내부 상호 연결 스트럿(860)에 의해 둘러싸여 있다. 각각의 내부 상호 연결 스트럿은 약 5 ㎜(약 0.2 인치)의 기본 직경을 가지며, 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)으로부터 원위 장착부(550)의 근위 표면(552)까지 연장된다. 각각의 내부 상호 연결 스트럿의 중심은 중앙 상호 연결 스트럿의 중심으로부터 약 20 ㎜(약 0.785 인치)에 위치된다. 예시된 실시예에서, 10개의 내부 상호 연결 스트럿은 약 36도만큼 동일 각도로(즉, 동일한 분리 각도로) 이격된다. 도 15 및 도 16에 예시된 바와 같이, 각각의 내부 상호 연결 스트럿은 각각의 내부 상호 연결 스트럿이 각각의 통기 포트(800)와 실질적으로 반경 방향으로 정렬되도록 한 쌍의 인접한 외부 상호 연결 스트럿(810) 사이에 실질적으로 동일 각도로 위치되는 반경 방향 라인을 따라 위치된다. 다른 실시예에서, 후방(전자 장치) 섹션(512)의 외팔보 하중을 추가로 분배하기 위해 추가의 내부 상호 연결 스트럿이 각각 작은 직경을 가지도록 사용될 수 있다.
예시된 실시예에서, 각각의 내부 상호 연결 스트럿(860)은 근위 장착부(530)의 원위 표면(532)에 대해 그리고 원위 장착부(550)의 근위 표면(556)에 대해 필렛화된다. 예시된 실시예에서, 각 필렛은 반경 약 5 ㎜(약 0.175 인치)의 반경을 가진다.
열 장벽(520)은 도 12, 도 14, 도 15 및 도 16의 단면도에서 고체 PEEK 재료로 예시되어 있지만. 열 장벽은 바람직하게는 예컨대, 허니콤 패턴과 같은 충전 재료 패턴으로 구성된다. 허니콤 충전 패턴은 열 장벽의 전체 중량을 감소시키고, 재료 비용을 감소시키고, 열 장벽을 가로질러 전방 섹션(510)으로부터 후방 섹션(512)까지의 열 전달을 감소시키기 위해 선택된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 허니콤 충전 패턴은 약 20%의 충전 부피를 가지도록 선택된다. 허니콤 충전 패턴은 적층 제조(예, 3-D 프린팅)에 의해 예시된 실시예에서 달성된다. 선택된 충전 부피는 열 전달 감소와 후방 섹션의 외팔보 하중을 지지하기 위한 구조적 강도의 유지 사이의 균형이다.
전술한 바와 같이, 열 장벽(520)은 개선된 압력 측정 유닛(500)의 전방(센서) 섹션(510)과 후방(전자 장치) 섹션(512) 사이의 기계적 상호 연결 구조체로서 기능한다. 측정 대상의 압력을 갖는 시스템(미도시)에 연결될 때, 개선된 압력 측정 유닛은 시스템의 상대 나사 커플링에 나사 결합되는 압력 포트(120)에 의해 지지된다. 전방 섹션, 열 장벽 및 후방 섹션의 결합 질량은 결합된 커플링에 의해 지지된다. 유입관(212)이 수평으로 배향되도록 개선된 압력 측정 유닛이 장착될 때, 결합된 질량은 결합된 커플링에 힘 모멘트를 가한다. 개선된 압력 측정 유닛의 후방 섹션에 의해 가해지는 모멘트는 전방 섹션과 후방 섹션 사이에 열 장벽의 추가된 길이 때문에 종래의 압력 감지 유닛(100)의 후방 섹션(202)의 대응 모멘트보다 크다. 근위 표면(522)과 원위 표면(524) 사이의 열 장벽의 두께를 가능한 한 작게 유지하면, 결합된 커플링에 대한 후방 섹션의 모멘트가 감소된다.
열 장벽(520)을 통해 전방 섹션(510)으로부터 후방 섹션(512)으로 전파되는 열 에너지의 양은 부분적으로 장벽 재료의 열 전도율에 좌우된다. 예를 들어, PEEK의 열 전도율은 미터 켈빈 당 약 0.25 와트(예,0.25 W/mK)이다. 폴리설폰(PSU)의 열 전도율은 약 0.26 W/mK이다. 폴리에테르이미드의 열 전도율은 약 0.22 W/mK 내지 약 0.12 W/mK이다.
열 장벽(520)을 통해 전방 섹션에서 후방 섹션으로 전파되는 열 에너지의 양은 또한 부분적으로 열 경로 길이를 결정하는 2개의 섹션 사이의 열 장벽의 두께에 좌우된다. 두께가 증가하면 열 에너지 전파가 감소하지만, 증가된 두께는 또한 위에서 논의된 바와 같이 후방 섹션의 모멘트를 증가시킨다. 따라서, 열 장벽의 두께의 증가는 후방 섹션의 모멘트에 대해 허용되는 크기에 의해 제한된다. 열 장벽의 두께는 또한 압력 포트(120)에서 후면 플레이트(114)까지의 압력 측정 유닛(500)의 전체 길이에 의해 제한될 수 있다. 예시된 실시예에서, 11 ㎜(약 0.42 인치)의 두께는 후방 섹션에 의해 가해지는 모멘트를 과도하게 증가시키지 않고 전방 섹션과 후방 섹션 사이에 허용 가능한 거리를 제공한다.
열 장벽(520)을 통해 전방(센서) 섹션(510)으로부터 후방(전자 장치) 섹션(512)으로 전파되는 열 에너지의 양은 또한 부분적으로 열 에너지가 전파되는 재료의 면적에 좌우된다. 전술한 바와 같이, 열 장벽은 전방 섹션에 부착되도록 구성된 근위 장착부(530)를 가지고, 후방 섹션에 부착되도록 구성된 원위 장착부(550)를 가진다. 예시된 실시예에서, 열 장벽(520)의 근위 장착부(530)는 약 81 ㎜(약 3.2 인치)의 외경을 가진다. 열 장벽(520)의 원위 장착부(550)는 약 75 ㎜(약 2.95 인치)의 최소 외경을 가진다. 따라서, 원위 장착부에서 열 장벽의 제2 표면(524)은 약 4,415 제곱 밀리미터의 단면적을 가진다. 열 장벽이 근위 장착부와 원위 장착부 사이의 연속적인 고체 재료인 경우, 열 장벽은 전방 섹션으로부터 후방 섹션으로 원치 않는 다량의 열 에너지를 전달한다.
복수의 외부 상호 연결 스트럿(810), 중앙 상호 연결 스트럿(840) 및 복수의 내부 상호 연결 스트럿(860)을 포함하는 부분적으로 개방된 구조로서 열 장벽(520)의 중간 열 제한 및 통기 부분(540)을 구성함으로써, 중간 열 제한 및 통기 부분의 유효 면적이 근위 및 원위 장착부의 면적과 관련하여 크게 감소된다. 예를 들어, 계산을 단순화하기 위해 각각의 상호 연결 스트럿의 필렛이 무시되면, 10개의 외부 상호 연결 스트럿(810) 각각은 약 37 평방 밀리미터의 각각의 단면적을 갖고, 중앙 상호 연결 스트럿(840)은 약 61 평방 밀리미터의 단면적을 가지며, 10개의 내부 상호 연결 스트럿(860) 각각은 약 20 평방 밀리미터의 각각의 단면적을 가진다. 따라서, 스트럿의 총 단면적은 약 631 평방 밀리미터이며, 이는 열 장벽의 제2 표면의 단면적의 약 14.3%이다. 열 장벽의 PEEK 재료를 통해 전달되는 에너지는 단면적에 정비례한다. 따라서, 고체 재료가 아닌 스트럿으로 중간 열 제한 및 통기 부분을 구성하는 것으로 열 전달이 약 85% 감소된다.
스트럿(810, 840, 860)에 필렛을 추가하면, 유효 단면적이 증가하지만, 증가된 단면적은 고체 PEEK 재료의 단면적보다 훨씬 작게 유지된다. 유효 단면적은 필렛화된 스트럿에 대해 쉽게 계산되지 않지만, 필렛화된 스트럿의 총 부피는 약 18,681 입방 밀리미터로 계산될 수 있다. 이에 비해, 필렛화되지 않은 스트럿의 총 부피는 약 6,792 입방 밀리미터로 계산될 수 있다. 따라서, 필렛화된 스트럿의 부피는 필렛화되지 않은 스트럿의 부피의 약 2.75 배이다. 이에 비해, 중간 열 제한 및 통기 부분(540)의 고체 버전의 부피는 약 47,105 입방 밀리미터가 될 것이다. 따라서, 필렛화되지 않은 스트럿의 부피는 중간 열 제한 및 통기 부분의 고체 버전의 부피의 약 14.4% 이다. 이에 비해, 필렛화된 스트럿의 부피는 중간 열 제한 및 통기 부분의 고체 버전의 약 40% 이다. 중간 열 제한 및 통기 부분의 고체 버전의 30% 내지 50%의 총 스트럿 부피는 제2 섹션에 충분한 구조적 지지를 제공하면서 제2 섹션(514)으로의 열 에너지 전달에 대해 만족스러운 장벽을 제공할 것으로 예상된다. 일반적으로, 총 스트럿 부피는 중간 열 제한 및 통기 부분의 총 부피의 약 15% 내지 약 50%의 범위에 있을 수 있다.
열전달은 허니콤 또는 다른 감소된 부피 충전재를 사용하여 전체 열 장벽(520)을 구성함으로써 더욱 감소된다. 예를 들어, 약 20 부피%의 허니콤 충전재를 사용하면, 고체 재료에 비해 열 전달이 약 80% 감소된다. 따라서, 전체 열 장벽의 허니콤 충전재와 중간 열 제한 및 통기 부분(540)의 스트럿 구조의 조합은 개선된 압력 감지 유닛의 전방 섹션(510)에서 후방 섹션(512)으로의 열 전달을 실질적으로 감소시킨다. 또한, 전술한 바와 같이 전방 섹션과 후방 섹션 사이의 강력한 기계적 상호 연결을 유지하면서 감소된 열 전달이 제공된다.
상기 설명된 대류성 열 전달의 감소는 중간 열 제한 및 통기 부분(540)의 부분적으로 개방된 구성에 의해 더욱 감소된다. 통기 포트(800)는 인접한 외부 상호 연결 스트럿(810)의 쌍 사이의 중간 열 제한 및 통기 부분으로 주변 공기가 흐르도록 허용한다. 이동하는 공기는 외부 상호 연결 스트럿으로부터 열을 흡수한다. 이동 공기는 중간 열 제한 및 통기 부분을 통해 계속되고 복수의 내부 상호 연결 스트럿(860) 및 중앙 상호 연결 스트럿(840) 주위를 통과하고 스트럿으로부터 열을 흡수한다. 가열된 공기는 다른 통기 포트를 통해 중간 열 제한 및 통기 부분으로부터 배출된다. 기류를 통한 열의 제거는 열 장벽의 근위 장착부(530)로부터 원위 장착부(550)로의 열 전달을 더욱 감소시킨다.
예시된 실시예에서, 열 장벽(520)은 열 장벽의 근위 표면(522)의 온도가 약 섭씨 130도일 때에도 열 장벽(520)의 원위 표면(524)의 온도를 약 섭씨 50도 이하로 유지하는데 효과적이다. 이러한 조건 하에서, 고온 오븐 인클로저(610) 내의 CDG 하우징(224)의 온도는 섭씨 250도 내지 섭씨 300도만큼 높을 수 있다.
개시된 발명의 열 장벽은 다음 단계를 통해 제2 온도에서 작동하는 전자 장치 인클로저와 CDG 사이에 제공될 수 있다. CDG와 기계적으로 결합하도록 구성된 크기 및 형태를 갖는 제1 장착 계면이 제공된다. 전자 장치 인클로저와 결합하도록 구성된 크기 및 형태를 가진 제2 장착 계면이 제공된다. 제2 장착 계면은 제1 장착 계면과 이격되어 있다. 복수의 스트럿을 갖는 제1 장착 계면 및 제2 장착 계면은 상호 연결된다. 각 스트럿은 제1 장착 계면에 기계적 및 열적으로 결합된 각각의 제1 단부를 가진다. 각 스트럿은 제2 장착 계면에 기계적 및 열적으로 결합된 각각의 제2 단부를 가진다.
도 17, 도 18 및 도 19a-도 19b를 참조하면, 열 장벽 구조체의 다른 실시예가 예시된다. 이 실시예의 열 장벽 구조체는 열가소성 열 장벽이 인클로저와 하나의 부품으로 균질화된 열 장벽 인클로저의 형태로 형성된다. 도 17은 열 장벽 인클로저의 실시예의 사시도를 예시하고, 도 18은 도 17의 17-17 라인을 따라 취한 열 장벽 인클로저의 실시예의 단면도를 예시한다. 압력 측정 유닛(900)은 열 장벽 인클로저(910) 및 후방 원통형 외부 커버(920)를 포함한다. 후방 외부 커버(920)는 CDG(210)로부터 신호를 수신하고 압력 포트(120)에 연결된 외부 소스의 압력을 측정하는 전술한 전자 장치를 수용한다. 예시된 실시예에서, 후방 섹션은 이전에 설명된 후방 섹션(202, 512)과 동일하거나 실질적으로 동일한 구성 요소 및 다른 특징부를 포함하고, 후방 섹션에 대한 대응하는 요소 번호는 개시된 발명의 본 실시예의 압력 측정 유닛(900)으로 전달된다. 열 장벽 인클로저(910)는 CDG(210) 및 다른 관련 요소를 수용한다. 열 장벽 인클로저(910)는 CDG(210) 및 다른 관련 요소를 둘러싸는 원통형 측벽(911), 원통형 측벽(911)에 의해 획정된 인클로저의 바닥을 형성하는 제1 벽(912), 제1 벽(912)으로부터 이격된 제2 벽(913)을 포함한다. 열 장벽 인클로저(910)는 제1 벽(912) 및 제2 벽(913)을 상호 연결하는 중간 열 제한 및 통기 부분(914)을 더 포함한다. 중간 열 제한 및 통기 부분(914)은 복수의 스트럿(915)(주요 스트럿 또는 제1 스트럿)을 포함한다.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 열 장벽 인클로저(910)의 상부 및 하부 부분의 사시도가 예시된다. 도 19a는 열 장벽 인클로저(910)의 상부 부분(930)을 예시하고, 도 19b는 열 장벽 인클로저(910)의 하부 부분(931)을 예시한다. 상부 부분(930) 및 하부 부분(931)은 함께 조립되어 열 장벽 인클로저(910)를 형성한다. 열 장벽 인클로저는 균질화된 열가소성 센서 하우징/전자 장치 열 장벽이 중심축 아래로 슬라이스되어 2개의 부품을 형성하는 "클램 쉘(clamshell)" 조립 방법을 특징으로 하며, 여기서 상기 2개의 부품은 이후 함께 나사 결합되어 센서를 덮는다. 이것은 모든 히터, 저항 온도 검출기(RTD) 및 센서 배선이 센서가 조립 기술자에게 노출되는 동안 열 장벽 인클로저(910)를 통해 배출될 수 있다는 점에서 조립에 도움이 된다. 열 장벽 인클로저(910)는 중앙 관통 보어(560)가 형성되는 중앙 상호 연결 스트럿(916) 및 보조 관통 보어(918)가 형성되는 하나 이상의 보조 상호 연결 스트럿(917)(제2 스트럿)을 포함할 수 있다. 제1 벽(912) 및 제2 벽(913)은 중앙 상호 연결 스트럿(916) 및 제2 상호 연결 스트럿(917)과 연결된다. 중앙 관통 보어(560) 및 보조 관통 보어(918)는 제1 및 제2 벽을 통해 형성된다. 일 실시예에서, 동축 전도체(226)가 중앙 관통 보어(560)를 통해 외부 커버(920)에 의해 둘러싸인 전자 장치로 CDG(210)로부터 연장될 수 있고, 히터, RTD 및 센서에 대한 배선이 보조 스트럿(917) 내부에 형성된 보조 관통 보어(918)를 통해 CDG(210)로부터 전자 장치까지 연장될 수 있다. 이것은 외부 커버(920)에 의해 둘러싸인 전자 장치에 배치된 아날로그 PCB 또는 DSP PCB 상에 용이한 결합을 위해 배선이 이동해야하는 위치로 배선을 배출하기 위해 수행된다. 다른 실시예에서, 동축 전도체(920) 및 히터, RTD 및 센서를 위한 배선은 전자 장치의 요소들의 배열에 따라 중앙 관통 보어(560) 또는 다른 보조 관통 보어(918)를 통해 연장될 수 있다. 도 19a 및 도 19b에 예시된 바와 같이, 중앙 관통 보어(560) 및 보조 관통 보어(918)는 열 장벽 인클로저의 상부 또는 하부에 형성될 수 있거나, 대안적으로 중앙 관통 보어 및 보조 관통 보어는 열 장벽 인클로저의 상부 및 하부 부분 모두에 형성될 수 있다.
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 도 17의 18-18 라인을 따라 취한 열 장벽 인클로저의 단면도가 예시된다. 스트럿(915)은 제1 벽(912) 상에 배열된다. 일 실시예에서, 각 스트럿은 중앙 관통 보어(560)(도 20a)를 중심으로 하는 제1 원(940)을 따라 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 스트럿은 중앙 관통 보어(560)(도 20b)로부터 연장되는 각각의 스트럿 방사 라인(941)을 따라 위치될 수 있다. 그러나, 스트럿의 배열은 이러한 구성에 제한되지 않고, CDG로부터 전달되는 열을 효과적으로 감소시키도록 다른 구성으로 배열될 수 있다. 스트럿(915)은 제1 벽(912) 및 제2 벽(913) 모두에 연결될 수 있다. 그러나, 스트럿은 제1 벽(912) 및 제2 벽(913) 중 하나에 연결될 수 있다. 예를 들어, 스트럿(915)은 제2 벽(913) 측으로 연장되도록 제1 벽(912)에 형성될 수 있지만, 스트럿(915)은 스트럿(915)과 제2 벽(913) 사이에 갭을 형성함으로써 제2 벽(913)에 연결되지 않을 수 있다. 도 20a-도 20b는 또한 보조 스트럿(917) 및 보조 스트럿 내부에 형성된 보조 관통 보어(918)를 예시한다. 설명을 위해, 도 20a-도 20b는 수직선을 따라 배열된 3개의 보조 스트럿을 예시하지만, 보조 스트럿의 수는 3개로 제한되지 않는다. 수직선은 상부 부분(930)과 하부 부분(931)이 함께 결합되어 열 장벽 인클로저의 완성체을 형성할 수 있는 부분(또는 영역)을 나타낼 수 있다. 또한, 보조 스트럿은 전자 장치의 요소의 배열에 따라 달리 배열될 수 있다.
전술한 바와 같이, 중간 열 제한 및 통기 부분(914)은 대류 냉각 기류를 위한 충분한 공간을 포함한다. 측벽, 제1 벽, 제2 벽, 중간 열 제한 및 통기 부분은 일체로 형성되기 때문에, 스트럿은 도 15 및 도 16에 예시된 실시예의 스트럿보다 더 얇게 형성될 수 있다. 결국, 열 장벽 인클로저(910)는 전자 장치로의 대류성 (그리고 더 큰 에어 갭을 통한 대류성) 열 전달을 추가로 감소시킨다. 스트럿(915)의 총 단면적은 도 15 및 도 16에 예시된 실시예의 스트럿의 총 단면적의 약 50% 일 수 있다. 중간 열 제한 및 통기 부분(914)은 제1 벽과 제2 벽 사이의 총 부피를 가진다. 총 부피는 스트럿의 부피, 제1 벽과 제2 벽 사이의 공간 및 기타 요소를 포함한다. 복수의 스트럿(915)은 총 스트럿 부피를 가진다. 열 장벽 인클로저(910)의 얇은 스트럿(915)으로 인해, 총 스트럿 부피는 중간 열 제한 및 통기 부분(914)의 총 부피의 약 15% 내지 약 25%의 범위에 있으며, 이는 전자 장치로의 열 전달을 효과적으로 감소시킨다.
전술한 상세한 설명은 예시와 설명의 목적으로 제공된 것이다. 따라서, 새롭고 유용한 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 이러한 언급은 다음의 청구범위에 기술된 것을 제외하고는 본 발명의 범위에 대한 제한으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (21)

  1. 제1 온도로 작동하는 커패시턴스 다이어프램 게이지(CDG)를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 작동하는 전자 장치 인클로저와 상호 연결하는 열 장벽 인클로저로서:
    CDG를 둘러싸는 측벽;
    상기 CDG와 기계적으로 결합하도록 구성된 제1 벽;
    상기 전자 장치 인클로저와 결합하도록 구성된 제2 벽 - 상기 제2 벽은 상기 제1 벽으로부터 이격됨 -; 및
    상기 제1 벽과 상기 제2 벽을 상호 연결하고 복수의 스트럿을 포함하는 중간 열 제한 및 통기 부분
    을 포함하는 열 장벽 인클로저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 벽은 중앙 관통 보어를 포함하고, 각각의 스트럿은 상기 중앙 관통 보어로부터 연장되는 각각의 스트럿 방사 라인을 따라 위치되는 것인 열 장벽 인클로저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 벽은 중앙 관통 보어를 포함하고, 각각의 스트럿은 상기 중앙 관통 보어를 중심으로 하는 제1 원을 따라 위치되는 것인 열 장벽 인클로저.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스트럿은 상기 제1 벽 및 상기 제2 벽에 연결되는 것인 열 장벽 인클로저.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 벽 및 상기 제2 벽에 연결된 중앙 상호 연결 스트럿을 더 포함하고, 상기 중앙 상호 연결 스트럿 내부에 중앙 관통 보어가 형성되는 것인 열 장벽 인클로저.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중간 열 제한 및 통기 부분은 상기 제1 벽과 상기 제2 벽 사이의 총 부피를 가지고, 상기 복수의 스트럿은 총 스트럿 부피를 가지며, 상기 총 스트럿 부피는 상기 총 부피의 약 15% 내지 약 25%의 범위에 있는 것인 열 장벽 인클로저.
  7. 압력 감지 시스템으로서:
    제1 온도로 작동하는 커패시턴스 다이어프램 게이지(CDG) - 상기 CDG는 측정될 압력의 공급원에 결합될 수 있음 -;
    제2 온도로 작동하는 전자 장치 인클로저 - 상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높고, 상기 전자 장치 인클로저는 상기 CDG에 전기적으로 결합된 전자 장치를 내장함 -; 및
    상기 CDG를 수용하고 상기 CDG를 상기 전자 장치 인클로저와 상호 연결하는 열 장벽 인클로저
    를 포함하고, 상기 열 장벽 인클로저는:
    상기 CDG를 둘러싸는 측벽;
    상기 CDG와 기계적으로 결합하도록 구성된 제1 벽;
    상기 전자 장치 인클로저와 결합하도록 구성된 제2 벽 - 상기 제2 벽은 상기 제1 벽으로부터 이격됨 -; 및
    상기 제1 벽과 상기 제2 벽을 상호 연결하고 복수의 스트럿을 포함하는 중간 열 제한 및 통기 부분을 포함하는 것인 압력 감지 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 벽은 중앙 관통 보어를 포함하고, 각각의 스트럿은 상기 중앙 보어로부터 연장되는 각각의 스트럿 방사 라인을 따라 위치되는 것인 압력 감지 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 벽은 중앙 관통 보어를 포함하고, 각각의 스트럿은 상기 중앙 관통 보어를 중심으로 하는 제1 원을 따라 위치되는 것인 압력 감지 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 스트럿은 상기 제1 벽 및 상기 제2 벽에 연결되는 것인 압력 감지 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제1 벽 및 상기 제2 벽에 연결된 중앙 상호 연결 스트럿을 더 포함하고, 상기 중앙 상호 연결 스트럿 내부에 중앙 관통 보어가 형성되는 것인 압력 감지 시스템.
  12. 제7항에 있어서, 상기 중간 열 제한 및 통기 부분은 상기 제1 벽과 상기 제2 벽 사이의 총 부피를 가지고, 상기 복수의 스트럿은 총 스트럿 부피를 가지며, 상기 총 스트럿 부피는 상기 총 부피의 약 15% 내지 약 25%의 범위에 있는 것인 압력 감지 시스템.
  13. 제7항에 있어서, 상기 CDG를 둘러싸는 오븐 인클로저를 더 포함하는 압력 감지 시스템.
  14. 제7항에 있어서, 상기 오븐 인클로저와 상기 열 장벽 인클로저의 상기 측벽 사이의 공간을 채우는 절연층을 더 포함하는 압력 감지 시스템.
  15. 제1 온도로 작동하는 커패시턴스 다이어프램 게이지(CDG)를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 작동하는 전자 장치 인클로저와 상호 연결하는 열 장벽으로서:
    상기 CDG와 기계적으로 결합하도록 구성된 제1 장착 계면;
    상기 전자 장치 인클로저와 결합하도록 구성된 제2 장착 계면 - 상기 제2 장착 계면은 상기 제1 장착 계면으로부터 이격됨 -; 및
    상기 제1 장착 계면 및 상기 제2 장착 계면을 상호 연결하고, 복수의 스트럿을 포함하는 중간 열 제한 및 통기 부분
    을 포함하는 열 장벽.
  16. 제15항에 있어서, 상기 중간 열 제한 및 통기 부분은 상기 제1 장착 계면과 상기 제2 장착 계면 사이의 총 부피를 가지고, 상기 복수의 스트럿은 총 스트럿 부피를 가지며, 상기 총 스트럿 부피는 상기 총 부피의 약 15% 내지 약 50%의 범위에 있는 것인 열 장벽.
  17. 제16항에 있어서, 상기 총 스트럿 부피는 상기 총 부피의 약 40%인 것인 열 장벽.
  18. 제15항에 있어서, 상기 복수의 스트럿은:
    복수의 외부 상호 연결 스트럿 - 상기 외부 상호 연결 스트럿은 인접한 외부 상호 연결 스트럿들 사이에 통기 포트들을 제공하도록 이격됨 -; 및
    복수의 내부 상호 연결 스트럿 - 상기 내부 상호 연결 스트럿은 서로 이격되고, 상기 중간 열 제한 및 통기 부분을 통한 공기 흐름을 가능하게 하도록 상기 통기 포트로부터 이격됨 - 을 포함하는 것인 열 장벽.
  19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 스트럿은 중앙 상호 연결 스트럿을 더 포함하고, 상기 중앙 상호 연결 스트럿은 상기 제1 장착 계면으로부터 상기 제2 장착 계면까지 연장되는 관통 보어를 둘러싸는 것인 열 장벽.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 장착 계면과 상기 제2 장착 계면 각각은 각각의 중앙 관통 보어를 포함하고;
    각각의 외부 상호 연결 스트럿은 상기 중앙 관통 보어로부터 연장되는 각각의 외부 상호 연결 스트럿 방사 라인을 따라 위치되며;
    각각의 내부 상호 연결 스트럿은 상기 중앙 보어로부터 연장되는 각각의 내부 스트럿 방사 라인을 따라 위치되고, 각각의 내부 스트럿 방사 라인은 각각의 제1 외부 상호 연결 스트럿 방사 라인과 제2 외부 상호 연결 스트럿 방사 라인 사이에서 실질적으로 동일한 각도로 위치되는 것인 열 장벽.
  21. 제18항에 있어서, 상기 제1 장착 계면과 상기 제2 장착 계면 각각은 각각의 중앙 관통 보어를 포함하고;
    각각의 외부 상호 연결 스트럿은 상기 중앙 관통 보어를 중심으로 하는 제1 원을 따라 위치되며, 상기 제1 원은 제1 반경을 갖고;
    각각의 내부 스트럿은 상기 중앙 관통 보어를 중심으로 하는 제2 원을 따라 위치되며, 상기 제2 원은 상기 제1 반경보다 작은 제2 반경을 가지는 것인 열 장벽.
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