KR20240099757A - Integrated sensor device for vehicle measuring temperature and pressure - Google Patents

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KR20240099757A
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이정진
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주식회사 현대케피코
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치는, 유체 통로에 결합되는 하우징과, 상기 하우징의 하부에 구비되어 유체의 압력에 의해 변형되는 다이어프램 변형부, 상기 다이어프램 변형부의 상부면에 구비되며, 압력 센싱 소자와 온도 센싱 소자를 포함하는 MEMS 센서; 및 상기 MEMS 센서로부터 전달되는 신호를 디지털 방식으로 처리하는 통합 IC를 포함하고, 상기 MEMS 센서는 상기 압력 센싱 소자와 상기 온도 센싱 소자를 하나의 칩에 실장하여 형성될 수 있다.An integrated sensor device for a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a housing coupled to a fluid passage, a diaphragm deformation portion provided in a lower portion of the housing and deformed by the pressure of the fluid, and an upper surface of the diaphragm deformation portion, A MEMS sensor including a pressure sensing element and a temperature sensing element; and an integrated IC that digitally processes signals transmitted from the MEMS sensor, and the MEMS sensor can be formed by mounting the pressure sensing element and the temperature sensing element on one chip.

Description

온도 및 압력 측정이 가능한 차량용 통합 센서 장치{INTEGRATED SENSOR DEVICE FOR VEHICLE MEASURING TEMPERATURE AND PRESSURE}Integrated sensor device for vehicles capable of measuring temperature and pressure {INTEGRATED SENSOR DEVICE FOR VEHICLE MEASURING TEMPERATURE AND PRESSURE}

본 발명은 온도 및 압력 측정이 가능한 차량용 통합 센서 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 온도 및 압력 센서를 하나의 칩(chip) 상에 실장한 MEMS(micro electro mechanical system) 센서를 이용하여 유체의 압력을 보다 정밀하게 측정할 수 있는 차량용 통합 센서 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated sensor device for a vehicle capable of measuring temperature and pressure. More specifically, the present invention relates to an integrated sensor device for a vehicle capable of measuring temperature and pressure, and more specifically, to measure fluid pressure using a MEMS (micro electro mechanical system) sensor that has temperature and pressure sensors mounted on a single chip. It is about an integrated sensor device for vehicles that can measure more precisely.

압력 센서는 각종 압력을 측정하는 데 사용된다. 압력 센서는 차량, 화학설비, 반도체 제조설비 등의 각종 분야에서 유체가 통과하는 유로 또는 밸브 측에 설치되어 유체의 압력을 측정하는 데 주로 많이 이용되며, 예를 들어, 차량의 매니폴드 압력, 엔진 유압, 소음기 내의 배기가스 등의 압력을 고정밀도로 측정하는 데 사용된다. 온도 센서는 유체가 통과하는 유로 상에 설치되고, 유체의 온도를 감지하는 온도 소자를 포함한다.Pressure sensors are used to measure various pressures. Pressure sensors are installed on the flow path or valve side through which fluid passes in various fields such as vehicles, chemical facilities, and semiconductor manufacturing facilities and are mainly used to measure the pressure of fluid. For example, manifold pressure of vehicles and engine It is used to measure the pressure of oil pressure, exhaust gas in a silencer, etc. with high precision. The temperature sensor is installed on the flow path through which the fluid passes and includes a temperature element that detects the temperature of the fluid.

차량의 엔진 제어 유닛(ECU)은 적절한 엔진 제어를 위해 엔진에서 배출되는 배기가스에 대한 온도 및 압력 정보를 수신한다.The vehicle's engine control unit (ECU) receives temperature and pressure information about the exhaust gases discharged from the engine for appropriate engine control.

또한, 차량에 탑재된 수소 연료전지 시스템의 공급 수소의 농도 측정을 정밀하게 수행하기 위해서는 공급 수소의 온도와 압력에 대한 정보가 중요한 요소로 활용되고 있다.In addition, in order to accurately measure the concentration of hydrogen supplied to a hydrogen fuel cell system mounted on a vehicle, information on the temperature and pressure of supplied hydrogen is used as an important factor.

이와 같은, 온도 및 압력 센싱을 위해, 차량에는 압력 센서와 온도 센서가 통합되어 있는 통합 센서 장치(예를 들어, MEMS)가 설치될 수 있다.For such temperature and pressure sensing, an integrated sensor device (eg, MEMS) that integrates a pressure sensor and a temperature sensor may be installed in the vehicle.

그러나, 종래의 통합 센서 장치는 압력 센서와 온도 센서에서 측정되는 각각의 측정 값에 대한 정보를 개별적으로 처리하여 각각의 출력단자를 통해 차량의 엔진 제어 유닛으로 전달하였다. 이 경우, 압력 센서에 의해 측정된 압력 측정 값은 온도 센서에 의해 측정된 온도 측정 값에 의해서만 보정되므로, 압력 센서와 온도 센서의 위치 차이에 따른 온도 오차는 보정할 수 없는 문제점이 존재하였다.However, the conventional integrated sensor device individually processes information about each measurement value measured by the pressure sensor and the temperature sensor and transmits it to the vehicle's engine control unit through each output terminal. In this case, since the pressure measurement value measured by the pressure sensor is corrected only by the temperature measurement value measured by the temperature sensor, there is a problem that temperature error due to the difference in position between the pressure sensor and the temperature sensor cannot be corrected.

또한, 종래의 통합 센서 장치는 유체의 압력만을 센싱하는 압력 센서와 유체의 온도만을 센싱하는 온도 센서가 각각 개별적으로 구성됨에 따라 온도 및 압력을 센싱하기 위한 모듈 설계 시에 불필요한 공간을 차지하고, 제조원가를 상승시킨다는 단점이 있다.In addition, the conventional integrated sensor device consists of a pressure sensor that only senses the pressure of the fluid and a temperature sensor that senses only the temperature of the fluid, so it takes up unnecessary space when designing a module for sensing temperature and pressure and increases manufacturing costs. There is a downside to increasing it.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체의 온도를 측정하는 위치와 압력을 측정하는 위치를 일치시켜 압력 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 온도 및 압력 측정이 가능한 차량용 통합 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the above problems, and provides an integrated sensor device for a vehicle capable of measuring temperature and pressure that can improve the precision of pressure measurement by matching the position for measuring the temperature of the fluid and the position for measuring the pressure. The purpose.

또한, 본 발명은 온도 및 압력 센서를 하나의 칩(chip) 상에 실장함으로써, 제작시의 공간 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있는 차량용 통합 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the purpose of the present invention is to provide an integrated sensor device for a vehicle that can reduce manufacturing costs as well as reduce space waste during manufacturing by mounting temperature and pressure sensors on one chip.

위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition to the technical problems of the present invention mentioned above, other features and advantages of the present invention are described below, or can be clearly understood by those skilled in the art from such description and description.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치는, 유체 통로에 결합되는 하우징과, 상기 하우징의 하부에 구비되어 유체의 압력에 의해 변형되는 다이어프램 변형부, 상기 다이어프램 변형부의 상부면에 구비되며, 압력 센싱 소자와 온도 센싱 소자를 포함하는 MEMS 센서; 및 상기 MEMS 센서로부터 전달되는 신호를 디지털 방식으로 처리하는 통합 IC를 포함하고, 상기 MEMS 센서는 상기 압력 센싱 소자와 상기 온도 센싱 소자를 하나의 칩에 실장하여 형성될 수 있다.In order to solve the above-described technical problem, an integrated sensor device for a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a housing coupled to a fluid passage, a diaphragm deformation portion provided at a lower portion of the housing and deformed by the pressure of the fluid, and the diaphragm. A MEMS sensor provided on the upper surface of the deformation unit and including a pressure sensing element and a temperature sensing element; and an integrated IC that digitally processes signals transmitted from the MEMS sensor, and the MEMS sensor can be formed by mounting the pressure sensing element and the temperature sensing element on one chip.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 압력 센싱 소자는 상기 유체의 압력에 상응하는 압력 신호를 생성하여 출력할 수 있다.Additionally, according to one embodiment, the pressure sensing element may generate and output a pressure signal corresponding to the pressure of the fluid.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 압력 센싱 소자는 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로 형태로 이루어진 복수의 압력 센서용 저항들을 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment, the pressure sensing element may include a plurality of resistors for pressure sensors in the form of a Wheatstone bridge circuit.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 온도 센싱 소자는 상기 유체의 온도에 상응하는 온도 신호를 생성하여 출력할 수 있다.Additionally, according to one embodiment, the temperature sensing element may generate and output a temperature signal corresponding to the temperature of the fluid.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 온도 센싱 소자는 상기 유체의 온도 변화에 대하여 다이오드의 순방향 단자전압의 온도 의존성에 따라 가변하는 전압을 활용하는 온도 감지 다이오드를 포함할 수 있다.Additionally, according to one embodiment, the temperature sensing element may include a temperature sensing diode that utilizes a voltage that varies according to the temperature dependence of the forward terminal voltage of the diode with respect to the temperature change of the fluid.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 다이어프램 변형부의 하부면으로부터 돌출 형성되고, 상기 유체의 열을 상기 온도 센싱 소자로 전달하는 온도 전달부를 더 포함할 수 있다.In addition, according to one embodiment, the temperature transmitting part protrudes from the lower surface of the diaphragm deformable part and transfers heat of the fluid to the temperature sensing element.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 온도 전달부는 상기 하우징보다 열전달율이 높은 금속 재질로 형성될 수 있다.Additionally, according to one embodiment, the temperature transfer unit may be formed of a metal material with a higher heat transfer rate than the housing.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 온도 센싱 소자는 상기 온도 전달부에 가까운 상기 다이어프램 변형부의 상부면에 위치하고, 상기 압력 센싱 소자는 상기 온도 센싱 소자로부터 일정 거리만큼 이격되어 위치할 수 있다.Additionally, according to one embodiment, the temperature sensing element may be located on the upper surface of the diaphragm deformation part close to the temperature transmitting part, and the pressure sensing element may be located a certain distance away from the temperature sensing element.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 센서 장치는 유체의 온도를 측정하는 위치와 압력을 측정하는 위치를 일치시켜 압력 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The integrated sensor device for a vehicle according to an embodiment of the present invention has the effect of improving the precision of pressure measurement by matching the position where the temperature of the fluid is measured and the position where the pressure is measured.

또한, 본 발명은 온도 및 압력 센서를 하나의 칩(chip) 상에 실장함으로써, 제작시의 공간 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있다.In addition, the present invention mounts the temperature and pressure sensors on one chip, which not only reduces space waste during manufacturing but also reduces manufacturing costs.

이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.In addition, other features and advantages of the present invention may be newly understood through embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치의 부분적인 단면도와 사시도를 각각 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치를 이용하여 유체의 온도와 압력을 각각 센싱하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a cross-sectional view of an integrated sensor device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating a partial cross-sectional view and a perspective view of an integrated sensor device for a vehicle according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIG. 3 is a diagram illustrating a process for sensing the temperature and pressure of a fluid using an integrated sensor device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the attached drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing embodiments of the present invention, if detailed descriptions of related known configurations or functions are judged to impede understanding of the embodiments of the present invention, the detailed descriptions will be omitted. In addition, embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto and may be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "indirectly connected" with another element in between. . Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary. Additionally, when describing the components of an embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치(100)의 단면도를 도시한 도면이다.Figure 1 is a cross-sectional view of an integrated sensor device 100 for a vehicle according to an embodiment of the present invention.

이하의 본 명세서에서 기술되는 차량용 통합 센서 장치(100)는 차량의 매니폴드 압력, 엔진 유압, 연료전지 차량의 수소가스 또는 공기의 압력, 소음기 내의 배기가스 압력 등의 저압에서 고압에 이르기까지 넓은 압력 범위를 고정밀도로 측정하는 데에 사용하는 장치일 수 있다.The integrated sensor device 100 for a vehicle described in the present specification below can measure a wide range of pressures from low to high pressure, such as the manifold pressure of the vehicle, the engine oil pressure, the pressure of hydrogen gas or air in a fuel cell vehicle, and the exhaust gas pressure in the silencer. It may be a device used to measure a range with high precision.

도 1을 참조하면, 차량용 통합 센서 장치(100)는 다이어프램 변형부(10), MEMS 센서(20), 통합 IC(30) 및 온도 전달부(40)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the integrated sensor device 100 for a vehicle may include a diaphragm deformation unit 10, a MEMS sensor 20, an integrated IC 30, and a temperature transmitting unit 40.

차량용 통합 센서 장치(100)는 일단이 유체 통로에 결합되는 금속 재질의 원통형 하우징과, 상기 하우징의 하부면에 구비되어 유체의 압력에 변형되는 다이어프램 변형부(10)를 포함할 수 있다. 다이어프램 변형부(10)는 원통형 하우징의 형상에 대응하여 원형의 판 형상으로 형성될 수 있다. 다이어프램 변형부(10)의 상부면은 유체에 노출되지 않는 하우징 하단의 내측면을 이루고, 다이어프램 변형부(10)의 하부면은 유체에 노출되도록 하우징 하단의 외측면을 이룰 수 있다.The integrated sensor device 100 for a vehicle may include a cylindrical housing made of metal, one end of which is coupled to a fluid passage, and a diaphragm deformation portion 10 provided on the lower surface of the housing and deformed by the pressure of the fluid. The diaphragm deformation part 10 may be formed in a circular plate shape corresponding to the shape of the cylindrical housing. The upper surface of the diaphragm deformable part 10 may form an inner surface of the bottom of the housing that is not exposed to fluid, and the lower surface of the diaphragm deformable part 10 may form an outer surface of the lower part of the housing that is exposed to fluid.

MEMS 센서(20)는 유체에 노출되지 않는 다이어프램 변형부(10)의 상부면에 설치되고, MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 타입의 반도체 소자일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, MEMS 센서(20)는 압력 센싱 소자(21)와 온도 센싱 소자(22)가 하나의 칩(chip)에 실장되어 형성될 수 있다.The MEMS sensor 20 is installed on the upper surface of the diaphragm deformable part 10 that is not exposed to fluid, and may be a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) type semiconductor device. According to one embodiment, the MEMS sensor 20 may be formed by mounting the pressure sensing element 21 and the temperature sensing element 22 on one chip.

압력 센싱 소자(21)는 다이어프램 변형부(10)의 변형 정도를 감지하여 유체의 압력을 측정하고, 온도 센싱 소자(22)는 열전달율이 높은 온도 전달부(40)로부터 유체의 열을 전달받아 유체의 온도를 측정할 수 있다.The pressure sensing element 21 measures the pressure of the fluid by detecting the degree of deformation of the diaphragm deformation part 10, and the temperature sensing element 22 receives heat from the fluid from the temperature transfer part 40, which has a high heat transfer rate, to The temperature can be measured.

일 실시 예에 따르면, 압력 센싱 소자(21)는 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로 형태로 이루어진 복수의 압력 센서용 저항들로 구성되며, 유체의 압력에 상응하는 압력 신호(또는 전압)를 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 압력 센싱 소자(21)는 다이어프램 변형부(10)에 일정한 압력이 가해졌을 때의 저항의 변화를 측정하여 다이어프램 변형부(10)에 가해진 유체의 압력에 상응하는 압력 신호를 생성할 수 있다.According to one embodiment, the pressure sensing element 21 is composed of a plurality of pressure sensor resistors in the form of a Wheatstone bridge circuit, and generates a pressure signal (or voltage) corresponding to the pressure of the fluid. Can be printed. For example, the pressure sensing element 21 measures the change in resistance when a certain pressure is applied to the diaphragm deformable part 10 and generates a pressure signal corresponding to the pressure of the fluid applied to the diaphragm deformable part 10. You can.

그리고, 온도 센싱 소자(22)는 유체의 온도 변화에 대하여 전압 값이 비례적으로 가변하는 온도 감지 다이오드를 포함할 수 있다.Additionally, the temperature sensing element 22 may include a temperature sensing diode whose voltage value varies proportionally with respect to changes in the temperature of the fluid.

온도 전달부(40)는 다이어프램 변형부(10)의 하부면으로부터 유체 방향으로 돌출 형성되어 유체 통로로 유입되는 열을 감지할 수 있다. 즉, 온도 센싱 소자(22)는 유체와의 직접적인 접촉을 하지 않고, 온도 전달부(40)로부터 전달된 열을 통해 측정하고자 하는 유체의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다.The temperature transmitting part 40 is formed to protrude from the lower surface of the diaphragm deforming part 10 in the direction of the fluid and can sense heat flowing into the fluid passage. That is, the temperature sensing element 22 can indirectly measure the temperature of the fluid to be measured through heat transferred from the temperature transmitting unit 40, without making direct contact with the fluid.

일 실시 예에 따르면, 온도 전달부(40)는 하우징 및/또는 다이어프램 변형부(10)보다 열전달율이 높은 금속 재질로 제조될 수 있다. 또한, 다른 일 실시 예에 따르면, 온도 전달부(40)는 다이어프램 변형부(10)와 일체로 제작될 수 있으며, 단면 형상이 'ㅜ'또는 'ㄱ'형상으로 형성될 수 있다.According to one embodiment, the temperature transfer unit 40 may be made of a metal material with a higher heat transfer rate than the housing and/or the diaphragm deformation unit 10. Additionally, according to another embodiment, the temperature transmitting part 40 may be manufactured integrally with the diaphragm deforming part 10, and the cross-sectional shape may be formed in a 'ㅜ' or 'ㄱ' shape.

이 경우, 온도 센싱 소자(22)는 온도 전달부(40)에 가까운 다이어프램 변형부(10)의 상부면에 위치하고, 압력 센싱 소자(21)는 온도 센싱 소자(22)로부터 일정 거리만큼 이격된 다이어프램 변형부(10)의 상부면에 각각 위치할 수 있다.In this case, the temperature sensing element 22 is located on the upper surface of the diaphragm deformation part 10 close to the temperature transmitting part 40, and the pressure sensing element 21 is a diaphragm spaced a certain distance away from the temperature sensing element 22. Each may be located on the upper surface of the deformable portion 10.

통합 IC(30)는 MEMS 센서(20)로부터 전달되는 신호를 디지털 방식으로 처리하여 상위 제어부(예를 들어, MCU 등)로 전달할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 통합 IC(30)는 하우징의 상부에 위치하여 MEMS 센서(20)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 통합 IC(30)는 압력 센싱 소자(21)로부터 유체의 압력에 상응하는 압력 신호를 전달받고, 온도 센싱 소자(22)로부터 유체의 온도에 상응하는 온도 신호를 전달받을 수 있다.The integrated IC 30 can digitally process signals transmitted from the MEMS sensor 20 and transmit them to a higher level control unit (eg, MCU, etc.). According to one embodiment, the integrated IC 30 may be located at the top of the housing and electrically connected to the MEMS sensor 20. That is, the integrated IC 30 can receive a pressure signal corresponding to the pressure of the fluid from the pressure sensing element 21 and a temperature signal corresponding to the temperature of the fluid from the temperature sensing element 22.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 유체의 압력을 측정하는 위치와 유체의 온도를 측정하는 위치를 일치시킴으로써, 압력의 맵핑(mapping) 시에 보다 정밀한 압력 값을 출력할 수 있다. 압력의 맵핑 단계는 유체의 온도에 따른 압력 값을 정량적으로 수치화하여 맵핑하는 단계로서, 통합 IC(30)에서 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by matching the position where the pressure of the fluid is measured and the position where the temperature of the fluid is measured, a more precise pressure value can be output when mapping the pressure. The pressure mapping step is a step of quantitatively quantifying and mapping the pressure value according to the temperature of the fluid, and can be performed in the integrated IC 30.

도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치(100)의 부분적인 단면도를 도시하고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치(100)의 부분적인 사시도를 도시한다.Figure 2 (a) shows a partial cross-sectional view of the integrated sensor device 100 for a vehicle according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 (b) shows an integrated sensor device for a vehicle (100) according to an embodiment of the present invention. 100) shows a partial perspective view.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, MEMS 센서(20)는 유체에 노출되지 않는 다이어프램 변형부(10)의 상부면에 배치되되, 온도 전달부(40)에 가깝게 배치될 수 있다. 구체적으로, MEMS 센서(20)의 온도 센싱 소자(22)는 온도 전달부(40)와 다이어프램 변형부(10)가 접하는 다이어프램 변형부(10)의 상부면에 위치하도록 설치되고, 압력 센싱 소자(21)는 온도 센싱 소자(22)로부터 일정 거리만큼 이격된 다이어프램 변형부(10)의 상부면에 위치하도록 설치될 수 있다.Referring to (a) and (b) of FIGS. 2, the MEMS sensor 20 is disposed on the upper surface of the diaphragm deformation portion 10 that is not exposed to fluid, but may be disposed close to the temperature transmitting portion 40. . Specifically, the temperature sensing element 22 of the MEMS sensor 20 is installed to be located on the upper surface of the diaphragm deformable part 10 where the temperature transmitting part 40 and the diaphragm deformable part 10 are in contact, and the pressure sensing element ( 21) may be installed to be located on the upper surface of the diaphragm deformation part 10 spaced a certain distance away from the temperature sensing element 22.

따라서, 온도 센싱 소자(22)는 온도 전달부(40)와 가깝게 배치되어 온도 전달부(40)을 통해 전달된 유체의 열에 기초하여 유체 온도에 상응하는 온도 신호를 생성하고, 압력 센싱 소자(21)는 다이어프램 변형부(10)의 변형 정도를 감지하여 유체 압력에 상응하는 압력 신호를 각각 생성할 수 있다.Therefore, the temperature sensing element 22 is disposed close to the temperature transmitting unit 40 and generates a temperature signal corresponding to the fluid temperature based on the heat of the fluid transmitted through the temperature transmitting unit 40, and the pressure sensing element 21 ) can detect the degree of deformation of the diaphragm deformation part 10 and generate a pressure signal corresponding to the fluid pressure.

이와 같이, 압력 센싱 소자(21)와 온도 센싱 소자(22)가 하나의 칩에 실장되어 형성되는 MEMS 센서(20)는 하우징의 상부에 위치하는 통합 IC(30)와 전기적으로 연결되어 통합 IC(30)로 생성된 신호들을 전달할 수 있다.In this way, the MEMS sensor 20, which is formed by mounting the pressure sensing element 21 and the temperature sensing element 22 on one chip, is electrically connected to the integrated IC 30 located at the top of the housing to form an integrated IC ( 30), the signals generated can be transmitted.

한편, 도 2에서 도시하고 있지 않지만, 차량용 통합 센서 장치(100)는 하우징 내에 마련되고, MEMS 센서(20)와 전기적으로 연결되어 MEMS 센서(20)로부터 송수신되는 신호들의 보정 또는 처리를 수행하는 적어도 하나의 회로 요소를 더 포함할 수도 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 2, the integrated sensor device 100 for a vehicle is provided in a housing, is electrically connected to the MEMS sensor 20, and performs at least correction or processing of signals transmitted and received from the MEMS sensor 20. It may also contain one more circuit element.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 통합 센서 장치(100)를 이용하여 유체의 온도와 압력을 각각 센싱하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a process of sensing the temperature and pressure of a fluid using the integrated sensor device 100 for a vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 차량용 통합 센서 장치(100)는 압력 센싱 소자(21)와 온도 센싱 소자(22)로 구성된 MEMS 센서(20)를 이용하여 유체의 온도와 압력을 동일한 위치에서 동시에 측정할 수 있다.Referring to FIG. 3, the integrated sensor device 100 for a vehicle can simultaneously measure the temperature and pressure of a fluid at the same location using a MEMS sensor 20 consisting of a pressure sensing element 21 and a temperature sensing element 22. there is.

예를 들어, 압력 센싱 소자(21)는 상기 유체의 압력에 의해 다이어프램 변형부(10)가 변형되면, 이를 감지하여 유체의 압력을 측정하고, 측정된 압력에 상응하는 압력 신호를 생성할 수 있다.For example, the pressure sensing element 21 can detect when the diaphragm deformation part 10 is deformed by the pressure of the fluid, measure the pressure of the fluid, and generate a pressure signal corresponding to the measured pressure. .

온도 센싱 소자(22)는 온도 전달부(40)를 통해 전달되는 열에 기초하여 유체의 온도를 측정하고, 측정된 온도에 상응하는 온도 신호를 생성할 수 있다. 이 경우, 온도 센싱 소자(22)는 온도 변화에 대하여 전압 값이 비례적으로 가변하는 온도 감지 다이오드를 이용하여 유체의 온도에 상응하는 온도 신호를 생성할 수 있다. 생성된 압력 신호와 온도 신호는 통합 IC(30)로 전달되어 처리될 수 있다.The temperature sensing element 22 may measure the temperature of the fluid based on the heat transmitted through the temperature transmitting unit 40 and generate a temperature signal corresponding to the measured temperature. In this case, the temperature sensing element 22 may generate a temperature signal corresponding to the temperature of the fluid using a temperature sensing diode whose voltage value varies proportionally with respect to temperature changes. The generated pressure signal and temperature signal can be transmitted to the integrated IC 30 for processing.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 센서 장치는 유체의 온도를 측정하는 위치와 압력을 측정하는 위치를 일치시켜 압력 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the integrated sensor device for a vehicle according to an embodiment of the present invention has the effect of improving the precision of pressure measurement by matching the position where the temperature of the fluid is measured and the position where the pressure is measured.

또한, 본 발명은 온도 및 압력 센서를 하나의 동일 칩(chip) 상에 구현함으로써, 제작시의 공간 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of reducing space waste during manufacturing and reducing manufacturing costs by implementing the temperature and pressure sensors on one and the same chip.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features, and that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. Just do it. The scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .

100: 차량용 통합 센서 장치 10: 다이어프램 변형부
20: MEMS 센서 21: 압력 센싱 소자
22: 온도 센싱 소자 30: 통합 IC
40: 온도 전달부100: Integrated sensor device for vehicle 10: Diaphragm deformation unit
20: MEMS sensor 21: pressure sensing element
22: temperature sensing element 30: integrated IC
40: Temperature transmission unit

Claims (8)

온도 및 압력 측정이 가능한 차량용 통합 센서 장치에 있어서,
유체 통로에 결합되는 하우징과, 상기 하우징 하부에 구비되어 유체의 압력에 의해 변형되는 다이어프램 변형부;
상기 다이어프램 변형부의 상부면에 구비되며, 압력 센싱 소자와 온도 센싱 소자를 포함하는 MEMS 센서; 및
상기 MEMS 센서로부터 전달되는 신호를 디지털 방식으로 처리하는 통합 IC를 포함하고,
상기 MEMS 센서는 상기 압력 센싱 소자와 상기 온도 센싱 소자를 하나의 칩에 실장하여 형성되는, 차량용 통합 센서 장치.
In an integrated sensor device for a vehicle capable of measuring temperature and pressure,
a housing coupled to a fluid passage, and a diaphragm deformation portion provided at a lower portion of the housing and deformed by the pressure of the fluid;
A MEMS sensor provided on the upper surface of the diaphragm deformation unit and including a pressure sensing element and a temperature sensing element; and
It includes an integrated IC that digitally processes signals transmitted from the MEMS sensor,
The MEMS sensor is an integrated sensor device for a vehicle that is formed by mounting the pressure sensing element and the temperature sensing element on one chip.
 제1항에 있어서,
상기 압력 센싱 소자는 상기 유체의 압력에 상응하는 압력 신호를 생성 및 출력하는, 차량용 통합 센서 장치.
According to paragraph 1,
An integrated sensor device for a vehicle, wherein the pressure sensing element generates and outputs a pressure signal corresponding to the pressure of the fluid.
 제2항에 있어서,
상기 압력 센싱 소자는 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로 형태의 복수의 압력 센서용 저항들을 포함하는, 차량용 통합 센서 장치.
According to paragraph 2,
An integrated sensor device for a vehicle, wherein the pressure sensing element includes a plurality of pressure sensor resistors in the form of a Wheatstone bridge circuit.
 제1항에 있어서,
상기 온도 센싱 소자는 상기 유체의 온도에 상응하는 온도 신호를 생성 및 출력하는, 차량용 통합 센서 장치.
According to paragraph 1,
An integrated sensor device for a vehicle, wherein the temperature sensing element generates and outputs a temperature signal corresponding to the temperature of the fluid.
 제4항에 있어서,
상기 온도 센싱 소자는 상기 유체의 온도 변화에 대하여 전압 값이 비례적으로 가변하는 온도 감지 다이오드를 포함하는, 차량용 통합 센서 장치.
According to clause 4,
The temperature sensing element is an integrated sensor device for a vehicle, including a temperature sensing diode whose voltage value varies proportionally with respect to a change in temperature of the fluid.
 제1항에 있어서,
상기 다이어프램 변형부의 하부면으로부터 돌출 형성되고, 상기 유체의 열을 상기 온도 센싱 소자로 전달하는 온도 전달부를 더 포함하는, 차량용 통합 센서 장치.
According to paragraph 1,
An integrated sensor device for a vehicle, further comprising a temperature transfer unit that protrudes from a lower surface of the diaphragm deformation unit and transfers heat of the fluid to the temperature sensing element.
 제6항에 있어서,
상기 온도 전달부는 상기 하우징보다 열전달율이 높은 금속 재질로 형성되는, 차량용 통합 센서 장치.
According to clause 6,
An integrated sensor device for a vehicle, wherein the temperature transfer unit is formed of a metal material with a higher heat transfer rate than the housing.
 제6항에 있어서,
상기 온도 센싱 소자는 상기 온도 전달부에 가까운 상기 다이어프램 변형부의 상부면에 위치하고, 상기 압력 센싱 소자는 상기 온도 센싱 소자로부터 일정 거리만큼 이격되어 위치하는, 차량용 통합 센서 장치.According to clause 6,
The temperature sensing element is located on the upper surface of the diaphragm deformation part close to the temperature transmitting part, and the pressure sensing element is positioned at a certain distance away from the temperature sensing element.
KR1020220181567A 2022-12-22 Integrated sensor device for vehicle measuring temperature and pressure KR20240099757A (en)

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