KR101584682B1 - 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치 - Google Patents

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KR101584682B1 KR1020140116929A KR20140116929A KR101584682B1 KR 101584682 B1 KR101584682 B1 KR 101584682B1 KR 1020140116929 A KR1020140116929 A KR 1020140116929A KR 20140116929 A KR20140116929 A KR 20140116929A KR 101584682 B1 KR101584682 B1 KR 101584682B1
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김태완
장지상
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세종공업 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 압력감지장치는, 상하방향으로 길이를 갖되 상측이 제1 상측구와 제2 상측구로 분기되는 관통공 형상으로 형성되어 압력전달매체가 충전되는 압력검출챔버를 구비하는 하우징과, 상기 제1 상측구와 제2 상측구를 모두 덮도록 상기 하우징에 장착되되 상기 제1 상측구와 대응되는 부위에는 기판관통공이 형성되는 메인회로기판과, 상기 기판관통공을 밀폐시키도록 상기 메인회로기판의 상면에 장착되는 제1 센서칩과, 상기 메인회로기판의 저면 중 상기 제2 상측구와 대응되는 지점에 장착되는 제2 센서칩과, 상기 압력검출챔버의 하단을 밀봉시키도록 상기 하우징에 장착되는 다이어프램과, 상기 하우징의 상측을 덮도록 결합되며 상기 제1 센서칩 및 제2 센서칩과 전기적으로 연결되는 터미널단자를 구비하는 커넥터를 포함하는 압력센서; 상기 한 쌍의 압력센서에서 각각 출력된 두 개의 압력측정값을 비교 연산하여, 상기 압력센서의 이상유무를 판단하는 연산부; 및 상기 압력센서의 이상유무를 출력하는 출력부;를 포함하여 구성된다.

Description

자가진단 기능을 갖는 압력감지장치{Pressure sensing apparatus having self diagnosis}
본 발명은 압력센서의 이상유무를 자가 진단할 수 있는 압력감지장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 하나의 압력유로에 두 개의 압력센서를 병렬로 설치한 후 두 압력센서의 압력측정값을 연산함으로써 압력센서의 이상유무를 판단할 수 있는 압력감지장치에 관한 것이다.
압력센서는 자동차, 화학설비, 반도체 제조설비 등에서, 유체가 통과하는 유압장치에 설치되어 유체의 압력을 측정하는 데 주로 많이 이용되며, 예컨대 자동차의 매니폴드 압력, 엔진 유압, 연료전지 차량의 수소가스 또는 공기의 압력, 소음기 내의 배기가스 압력, 그외 기타 일반 산업용 압력계 등과 같이 저압에서 고압에 이르기까지 넓은 압력 범위를 고정밀도로 측정하는 데 사용된다.
이러한 압력센서에는 다양한 종류가 있으며, 이 중에서 다이어프램식 압력센서는 센서하우징의 압력도입구 측에 다이어프램이 밀봉구조로 설치된 것으로, 센서하우징 내에는 압력검출챔버가 형성되며, 이 압력검출챔버 내에는 오일 등과 같은 압력전달매체가 충전된 구조로 구성되어 있다. 이러한 다이어프램식 압력센서는 다이어프램이 외부 압력에 반응하면 압력전달매체가 센서칩 측으로 압력을 전달함으로써 외부 압력을 검출 내지 측정하도록 구성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 다이어프램식 압력센서에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 다이어프램식 압력센서의 사시도이고, 도 2는 종래의 다이어프램식 압력센서의 단면도이다.
일반적으로 다이어프램식 압력센서는 하우징(100), 결합용와셔(210)에 의해 상기 하우징(100)의 하단에 장착되는 다이어프램(200), 상기 하우징(100)의 상단에 구비된 커넥터(300)를 포함한다.
하우징(100)은 그 내부에 중공부(150)가 형성되고, 이 중공부(150) 내에는 메인회로기판(130) 및 센서칩(140)이 설치되어 있다. 한편, 하우징(100)은 중공부(150)내의 메인회로기판(130), 센서칩(140) 등의 설치 및 조립을 용이하게 할 수 있도록 제1 및 제2 하우징(110, 120)이 상호 조립가능하게 결합되도록 구성될 수 있다.
제1하우징(110) 및 제2하우징(120)이 상호 결합되는 부위 내측에는 중공부(150)가 마련되며, 하우징(100)의 중공부(150)는 제2 하우징(120)의 상부에 결합되는 커넥터(300)의 조립에 의해 마감된다. 이러한 하우징(100)의 중공부(150)에는 메인회로기판(130), 메인회로기판(130)측에 실장된 센서칩(140)이 설치될 수 있다. 커넥터(300) 내에는 복수의 터미널단자(310)가 배치되고, 각 터미널단자(310)에는 전극부재(320)가 개별적으로 접속되며, 각 전극부재(320)는 와이어본딩을 통해 센서칩(140)측에 접속되어 있다.
제1하우징(110)의 하측 외측면에는 유압장치(10)에 체결될 수 있도록 나사부(112)가 형성되며, 나사부(112)의 상측에는 오링 등과 같은 밀봉부재(220)가 구비된다. 제1 하우징(110)의 내부에는 센서칩(140)과 다이어프램(200)에 의해 각각 양단이 밀봉되는 압력검출챔버(114)가 형성되며, 압력검출챔버(114) 내에는 실리콘 오일 등과 같은 압력전달매체가 충전되어 있다. 따라서 다이어프램(250)이 외부의 압력에 의해 반응할 경우 그 압력이 압력전달매체를 통해 센서칩(140)측으로 전달되고, 메인회로기판(130)은 전달된 압력을 감지하여 전극부재(320) 및 터미널단자(310)를 통해 전기적신호로 출력하게 된다. 이와 같이 구성되는 종래의 다이어프램식 압력센서는 내부 구조가 비교적 단순하면서도 유압장치(10) 내의 압력을 보다 간편하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상기 센서칩(140)은 압력전달매체의 압력이 인가되었을 때 일측으로 미세하게 변형됨으로써 상기 압력전달매체의 압력신호를 출력하게 되는데, 상기 센서칩(140)이 일부 손상되거나 일측으로 휘어지도록 변형되는 경우, 압력전달매체의 압력신호는 정상적으로 출력되지 아니하게 된다는 문제점이 있다.
즉, 상기 센서칩(140)이 완전히 파손되지 아니하는 한, 사용자는 상기 센서칩(140)의 이상유무를 파악할 수 없으므로, 출력되는 압력측정값의 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다. 물론, 상기 센서칩(140)의 손상 여부를 주기적으로 감지하는 별도의 장치가 추가로 구비되면, 압력측정값의 신뢰성이 높아지지만, 이와 같은 경우 압력측정을 위한 장비비용이 과도하게 증가된다는 문제점이 있다.
KR 10-1201465 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 별도의 감지장비 없이도 센서칩의 이상유무를 스스로 진단할 수 있어 압력측정값의 신뢰도를 높일 수 있는 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압력감지장치는, 상하방향으로 길이를 갖되 상측이 제1 상측구와 제2 상측구로 분기되는 관통공 형상으로 형성되어 압력전달매체가 충전되는 압력검출챔버를 구비하는 하우징과, 상기 제1 상측구와 제2 상측구를 모두 덮도록 상기 하우징에 장착되되 상기 제1 상측구와 대응되는 부위에는 기판관통공이 형성되는 메인회로기판과, 상기 기판관통공을 밀폐시키도록 상기 메인회로기판의 상면에 장착되는 제1 센서칩과, 상기 메인회로기판의 저면 중 상기 제2 상측구와 대응되는 지점에 장착되는 제2 센서칩과, 상기 압력검출챔버의 하단을 밀봉시키도록 상기 하우징에 장착되는 다이어프램과, 상기 하우징의 상측을 덮도록 결합되며 상기 제1 센서칩 및 제2 센서칩과 전기적으로 연결되는 터미널단자를 구비하는 커넥터를 포함하는 압력센서; 상기 제1 센서칩 및 상기 제2 센서칩에서 각각 출력된 두 개의 압력측정값을 비교 연산하여, 상기 압력센서의 이상유무를 판단하는 연산부; 및 상기 압력센서의 이상유무를 출력하는 출력부;를 포함하여 구성된다.
상기 제1 센서칩은 상기 제1 상측구를 통해 상기 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 + 압력측정값을 출력하도록 장착되고, 상기 제2 센서칩은 제2 상측구를 통해 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 - 압력측정값을 출력하도록 뒤집어 장착되며,
상기 연산부는 상기 제1 센서칩과 제2 센서칩에서 출력된 두 개의 압력측정값을 합한 수치의 절대값이 사전에 설정된 기준값 이상인 경우, 압력센서 이상신호를 상기 출력부로 전달한다.
상기 제1 센서칩은 상기 제1 상측구를 통해 상기 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 + 압력측정값을 출력하도록 장착되고, 상기 제2 센서칩은 제2 상측구를 통해 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 + 압력측정값을 출력하도록 장착되며,
상기 연산부는 제1 센서칩과 제2 센서칩에서 출력된 두 개의 압력측정값을 합한 값이 기준값 이상인 경우, 압력센서 이상신호를 상기 출력부로 전달한다.
상기 제1 센서칩을 감싸 상기 메인회로기판의 상면에 장착되되 상기 제1 센서칩의 저면 중 가운데 부위와 대응되는 지점에 개구부가 형성된 제1 센서하우징과, 상기 제2 센서칩을 감싸 상기 메인회로기판의 저면에 장착되되 상기 제2 센서칩의 상면 중 가운데 부위와 대응되는 지점에 개구부가 형성된 제2 센서하우징을 더 포함한다.
본 발명에 의한 압력감지장치는, 하나의 압력유로에 병렬로 설치되어 압력측정값을 각각 출력하는 한 쌍의 압력센서; 상기 한 쌍의 압력센서에서 각각 출력된 두 개의 압력측정값을 비교 연산하여, 상기 압력센서의 이상유무를 판단하는 연산부; 및 상기 압력센서의 이상유무를 출력하는 출력부;를 포함하여 구성된다.
상기 압력센서는, 상하방향 관통공 형상으로 형성되어 압력전달매체가 충전되는 압력검출챔버를 구비하는 하우징; 상기 압력검출챔버의 상단을 밀봉시키도록 상기 하우징에 장착되는 메인회로기판과 센서칩; 상기 압력검출챔버의 하단을 밀봉시키도록 상기 하우징에 장착되는 다이어프램; 및 상기 하우징의 상측을 덮도록 결합되며 상기 센서칩과 전기적으로 연결되는 터미널단자를 구비하는 커넥터를 포함하여 구성되고,
상기 연산부는 한 쌍의 압력센서에서 출력된 두 개의 압력측정값 차이가 기준치 이상인 경우, 압력센서 이상신호를 상기 출력부로 전달한다.
상기 압력센서는, 상하방향 관통공 형상으로 형성되어 압력전달매체가 충전되는 압력검출챔버를 구비하는 하우징; 상기 압력검출챔버의 상단을 밀봉시키도록 상기 하우징에 장착되는 메인회로기판과 센서칩; 상기 압력검출챔버의 하단을 밀봉시키도록 상기 하우징에 장착되는 다이어프램; 및 상기 하우징의 상측을 덮도록 결합되며 상기 센서칩과 전기적으로 연결되는 터미널단자를 구비하는 커넥터를 포함하여 구성되되,
상기 한 쌍의 압력센서 중 어느 하나의 압력센서에 구비된 센서칩은 저면에 압력이 인가되어 상향으로 볼록해지는 방향으로 변형될 때 + 압력측정값을 출력하도록 장착되고, 상기 한 쌍의 압력센서 중 다른 하나의 압력센서에 구비된 센서칩은 저면에 압력이 인가되어 상향으로 볼록해지는 방향으로 변형될 때 - 압력측정값을 출력하도록 뒤집어 장착되며,
상기 연산부는 한 쌍의 압력센서에서 출력된 두 개의 압력측정값을 합한 수치의 절대값이 사전에 설정된 기준값 이상인 경우, 압력센서 이상신호를 상기 출력부로 전달한다.
상기 출력부는, 상기 센서칩의 이상신호를 전달받았을 때 경고음을 출력하는 스피커와, 상기 센서칩의 이상신호를 전달받았을 때 경고화면을 출력하는 디스플레이창 중 하나 이상을 구비한다.
본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치는, 별도의 감지장비 없이도 센서칩의 이상유무를 스스로 진단할 수 있어 압력측정값의 신뢰도가 높고, 센서칩의 이상이 진단되었을 때 사용자에게 음향 또는 화상으로 알림으로써 잘못된 압력측정을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 다이어프램식 압력센서의 사시도이다.
도 2는 종래의 다이어프램식 압력센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치 제2 실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치 제3 실시예의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치 제4 실시예의 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치의 단면도이다.
본 발명에 의한 압력감지장치는 다이어프램식 압력센서(10)를 이용하여 바디(20) 내부의 압력을 측정하면서, 압력센서(10)에 내장된 센서칩(140)의 이상유무를 자가 진단할 수 있는 장치로서, 도 3에 도시된 바와 같이 바디(20)의 압력유로(21)에 장착된 압력센서(10)와, 상기 압력센서(10)에서 각각 출력된 두 개의 압력측정값을 비교 연산하여 상기 압력센서(10)의 이상유무를 판단하는 연산부(30)와, 상기 압력센서(10)의 이상유무를 출력하는 출력부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 압력센서(10)는, 상하방향으로 길이를 갖되 상측이 제1 상측구(114a)와 제2 상측구(114b)로 분기되는 관통공 형상으로 형성되어 압력전달매체가 충전되는 압력검출챔버(114)를 구비하는 하우징(100)과, 상기 제1 상측구(114a)와 제2 상측구(114b)를 모두 덮도록 상기 하우징(100)에 장착되되 상기 제1 상측구(114a)와 대응되는 부위에는 기판관통공(132)이 형성되는 메인회로기판(130)과, 상기 기판관통공(132)을 밀폐시키도록 상기 메인회로기판(130)의 상면에 장착되는 제1 센서칩(140a)과, 상기 메인회로기판(130)의 저면 중 상기 제2 상측구(114b)와 대응되는 지점에 장착되는 제2 센서칩(140b)과, 상기 압력검출챔버(114)의 하단을 밀봉시키도록 상기 하우징(100)에 장착되는 다이어프램(200)과, 상기 하우징(100)의 상측을 덮도록 결합되며 상기 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)과 전기적으로 연결되는 터미널단자(310)를 구비하는 커넥터(300)를 포함하여 구성된다.
바디(20) 내측으로 고압의 유체가 유입되면, 다이어프램(200)이 상향으로 가압됨에 따라 압력검출챔버(114) 내의 압력전달매체가 제1 상측구(114a)와 제2 상측구(114b)를 통해 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)의 저면을 상향 가압하게 되고, 상기 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)은 각각 상향으로 볼록해지는 방향으로 미세하게 변형되며, 상기 메인회로기판(130)은 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)의 변형에 따라 바디(20) 내부의 압력측정값을 전기적신호로 출력하게 된다. 이와 같이 다이어프램(200)에 압력이 인가되었을 때 상기 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)이 변형되고 이에 따라 메인회로기판(130)을 통해 전기적신호가 출력되는 일련의 동작은 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 압력센서의 동작과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세설명은 생략한다.
이때, 본 발명에 의한 압력감지장치는 단순히 센서칩이 2개 구비된다는 점에 특징이 있는 것이 아니라, 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)에서 측정된 압력측정값을 비교함으로써, 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)에서 측정된 압력측정값이 정상인지의 여부 즉, 압력센서(10)의 이상 유무까지 진단할 수 있도록 구성된다는 점에 특징이 있다.
이때, 다이어프램식 압력센서(10)에 적용되는 센서칩(140a, 140b)은, 압력 인가에 의해 일측으로 휘어지도록 변형될 때 + 압력측정값이 출력되고, 타측으로 휘어지도록 변형될 때 - 압력측정값이 출력되는데, 이와 같이 인가된 압력에 의해 변형되는 방향 즉, 휘어지는 방향에 따라 + 압력측정값과 - 압력측정값이 선택적으로 출력되는 센서칩(140a, 140b)의 특성은, 종래의 다이어프램식 압력센서(10)에 적용된 센서칩(140)에도 동일하게 구현되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
예를 들어 도 3에 도시된 실시예와 같이 제1 센서칩(140a)이 메인회로기판(130)의 상면에 장착되고 제2 센서칩(140b)은 뒤집어져 메인회로기판(130)의 저면에 장착되는 경우, 제1 센서칩(140a)은 제1 상측구(114a)를 통해 인가되는 압력에 의해 + 압력측정값을 출력하고, 제2 센서칩(140b)은 제2 상측구(114b)를 통해 인가되는 압력에 의해 - 압력측정값을 출력하게 된다.
이때, 제1 센서칩(140a) 변형에 의해 출력된 + 압력측정값과 제2 센서칩(140b) 변형에 의해 출력된 - 압력측정값은, + - 부호만 다를 뿐 절대값 크기는 동일하거나 거의 유사하게 나타난다. 따라서 상기 연산부(30)는 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)에서 출력된 두 개의 압력측정값 합이 0인 경우 압력센서(10)가 정상인 것으로 판단하고, 출력된 두 개의 압력측정값 합이 0이 아닌 경우 압력센서(10)가 고장인 것(더 명확하게는 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b) 중 적어도 어느 하나가 고장인 것)으로 판단하여 압력센서(10) 이상신호를 상기 출력부(40)로 전달하도록 구성된다. 물론, 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)이 모두 정상이더라도 출력되는 압력측정값에 약간의 오차가 발생될 수 있으므로, 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)에서 출력된 두 개의 압력측정값 합이 정확하게 0이 아니고 사전에 설정된 일정 범위 이내에서 0에 근접하기만 하더라도 상기 연산부(30)는 압력센서(10)가 정상인 것으로 판단하도록 설정될 수도 있다.
상기 언급한 바와 같이 제1 센서칩(140a)이 + 압력측정값을 출력하고 제2 센서칩(140b)이 - 압력측정값을 출력하도록 구성되면, 두 개의 압력측정값 합이 얼마나 0에 가까운지를 판단하여 압력센서(10)의 이상유무를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 두 개의 압력측정값 합이 + 값인지 또는 - 값인지를 구분하여 제1 센서칩(140a)에 이상이 있는지 또는 제2 센서칩(140b)에 이상이 있는지 까지도 판별할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어 제1 센서칩(140a)에서 출력된 압력측정값이 + 10Pa 이고, 제2 센저칩(10b)은 고장이 나서 압력측정값을 0Pa로 출력하는 경우, 두 개의 압력측정값 합은 + 10Pa이 되는바, 사용자는 - 압력측정값을 출력하는 제2 센서칩(140b)이 고장임을 직관적으로 파악할 수 있다는 장점도 있다.
한편, 각 센서칩(140a, 140b)이 메인회로기판(130)이 밀착되면 압력이 인가되었을 때 정상적으로 휘어지지 못할 수 있으므로, 상기 센서칩(140a, 140b)는 메인회로기판(130)과 이격되도록 장착됨이 바람직하다. 즉, 본 발명에 의한 압력감지장치는, 제1 센서칩(140a)을 감싸 상기 메인회로기판(130)의 상면에 장착되되 상기 제1 센서칩(140a)의 저면 중 가운데 부위와 대응되는 지점에 개구부가 형성된 제1 센서하우징(142a)과, 상기 제2 센서칩(140b)을 감싸 상기 메인회로기판(130)의 저면에 장착되되 상기 제2 센서칩(140b)의 상면 중 가운데 부위와 대응되는 지점에 개구부가 형성된 제2 센서하우징(142b)을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 센서하우징(142a)과 제2 센서하우징(142b)이 추가로 구비되면, 각 센서칩(140a, 140b)이 휘어질 수 있는 공간이 확보되므로, 보다 정확한 압력측정값을 출력할 수 있게 된다.
한편, 상기 출력부(40)는 압력센서(10) 이상신호를 보다 효과적으로 사용자에게 전달할 수 있도록, 상기 압력센서(10)의 이상신호를 전달받았을 때 경고음을 출력하는 스피커를 포함하도록 구성되거나, 상기 압력센서(10)의 이상신호를 전달받았을 때 경고화면을 출력하는 디스플레이창을 포함하도록 구성될 수 있다. 물론, 상기 출력부(40)는 스피커와 디스플레이창을 모두 구비하여, 사용자에게 청각적 및 시각적으로 압력센서(10) 고장을 알리도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치 제2 실시예의 단면도이다.
본 발명에 의한 압력감지장치는, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)이 모두 동일한 방향을 향하도록 즉, 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)이 모두 압력검출챔버(114) 내의 압력전달유체에 의해 가압되었을 때 + 압력측정값을 산출하도록 설치될 수 있다.
2개의 센서칩(140a, 140b)이 모두 정상인 경우에는 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)에서 측정된 압력측정값이 동일하게 산출되므로, 상기 연산부(30)가 두 개의 압력측정값을 빼기 연산한 수치(제1 센서칩(140a) 압력측정값에서 제2 센서칩(140b) 압력측정값을 뺀 값)는 0이 된다. 상기 연산부(30)는 연산 결과값이 0인 경우에는 출력부(40)로 압력센서 이상신호를 전달하지 아니한다.
반대로 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b) 중 어느 하나가 손상된 경우에는 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)에서 출력된 압력측정값 차이가 크게 발생되므로, 상기 연산부(30)가 두 개의 압력측정값을 빼기 연산한 수치(제1 센서칩(140a) 압력측정값에서 제2 센서칩(140b) 압력측정값을 뺀 값)의 절대값은 상당히 큰 수가 된다. 상기 연산부(30)는 연산 결과값이 0이 아닌 경우 출력부(40)로 압력센서 이상신호를 전달하여 압력센서(10)에 이상이 발생되었음을 사용자에게 알리게 된다.
물론, 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)이 모두 정상이더라도 출력되는 압력측정값에 약간의 오차가 발생될 수 있으므로, 제1 센서칩(140a) 및 제2 센서칩(140b)에서 출력된 두 개의 압력측정값이 완벽하게 동일하지 아니하고 허용범위 이내의 차이가 발생되더라도 즉, 제1 센서칩(140a) 압력측정값에서 제2 센서칩(140b) 압력측정값을 뺀 값이 정확하게 0이 아니고 오차범위 이내로 0에 근접한 경우에 있어서도 상기 연산부(30)가 압력센서(10)를 정상으로 판단하도록 설정될 수 있다. 한편, 압력센서(10) 이상유무를 판별하기 위한 두 개의 압력측정값 차이 기준은, 본 발명에 의한 압력감지장치가 사용되는 제품의 종류나 센서칩(140)의 감도, 바디(20) 내부의 압력크기 등 여러 가지 조건에 따라 적절하게 설정되어야 할 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치 제3 실시예의 단면도이다.
본 발명에 의한 압력감지장치는 하나의 압력센서(10)에 두 개의 센서칩(140)이 장착됨으로써 신뢰성 높은 압력측정값을 얻는 구조로 구성될 수도 있고, 두 개의 압력센서(10)를 이용하여 신뢰성 높은 압력측정값을 얻는 구조로 구성될 수도 있다.
즉, 본 발명에 의한 압력감지장치는, 하나의 압력유로(21)에 병렬로 설치되어 압력측정값을 각각 출력하는 한 쌍의 압력센서(10)와, 상기 한 쌍의 압력센서(10)에서 각각 출력된 두 개의 압력측정값을 비교 연산하여 상기 압력센서(10)의 이상유무를 판단하는 연산부(30)와, 상기 압력센서(10)의 이상유무를 출력하는 출력부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 압력센서(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 다이어프램식 압력센서(10)와 같이 센서칩(140)을 하나만 갖는 구조 즉, 상하방향 관통공 형상으로 형성되어 압력전달매체가 충전되는 압력검출챔버(114)를 구비하는 하우징(100)과, 상기 압력검출챔버(114)의 상단을 밀봉시키도록 상기 하우징(100)에 장착되는 메인회로기판(130) 및 센서칩(140)과, 상기 압력검출챔버(114)의 하단을 밀봉시키도록 상기 하우징(100)에 장착되는 다이어프램(200)과, 상기 하우징(100)의 상측을 덮도록 결합되며 상기 센서칩(140)과 전기적으로 연결되는 터미널단자(310)를 구비하는 커넥터(300)를 포함하여 구성된다. 바디(20) 내측으로 고압의 유체가 유입되면, 다이어프램(200)이 상향으로 가압됨에 따라 압력검출챔버(114) 내의 압력전달매체가 센서칩(140)의 저면을 상향 가압하게 되고, 상기 센서칩(140)은 상향으로 볼록해지는 방향으로 미세하게 변형되며, 상기 메인회로기판(130)은 센서칩(140)의 변형에 따라 바디(20) 내부의 압력측정값을 전기적신호로 출력하게 된다. 이와 같이 다이어프램(200)에 압력이 인가되었을 때 상기 센서칩(140)이 변형되고 이에 따라 메인회로기판(130)을 통해 전기적신호가 출력되는 일련의 동작은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바 있으므로, 이에 대한 상세설명은 생략한다.
한편, 상기 바디(20)의 내부에는 고압유체로 채워지는 압력유로(21)가 형성되되, 상기 압력유로(21)는 출구측은 두 개로 병렬 분기되는 구조 즉, 제1 압력출구(22) 및 제2 압력출구(23)를 포함하도록 구성되고, 상기 한 쌍의 압력센서(10)는 제1 압력출구(22)와 제2 압력출구(23)에 각각 장착되어 바디(20) 내부의 압력을 독립적으로 측정한다. 이때, 본 발명에 의한 압력감지장치는 단순히 압력센서(10)가 2개 구비된다는 점에 특징이 있는 것이 아니라, 2개의 압력센서(10)에서 측정된 압력측정값을 비교함으로써 각 압력센서(10)의 이상 유무까지 진단할 수 있도록 구성된다는 점에 특징이 있다.
도 5에 도시된 실시예와 같이 하나의 바디(20)에 동일한 구조의 압력센서(10)가 2개 장착되도록 구성되는 경우, 상기 연산부(30)는 한 쌍의 압력센서(10) 변형을 통해 출력된 두 개의 압력측정값의 차이에 따라 두 개의 압력센서(10) 중 적어도 어느 하나가 고장인 것(더 명확하게는 두 개의 센서칩(140) 중 적어도 어느 하나가 고장인 것)으로 판단하여 압력센서(10) 이상신호를 출력부(40)로 전달하도록 구성될 수 있다.
예를 들어 2개의 압력센서(10)가 모두 정상인 경우에는 2개의 압력센서(10)에서 측정된 압력측정값이 동일하게 산출되므로, 상기 연산부(30)가 두 개의 압력측정값을 빼기 연산한 수치(첫 번째 압력측정값에서 두 번째 압력측정값을 뺀 값)는 0이 된다. 이와 같이 두 개의 압력측정값을 빼기 연산한 수치가 0이 되는 경우 상기 연산부(30)는 출력부(40)로 압력센서 이상신호를 전달하지 아니하게 된다. 물론, 2개의 압력센서(10)가 모두 정상이더라도 출력되는 압력측정값에 약간의 오차가 발생될 수 있으므로, 한 쌍의 압력센서(10)에서 출력된 두 개의 압력측정값이 완벽하게 동일하지 아니하고 허용범위 이내에서 약간의 오차가 발생되더라도 즉, 첫 번째 압력측정값에서 두 번째 압력측정값을 뺀 값이 정확하게 0이 아니고 사전에 설정된 일정 범위 이내에서 0에 근접한 경우에 있어서도 상기 연산부(30)가 두 개의 압력센서(10)를 모두 정상으로 판단하도록 설정될 수 있다.
반대로 상기 한 쌍의 압력센서(10) 중 어느 하나의 압력센서(10)의 센서칩(140)이 손상된 경우에는 2개의 압력센서(10)에서 출력된 압력측정값 차이가 크게 발생되므로, 상기 연산부(30)가 두 개의 압력측정값을 빼기 연산한 수치(첫 번째 압력측정값에서 두 번째 압력측정값을 뺀 값)의 절대값은 상당히 큰 수가 되고, 이에 따라 출력부(40)는 압력센서 이상신호를 전달받아 압력센서(10)에 이상이 발생되었음을 사용자에게 알리게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이 구성되는 본 발명에 의한 압력감지장치를 이용하면, 사용자는 별도의 압력센서(10) 감지장비 없이도 압력센서(10)의 이상여부를 즉각적으로 인지할 수 있으므로, 상기 압력센서(10)의 고장 여부를 체크하지 아니하면서 바디(20) 내의 압력 측정에만 집중할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 2개의 압력센서(10)가 모두 정상인 경우, 2개의 압력측정값이 산출되는바, 보다 신뢰성 있는 압력 측정이 가능해진다는 장점도 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 압력센서(10)를 그대로 사용할 수 있으므로, 압력센서(10)를 새로 제작하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 바디(20)의 압력유로(21)로 고압의 유체가 유입되었을 때, 제1 압력출구(22)로 전달되는 압력과 제2 압력출구(23)로 전달되는 압력에 차이가 발생되면, 각각의 압력센서(10)에 장착된 센서칩(140)들이 모두 정상이더라도 2개의 압력측정값에 차이가 발생될 수 있으므로, 상기 제1 압력출구(22)와 제2 압력출구(23)의 형상은 동일하게 형성됨이 바람직하다. 예를 들어 제1 압력출구(22)와 제2 압력출구(23)는 본 실시예에 도시된 바와 같이, 대칭을 이루는 형상으로 형성됨으로써 각각의 압력센서(10)에 포함된 다이어프램(200)의 변형량이 동일하고, 이에 따라 각각의 센서칩(140)에 인가되는 압력 크기 역시 동일하게 설정됨이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치 제4 실시예의 단면도이다.
본 발명에 의한 자가진단 기능을 갖는 압력감지장치는, 도 5에 도시된 실시예와 같이 한 쌍의 압력센서(10)가 동일한 구조로 구성될 수도 있고, 도 6에 도시된 실시예와 같이 압력측정값이 하나는 양압(+압력)으로 출력되고, 다른 하나는 음압(-압력)으로 출력되도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 압력센서(10)는 제1 압력센서(10a)와 제2 압력센서(10b)로 구분되되, 제1 압력센서(10a)의 제1 센서칩(140a)은 도 5에 도시된 경우와 마찬가지로 저면에 압력이 인가되어 상향으로 볼록해지는 방향으로 변형될 때 제1 메인회로기판(130a)을 통해 + 압력측정값이 출력되도록 장착되고, 제2 압력센서(10b)에 구비된 제2 센서칩(140b)은 제1 센서칩(140a)을 뒤집은 것과 동일한 방향으로 장착됨으로써 저면에 압력이 인가되어 상향으로 볼록해지는 방향으로 변형될 때 제2 메인회로기판(130b)을 통해 - 압력측정값이 출력되도록 장착될 수 있다.
이때, 제1 센서칩(140a) 변형에 의해 출력된 + 압력측정값과 제2 센서칩(140b) 변형에 의해 출력된 - 압력측정값은 +, - 부호만 다를 뿐 절대값 크기는 동일하거나 거의 유사하게 나타난다. 또한, 제1 압력센서(10a)와 제2 압력센서(10b)는 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)의 장착 방향에 차이가 있을 뿐, 기타 나머지 구성요소들은 동일하므로 바디(20) 내의 압력에 의해 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b)을 통해 압력측정값이 출력되는 과정에 대한 상세설명은 생략한다.
도 6에 도시된 실시예와 같이 제1 압력센서(10a)가 + 압력측정값을 출력하고, 제2 압력센서(10b)가 - 압력측정값을 출력하도록 구성되면, 상기 연산부(30)는 한 쌍의 압력센서(10)에서 출력된 두 개의 압력측정값 합이 0인 경우 제1 압력센서(10a)와 제2 압력센서(10b)가 모두 정상인 것으로 판단하고, 출력된 두 개의 압력측정값 합이 0이 아닌 경우 제1 압력센서(10a)와 제2 압력센서(10b) 중 적어도 어느 하나가 고장인 것(더 명확하게는 제1 센서칩(140a)과 제2 센서칩(140b) 중 적어도 어느 하나가 고장인 것)으로 판단하여 압력센서(10) 이상신호를 상기 출력부(40)로 전달하도록 구성된다. 물론, 제1 압력센서(10a)와 제2 압력센서(10b)가 모두 정상이더라도 출력되는 압력측정값에 약간의 오차가 발생될 수 있으므로, 한 쌍의 압력센서(10)에서 출력된 두 개의 압력측정값 합이 정확하게 0이 아니고 사전에 설정된 일정 범위 이내에서 0에 근접한 경우에 있어서도 상기 연산부(30)가 제1 압력센서(10a)와 제2 압력센서(10b)를 모두 정상으로 판단하도록 설정될 수도 있다.
상기 언급한 바와 같이 제1 압력센서(10a)가 + 압력측정값을 출력하고 제2 압력센서(10b)가 - 압력측정값을 출력하도록 구성되면, 두 개의 압력측정값 합이 얼마나 0에 가까운지를 판단하여 제1 압력센서(10a)와 제2 압력센서(10b)의 이상유무를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 두 개의 압력측정값 합이 + 값인지 또는 - 값인지를 구분하여 제1 압력센서(10a)에 이상이 있는지 또는 제2 압력센서(10b)에 이상이 있는지 까지도 판별할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어 제1 압력센서(10a)에서 출력된 압력측정값이 + 10Pa 이고, 제2 압력센서(10b)의 고장으로 인해 제2 압력센서(10b)에서 출력된 압력측정값이 0Pa 인 경우, 두 개의 압력측정값 합은 + 10Pa이 되는바, 사용자는 - 압력측정값을 출력하는 제2 압력센서(10b)가 고장임을 직관적으로 파악할 수 있다는 장점도 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 압력센서 20 : 바디
21 : 압력도입구 22 : 제1 압력출구
23 : 제2 압력출구 30 : 연산부
40 : 출력부 100 : 하우징
114 : 압력검출챔버 130 : 메인회로기판
140 : 센서칩 200 : 다이어프램
300 : 커넥터 310 : 터미널단자

Claims (8)

  1. 상하방향으로 길이를 갖되 상측이 제1 상측구와 제2 상측구로 분기되는 관통공 형상으로 형성되어 압력전달매체가 충전되는 압력검출챔버를 구비하는 하우징과, 상기 제1 상측구와 제2 상측구를 모두 덮도록 상기 하우징에 장착되되 상기 제1 상측구와 대응되는 부위에는 기판관통공이 형성되는 메인회로기판과, 상기 기판관통공을 밀폐시키도록 상기 메인회로기판의 상면에 장착되는 제1 센서칩과, 상기 메인회로기판의 저면 중 상기 제2 상측구와 대응되는 지점에 장착되는 제2 센서칩과, 상기 압력검출챔버의 하단을 밀봉시키도록 상기 하우징에 장착되는 다이어프램과, 상기 하우징의 상측을 덮도록 결합되며 상기 제1 센서칩 및 제2 센서칩과 전기적으로 연결되는 터미널단자를 구비하는 커넥터를 포함하는 압력센서;
    상기 제1 센서칩 및 상기 제2 센서칩에서 각각 출력된 두 개의 압력측정값을 비교 연산하여, 상기 압력센서의 이상유무를 판단하는 연산부; 및
    상기 압력센서의 이상유무를 출력하는 출력부;를 포함하여 구성되고,
    상기 제1 센서칩을 감싸 상기 메인회로기판의 상면에 장착되되 상기 제1 센서칩의 저면 중 가운데 부위와 대응되는 지점에 개구부가 형성된 제1 센서하우징과, 상기 제2 센서칩을 감싸 상기 메인회로기판의 저면에 장착되되 상기 제2 센서칩의 상면 중 가운데 부위와 대응되는 지점에 개구부가 형성된 제2 센서하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력감지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 센서칩은 상기 제1 상측구를 통해 상기 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 + 압력측정값을 출력하도록 장착되고, 상기 제2 센서칩은 제2 상측구를 통해 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 - 압력측정값을 출력하도록 뒤집어 장착되며,
    상기 연산부는 상기 제1 센서칩과 제2 센서칩에서 출력된 두 개의 압력측정값을 합한 수치의 절대값이 사전에 설정된 기준값 이상인 경우, 압력센서 이상신호를 상기 출력부로 전달하는 것을 특징으로 하는 압력감지장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 센서칩은 상기 제1 상측구를 통해 상기 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 + 압력측정값을 출력하도록 장착되고, 상기 제2 센서칩은 제2 상측구를 통해 압력전달매체의 압력을 전달받았을 때 + 압력측정값을 출력하도록 장착되며,
    상기 연산부는 제1 센서칩과 제2 센서칩에서 출력된 두 개의 압력측정값을 합한 값이 기준값 이상인 경우, 압력센서 이상신호를 상기 출력부로 전달하는 것을 특징으로 하는 압력감지장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력부는, 상기 센서칩의 이상신호를 전달받았을 때 경고음을 출력하는 스피커와, 상기 센서칩의 이상신호를 전달받았을 때 경고화면을 출력하는 디스플레이창 중 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 압력감지장치.
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