KR102587393B1 - 통합 압력 및 온도 센서 - Google Patents

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센사타 테크놀로지스, 인크
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Abstract

유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치는 내부를 한정하는 커버를 포함한다. 서미스터 튜브는 내부에 적어도 부분적으로 위치 설정되며, 이 서미스터 튜브는 종축을 따라 실질적으로 연장된다. 포트 바디는 또한 내부에 적어도 부분적으로 위치 설정되며, 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위해 종축을 따라 연장되는 채널을 형성한다. 다이어프램은 포트 바디의 내부에 부착된다. 다이어프램은 채널 내의 유체에 노출된 제1 표면 및 채널로부터 밀봉된 제2 표면을 갖는다.

Description

통합 압력 및 온도 센서{INTEGRATED PRESSURE AND TEMPERATURE SENSOR}
본 발명은 센서들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 압력 및 온도 양자 모두를 감지하는 개선된 장치들에 관한 것이다.
압력 및 온도 감지 기술은 다양한 상이한 환경에서 점점 더 많은 응용 분야에서 통합되고 있다. 예컨대, 자동차 산업에서, 압력 및/또는 온도 센서들은 현재 많은 다른 것들 중에서 연료 시스템들, 제동 시스템들 및 차량 안정성 시스템들에 통합되고 있다. 감지 기술의 사용이 널리 보급됨에 따라, 압력 및 온도를 측정하기 위한 정확하고 저렴한 장치들에 대한 요구가 증가되고 있다. 또한, 기술이 계속 진화됨에 따라서, 여전히 신뢰할 수 있으면서 가능한 한 작은 공간을 차지하도록 구성된 센서들이 바람직하다.
본 발명의 기술은 정밀하고, 저렴하며, 제한된 공간을 차지하는 단일 장치에 통합된 압력 및 온도 센서를 제공함으로써 종래 기술의 결점들을 극복한다.
적어도 일부 실시예들에서, 본 발명의 기술은 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치에 관한 것이다. 이와 같은 감지 장치는 내부를 획정하는 커버를 포함하며, 이 커버는 내부에 환형 플랜지를 포함한다. 포트 바디(port body)는 더블 클린치 밀봉부를 형성하도록 환형 플랜지와 결합하는 외부 환형 링을 갖는다. 더블 클린치 밀봉부는 포트 바디를 커버에 기밀 밀봉한다. 포트 바디는 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위한 채널을 형성하도록 서미스터 튜브를 둘러싸는 내부 벽들을 더 구비하며, 상기 채널은 종축에 실질적으로 평행하게 연장된다. 적어도 하나의 다이어프램은 종축에 실질적으로 평행한 평면을 따라 포트 바디의 내부에 부착된다. 각각의 다이어그램은 채널에 대해 원위측의 표면에 결합된 적어도 하나의 압력 감지 소자를 구비한다. 감지 장치는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 전자 모듈 어셈블리를 더 포함한다. 제1 단부는 종축을 따라 서미스터 튜브 위에 배치되고, 복수의 전자 부품들을 갖는다. 제2 단부는 서미스터 튜브 내부에 배치되고, 전자 부품들에 전기적으로 연결된 복수의 서미스터 소자들을 갖는다. 각각의 서미스터 소자는 상이한 지정된 범위 내에서 온도를 감지하도록 교정된다. 각각의 압력 감지 소자는 상이한 지정된 범위 내에서 압력을 감지하고 전자 모듈 어셈블리로부터 오프셋되도록 교정된다.
적어도 일부 실시예들에서, 본 발명의 기술은 내부를 획정하는 커버를 갖는 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치에 관한 것이다. 서미스터 튜브는 적어도 부분적으로 내부에 있고, 이 서미스터 튜브는 종축을 따라 실질적으로 연장된다. 포트 바디는 내부에 적어도 부분적으로 배치되고, 포트 바디는 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위해 종축을 따라 연장되는 채널을 형성한다. 제1 다이어프램은 포트 바디 내부에 부착된다. 제1 다이어프램은, 채널 내의 유체에 노출된 제1 표면과, 채널로부터 밀봉된 제2 표면을 갖는다. 일부 실시예들에서, 서미스터 튜브는 포트 바디로부터 오프셋되고, 포트 바디는 더블 클린치 밀봉부를 통해 커버에 밀봉된다. 다른 실시예들에서, 포트 바디는 종축에 대해 서미스터 튜브를 둘러싸는 내부 벽들을 가지며, 채널은 포트 바디와 서미스터 튜브 사이에 형성된다. 그 후, 제1 다이어프램은 종축에 실질적으로 평행한 평면을 형성한다.
일부 실시예들에서, 감지 장치는 제1 다이어프램의 제2 표면에 결합된 제1 압력 감지 소자를 포함한다. 몇몇 경우에서, 감지 장치는 제1 다이어프램의 제2 표면에 결합된 제2 압력 감지 소자를 포함한다. 다른 실시예들에서, 제2 다이어프램은 포트 바디 내부에 부착되고 종축에 실질적으로 평행하게 연장된다. 제2 다이어프램은 채널 내의 유체에 노출된 제1 표면 및 채널로부터 밀봉된 제2 표면을 가질 수 있다. 제2 압력 감지 소자는 제2 다이어프램의 제2 표면에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 압력 감지 소자들은 각각 상이한 지정된 범위 내에서 압력을 감지하도록 교정된다. 또한 포트 바디의 상부와 접촉하도록 채널을 가로 질러 연장되는 하중 지지 플랜지를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 감지 장치는 또한 종축을 따라 실질적으로 연장되는 전자 모듈 어셈블리를 포함한다. 전자 모듈 어셈블리는 서미스터 튜브 내에 배치되고 서미스터 소자에 결합된 하단부를 갖는다. 이 전자 모듈 어셈블리는 서미스터 튜브 내의 전자 모듈 어셈블리의 하단부에 결합된 적어도 하나의 추가적인 하부 서미스터 소자를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 각각의 추가적인 하부 서미스터 소자는 상이한 지정된 범위 내에서 온도를 감지하도록 교정된다. 전자 모듈 어셈블리는 또한 종축을 따라 서미스터 튜브 위에 배치된 상단부를 포함할 수 있으며, 이 상단부는 복수의 전자 부품들을 구비한다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 기술은 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치에 관한 것이다. 감지 장치는 내부에 환형 플랜지를 갖는 내부를 형성하는 커버를 포함한다. 외부 환형 링을 가진 포트 바디가 내부에 배치된다. 외부 환형 링은 환형 플랜지와 결합하여 기계적 밀봉부를 형성하고, 포트 바디를 커버에 밀봉한다. 적어도 하나의 실시예에서, 기계적 밀봉부는 더블 클린치 밀봉부이다. 서미스터 튜브는 내부에 배치될 수 있고, 개방 상부 및 폐쇄 바닥부를 가질 수 있다. 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위해 서미스터 튜브와 커버 사이에는 채널이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 감지 장치는 전자 모듈 어셈블리를 포함한다. 전자 모듈 어셈블리는 서미스터 튜브 내부에 위치되고 복수의 하부 전자 부품들을 갖는 하단부를 포함한다. 전자 모듈 어셈블리는 또한 서미스터 튜브의 개방 상부를 통해 연장되는 중앙 부분을 갖는다. 마지막으로, 전자 모듈 어셈블리의 상단부는 서미스터 튜브 위에 배치되고 복수의 상부 전자 부품들을 갖는다. 전자 모듈 어셈블리의 하단부는 복수의 서미스터 소자들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 하단부 전자 부품들에는 신호 조절 전자 장치를 포함한다. 장치는 포트 바디 내부에 부착되고 채널에 실질적으로 평행한 평면을 형성하는 다이어프램을 포함할 수 있다. 다이어프램은 유체로부터 압력에 응답하여 구부러지도록 구성될 수 있다. 또한, 다이어프램의 굴곡에 기초하여 유체 환경의 압력을 감지하기 위해서 압력 감지 소자가 다이어프램의 표면에 결합될 수 있다.
개시된 시스템이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 그 제조 및 사용 방법을 보다 명확히 이해할 수 있도록 다음의 도면을 참조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 정면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 기술에 따른 포트 바디의 내부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 기술에 따른 전자 모듈 어셈블리의 사시도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 기술에 따라 통합 압력 및 온도 센서를 조립하는 방법을 도시한다.
도 7은 본 발명의 기술에 따른 로드 플랜지(load flange)를 사용하는 통합 압력 및 온도 센서의 단면도이다.
도 8a는 응력 프로파일을 나타내는 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 실시예의 사시도이다.
도 9a는 온도 프로파일을 나타내는 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 사시도이다.
도 9b는 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 실시예의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서의 다른 실시예의 단면도이다.
본 발명의 기술은 센서들과 관련된 많은 종래 기술 문제점들을 극복한다. 본원 명세서에 개시된 시스템 및 방법의 장점들 및 다른 특징들은 본 발명의 대표적인 실시예들을 설명하는 도면들과 관련하여 취해진 바람직한 특정 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 보다 더 명백해질 것이다. 본 명세서에서 사용되는 유사한 참조 번호들은 동일한 부분들을 나타낸다.
지금부터 도 1을 참조하면, 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 감지 장치를 대체로 100으로 도시한다. 장치(100)는 본 명세서에서 보다 충분히 논의되는 바와 같이 유체 환경(102) 내의 압력을 감지하기 위한 구성 요소들을 포함한다. 장치(100)는 분리 가능하게 함께 결합하여 내부 구성 요소들을 둘러싸고 있는 하우징(104) 및 커버(106)를 구비한다. 커버(106)는 유체 환경(102) 내에서 견고하게 고정될 수 있게 하는 나사 형성 바닥 부분(10)을 갖는다. 하우징(104)은 내부 구성 요소들을 외부 장치들과 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 수용할 수 있는 상부 출구(110)를 포함한다.
지금부터 도 2 및 도 3을 참조하면, 통합 압력 및 온도 센서의 단면도가 대체로 200으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 커버(206)는 장치(200)를 유체 환경(202) 내에 견고하게 유지시킨다. 유체 환경(202)으로부터 유체(228)를 수용하기 위한 채널(226)은 서미스터 튜브(224), 포트 바디(216) 및 커버(206) 사이에 형성된다. 일반적으로, 포트 바디(216)는 압력을 감지하기 위한 감지 소자들(230)을 포함하고, 서미스터 튜브(224)는 온도를 감지하기 위한 서미스터 소자들(232)을 포함한다. 채널(226)은 종축 "a"를 따라 연장되어, 유체 환경(202)의 흐름 "f"에 대해 유체를 횡방향으로 수용하도록 한다.
커버(206)는 내부 환형 플랜지(212)를 갖는 내부를 형성한다. 내부 환형 플랜지(212)는 포트 바디(216)의 외부 환형 링(214)과 결합하여 기계적 밀봉부(218)를 형성하고, 이에 따라 커버(206)를 포트 바디(216)에 밀봉한다. 도시된 실시예에서, 기계적 밀봉부(218)는 더블 크림프 밀봉부이다. 기계적 밀봉부(218)는 전자 모듈 어셈블리(222)가 안착되는 하우징(204) 및 커버(206)에 의해 형성된 캐비티(220)로 유체(228)가 들어가는 것을 방지한다. 전자 모듈 어셈블리(222)는 또한 안정성을 위해 지지 부재(248)에 의해 하우징(204) 및 포트 바디(216)에 부착된다.
도 2 내지 도 3을 계속 참조하면, 도시된 실시예에서, 서미스터 소자(232)는 채널(226) 내의 유체(228)가 서미스터 튜브(224)과 접촉함에 따라 온도를 추적한다. 본 예에서는 하나의 서미스터 소자(232)만이 도시되어 있지만, 본 명세서에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 여러 개의 서미스터 소자들(232)이 서로 상이한 범위 내에서 온도를 추적하기 위해서 서미스터 튜브(224) 내의 상이한 위치들 근처에서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 서미스터 소자들(232)은 서미스터 튜브(224) 내에 포함된 전자 모듈 어셈블리(222)의 하단부(242)를 따라 어딘가에 배치된다. 서미스터 소자들(232)은 전자 모듈 어셈블리(222)의 상단부(240) 상의 전기 부품들(238)과 전기적으로 소통한다. 예를 들어, 서미스터 소자들(232)은 상호 접속부(본원에서는 도시 생략)에 의해 전기 부품들(238)에 접속될 수 있다.
이와 유사하게, 압력에 대해서도, 2개의 감지 소자들(230)은 포트 바디(216)의 가요성 부분에 부착된다. 보다 구체적으로, 포트 바디(216)는 포트 바디(216)의 나머지 부분과 비교하여 감소된 폭을 갖는 하나 이상의 영역을 가진 측벽(234)을 갖는다. 측벽(234)의 내부 표면은 채널(226) 내에서 유체(228)에 노출된다. 이것은 측벽(234)의 하나 이상의 영역이 유체 환경(202) 내의 압력에 따라 구부러지게 한다. 예를 들어, 측벽(234)은 개별 다이어프램으로서 작용하고 각각의 감지 소자(230)의 아래에 배치되는 다수의 얇은 가요성 영역을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전체 측벽(234)은 다이어프램으로서의 역할을 할 수 있고, 하나 이상의 감지 소자들(230)은 측벽(234) 상의 상이한 위치들에 배치될 수 있다. 일반적으로, 감지 소자들(230)은 측벽(234) 또는 다이어프램의 외부 표면에 부착되어, 감지 소자들(230)과 유체(228) 사이의 물리적 접촉을 제한하거나 제거한다(특히, "측벽"과 "다이어프램" 용어들은 포트 바디(216)의 가요성 부분을 나타내기 위해서 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다). 감지 소자들(230)은 상호 접속부(236)를 통해 전자 모듈 어셈블리(222)의 상단부(240) 상의 전기 부품들(238)로 신호를 전송한다. 하우징(204), 커버(206) 및 포트 바디(216)의 결합은 채널(226) 내의 유체(228)로부터 격리된 감지 소자들(230)을 유지시킨다.
도시된 실시예에서, 측벽(234) 및 감지 소자들(230)은 종축 "a"에 평행한 평면[및 따라서 채널(226)에 평행하게]을 따라서 배치된다. 유체 채널 "a"에 평행한 평면을 따라 측벽(234) 및 따라서 감지 소자들(230)을 배치시킴으로써, 감지 소자들(230)은 본 명세서에서 더욱 더 자세히 논의되는 바와 같이 측벽(234)의 상이한 위치들에서 감지되는 다양한 크기의 압력에 대응하여 교정될 수 있다. 또한, 종축 "a"을 따라 많은 구성 요소들[즉, 전자 모듈 어셈블리(222), 서미스터 튜브(224), 측벽(234)]을 횡방향으로 배향시킴으로써, 감지 장치(200)의 폭은 감소되지만 정밀도는 여전히 유지되고 있다. 특히, 2개의 감지 소자들(230)이 도시되어 있지만, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 원하는 응용 분야에 따라 하나, 셋, 넷 또는 그 이상과 같은 다양한 양들의 감지 소자들(230)이 사용될 수도 있다.
지금부터 도 4를 참조하면, 포트 바디(216)의 바닥에서 본 내부 사시도가 도시된다. 가상선으로 도시된 감지 소자들(230)은 측벽(234)의 외부에 부착된다. 포트 바디(216)가 감지 장치(200)의 나머지 부분과 결합되어 실제로 사용되는 경우, 측벽(234)은 유체 채널(226)에 평행하게 인접할 것으로 예상된다. 따라서, 유체 채널(226)에 평행한 측벽(234)은 유체 채널(226)을 통한 유체(228)의 흐름에 수직으로 구부러진다. 감지 소자들(230)은 표면의 굴곡에 응답하여 압력을 감지하도록 설계된 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 감지 소자들(230)은 피에조 저항기를 갖는 스트레인 게이지일 수 있다. 측벽(234)이 구부러지면, 저항기의 저항은 그 굴곡에 응답하여 변화한다. 예를 들어, 하나 이상의 휘트스톤 브리지를 배치하여 각각의 감지 소자(230) 내에서 피에조 저항기의 저항의 변화를 측정함으로써, 스트레인 게이지(230)의 저항이 측정될 수 있다. 감지 소자(230) 내에서의 피에조 저항기의 저항에 기초하여, 측벽(234)의 위치의 굴곡 및 그에 따라서 유체 환경(202)에서의 유체의 압력이 결정될 수 있다. 저항은 상호 접속부(236)에 의해 전기 부품들(238)로 전달될 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 기술에 따른 전자 모듈 어셈블리를 대체로 도면 부호 222로 나타내고 있다. 하단부(242) 상에 위치된 하부 서미스터 소자(232)는 상단부(240) 상의 전기 부품들(238)과 전기 통신한다. 일반적으로, 전자 모듈 어셈블리(222)는 이 어셈블리(222)가 하우징(204)(도 2 및 도 3 참조)의 내부에서 서미스터 튜브(224)을 통해 연장되는 하단부(242) 및 서미스터 튜브(224) 위에 안착된 상단부(240)와 함께 종축 "a"를 따라 주행하도록 감지 장치 내에 통합되어 있다. 전기 부품들(238)은 감지 소자들(230) 및 서미스터 소자들(232)과 같은 다양한 다른 구성 요소들로부터 신호들을 저장, 해석, 변경 및/또는 전송하기 위한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 전기 부품들(238)은 다수의 본딩 패드들, 신호 처리 또는 전송 설비, 또는 하나 이상의 특정 용도의 집적 회로들을 포함할 수 있다. 전기 부품들(238)로부터의 신호는 상부 출구(210)를 통해 무선 신호 또는 하드 와이어 접속과 같은 다양한 수단들에 의해 외부 장치들로 전송될 수 있다.
지금부터 도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 본 발명의 기술에 따른 통합 압력 및 온도 센서(200)의 조립 방법이 도시된다. 도 6a를 참조하면, 서미스터 튜브(224)는 포트 바디(216)의 상부 개구부로 미끄러진다. 채널(226)은 포트 바디(216)의 더 큰 내경 "D1"과 서미스터 튜브(224)의 더 작은 외경 "D2" 사이에 부분적으로 형성된다. 서미스터 튜브(224)는 포트 바디의 내경 "D1"보다 약간 더 작은 외경 "D3"을 갖는 상부(244)를 갖는다. 따라서, 서미스터 튜브(224)의 상부는 포트 바디(216) 내부에서 단단히 놓이고, 이 2개의 부품들은 영구 결합을 위해서 상부 근처에서 함께 용접될 수 있다.
지금부터 도 6b를 참조하면, 전자 모듈 어셈블리(222)가 감지 장치(200)의 다른 구성 요소들에 부착된다. 전자 모듈 어셈블리(222)는 감지 장치(200)의 나머지 부분에 결합되기 전에 원하는 구성 요소들과 미리 고정된다. 예를 들어, 전자 모듈 어셈블리(222)의 하단부(242)는 전자 모듈 어셈블리(222)의 상단부(240) 상의 전기 부품들(238)에 전기적으로 결합되는 서미스터 소자(232)를 포함할 수 있다. 그 다음, 서미스터 튜브(224) 내에 써멀 페이스트가 도포된다. 전자 모듈 어셈블리(222)는 서미스터 튜브(224)의 개방된 상부를 진입하는 전자 모듈 어셈블리(222)의 하단부(242)로 종축 "a"을 따라 미끄러진다. 이후, 감지 소자들(230)은 전자 모듈 어셈블리(222) 상의 본딩 패드들(전기 부품들(238)의 일부)에 연결될 수 있다. 지금부터 도 6c를 참조하면, 전자 모듈 어셈블리는 또한 하우징(204) 및/또는 포트 바디(216)에 부착되어 전자 모듈 어셈블리(222)를 제위치에 고정시키는 지지 부재(248)에 기계적으로 부착된다.
지금부터 도 6d를 참조하면, 포트 바디(216)와 커버(206) 사이에는 더블 클린치 밀봉부(218)(즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 "더블 크림프" 또는 "더블 클린치")가 형성된다. 이 밀봉부(218)를 생성하기 위해, 포트 바디(216)는 포트 바디(216)의 환형 링(214)이 커버(206)의 환형 플랜지(212)에 대해 자리 잡은 상태로 커버(206)의 내부에 배치된다. 커버(206)는 포트 바디(216)의 재료보다 변형되기 더 쉬운 재료로 형성된다. 예를 들어, 포트 바디(216)가 강철인 반면에, 커버(206)는 알루미늄일 수 있다. 클린칭 부재(250)가 환형 플랜지(212)의 상부면 위에 배치된다. 클린칭 부재(250)가 아래로 밀릴 때, 환형 플랜지(212)의 상부면은 내측으로 가압되어 환형 링(214)의 상부면 위로 접힌다. 이러한 방식으로, 커버(206)의 환형 플랜지(212)는 이 환형 플랜지(212)가 환형 링(214)의 상부면 및 하부면 양자 모두에 대해 밀봉되어 더블 클린치 밀봉부(218)를 형성하도록 포트 바디(216)의 환형 링(214) 위로 접힌다. 더블 클린치 밀봉부(218)는 채널(226) 내의 유체(228)가 포트 바디(216)와 커버(206) 사이에서 캐비티(220)의 내부로 누출되는 것을 방지하는 기밀 밀봉부이다.
지금부터 도 6e를 참조하면, 내부 캐비티(220)를 완전히 밀봉하기 위해 하우징(204)이 장치(200)에 부착된다. 하우징(204)의 하부면과 커버(206)의 상부면은 종축 "a" 둘레로 연장되는 교번형 톱니(252)를 갖는다. 커버(206) 및 하우징(204)을 밀봉하기 위해, 하우징(204)은 종축 "a" 아래로 가압되고 하우징(204)의 하부면은 커버(206)의 상부면과 함께 크림프를 형성한다. 교번형 톱니(252)는 연동하고 하우징(204)과 커버(206) 사이의 내부 캐비티(220)는 밀봉된다.
지금부터 도 7을 참조하면, 로드 플랜지(654)를 갖는 서미스터 튜브(624)의 실시예가 도시된다. 본 명세서에 도시된 다른 실시예들과 다르게, 서미스터 튜브(624)의 상부는 일반적으로 서미스터 튜브의 중앙부와 실질적으로 동일한 직경 "D1"을 갖는다. 그러나, 서미스터 튜브(624)의 상부 개구부보다 약간 아래에는, 더 넓은 로드 플랜지(654)(직경 "D2"를 가짐)가 형성된다. 포트 바디(616)는 그 상단부가 넓은 내경 "D3"에서 D1보다 약간 큰 직경까지 안쪽으로 말려서, 포트 바디(616)가 서미스터 튜브(624)의 상부에 대해 꼭 맞게 용접되도록 한다. 보다 넓은 로드 플랜지(654)는 서미스터 튜브(624)가 포트 바디(616)에 대해 보다 단단히 가압되도록 채널(626) 내부로 유동하는 유체가 서미스터 튜브(624)의 로드 플랜지(654)로 상향 힘을 가하는 압력 캐비티를 형성한다. 이러한 방식으로, 로드 플랜지(654)는 서미스터 튜브(624)를 포트 바디(616)에 더욱 단단히 밀봉함으로써 유체 채널(626) 내의 증가된 압력에 반응한다.
지금부터 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 일부 실시예들에서 장치(200)는 하나 이상의 감지 소자(230)를 포함하도록 설계되고, 각각의 감지 소자는 상이한 범위 내에서 압력을 감지하도록 교정된다. 감지 소자들(230)의 위치 및 교정된 범위는 유체(228)에 의해 생성된 포트 바디(216) 상의 응력의 크기를 나타내는 응력 프로파일에 기초할 수 있다. 예를 들어, 도 8a에서 응력 프로파일은 측벽(234)의 나머지 부분에 비해 높은 정도의 응력을 받는 포트 바디(216)의 측벽(234)의 중앙을 따라 제1 위치 "a"를 나타낸다. 반대로, 측벽(234)의 측면에 대한 영역 "b"은 보다 낮은 응력을 나타낸다. 따라서, 그 설계는 측벽(234)이 가변 압력 영역(또는 가변 압력 영역에 걸친 단일 다이어프램) 위에 복수의 다이어프램의 역할을 할 수 있는 구성을 가져온다.
도 8b를 참조하면, 3개의 감지 소자들(230)이 측벽(234)에 장착된다. 제1 감지 소자(230a)는 제1 위치 "a"에 장착되고 가장 큰 굴곡을 경험한다. 위치 "a"에서, 유체 압력의 매우 작은 변화는 측벽(234)에서 굴곡을 유발할 수 있고 제1 감지 소자(230a)의 저항에 영향을 줄 수 있다. 그 결과, 제1 감지 소자(230a)는 측정되는 유체 환경(202)의 적용에 따라 예상되는 동작 범위 또는 임계 값들과 관련된 보다 좁은 압력 범위에 초점을 맞추기 위해 교정된다. 다른 한편으로, 다른 감지 소자들(230b, 230c)은 유체 환경(202)으로부터의 압력에 응답하여 작은 굴곡을 경험하는 위치 "b" 위에 적어도 부분적으로 장착된다. 그에 따라서, 다른 감지 소자들(230b, 230c)의 피에조 저항기는 이 하부 굴곡의 영역 둘레에 위치될 수 있다(본 발명의 예에서는 이것이 가정된 경우이다). 그 다음, 감지 소자들(230b, 230c)은 상이한 압력 범위에 대해서 교정된다. 이것은 더 넓은 압력 범위에 도달하거나 또는 다른 압력 감지 소자들(230)과 함께 중복성을 제공하는데 이점이 있을 수 있다. 사용자가 유체 환경(202)에서 실제 압력을 나타내지 않는 작은 서지의 결과로서 감지된 압력의 급격한 점프를 피하고자 할 때, 제2 위치 "b"에서 감지 소자들(230b, 230c)을 사용할 수도 있다. 특히, 이 실시예는 단지 예로서 제공된다. 다른 실시예에서, 보다 많거나 적은 감지 소자들(230)이 제공될 수 있다. 몇몇 경우들에서 감지 소자들(230)은 응력 프로파일에 따라 특정하게 위치되고 교정될 수 있다. 다른 경우들에서, 다수의 감지 소자들(230)은 중복성을 제공하고 정확도를 보장하기 위해서 동일하거나 또는 중첩되는 범위들로 교정될 수 있다.
이와 유사하게, 지금부터 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 장치(200)는 하나 이상의 서미스터 소자(232)를 포함하도록 설계되고, 각각의 서미스터 소자(232)는 상이한 범위 내에서 온도를 감지하도록 교정된다. 다수의 서미스터 소자들(232)을 다수의 위치에 사용하는 것은 서미스터 소자들(232)이 온도를 감지하는 것을 제외하고 전술한 바와 같이 다수의 감지 소자들(230)의 사용과 유사하다. 서미스터 소자들(232)의 위치 및 교정된 범위는 유체 온도의 결과로서 서미스터 튜브(224)의 다양한 부분에 의해 감지된 온도를 기술하는 온도 프로파일(즉, 도 9a)에 기초할 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 서미스터 소자(232c)는 유체 환경(202)(온도가 가장 높은 곳)에 가장 가깝게 위치되고 예상되거나 중요한 동작 범위의 특정 온도 범위에 집중하도록 교정될 수 있다. 다른 한편으로는, 서미스터 소자(232a)는 온도 변화를 최소로 경험하고 훨씬 더 넓은 범위를 감지하도록 교정되거나, 서미스터 튜브(224)에 의해 감지된 온도의 신속하고 비 전형적인 변화에 덜 민감한 위치로부터 용장성을 제공한다. 이와 유사하게, 몇몇 경우에서 복수의 서미스터 소자들(232)은 정확도 또는 용장성을 위해서 온도 프로파일의 유사한 영역들에 제공된다.
이제 도 10을 참조하면, 통합 압력 및 온도 감지 장치의 다른 실시예가 대체로 1000으로 도시된다. 도 2에 도시된 실시예와 달리, 장치(1000)는 서미스터 튜브(1024)로부터 오프셋된 포트 바디(1016)를 구비한다. 대신에, 커버(1006)는 종축 "a"를 따라 2개의 개별 채널들(1026, 1060)을 형성한다. 전자 모듈 어셈블리의 하부(1042)는 제1 채널(1060)에 삽입되고, 그 하부는 유체 환경(1002)에서 유체의 흐름 "f" 내에 직접 안착된다. 제2 채널(1026)은 유체의 유입을 허용하도록 유체 환경(1002)에 개방되어 있다. 포트 바디(1016)는 제2 채널(1026) 내에 부착되고, 커버(1006)의 내부 벽들과 함께 더블 클린치 밀봉부(1018)를 형성한다. 포트 바디(1016)는 채널(1026)을 통해 유체(1028)를 수용하고 그것을 측벽(1034)으로 향하게 한다. 측벽(1034)은 이 측벽(1034)이 종축 "a"에 수직인 평면을 따라 연장되는 것을 제외하고는 본 명세서에 도시된 다른 측벽(234)과 매우 유사한 다이어프램으로서 기능한다. 압력 감지 소자(1030)는 측벽(1034)의 굴곡을 감지하고 전자 모듈 어셈블리(1022)의 상부 상의 전자 장치(도시되지 않음)에 연결된다. 다른 실시예들과 유사하게, 하우징(204)은 커버(1006)에 부착되어 내부 캐비티(1020)를 밀봉한다. 장치(1000)는 설명되고 도시된 바와 같이 장치의 상이한 배향으로 인한 차이점을 제외하고는 본 발명의 기술의 다른 실시예들과 유사하게 기능한다.
당업자라면 몇몇 소자들의 기능들이 대안적인 실시예들에서 더 적은 소자들 또는 단일 소자에 의해 수행될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이와 유사하게, 일부 실시예들에서, 임의의 기능 소자는 도시된 실시예와 관련하여 설명된 것보다 적은 또는 상이한 동작을 수행할 수 있다.
또한, 예시의 목적으로 구별되는 것으로 도시된 기능 소자들(예컨대, 전자 장치, 압력 감지 소자, 온도 감지 소자 등)은 특정 구현 예에서 다른 기능 소자들 내에 통합될 수 있다.
본 발명의 기술이 바람직한 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 기술의 정신 또는 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 기술에 다양한 변경 및/또는 수정이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 각각의 청구 범위는 비록 그것이 원래 청구되지 않았더라도 여러 가지 방법으로 임의의 또는 모든 청구 범위에 따라 달라질 수 있다.

Claims (20)

  1. 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치로서,
    내부를 획정하고, 상기 내부에 환형 플랜지를 포함하는 커버;
    더블 클린치 밀봉부를 형성하도록 상기 환형 플랜지와 결합하는 외부 환형 링과, 상기 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위한 채널을 형성하도록 서미스터 튜브를 둘러싸는 내부 벽을 포함하고, 상기 채널은 종축에 실질적으로 평행하게 연장되는 것인 포트 바디;
    상기 종축과 실질적으로 평행한 평면을 따라 상기 포트 바디 내에 부착되는 적어도 하나의 다이어프램으로서, 상기 채널에 대해 원위측의 표면에 결합된 적어도 하나의 압력 감지 소자를 각각 구비하는 것인 적어도 하나의 다이어프램;
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 전자 모듈 어셈블리로서, 상기 제1 단부는 종축을 따라 상기 서미스터 튜브 위에 배치되고 복수의 전자 부품들을 구비하며, 상기 제2 단부는 상기 서미스터 튜브 내에 배치되고 상기 전자 부품들에 전기적으로 연결된 복수의 서미스터 소자들을 구비하는 것인 전자 모듈 어셈블리
    를 포함하고, 상기 서미스터 소자들은 각각 상이한 지정된 범위 내에서 온도를 감지하도록 교정되어 있고;
    상기 압력 감지 소자들은 각각 상이한 지정된 범위 내에서 압력을 감지하고 상기 전자 모듈 어셈블리로부터 오프셋되도록 교정되어 있으며;
    상기 더블 클린치 밀봉부는 상기 포트 바디를 상기 커버에 기밀 밀봉하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  2. 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치로서,
    내부를 획정하는 커버;
    적어도 부분적으로 상기 내부 내에 있고, 실질적으로 종축을 따라 연장되는 서미스터 튜브;
    적어도 부분적으로 상기 내부 내에 있는 포트 바디로서, 종축에 대해 상기 서미스터 튜브를 둘러싸는 내부 벽을 구비하여, 상기 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위해 종축을 따라 연장되는 채널을 포트 바디와 서미스터 튜브 사이에 형성하는 포트 바디;
    상기 포트 바디의 내부 벽 내에 부착되고 종축에 실질적으로 평행한 평면을 형성하는 제1 다이어프램으로서, 상기 채널 내의 유체에 노출된 제1 표면과, 상기 채널로부터 밀봉된 제2 표면을 갖는 제1 다이어프램;
    상기 제1 다이어프램의 제2 표면에 결합된 제1 압력 감지 소자;
    상기 포트 바디 내에 부착되고, 상기 종축에 실질적으로 평행하게 연장되며, 상기 채널 내의 유체에 노출된 제1 표면과 상기 채널로부터 밀봉된 제2 표면을 갖는 제2 다이어프램; 및
    상기 제2 다이어프램의 제2 표면에 결합된 제2 압력 감지 소자
    를 포함하고, 상기 서미스터 튜브는 상기 채널 내에 위치된 적어도 하나의 서미스터 소자를 구비하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압력 감지 소자들은 각각 상이한 지정된 범위 내에서 압력을 감지하도록 교정되어 있는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 서미스터 튜브는 상기 포트 바디의 상부와 접촉하도록 상기 채널을 가로질러 연장되는 하중 지지 플랜지를 포함하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  5. 제2항에 있어서, 실질적으로 상기 종축을 따라 연장되는 전자 모듈 어셈블리로서, 상기 서미스터 튜브 내에 위치되고 서미스터 소자에 결합된 하단부를 갖는 것인 전자 모듈 어셈블리를 더 포함하는 압력 및 온도 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전자 모듈 어셈블리는 상기 서미스터 튜브 내의 전자 모듈 어셈블리의 하단부에 결합된 적어도 하나의 추가적인 하부 서미스터 소자를 포함하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 추가적인 하부 서미스터 소자는 상이한 지정된 범위 내에서 온도를 감지하도록 교정되는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  8. 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치로서,
    내부를 획정하는 커버;
    적어도 부분적으로 상기 내부 내에 위치되고, 종축을 따라 실질적으로 연장되는 서미스터 튜브;
    적어도 부분적으로 상기 내부 내에 위치되는 포트 바디로서, 종축에 대해 상기 서미스터 튜브를 둘러싸는 내부 벽을 구비하여, 상기 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위해 종축을 따라 연장되는 채널을 포트 바디와 서미스터 튜브 사이에 형성하는 포트 바디;
    상기 포트 바디의 내부 벽 내에 부착되고 종축에 실질적으로 평행한 평면을 형성하는 제1 다이어프램으로서, 상기 채널 내의 유체에 노출된 제1 표면과, 상기 채널로부터 밀봉된 제2 표면을 갖는 제1 다이어프램; 및
    실질적으로 종축을 따라 연장되는 전자 모듈 어셈블리로서, 상기 서미스터 튜브 내에 위치되고 적어도 하나의 서미스터 소자에 결합된 하단부를 갖는 전자 모듈 어셈블리
    를 포함하고, 상기 서미스터 튜브는 상기 채널 내에 위치된 적어도 하나의 서미스터 소자를 구비하며;
    상기 전자 모듈 어셈블리는 상기 서미스터 튜브 내의 전자 모듈 어셈블리의 하단부에 결합된 적어도 하나의 추가적인 하부 서미스터 소자를 포함하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  9. 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치로서,
    내부를 획정하고, 상기 내부에 환형 플랜지를 포함하는 커버;
    상기 내부 내에 배치되는 포트 바디로서, 기계적 밀봉부를 형성하도록 상기 환형 플랜지와 결합하는 외부 환형 링을 구비하는 포트 바디;
    온도를 측정하기 위해 상기 내부에 있는 서미스터 소자; 및
    상기 포트 바디에 결합된 압력 감지 소자
    를 포함하고, 상기 기계적 밀봉부는 상기 포트 바디를 상기 커버에 밀봉하는 더블 클린치 밀봉부인 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 내부 내에 위치되고, 개방 상부 및 폐쇄 바닥부를 갖는 서미스터 튜브; 및
    상기 서미스터 튜브와 상기 커버 사이에 형성되고, 상기 유체 환경으로부터 유체를 수용하는 채널을 더 포함하는 압력 및 온도 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 서미스터 튜브 내에 배치되고 복수의 하부 전자 부품을 갖는 하단부; 상기 서미스터 튜브의 개방 상부를 통해 연장되는 중앙부; 및 상기 서미스터 튜브 위에 배치되고 복수의 상부 전자 부품들을 갖는 상단부를 구비하는 전자 모듈 어셈블리를 더 포함하는 압력 및 온도 감지 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전자 모듈 어셈블리의 하단부는 복수의 서미스터 소자들을 포함하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하단부의 전자 부품은 신호 조절 전자 장치를 포함하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 포트 바디 내에 부착되고, 상기 채널에 실질적으로 평행한 평면을 형성하며, 유체로부터의 압력에 응답하여 휘어지도록 구성되는 다이어프램; 및
    상기 다이어프램의 굴곡에 기초하여 상기 유체 환경에서 압력을 감지하기 위해 상기 다이어프램의 표면에 결합된 압력 감지 소자를 더 포함하는 압력 및 온도 감지 장치.
  15. 제2항에 있어서, 상기 서미스터 튜브는 상기 채널 내에서 중앙에 배치되는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  16. 제2항에 있어서, 상기 서미스터 튜브는 상기 포트 바디의 내경보다 작은 외경을 갖고, 상기 채널은 상기 서미스터 튜브의 외경과 상기 포트 바디의 내경 사이에 형성되는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  17. 제8항에 있어서, 상기 전자 모듈 어셈블리는, 상기 종축을 따라 상기 서미스터 튜브 위에 배치되고 복수의 상부 전자 부품들을 갖는 상단부를 포함하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  18. 제8항에 있어서, 추가적인 하부 서미스터 소자 각각은 상이한 지정된 범위 내에서 온도를 감지하도록 교정되어 있는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
  19. 유체 환경에서 압력 및 온도를 감지하는 장치로서,
    내부를 획정하는 커버;
    적어도 부분적으로 상기 내부 내에 위치되고, 실질적으로 종축을 따라 연장되는 서미스터 튜브;
    적어도 부분적으로 상기 내부 내에 위치되는 포트 바디로서, 종축에 대해 상기 서미스터 튜브를 둘러싸는 내부 벽을 구비하여, 상기 유체 환경으로부터 유체를 수용하기 위해 종축을 따라 연장되는 채널을 포트 바디와 서미스터 튜브 사이에 형성하는 포트 바디; 및
    상기 포트 바디의 내부 벽 내에 부착되고 종축에 실질적으로 평행한 평면을 형성하는 제1 다이어프램으로서, 상기 채널 내의 유체에 노출된 제1 표면과, 상기 채널로부터 밀봉된 제2 표면을 갖는 제1 다이어프램;
    을 포함하고, 상기 서미스터 튜브는 상기 채널 내에 위치된 적어도 하나의 서미스터 소자를 구비하며;
    상기 서미스터 튜브는 상기 포트 바디의 상부와 접촉하도록 상기 채널을 가로질러 연장되는 하중 지지 플랜지를 포함하는 것인 압력 및 온도 감지 장치.
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