KR19980023027A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다이어프램의 변위변화를 압전소자에 가해지는 압력을 통해 수위를 감지 함으로써 센서를 간략화하고 압전소자의 저항값 변화를 주파수와 전압출력이 가능하도록 하는 압력센서에 관한 것으로, 본 발명은 상,하부커버로 이루어진 본체 내부에 다이어프램을 갖고, 상기 상부커버에 원통형의 중공부가 형성되며, 상기 본체와 다이어프램에 의해 형성된 수압실의 압력변화에 따른 다이어프램의 변화에 의해 수압실내의 압력을 검지하는 압력센서에 있어서, 상기 상부커버의 중공부 상부 내주면에 조절나사가 나합되게 나사산을 형성하고, 상기 나사산의 하부에 압전소자를 설치하며, 다이어프램의 변위에 따른 변위량이 압전소자에 전달되게 상기 압전소자와 다이어프램의 상면에 설치된 플랜져 사이에 스프링을 설치하고, 상기 압전소자에 가해지는 압력의 변화에 따른 저항값 변화에 의해 분압되는 전압을 발진하는 전압제어발진회로로 구성됨을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor that simplifies a sensor by sensing a level of pressure through a pressure applied to the piezoelectric element to change a displacement of the diaphragm and enables a frequency and a voltage output to change in resistance of the piezoelectric element, A diaphragm having a diaphragm inside the body made of a lower cover, a cylindrical hollow part formed in the upper cover, and a pressure sensor for detecting the pressure in the pressure chamber by the change of the diaphragm according to a pressure change of the pressure chamber formed by the body and the diaphragm Wherein a screw thread is formed on the inner circumferential surface of the upper portion of the hollow portion of the upper cover to form a screw thread, a piezoelectric element is provided on the lower portion of the screw thread, a displacement amount of the diaphragm is transmitted to the piezoelectric element, A spring is provided between the flanges provided on the upper surface of the piezoelectric element, And a voltage control oscillation circuit which oscillates a voltage divided by a change in resistance value in accordance with a change in pressure to be released.
Description
도1은 종래 압력센서의 종단면도,1 is a longitudinal sectional view of a conventional pressure sensor,
도2는 종래 압력센서의 LC발진회로도,2 is an LC oscillation circuit diagram of a conventional pressure sensor,
도3은 본 발명의 압력센서를 보인 종단면도,3 is a longitudinal sectional view showing the pressure sensor of the present invention,
도4는 본 발명의 압전소자를 보인 것으로, (가)도는 평면도 (나)도는 단면도,Fig. 4 shows a piezoelectric element according to the present invention. Fig. 4A is a plan view, Fig.
도5는 본 발명의 전압제어발진회로를 보인 상세회로도,5 is a detailed circuit diagram showing the voltage-controlled oscillator circuit of the present invention,
도6은 본 발명의 압력변위에 따른 신호변환 특성도,6 is a signal conversion characteristic diagram according to the pressure displacement of the present invention,
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
10 : 본체, 11 : 상부커버, 12 : 하부커버, 13 : 다이어프램, 14 :중공부, 15 : 수압실, 16 : 유체도입부, 17 : 플랜져, 18 : 코일스프링, 19 : 리시버, 20 : 요홈, 21 : 나사산, 22 : 조절나사, 30 : 압전소자, 31 : 박막필름, 32 : 상부원판, 33 : 하부원판, 34 : 전선, 40 : 전압발진회로, R1-R6 : 저항, I1-14 : 인버터The present invention relates to a centrifugal force generating device and a fluid pressure generating device which are used in a centrifugal force generating device and a fluid pressure generating device. The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 3, wherein the piezoelectric vibrator comprises at least one piezoelectric vibrator. inverter
본 발명은 세탁기의 세탁수위를 감지하기 위한 변위센서에 관한 것으로, 특히 세탁량 변동에 따른 수압실내 압력을 압전소자의 저항변화를 통해 감지하여 세탁수위를 감지할 수 있도록 하는 압력센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a displacement sensor for detecting a washing water level in a washing machine, and more particularly, to a pressure sensor capable of detecting a water level in a washing machine by sensing a pressure of a hydraulic pressure in a room.
일반적으로 세탁기의 수위를 조절하는데 이용되는 압력센서는 세탁량 변동에 따른 수압실내 압력변화를 LC발진회로를 통해 주파수로 변화시키거나, 또는 전기, 기계적인 브릿지형태의 전압분배회로를 통해 세탁수위를 감지하는 방식이 있다.Generally, the pressure sensor used for controlling the level of the washing machine changes the pressure change of the hydraulic pressure chamber due to the fluctuation of the washing amount to the frequency through the LC oscillating circuit, or detects the washing water level through the voltage distribution circuit of the electric and mechanical bridge type .
일예로 종래의 압력센서는 제1도에 도시된 바와 같이 세탁기에 유입된 세탁수위에 따라 압력센서의 하부에 구비된 유체도입부(7)를 통해 전달된 압력이 다이어프램(2)을 변위시키게 된다.For example, as shown in FIG. 1, the conventional pressure sensor displaces the diaphragm 2 according to the washing water level introduced into the washing machine through the fluid inlet 7 provided at the lower portion of the pressure sensor.
즉, 하부커버(1)와 다이어프램(2)에 의해 형성된 수압실에 세탁수위 변동에 따른 변화된 압력이 다이어프램(2)에 작용하면서 상기 다이어프램(2) 상면에 순차적으로 설치된 퓨셔(3) 및 금속코어(4)가 스프링(5)을 밀어올려 보빈(6)의 중공부로 안내되고 이와 동시에 상기 금속코어(4)가 보빈(6)에 권선된 코일의 리액턴스값을 변화시킴으로써 수위를 감지할 수 있도록 구성되어 있다.That is, the pressure in the water pressure chamber formed by the lower cover 1 and the diaphragm 2 acts on the diaphragm 2, The metal core 4 is configured to detect the water level by changing the reactance value of the coil wound around the bobbin 6 while simultaneously pushing the spring 5 to the hollow portion of the bobbin 6 and at the same time, .
이때 보빈(6)에 권선된 코일의 리액턴스값은 금속코어(4)가 보빈(6) 내부로 진입하는 위치에 따라 비례적으로 커지며 발진주파수는 반대로 작아진다. 즉, 제2도와 같이 보빈에 권선된 코일로 이루어지는 LC발진회로의 발진주파수 변화에 의해 세탁수위를 감지함으로써 세탁수의를 조절할 수 있게 된다.At this time, the reactance value of the coil wound on the bobbin 6 is proportionally increased according to the position where the metal core 4 enters into the bobbin 6, and the oscillation frequency is reduced inversely. That is, the washing water level can be controlled by detecting the washing water level by the oscillation frequency change of the LC oscillation circuit including the coil wound on the bobbin as shown in FIG.
그러나 상기와 같이 발진주파수변화를 얻기 위해 LC발진회로를 채택한 종래기술은 압력센서 자체가 갖는 출력신호를 주파수로만 내주는 것에 반하여, 미세한 코일이 권선된 보빈(6)과 코일의 리액턴스값을 변화시키기 위한 금속코어(4)가 필수적이기 때문에 부품수가 증가에 따른 조립공수가 많을 뿐만 아니라 작업공정이 복잡하고, 또한 이러한 주파수방식이나 전압출력방식은 전기적 단일신호에 의존할 수 밖에 없는 문제점이 있다.However, in the prior art adopting the LC oscillation circuit for obtaining the oscillation frequency variation as described above, the output signal of the pressure sensor itself is outputted only in the frequency, while the resonance frequency of the bobbin 6 wound around the fine coil and the reactance value of the coil The number of assemblies due to the increase in the number of parts is large and the work process is complicated. In addition, such a frequency system and a voltage output system are dependent on an electrical single signal.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 특히 다이어프램의 변위 변화를 압전소자에 가해지는 압력을 통해 수위를 감지함으로써 센서를 간략화 할 수 있는 압력센서를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a pressure sensor capable of simplifying a sensor by detecting a water level through a pressure applied to a piezoelectric element in a displacement change of a diaphragm.
본 발명의 다른 목적은 압전소자의 저항값 변화를 주파수와 전압출력이 가능하도록 하는 압력센서를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a pressure sensor that enables frequency and voltage output to change the resistance value of a piezoelectric element.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상,하부커버로 이루어진 본체 내부에 다이어프램을 갖고, 상기 상부커버에 원통형의 중공부가 형성되며, 상기 본체와 다이어프램에 의해 형성된 수압실의 압력변화에 따른 다이어그램의 변화에 의해 수압실내의 압력을 검지하는 압력센서에 있어서, 상기 상부커버의 중공부 상부 내주면에 조절나사가 나합되게 나사산을 형성하고, 상기 나사산의 하부에 압전소자를 설치하며, 다이어프램의 변위에 따른 변위량이 압전소자에 전달되게 상기 압전소자와 다이어프램의 상면에 설치된 플랜져 사이에 스프링을 설치하고, 상기 압전소자에 가해지는 압력의 변화에 따른 저항값 변화에 의해 분압되는 전압을 발진하는 전압발진회로로 구성됨을 특징으로 한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a diaphragm comprising a diaphragm in a body made of upper and lower covers, a cylindrical hollow portion formed in the upper cover, Wherein a screw is formed on an inner peripheral surface of the upper portion of the hollow portion of the upper cover to form a screw thread and a piezoelectric element is provided on a lower portion of the screw thread, A spring is provided between the piezoelectric element and a flange provided on the upper surface of the diaphragm so as to be transmitted to the piezoelectric element and a voltage oscillated by a voltage divided by a change in resistance value according to a change in pressure applied to the piezoelectric element .
상기 압전소자와 스프링사이에 압전소자의 하면과 접면하고 그 대응측 중압부분이 스프링의 중공부에 삽입되는 리시버가 설치됨을 특징으로 한다.And a receiver is provided in which the lower surface of the piezoelectric element is sandwiched between the piezoelectric element and the spring and the corresponding intermediate pressure portion is inserted into the hollow portion of the spring.
상기 나사산의 하부 내주면에 압전소자의 외주면이 삽입되게 요홈이 형성됨을 특징으로 한다.And a groove is formed in the lower inner circumferential surface of the thread to insert the outer circumferential surface of the piezoelectric element.
상기 압전소자는 탄성부재에 의해 상하면이 겹층된 구조로 되어 있다.The piezoelectric element has a structure in which upper and lower surfaces are overlapped by an elastic member.
상기 전압제어발진회로는 저항 및 압력소자를 통해 분압된 전압을 궤한저항 및 인버터를 통해 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부에 증폭된 분압전압을 발진하기 위한 저항, 콘덴서 및 인버터로 이루어진 발진부로 구성됨을 특징으로 한다.The voltage-controlled oscillation circuit includes an oscillation unit including an amplifier for amplifying a voltage divided through a resistor and a pressure element through an inverse resistor and an inverter, and a resistor, a capacitor, and an inverter for oscillating the divided voltage amplified by the amplifier .
이러한 구성에 의하면, 수압실의 압력변화에 따라 다이어프램이 변위되면서 코일스프링에 압력이 전달됨과 동시에 이와 접면된 압전소자의 저항값이 변화되고 이의 저항값 변화에 의해 전압발진회로에서 출력되는 주파수 및 전압을 통해 수위를 감지할 수 있게 된다.According to this configuration, the pressure is transmitted to the coil spring while the diaphragm is displaced in accordance with the pressure change in the hydraulic pressure chamber, and the resistance value of the piezoelectric element connected to the coil spring is changed. The frequency and voltage output from the voltage oscillation circuit So that the water level can be detected.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명에 따른 압력센서의 종단면도로써, 이는 상,하부커버(11)(12)로 이루어진 본체(10)내부에 다이어프램(13)을 갖고, 상기 상부커버(11)에 원통형의 중공부(14)가 형성되며,상기 본체(10)와 다이어프램(13)에 의해 수압실(15)이 형성된다. 상기 수압실(15)의 하부에는 유체도입부(16)가 연통되어 이를 통해 작용하는 압력변화에 따라 다이어프램이 변위하면서 수압실내의 압력을 검지하도록 구성되어 있다.3 is a vertical sectional view of a pressure sensor according to the present invention. This is a structure in which a diaphragm 13 is provided inside a body 10 composed of upper and lower covers 11 and 12, And a pressure chamber 15 is formed by the main body 10 and the diaphragm 13. As shown in FIG. The fluid inlet (16) communicates with the lower portion of the hydraulic pressure chamber (15), and the diaphragm is displaced according to a pressure change acting through the fluid inlet (16).
상기 다이어프램(13)의 상면에는 플랜져(17)가 일체로 형성되며, 상기 플랜져(17) 상면에는 코일스프링(18)이 설치되어 다이어프램(13)의 변위에 따라 수축/신장하면서 후술할 압전소자(30)에 압력이 전달되게 구성한다.A flange 17 is integrally formed on the upper surface of the diaphragm 13. A coil spring 18 is provided on the upper surface of the flange 17 to shrink / extend the diaphragm 13 according to the displacement of the diaphragm 13, So that the pressure is transmitted to the element 30.
즉, 본 발명은 수위변동에 따른 수압실내 압력변화에 의해 다이어프램(13)의 변위가 변하면서 코일스프링(18)을 통해 압전소자(30)를 압착시키게 되고 이로 인해 변화하는 상기 압전소자(30)의 저항값을 통해 수압실내의 압력을 감지하게 된다.That is, according to the present invention, the displacement of the diaphragm 13 is changed by the pressure change of the pressure chamber due to the water level fluctuation, and the piezoelectric element 30 is compressed through the coil spring 18, The pressure of the pressure chamber is sensed through the resistance value of the pressure chamber.
부호 19는 리시버로써, 하면의 중앙부분이 상기 코일스프링(18)에 중앙에 삽입되며, 그 대향면인 상면이 압전소자(30)와 접면하면서 코일스프링(18)의 압력을 균일하게 전달하게 된다.Reference numeral 19 denotes a receiver. The central portion of the lower surface is inserted in the center of the coil spring 18, and the upper surface of the coil spring 18 contacts the piezoelectric element 30 to transmit the pressure of the coil spring 18 uniformly .
상기 압전소자(30)는 상부커버(11)의 상부 내주벽 둘레에 형성된 고정수단인 요홈(20)에 삽입되어 고정되며, 상기 요홈(20) 상부에는 중공부(14) 내부면에 나사산(21)이 형성되어 이와 나합되는 조절나사(22)에 조임력에 의해 압전소자(30)의 초기 저항값을 결정하게 된다.The piezoelectric element 30 is inserted and fixed in a groove 20 which is a fixing means formed around the upper inner peripheral wall of the upper cover 11. A thread 21 is formed on the inner surface of the hollow portion 14, And the initial resistance value of the piezoelectric element 30 is determined by the tightening force on the adjusting screw 22 which is attached thereto.
제4도는 상기 압전소자(30)를 보인 상세도로써, 상부커버(10) 중공부 내주면에 형성된 요홈(20)에 그 외주면이 형상결합되게 원판형으로 이루어져 있으며, 중앙에는 압력에 의해 저항값이 변화하도록 도전입자를 가열도포한 박막필름(31)이 구비되며, 그 양면으로 고무 등의 탄성체로 이루어진 상,하부원판(32)(33)이 겹층되는 구조로 되어 있다.4 is a detailed view showing the piezoelectric element 30. The piezoelectric element 30 has a circular plate shape in which the outer circumferential surface of the piezoelectric element 30 is coupled to a groove 20 formed in the inner peripheral surface of the hollow portion of the upper cover 10, And the upper and lower original plates 32 and 33 made of an elastic material such as rubber are laminated on both sides of the thin film film 31. As shown in Fig.
상기 박막필름(31)의 일측에는 가해지는 압력에 따라 변화하는 저항값을 전달하기 위한 전선(34)이 상부커버(11)의 측면에 형성된 통공(23)을 관통하여 본체(10) 외측에 구비된 PCB기판으로 이루어진 전압제어발전회로(40)와 전기적으로 연결된다.A wire 34 for transmitting a resistance value varying according to the pressure applied is provided on one side of the thin film 31 through the through hole 23 formed in the side surface of the upper cover 11 and is provided outside the main body 10 And is electrically connected to a voltage-controlled power generation circuit 40 composed of a PCB substrate.
상기 전압제어발진회로(40)는 제5도와 같이 전원과 연결된 저항(R1)과 상기 압전소자(20)의 저항값에 의해 전압이 분압되게 하고, 이의 분압전압이 궤환저항(R2)과 전압증폭용 인버터(I1)로 이루어진 증폭부(41)에서 증폭되어 저항(R3-R6), 콘덴서(C1)(C2) 및 인버터(I2-I4)로 이루어진 전압발진부(42)를 발진시켜 전압출력단(P1) 및 주파수출력단(P2)을 통해 출력되게 구성되며, 이를 근거로 제어수단(도면 생략)에서 수위를 감지하게 된다.The voltage controlled oscillating circuit 40 divides the voltage by the resistance R1 connected to the power source and the resistance value of the piezoelectric element 20 as shown in FIG. 5, and the voltage divided by the feedback resistance R2, The voltage oscillating unit 42 amplified by the amplifying unit 41 composed of the inverter I1 for oscillating the voltage oscillating unit 42 composed of the resistors R3-R6, the capacitors C1 and C2 and the inverters I2-I4, And a frequency output terminal P2. Based on this, a control means (not shown) senses the water level.
이와 같이 구성된 본 발명의 조립방법은 본체(10) 상부커버(11)의 중공부를 통해 코일스프링(18)과, 리시버(19)를 순차적으로 삽입한 후 압전소자(30)의 전선(34)을 상부커버(11) 측면에 형성된 통공(23)에 삽입하여 전압제어발진회로(40)와 전기적으로 연결하고 상기 압전소자(30)의 외주면을 요홈(20)에 억지삽입하여 고정시킨 후 조절나사(22)를 상부커버(11)에 나합하게 된다. 이 때 상기 압전소자(30)는 탄발력을 지니고 있기 때문에 요홈(20)에 삽입이 가능하게 된다.The assembled method of the present invention having such a structure is characterized in that the coil spring 18 and the receiver 19 are sequentially inserted through the hollow portion of the upper cover 11 of the main body 10 and then the electric wire 34 of the piezoelectric element 30 Is inserted into the through hole 23 formed in the side surface of the upper cover 11 to be electrically connected to the voltage control oscillating circuit 40 and the outer circumferential surface of the piezoelectric element 30 is securely inserted into the recess 20, 22 to the upper cover 11. At this time, since the piezoelectric element 30 has elastic force, the piezoelectric element 30 can be inserted into the groove 20.
그리고 본 발명은 상기 코일스프링(18)과 조절나사(22) 양방에서 압압되는 압력에 의해 압전소자(30)의 초기 저항값을 결정하게 된다.In the present invention, the initial resistance value of the piezoelectric element 30 is determined by the pressure that is applied by both the coil spring 18 and the adjusting screw 22.
제3도에 도시한 도면은 유체압이 가해지기 전의 상태로써 다이어프램(13)은 최하단에 위치한다.3 is a state before the fluid pressure is applied, and the diaphragm 13 is located at the lowermost position.
이러한 상태에서 유체도입부(16)를 통해 수압실(15)에 압력이 작용하게 되면, 다이어프램(13)이 상승하면서 코일스프링(18)에 압력을 가하게 되고 이의 압력이 압전소자(30)에 전달된다. 이 때 상기 코일스프링(18)과 압전소자(30) 사이에 구비된 리시버(19)에 의해 코일스프링(18)의 압력이 압전소자(30)에 균일하게 전달되어 정확한 압력전달이 가능하게 된다.In this state, when pressure is applied to the pressure chamber 15 through the fluid inlet 16, the diaphragm 13 rises and pressure is applied to the coil spring 18 and the pressure is transmitted to the piezoelectric element 30 . At this time, the pressure of the coil spring 18 is uniformly transmitted to the piezoelectric element 30 by the receiver 19 provided between the coil spring 18 and the piezoelectric element 30, so that accurate pressure transmission is possible.
한편 압전소자(30)에 수압실에 작용하는 압력이 가해지게 되면, 저항값이 변화하게 되는데 이는 제5도와 같이 전원(Vcc)와 연결된 저항(R1)과 압전소자(30)의 저항값에 의해 인가접압이 분압되며, 그 분압된 전압이 인버터(I1)와 궤한저항(R2)을 통해 미세감소형 전압을 증폭시켜, 안전되고 직선성이 우수한 증가형 전압을 출력하게 된다.On the other hand, when a pressure acting on the pressure chamber 30 is applied to the piezoelectric element 30, the resistance value changes. This is due to the resistance value of the resistor R1 connected to the power source Vcc and the resistance value of the piezoelectric element 30, The applied voltage is divided, and the divided voltage amplifies the slightly reduced voltage through the inverter I1 and the feedback resistor R2, thereby outputting the increased voltage with excellent safety and linearity.
이 때 본 발명은 제6도와 같이 대수함수적으로 저항변화하는 압력소자의 특성곡선상에 직선성이 보이는 ① ② ③ 의 슬로프가 선택되어야 함은 상기 인버터(I1)와 궤한저항(R2)이 구현하는 전압특성에 직선성을 주기 위한 것이다.At this time, according to the present invention, the slope of (1) (2) (3) where the linearity is shown on the characteristic curve of the pressure device changing in resistance logarithmically as in the sixth aspect is selected. To give a linearity to the voltage characteristics.
이와 같은 증폭된 전압은 직접회로인 전압발진부(42)에 인가되는데, 이때 인버터(I2)(I3)는 전형적인 전압제어형 RC발진회로를 통해 분압전압을 발진하게 되고 그 발진주파수는 인버터(I4)를 통해 소정의 제어수단으로 출력된다.The amplified voltage is applied to a voltage oscillating unit 42 which is a direct circuit. At this time, the inverters I2 and I3 oscillate a divided voltage through a typical voltage controlled RC oscillation circuit, And is outputted to the predetermined control means through the control means.
또한 본 발명은 압력센서(30)에서 변화된 저항을 상기한 LC발진회로를 통해 전압변화를 실현할 수 있다.Further, the present invention can realize a voltage change through the LC oscillation circuit described above in which the resistance changed in the pressure sensor 30 is changed.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 수압실의 압력변화에 따라 변위하는 다이어프램의 변위가 스프링을 통해 압전소자에 전달되는 수압실내의 압력검지할 수 있도록 구성함으로써 부품수의 감소 및 작업공정을 단순화시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the displacement of the diaphragm displaced according to the pressure change of the hydraulic pressure chamber can be detected so as to detect the pressure in the hydraulic pressure chamber to be transmitted to the piezoelectric element through the spring, have.
Claims (5)
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1996
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