KR200291930Y1

KR200291930Y1 - 정전용량형 센서

Info

Publication number: KR200291930Y1
Application number: KR2020020021332U
Authority: KR
Inventors: 남성호
Original assignee: 울파기술 주식회사
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2002-10-11

Abstract

본 고안은 정전용량형 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절연층의 상단에 공통전극을 형성하고 하단에는 제1고정전극 및 제2고정전극을 형성하며 상기 제1, 제2고정전극의 하부에 측정 대상물과의 접촉 또는 압력에 의해 변위가 발생하는 가동전극을 형성함으로써 그 등가회로가 브릿지구조를 이루며, 상기 제1고정전극 및 제2고정전극과 가동전극간에 일정한 비례관계를 가지고 가변되는 정전용량이 형성되도록 구성된 정전용량형 센서에 관한 것이다.

Description

정전용량형 센서{CAPACITIVE SENSOR}

일반적으로 정전용량형 센서는 대향하는 전극이 이루는 간극에 형성된 정전용량의 변화를 감지하고, 상기 정전용량의 변화로 측정되는 전기적 특성을 이용하여 압력 등의 물리량을 측정하는 센서로서, 압력센서 또는 가속도센서로 사용되는 것이 보편적이다.

이러한 종래의 정전용량형 센서는 통상적으로 절연층의 표면에 접합되는 고정전극과 상기 고정전극에 대향하여 위치하는 가동전극으로 구성되며, 측정 대상물과의 접촉 또는 압력에 의한 가동전극의 변위에 따라 상기 고정전극과 가동전극 사이에 형성되는 정전용량의 변화량을 측정한다.

그러나, 상기 종래의 정전용량형 센서는 가동전극의 변위에 따른 고정전극과 가동전극 사이에 형성되는 정전용량에 있어서, 습도 등의 환경변화에 의하여 유전율이 변화되면 그 측정값이 달라지게 되므로, 정확한 측정을 위해서는 보상값을 반영해야 하는 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 절연층의 상단에 공통전극을 형성하고 하단에는 제1고정전극 및 제2고정전극을 형성하며 상기 제1, 제2고정전극의 하부에 측정 대상물과의 접촉 또는 압력에 의해 변위가 발생하는 가동전극을 형성함으로써 그 등가회로가 브릿지구조를 이루며, 상기 제1고정전극 및 제2고정전극과 가동전극간에 일정한 비례관계를 가지고 가변되는 정전용량이 형성되도록 구성된 정전용량형 센서를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 정전용량형 센서의 절개사시도이다.

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 정전용량형 센서의 등가회로도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 - 베이스 20 - 절연층

30 - 공통전극 40 - 제1고정전극

50 - 제2고정전극 60 - 가동전극

61, 62, 63 - 인출봉

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 고안에 따른 정전용량형 센서는 하부가 개구된 원통형상을 이루는 절연체로 형성된 베이스와, 상기 베이스의 내측 중심부에 위치하고 원통형상을 이루고 접합되는 절연층과, 상기 절연층의 상단면에 원판형상을 이루고 접합되는 공통전극과, 상기 절연층의 하단면에 상기 절연층과 동일한 외주면을 갖고 중심부가 관통된 고리형상을 이루고 접합되는 제1고정전극과, 상기 절연층의 하단면에 상기 제1고정전극의 내주면과 소정폭 이격되어 원판형상을 이루고 접합되는 제2고정전극과, 상기 제1고정전극 및 제2고정전극의 하부로 소정간격 이격되어 설치되고 외주부가 상기 베이스의 외측면으로 연장되는 가동전극과, 상기 공통전극 및 제1고정전극 및 제2고정전극과 각각 연결되고 상기 베이스의 외부로 돌출되어 형성되는 다수의 인출봉으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 특징은 상기 공통전극과 절연층과 제1고정전극 및 제2고정전극이 동심원통을 이루는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 정전용량형 센서의 절개사시도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 실시예에 따른 정전용량형 센서의 등가회로도이다.

상기 정전용량형 센서는 베이스(10)와 절연층(20)과 공통전극(30)과 제1고정전극(40)과 제2고정전극(50)과 가동전극(60)과 다수의 인출봉(61),(62),(63)으로 구성된다.

상기 베이스(10)는 하부가 개구된 원통형상을 이루는 절연체로서 형성되고,상기 인출봉(61),(62),(63)이 관통하는 관통공이 상단에 형성되어 있다.

상기 절연층(20)은 베이스(10)의 내측 중심부에 형성되는 원통형상의 절연체로서, 각각 상단과 하단에 상기 공통전극(30)과 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)이 동심원통을 이루도록 접합된다.

상기 공통전극(30)은 상기 베이스(10)의 내측보다 작은 직경을 갖는 원판형상을 이루고 상기 베이스(10)의 내주면과 소정간격 이격되어 상기 절연층(20)의 상단에 접합되며, 외부로 연장되는 인출봉(61)을 통하여 소정전압을 인가받는다.

상기 제1고정전극(40)은 상기 절연층(20)과 동일한 외주면을 가지며 중심부가 관통된 고리형의 판형상을 이루고 상기 절연층(20)의 하단에 접합되며, 외부로 연장되는 인출봉(62)을 통하여 소정전압을 인가받는다.

상기 제2고정전극(50)은 상기 절연층(20)과 동심을 갖는 원판형상을 이루고 상기 제1고정전극(40)의 내주면과 소정간격 이격되어 상기 절연층(20)의 하단에 접합되며, 외부로 연장된 인출봉(63)을 통하여 소정전압을 인가받는다.

상기 가동전극(60)은 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)의 하부로 소정간격 이격되어 상기 베이스(10)의 외측면으로 외주면이 드러나도록 설치되는 원판형상의 박막(薄膜) 금속판인 다이어프램으로서, 측정 대상물과의 접촉 또는 압력에 의해 휘어져 변위를 형성함으로써 가동전극이 된다.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 공통전극(30) 및 절연층(20)에는 상기 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)에서 연장된 인출봉(62),(63)이 관통하는 관통공이 형성되며, 상기 베이스(10)의 상단에도 인출봉(62),(63)과 상기공통전극(30)에서 연장된 인출봉(61)이 관통하는 관통공이 형성된다.

또한, 상기 각 인출봉(61),(62),(63)은 이러한 관통공을 통하여 외부로 연장되고, 외부전원에 의해 소정전압을 상기 공통전극(30)과 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)에 인가할 수 있는 전기전도체로써 형성된다. 이때, 상기 공통전극(30)에 형성된 관통공은 상기 인출봉(62),(63)보다 큰 직경을 갖도록 구성하여 상기 공통전극(30)이 상기 제1고정전극(40) 또는 제2고정전극(50)과 이루는 전기회로가 단락되지 않도록 한다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 고안에 따른 정전용량형 센서의 작용을 설명한다.

공통전극(30)과 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)으로 각각의 인출봉(61),(62),(63)을 통하여 소정의 전압을 인가하면 상기 공통전극(30)과 상기 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)의 사이에는 일정량의 정전용량이 형성되며, 상기 공통전극(30)과 상기 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)의 거리는 절연층(30)에 의해 일정하게 유지되므로 상기 정전용량은 고정값(C₀)을 갖는다.

또한, 가동전극(60)과 상기 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)의 사이에도 정전용량이 형성되고, 제1고정전극(40)과 가동전극(60)간의 정전용량을 C₁, 제2고정전극(50)과 가동전극(60)간의 정전용량을 C₂라고 하면, 도 2에서와 같은 등가회로로 구성할 수 있다. 여기서, C₁, C₂는 측정 대상물과의 접촉 또는 압력에 의한 가동전극(60)의 변위에 따라 가변되는 가변용량이며 그 변화량(△C₁, △C₂)을 측정함으로써 힘, 압력 등의 물리량을 계측할 수 있다.

가동전극(60)이 압력 등에 의해 변위를 형성할 때, 중심부분에서의 변위가 가장자리보다 크게 되므로 △C₂가 △C₁보다 크다.

이와 같이, 각 전극의 사이에 형성되는 정전용량은 두 개의 고정용량과 두 개의 가변용량을 갖는 브릿지회로를 구성하며, 이에 따라 상기 가동전극(60)과 상기 제1고정전극(40) 및 제2고정전극(50)의 사이에 형성되는 정전용량은 일정한 비례관계를 유지하며 가변되는 상대보상구조를 가진다.

이상 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 고안의 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안은 절연층의 상단에 공통전극을 형성하고 하단에 제1고정전극 및 제2고정전극을 형성함으로써, 평형정도가 우수하고 보다 용이하게 제작할 수 있다.

또한, 공통전극과 제1고정전극·제2고정전극 및 가동전극의 사이에 형성되는 4개의 정전용량이 브릿지구조를 이루게 되고, 제1고정전극 및 제2고정전극과 가동전극의 사이에 형성되는 두 가변용량이 일정한 비례관계를 갖고 가변되는 상대보상구조를 이룸으로써 습도 등의 환경변화에 의하여 유전율이 변화하더라도 그 값을 보상할 필요가 없다.

Claims

하부가 개구된 원통형상을 이루는 절연체로 형성된 베이스;

상기 베이스의 내측 중심부에 위치하고 원통형상을 이루고 접합되는 절연층;

상기 절연층의 상단면에 원판형상을 이루고 접합되는 공통전극;

상기 절연층의 하단면에 상기 절연층과 동일한 외주면을 갖고 중심부가 관통된 고리형상을 이루고 접합되는 제1고정전극;

상기 절연층의 하단면에 상기 제1고정전극의 내주면과 소정폭 이격되어 원판형상을 이루고 접합되는 제2고정전극;

상기 제1고정전극 및 제2고정전극의 하부로 소정간격 이격되어 설치되고 외주부가 상기 베이스의 외측면으로 연장되는 가동전극; 및

상기 공통전극 및 제1고정전극 및 제2고정전극과 각각 연결되고 상기 베이스의 외부로 돌출되어 형성되는 다수의 인출봉으로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서.
제 1항에 있어서,

상기 공통전극과 절연층과 제1고정전극 및 제2고정전극이 동심원통을 이루는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서.