KR100931153B1

KR100931153B1 - 대칭형 점도 센서

Info

Publication number: KR100931153B1
Application number: KR1020060101448A
Authority: KR
Inventors: 조진희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2026-10-18
Also published as: DE102007011833B4; CN101165468B; US7578172B2; KR20080035158A; DE102007011833A1; CN101165468A; US20080092637A1

Abstract

본 발명은 대칭형 점도 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진오일 또는 변속기 오일 등과 같은 유체의 점도를 측정할 수 있는 점도 센서에 관한 것으로서, 비틀림 진동자가 좌우 양측에 대칭으로 배열되어, 유체에 대한 센싱 유효 면적이 증대됨과 함께 탄성 범위내의 진동으로 점도를 유효하게 측정할 수 있도록 한 대칭형 점도 센서에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 결합축과; 이 결합축의 양끝단에 대칭으로 결합되는 좌측 및 우측 비틀림 진동자와; 상기 결합축의 중앙부분에 삽입 결합되는 제1 및 제2 절연체와; 상기 좌우측 비틀림 진동자와 각 절연체 사이에 내재되는 복수개의 진동수단과; 상기 진동수단의 구동 및 검출 신호를 송수신하는 신호 송수신 라인과; 상기 신호 송수신 라인을 통하여 구동 및 검출 신호를 수신하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서를 제공한다.

대칭형 점도 센서, 오일, 좌우측 비틀림 진동자, 압전소자, 비틀림 진동

Description

대칭형 점도 센서{Symmetrical viscosity sensor}

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서를 나타내는 분리 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서의 조립 상태를 보여주는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서의 장착 상태를 나타내는 사시도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서의 장착 상태를 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서에 대한 시험예로서, 표준 점도액에서 측정된 측정 결과를 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서에 대한 시험예로서, 엔진오일에 경유가 희석되었을 때 점도 측정 변화치를 나타내는 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서에 대한 시험예로서, 실차에 장착하여 상온에서 시동후 엔진오일에 대한 점도측정 결과를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 결합축 12 : 좌측 비틀림 진동자

14 ; 우측 비틀림 진동자 16 : 제1절연체

18 : 제2절연체 20 : 신호 송수신 라인

22 : 내부케이스 24 : 플라스틱 사출 케이스

26 : 인쇄회로기판 28 : 마이콤

30 : 외부 비틀림 진동판 32 : 내부 비틀림 진동판

34 : 진동축 36 : 암나사산

38 : 숫나사산 40 : 전원인가선

42 : 접지선 44 : 신호검출선

46 : 수신용 압전소자 48 : 송신용 압전소자

통상적으로, 차량용 엔진 오일 또는 변속기 오일 등의 점도를 측정하기 위하여 점도 센서가 사용되고 있으며, 이 점도 센서는 오일유로에 장치되어 유동되는 오일의 점도를 검출하는 역할을 한다.

이러한 역할을 하는 상기 점도 센서는 오일의 교환 시기를 자동으로 지시하는 장치 등의 일구성으로 사용될 수 있다.

엔진오일의 점도 특성은 오일의 기본 기능 중 윤활성능을 결정하는 중요한 요소이므로, 상기 점도센서는 다양한 환경조건에서 운행되는 차량에 있어서 엔진 내의 고진동 조건에서 연소 화합물로 인해 물리/화학적 변화를 동반하여 열화되는 오일 내에서 장기간 측정이 필요함으로 내진, 내열, 내식성이 요구된다.

종래기술로서, 일본 공개특허 공개번호 1978-107881에는 원형의 진동판이 서로 대향 배치된 점도측정장치가 개시되어 있고, 미국특허 6,247,354에는 센서부의 역할을 하는 압전판 공진기가 한 쌍을 이루고 있는 유체특성 검출센서가 개시되어 있으며, 또한 일본공개특허 공개번호 1994-148055에는 센서부에 해당하는 진동부가 한 쌍을 이루고 있는 점도측정장치가 개시되어 있으나, 이들 특허들은 모두 각 센서부가 단순 진동만을 하기 때문에 유체에 대한 점도 측정 결과가 정확하지 않은 단점이 있다.

또한 종래의 상용 점도계는 점도 측정부의 진동을 흡수하기 위해 질량이 큰 발란스(balance)를 부착하거나, 무거운 금속 지지대가 필요하여 보통 수 kg이상의 고중량이기 때문에 사용상 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 비틀림 진동자가 좌우 양측에 대칭으로 배열되어, 유체에 대한 센싱 유효 면적이 증대됨과 함께 탄성 범위내의 진동으로 점도를 유효하게 측정할 수 있고, 비틀림 진동에 의한 점도를 측정하는 비틀림 진동자(센서부)가 기하학적으로 완전 대칭형 구조로 되어, 장착부 영향이 없어 진동이 심한 엔진, 발전기, 변속기 등에 상시 측정 점도계로 적합하게 사용할 수 있으며, 무게가 10g정도의 초소형으로 제작 가능하여 사용상 매우 편리하게 사용할 수 있는 대칭형 점도 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 비틀림 진동자 및 진동수단이 절연체를 사이에 두고 외부로부터의 신호 교환 가능하게 대칭으로 배열되어 결합된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서를 제공한다.

바람직한 일구현예로서, 상기 비틀림 진동자는 결합축의 양끝단에 대칭을 이루며 결합되고, 상기 결합축의 중앙부분에 상기 절연체가 삽입 결합되며, 상기 좌우측 비틀림 진동자와 각 절연체 사이에는 복수개의 진동수단이 내재되는 구조를 갖되, 상기 진동수단의 구동 및 검출 신호를 송수신하는 신호 송수신 라인과; 상기 신호 송수신 라인을 통하여 구동 및 검출 신호를 수신하는 제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자의 각 안쪽 부분과, 상기 절연체와, 상기 진동수단과, 상기 신호 송수신 라인을 외부로부터 보호하기 위하여 감싸는 내부케이스와; 이 내부케이스를 에워싸는 플라스틱 사출 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 제어부는 상기 플라스틱 사출 케이스의 상단부에 내장되어 상기 신호 송수신 라인과 신호 교환 가능하게 연결되는 인쇄회로기판과, 이 인쇄회로기판으로부터 전송된 신호를 수신하는 마이콤을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자는 스테인레스 재질로 만들어진 대칭형 구조로서, 상기 플라스틱 사출 케이스의 외부로 노출되는 외부 비틀림 진동판과, 상기 플라스틱 사출 케이스 내부의 내부케이스에 내재되는 내부 비틀림 진동판과, 상기 외부 비틀림 진동판과 내부 비틀림 진동판 사이에 연결되어 상기 플라스틱 사출 케이스의 외부로 노출되는 진동축으로 구성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자의 각 내부 비틀림 진동판의 안쪽면 중앙부분에는 상기 결합축의 양끝단에 가공된 숫나사산이 결합될 수 있는 암나사산이 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 인쇄회로기판과 신호 교환 가능하게 연결된 신호 송수신 라인은 진동수단 구동을 위한 전원 인가선과, 접지선과, 진동수단의 검출신호를 수신하는 신호검출선으로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 진동수단은 상기 좌측 비틀림 진동자의 내부 비틀림 진동자와 절연체 사이에 내재되어 상기 전원 인가선의 신호를 받아 진동하는 복수개의 수신용 압전소자와, 상기 우측 비틀림 진동자의 내부 비틀림 진동자와 절연체 사이에 내재되어 상기 신호검출선을 통해 인쇄회로기판으로 검출신호 를 전송하는 복수개의 송신용 압접소자로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 진동수단의 수신용 압전소자 및 송신용 압전소자는 상기 내부 비틀림 진동자와 각 절연체 사이에 내재되되, 상기 결합축의 원주방향을 따라 각 4개씩이 등간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서를 나타내는 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서의 조립 상태를 보여주는 사시도이다.

본 발명의 대칭형 점도 센서는 비틀림 진동에 의한 점도를 측정하는 센싱부 즉, 좌측 및 우측 비틀림 진동자(12,14)가 양쪽에 기하학적으로 완전 대칭형 구조를 갖는다.

상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자(12,14)는 스테인레스 재질로 만들어진 대칭형 구조로서, 원판형의 외부 비틀림 진동판(30)과, 보다 작은 두께를 갖는 내부 비틀림 진동판(32)과, 상기 외부 비틀림 진동판(30)과 내부 비틀림 진동판(32)의 중심부를 일체로 이어주는 진동축(34)으로 구성되며, 상기 각 내부 비틀림 진동판(32)의 안쪽면 중심부에는 암나사산(36)이 가공되어 있다.

상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자(12,14)는 양끝단에 숫나사산(38)이 가공된 결합축(10)에 의하여 서로 연결되는데, 이 결합축(10)의 일측 숫나사산(38)이 좌측 비틀림 진동자(12)의 내부 비틀림 진동판(32)의 암나사산(36)에 나사결합되고, 타 측 숫나사산(38)이 우측 비틀림 진동자(14)의 내부 비틀림 진동판(32)의 암나사산(36)에 나사결합된다.

이때, 상기 결합축(10)의 중앙부분에는 제1 및 제2절연체(16,18)가 삽입 결합되며, 이 절연체(16,18)들은 후술하는 진동수단의 수신용 압전소자(46)와 송신용 압전소자(48)간의 접촉 및 쇼트 방지를 위하여 채택된 것이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2절연체(16,18)를 사용하면, 절연 성능은 좋아지지만, 도 1b 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 하나의 절연체(17)를 사용하여도 절연성능에는 문제가 없다.

상기 진동수단은 좌우측 비틀림 진동자(12,14)에 비틀림 진동을 제공하기 위한 수단으로서, 복수개의 수신용 압전소자(46) 및 송신용 압전소자(48)로 구성된다.

상기 복수개의 수신용 압전소자(46)는 상기 좌측 비틀림 진동자(12)의 내부 비틀림 진동판(32)와 제1절연체(16) 사이에 내재되고, 상기 복수개의 송신용 압전소자(48)는 상기 우측 비틀림 진동자(14)의 내부 비틀림 진동판(32)와 제2절연체(18) 사이에 내재된다.

바람직하게는, 상기 수신용 압전소자(46) 및 송신용 압전소자(48)는 상기 내부 비틀림 진동판(32)과 각 절연체(16,18) 사이에서 상기 결합축(10)의 원주방향을 따라 각 4개씩이 등간격으로 배치된다.

상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자(12,14)의 내부 비틀림 진동판(32)과, 상기 제1 및 제2절연체(16,18)와, 상기 복수개의 수신용 압전소자(46) 및 송신용 압전소 자(48)들은 외부로부터 보호하기 위하여 내부케이스(22)로 감싸여지고, 이 내부케이스(22)는 플라스틱 사출 케이스(24)에 의하여 다시 한 번 감싸여진다.

상기 플라스틱 사출 케이스(24)의 상단부에는 제어부로서 인쇄회로기판(26)이 내장되고, 이 인쇄회로기판(26)은 마이콤(28)과 신호 교환 가능하게 연결된다.

이때, 상기 인쇄회로기판(26)과 복수개의 수신용 압전소자(46)는 신호 송수신 라인(20)중 전원 인가선(40) 및 접지선(42)에 의하여 서로 신호 교환 가능하게 연결되고, 상기 인쇄회로기판(26)과 복수개의 송신용 압전소자(48)는 신호 송수신 라인(20)중 신호검출선(44)에 의하여 신호 교환 가능하게 연결된다.

본 발명에 따른 대칭형 점도 센서의 장착 상태를 나타내는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 좌우측 비틀림 진동자(12,14)의 외부 비틀림 진동판(30)과 진동축(34)은 플라스틱 사출 케이스(24)의 외부로 노출되는 상태가 되고, 상기 내부 비틀림 진동판(30)은 상기 플라스틱 사출 케이스(24) 내부의 내부케이스(22)에 내재되는 상태가 된다.

여기서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 대칭형 점도 센서의 동작을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 점도 센서의 대칭형 좌우측 비틀림 진동자(12,14)는 유체와 접촉하는 부분 즉, 좌우측 비틀림 진동자(12,14)의 외부 비틀림 진동판(30)이 전단운동을 할 수 있도록 구성되고, 외부 진동(엔진, 발전기, 변속기 등의 자체 진동)에 영향을 배제할 수 있도록 좌우측 비틀림 진동자(12,14)가 대칭형 구조로 제작된 점에 주안점이 있다.

또한, 비틀림 진동을 하는 좌우측 비틀림 진동자(12,14)는 진동 중심면에 대해 좌우 대칭 운동을 하고 관성 평형을 가지며, 대칭형 구조로 인해 각 진동자의 비틀림 변위가 중심에서 반전됨으로써 엔진의 진동에 의한 영향을 배제할 수 있다.

먼저, 제어부를 구성하는 마이콤(28)의 구동 신호가 인쇄회로기판(26)를 거쳐, 상기 전원 인가선(40)을 통하여 복수개의 수신용 압전소자(46)로 전송되면, 상기 복수개의 수신용 압전소자(46)는 비틀림 진동(상기 결합축의 축방향과 수직이 되는 방향의 비틀림 진동)을 하게 되고, 이때의 비틀림 진동은 좌우측 비틀림 진동자(12,14)의 내부 비틀림 진동판(32)과 진동축(34)을 거쳐 외부 비틀림 진동판(30)까지 전달된다.

따라서, 상기 좌우측 비틀림 진동자(12,14)의 진동축(34) 및 외부 비틀림 진동판(30)은 유체내에서 비틀림 진동을 하되, 진동 중심면에 대해 좌우 대칭 운동을 하게 된다.

다음으로, 유체내에서 비틀림 진동을 하는 좌우측 비틀림 진동자(12,14)의 진동축(34) 및 외부 비틀림 진동판(30)의 진동 주파수를 상기 복수개의 송신용 압전소자(48)에서 검출하게 되고, 이 검출신호는 상기 신호검출선(44)을 통하여 인쇄회로기판(26)을 거쳐 마이콤(28)으로 전송된다.

따라서, 상기 마이콤(28)에서 해당 유체의 점도를 계산하는 연산을 수행하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서의 시험예를 설명하기로 한다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서에 대한 시험예로서, 표준 점도액에서 측정된 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 엔진오일에 대한 표준 점도의 계산치(점선)와, 본 발명의 센서에 의한 측정치(실선)가 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다.

다른 시험예로서, 엔진오일에 경유가 희석되었을 때의 점도를 측정해 보았으며, 그 결과는 첨부한 도 6의 그래프에 도시된 바와 같다.

측정오일은 12,500km 주행하여 채취한 열화된 엔진 오일이며, 시험실에서 초기 점도를 측정하고, 일정 시간 마다 2%의 경유를 첨가하고, 교반하면서 점도를 측정하였다.

그 결과, 첨가된 경유가 증가할수록 점도가 크게 감소됨을 알 수 있었다.

또 다른 시험예로서, 본 발명의 점도센서를 실차에 장착하여 상온에서 시동후 엔진오일에 대한 점도를 측정하였으며, 그 결과는 첨부한 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같다.

도 7의 그래프에서 보듯이, 시동후 시간이 경과함에 따라 점도가 떨어짐을 알 수 있었고, 이는 오일온도 상승에 따른 것이며, 진동 및 노이즈가 수반된 엔진 내에서 점도가 잘 측정됨을 알 수 있었다.

이러한 시험예를 통하여, 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서가 엔진오일의 상황에 따라 변동되는 점도를 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 대칭형 점도 센서는 다음과 같은 효 과를 제공한다.

1) 비틀림 진동자가 좌우 양측에 대칭으로 배열되어, 유체에 대한 센싱 유효 면적이 증대됨과 함께 탄성 범위내의 진동으로 점도를 유효하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

2) 비틀림 진동에 의한 점도를 측정하는 비틀림 진동자(센서부)가 기하학적으로 완전 대칭형 구조로 되어, 장착부 영향이 없어 진동이 심한 엔진, 발전기, 변속기 등에 상시 측정 점도계로 적합하게 사용할 수 있다.

3) 무게가 10g정도의 초소형으로 제작 가능하여 사용상 매우 편리하게 사용할 수 있다.

Claims

좌측 비틀림 진동자 및 진동수단과 우측 비틀림 진동자 및 진동수단이 절연체를 사이에 두고 외부로부터의 신호 교환 가능하게 좌우 대칭으로 배열되어 결합되며,

상기 진동수단은 상기 좌측 비틀림 진동자의 내부 비틀림 진동자와 절연체 사이에 내재되어 전원 인가선의 신호를 받아 진동하는 복수개의 수신용 압전소자와, 상기 우측 비틀림 진동자의 내부 비틀림 진동자와 절연체 사이에 내재되어 신호검출선을 통해 인쇄회로기판으로 검출신호를 전송하는 복수개의 송신용 압접소자로 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서.
청구항 1에 있어서,

상기 좌측 비틀림 진동자와 우측 비틀림 진동자는 결합축의 양끝단에 대칭을 이루며 결합되고, 상기 결합축의 중앙부분에 제1 및 제2절연체가 삽입 결합되며, 상기 좌측 비틀림 진동자와 제2절연체 사이와, 상기 우측 비틀림 진동자와 제1절연체 사이에는 복수개의 진동수단이 내재되는 구조를 갖되,

상기 진동수단의 구동 및 검출 신호를 송수신하는 신호 송수신 라인과;

상기 신호 송수신 라인을 통하여 구동 및 검출 신호를 수신하는 제어부;

를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서.
청구항 2에 있어서,

상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자의 각 안쪽 부분과, 상기 제1 및 제2절연체와, 상기 진동수단과, 상기 신호 송수신 라인을 외부로부터 보호하기 위하여 감싸는 내부케이스와;

상기 내부케이스를 에워싸는 플라스틱 사출 케이스를 더 포함하는 것을 특징 으로 하는 대칭형 점도 센서.
청구항 3에 있어서,

상기 제어부는:

상기 플라스틱 사출 케이스의 상단부에 내장되어 상기 신호 송수신 라인과 신호 교환 가능하게 연결되는 인쇄회로기판과;

상기 인쇄회로기판으로부터 전송된 신호를 수신하는 마이콤을 포함하는 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서.
청구항 3에 있어서,

상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자는 스테인레스 재질로 만들어진 대칭형 구조로서,

상기 플라스틱 사출 케이스의 외부로 노출되는 외부 비틀림 진동판과;

상기 플라스틱 사출 케이스 내부의 내부케이스에 내재되는 내부 비틀림 진동판과;

상기 외부 비틀림 진동판과 내부 비틀림 진동판 사이에 연결되어 상기 플라스틱 사출 케이스의 외부로 노출되는 진동축으로 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서.
청구항 2 또는 청구항 5에 있어서,

상기 좌측 및 우측 비틀림 진동자의 각 내부 비틀림 진동판의 안쪽면 중앙부분에는 상기 결합축의 양끝단에 가공된 숫나사산이 결합될 수 있는 암나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서.
청구항 2에 있어서,

상기 신호 송수신 라인은,

상기 진동수단 구동을 위한 전원 인가선과;

접지선과;

상기 진동수단의 검출신호를 수신하는 신호검출선으로 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 진동수단의 수신용 압전소자 및 송신용 압전소자는 상기 내부 비틀림 진동자와 절연체 사이에 내재되되, 상기 결합축의 원주방향을 따라 각 4개씩이 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 대칭형 점도 센서.