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KR20170119283A - A strain gauge and a pressure sensor comprising thereof - Google Patents

A strain gauge and a pressure sensor comprising thereof Download PDF

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KR20170119283A
KR20170119283A KR1020167010125A KR20167010125A KR20170119283A KR 20170119283 A KR20170119283 A KR 20170119283A KR 1020167010125 A KR1020167010125 A KR 1020167010125A KR 20167010125 A KR20167010125 A KR 20167010125A KR 20170119283 A KR20170119283 A KR 20170119283A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diaphragm
resistors
resistor
strain
strain gauge
Prior art date
Application number
KR1020167010125A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김영덕
변을출
박봉현
Original Assignee
타이코에이엠피 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 타이코에이엠피 주식회사 filed Critical 타이코에이엠피 주식회사
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Abstract

실시 예에 따르면 압력 센서는, 다이어프램; 및 복수 개의 전극과, 복수 개의 저항을 포함하고 상기 다이어프램에 글래스 본딩되는 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 복수 개의 저항 중 적어도 하나 이상의 저항은, 상기 복수 개의 전극 중 서로 이격된 2개의 전극 사이의 공간에 배치될 수 있다.According to an embodiment, the pressure sensor includes a diaphragm; And a strain gauge including a plurality of electrodes and a plurality of resistors and being glass-bonded to the diaphragm, wherein at least one of the plurality of resistors is disposed in a space between two electrodes of the plurality of electrodes, .

Description

압력 센서{A STRAIN GAUGE AND A PRESSURE SENSOR COMPRISING THEREOF}A STRAIN GAUGE AND PRESSURE SENSOR COMPRISING THEREOF

아래의 설명은 압력 센서에 관한 것이다.The following description relates to a pressure sensor.

압력 센서는 압력을 측정하는 기구로, 예를 들면, 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 스트레인 게이지란, 물체가 외력으로 변형될 때 등에 변형을 측정하는 측정기를 말하며, 물체에 부착시켜 측정할 수 있다. 합금선은 인장방향의 변형을 받으면 길이가 증가하여 단면적이 감소되어 전기저항이 증가하며, 그 증가분을 측정할 수 있다. The pressure sensor is a mechanism for measuring pressure, for example, may include a strain gauge. A strain gauge is a measuring instrument that measures strain when an object is deformed by an external force. The strain gauge can be attached to an object and measured. When the alloy wire is deformed in the tensile direction, its length is increased, the cross-sectional area is decreased, and the electrical resistance is increased, and the increment can be measured.

실시 예의 목적은 센서 패키징을 소형화시킬 수 있는 압력 센서를 제공하는 것이다.The object of the embodiment is to provide a pressure sensor capable of miniaturizing the sensor packaging.

실시 예에 따르면 압력 센서는, 다이어프램; 및 복수 개의 전극과, 복수 개의 저항을 포함하고 상기 다이어프램에 글래스 본딩되는 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 복수 개의 저항 중 적어도 하나 이상의 저항은, 상기 복수 개의 전극 중 서로 이격된 2개의 전극 사이의 공간에 배치될 수 있다.According to an embodiment, the pressure sensor includes a diaphragm; And a strain gauge including a plurality of electrodes and a plurality of resistors and being glass-bonded to the diaphragm, wherein at least one of the plurality of resistors is disposed in a space between two electrodes of the plurality of electrodes, .

상기 복수 개의 저항은, 휘스톤 브릿지 회로의 형태로 배치되는 4개의 저항일 수 있다.The plurality of resistors may be four resistors arranged in the form of a Wheatstone bridge circuit.

상기 4개의 저항 중 제 1 저항 및 제 2 저항은 상기 스트레인 게이지의 가운데에 위치하고, 상기 4개의 저항 중 제 3 저항 및 제 4 저항은 상기 스트레인 게이지의 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 위치할 수 있다.A first resistor and a second resistor of the four resistors are located in the middle of the strain gage, and a third resistor and a fourth resistor of the four resistors may be respectively located at the left end and the right end of the strain gauge.

상기 제 3 저항 및 제 4 저항은 각각, 동일한 방향으로 길게 배치되는 복수 개의 압저항체를 포함할 수 있다. The third resistor and the fourth resistor may each include a plurality of piezoresistors arranged in the same direction.

상기 제 1 저항 및 제 2 저항은 각각, 상기 복수 개의 압저항체와 동일한 방향으로 길게 배치되는 적어도 하나 이상의 압저항체를 포함할 수 있다.Each of the first resistor and the second resistor may include at least one piezoresistive member arranged in the same direction as the plurality of piezoresistors.

상기 복수 개의 전극 및 상기 복수 개의 저항은 물리적으로 직렬 연결되어 하나의 폐루프를 형성할 수 있다.The plurality of electrodes and the plurality of resistors may be physically connected in series to form one closed loop.

상기 복수 개의 저항 중 적어도 하나 이상의 저항은, 복수 개의 압저항체; 및 상기 복수 개의 압저항체를 직렬로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결체를 포함할 수 있다.Wherein at least one of the plurality of resistors comprises: a plurality of piezoresistors; And at least one connecting body for connecting the plurality of piezoresistors in series.

상기 복수 개의 압저항체는 실리콘 와이어일 수 있다.The plurality of piezoresistors may be silicon wires.

상기 복수 개의 압저항체는 모두 서로 평행한 방향으로 길게 배치될 수 있다.The plurality of piezoresistors may be arranged long in a direction parallel to each other.

상기 적어도 하나 이상의 연결체의 응력 변형률은 상기 복수 개의 압저항체의 응력 변형률보다 낮을 수 있다.The stress strain of the at least one connecting body may be lower than the stress strain of the plurality of piezoresistors.

상기 적어도 하나 이상의 저항은, 상기 다이어프램 중 최대로 변형되는 위치에 배치될 수 있다.The at least one resistance may be disposed at a position where the diaphragm is deformed to the maximum.

상기 적어도 하나 이상의 저항은, 상기 다이어프램의 중심에 배치될 수 있다.The at least one resistance may be disposed at the center of the diaphragm.

실시 예에 따른 압력 센서는, 종래의 압력 센서에 비하여 비용적인 측면에서 유리한 장점이 있다. 또한, 센서 다이어프램의 강건 설계가 가능하고, 전체 센서 패키징을 소형화시킬 수 있다는 장점을 갖는다. The pressure sensor according to the embodiment is advantageous in terms of cost as compared with the conventional pressure sensor. Also, the sensor diaphragm can be robustly designed, and the entire sensor packaging can be miniaturized.

도 1은 일 실시 예에 따른 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 스트레인 게이지를 포함하는 압력 센서의 부분 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 압력 센서에서 측정된 거리별 스트레인의 값을 나타내는 그래프이다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 스트레인 게이지를 간략하게 도식화한 회로도이다.
도 6은 도 4의 스트레인 게이지를 포함하는 압력 센서의 부분 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 압력 센서에서 측정된 거리별 스트레인의 값을 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 3 및 도 7에 각각 도시된 그래프를 동시에 나타내는 그래프이다.
도 9 및 도 10은 도 6의 압력 센서의 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 스트레인 분포도를 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a strain gage according to one embodiment.
2 is a partial cross-sectional view of a pressure sensor including the strain gauge of FIG.
FIG. 3 is a graph showing the strain value of each distance measured by the pressure sensor of FIG. 2; FIG.
4 is a view showing a strain gage according to another embodiment.
5 is a simplified schematic diagram of the strain gauge of FIG.
6 is a partial cross-sectional view of a pressure sensor including the strain gauge of FIG.
FIG. 7 is a graph showing values of strain by distance measured by the pressure sensor of FIG. 6; FIG.
8 is a graph simultaneously showing the graphs shown in Figs. 3 and 7, respectively.
9 and 10 are graphs showing strain distributions according to pressure acting on the diaphragm of the pressure sensor of FIG.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. The components included in any one embodiment and the components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, the description of any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description thereof will be omitted in the overlapping scope.

도 1은 일 실시 예에 따른 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a strain gage according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 스트레인 게이지(10)는, 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 제 1 전극(11), 제 2 전극(12) 및 제 3 전극(13)을 포함할 수 있다. 제 1저항(R1)의 양단은 제 1 전극(11) 및 제 3 전극(13)에 연결되고, 제 2 저항(R2)의 양단은 제 2 전극(12) 및 제 3 전극(13)에 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따른 스트레인 게이지(10)는, 하프 브릿지 스트레인 게이지(Half bridge strain gauge)라고 할 수도 있다.Referring to FIG. 1, a strain gauge 10 according to an embodiment includes a first resistor R1, a second resistor R2, a first electrode 11, a second electrode 12, and a third electrode 13). Both ends of the first resistor R1 are connected to the first electrode 11 and the third electrode 13 and both ends of the second resistor R2 are connected to the second electrode 12 and the third electrode 13 . The strain gage 10 according to one embodiment may be referred to as a half bridge strain gauge.

제 1 저항(R1)은, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 압저항체(R11)와, 복수 개의 압저항체(R11)를 상하 방향으로 연결하는 연결체(R12)를 포함할 수 있다. 압저항체(R11)는 예를 들어 실리콘 와이어가 사용될 수 있다. 연결체(R12)는 예를 들어 알루미늄 재질일 수 있다.The first resistor R1 may include a plurality of piezoresistors R11 arranged in parallel with each other and a coupler R12 connecting the plurality of piezoresistors R11 in the vertical direction. For example, a silicon wire may be used as the piezoresistor R11. The connector R12 may be made of, for example, aluminum.

복수 개의 압저항체(R11) 보다 연결체(R12)의 응력변형률은 작을 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 제 1 저항(R1)의 응력변형률이 복수 개의 압저항체(R11)의 길이 방향으로 가장 커지게 된다.The stress strain of the connector R12 may be smaller than that of the plurality of piezoresistors R11. According to the above configuration, the stress strain of the first resistor R1 becomes largest in the longitudinal direction of the plurality of piezoresistors R11.

제 2 저항(R2)도 제 1 저항(R1)과 마찬가지의 구조를 가질 수 있으며, 제 2 저항(R2)의 압저항체는 제 1 저항(R1)의 압저항체(R11)와 동일한 방향으로 길게 배치될 수 있다.The second resistor R2 may have the same structure as the first resistor R1 and the resistor of the second resistor R2 may be arranged in the same direction as the resistor R1 of the first resistor R1 .

위와 같은 형상에 의하면 스트레인 게이지(10)가 다른 방향보다 특정한 방향(제 1 저항(R1)의 압저항체(R11)의 길이 방향)에 대하여 민감할 수 있다. 통상적으로 다이어프램(1a)은 원형으로 형성되고, 중공(1c)에 작용하는 압력에 의하면, 다이어프램(1a)의 변형은 다이어프램(1a)의 중심을 기준으로 방사상(즉, 2축 방향)으로 대칭되는 형상을 갖는다. 스트레인 게이지(10)가 특정한 방향(즉, 1축 방향)에 대하여 민감하게 반응하는 경우, 그와 직교하는 방향에 대한 변형에 의해 측정값의 오차가 발생되는 문제를 줄일 수 있으며, 결과적으로 스트레인 게이지(10)의 중심을 다이어프램(1a)의 중심과 정확하게 일치하게 배치하지 않더라도 비교적 정확한 변형률을 측정하는 것이 가능해 진다. According to the above configuration, the strain gage 10 can be sensitive to a specific direction (longitudinal direction of the piezoresistor R11 of the first resistor R1) in the other direction. Normally, the diaphragm 1a is formed in a circular shape, and the deformation of the diaphragm 1a is symmetric with respect to the center of the diaphragm 1a in the radial direction (i.e., in the biaxial direction) according to the pressure acting on the hollow 1c Shape. When the strain gauge 10 is sensitive to a specific direction (i.e., the uniaxial direction), it is possible to reduce the problem that an error in the measurement value is generated due to the deformation with respect to the direction orthogonal thereto, It is possible to measure a relatively accurate strain rate even if the center of the diaphragm 10 is not exactly aligned with the center of the diaphragm 1a.

도 2는 도 1의 스트레인 게이지를 포함하는 압력 센서의 부분 단면도를 나타내는 도면이다. 2 is a partial cross-sectional view of a pressure sensor including the strain gauge of FIG.

도 2를 참조하면, 압력 센서(1)는, 다이어프램(1a), 다이어프램(1a)을 지지하는 측벽(1b), 다이어프램(1a) 및 측벽(1b)에 의해 둘러 쌓여지는 중공(1c), 및 다이어프램(1a) 상에 배치되는 2개의 스트레인 게이지(10)를 포함할 수 있다. 한편, 중공(1c)의 폭을 "A", 측벽(1b)의 두께를 "B", 다이어프램(1a)의 두께를 "C"라고 할 수 있다. 2, the pressure sensor 1 includes a diaphragm 1a, a side wall 1b for supporting the diaphragm 1a, a hollow 1c surrounded by the diaphragm 1a and the side wall 1b, And two strain gauges 10 disposed on the diaphragm 1a. On the other hand, the width of the hollow portion 1c may be referred to as "A", the thickness of the side wall 1b may be referred to as "B", and the thickness of the diaphragm 1a may be referred to as "C".

다이어프램(1a)은 무기물 재질로 형성될 수 있다. 다이어프램(1a)은, 예를 들어, 메탈 또는 세라믹 재질일 수 있다. 다이어프램(1a)의 상측에 스트레인 게이지(10)가 배치되며, 다이어프램(1a)은, 측벽(1b)보다 두께가 얇을 수 있다. 이 경우, 압력 또는 기타 외부 힘에 의해서 스트레인 게이지(10)가 배치된 부분에서 최대로 응력 변화가 발생될 수 있다. The diaphragm 1a may be formed of an inorganic material. The diaphragm 1a may be, for example, a metal or ceramic material. The strain gauge 10 is disposed on the upper side of the diaphragm 1a and the diaphragm 1a may be thinner than the side wall 1b. In this case, a stress change may be caused to the maximum at the portion where the strain gauge 10 is arranged by the pressure or other external force.

중공(1c)에 작용하는 압력에 대응하여 다이어프램(1a)은 변형되고, 다이어프램(1a)의 변형량을 2개의 스트레인 게이지(10)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 경우 각각의 스트레인 게이지(10)를 다이어프램(1a)에 부착함에 있어서 글래스 본딩(galss frit bonding)을 적용할 수 있으며, 이 경우 글래스 본딩에 의해 다이어프램(1a)에 도포되는 각각의 글래스(1d)가 서로 겹치지 않도록 2개의 스트레인 게이지(10) 사이에는 최소 간격(d)이 요구된다. 최소 간격 d에 의해, 각각의 스트레인 게이지를 부착하는 글래스(1d)가 서로 겹치지 않을 수 있다. 만약 글래스(1d)가 서로 겹치게 된다면, 2개의 스트레인 게이지의 상호간 간섭에 의하여 측정 값이 부정확해질 수 있으며, 최소 간격 d는 센서의 정확성 향상을 위하여 필수적으로 요구된다. 위와 같은 이유로 하프 브릿지 스트레인 게이지를 이용한 다이어프램의 크기는 상기 최소 간격 d로 인하여 축소시키는 데에 한계가 있다. The diaphragm 1a is deformed corresponding to the pressure acting on the hollow 1c and the deformation amount of the diaphragm 1a can be measured using the two strain gauges 10. [ In this case, gaseous frit bonding can be applied to attach the strain gauges 10 to the diaphragm 1a. In this case, each of the glasses 1d applied to the diaphragm 1a by glass bonding, A minimum gap d is required between the two strain gauges 10 so that they do not overlap each other. Depending on the minimum spacing d, the glasses 1d to which the respective strain gages are attached may not overlap each other. If the glasses 1d overlap each other, the measurement values may become inaccurate due to mutual interference between the two strain gauges, and the minimum spacing d is indispensably required to improve the accuracy of the sensor. For this reason, the size of the diaphragm using the half bridge strain gage has a limitation in reducing the diaphragm due to the minimum interval d.

한편, 스트레인 게이지를 다이어프램에 고정시킬 때에 글래스 본딩(Glass frit bonding)을 사용하는 이유는 다음과 같다. 첫째, 스트레인 게이지가 부착된 다이어프램에 잔유응력을 제거하기 위하여 열처리가 요구되는데, 이 과정에서 일반적인 에폭시 접착제는 열처리 온도에 견디지 못하기 때문이다. 둘째, 다이어프램에서 예측된 스트레인 게이지의 변형 값을 도출하기 위해서는, 탄성 계수 및 열팽창 조건을 고려해야 한다. 이 조건 하에서는 카본이 첨가된 유기물 본딩 재료를 사용하면, 예측된 스트레인 게이지의 변형 값을 얻을 수 없다 따라서, 무기물 본딩 재료인 글래스 재료를 사용한다.On the other hand, the reason for using glass frit bonding in fixing the strain gage to the diaphragm is as follows. First, heat treatment is required to remove the residual stress in the diaphragm with strain gauge attached, because the general epoxy adhesive can not withstand the heat treatment temperature. Second, in order to derive the strain value of the strain gauge predicted from the diaphragm, elastic modulus and thermal expansion conditions must be considered. Under these conditions, it is impossible to obtain a strain value of a predicted strain gauge by using an organic bonding material to which carbon is added. Accordingly, a glass material which is an inorganic bonding material is used.

도 3은 도 2의 압력 센서에서 측정된 거리별 스트레인의 값을 나타내는 그래프이다. FIG. 3 is a graph showing the strain value of each distance measured by the pressure sensor of FIG. 2; FIG.

도 3을 참조하면, 2개의 스트레인 게이지(10)가 간격 d를 두고 이격하여 배치되므로, 도 3의 그래프와 같이 불감영역이 발생됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, since two strain gauges 10 are disposed apart from each other with an interval d, a dead zone is generated as shown in the graph of FIG.

한편, 센서 소형화를 위해서 다이어프램을 소형화시키는 것을 고려할 수 있다. 이하에서는 스트레인 게이지를 변경하여 다이어프램을 소형화하고, 결과적으로 전체 압력 센서를 소형화시킬 수 있는 실시 예에 대하여 설명하기로 한다. On the other hand, miniaturization of the diaphragm can be considered for the miniaturization of the sensor. Hereinafter, an embodiment in which the strain gauge is changed to reduce the size of the diaphragm and, as a result, the entire pressure sensor can be miniaturized will be described.

도 4는 다른 실시 예에 따른 스트레인 게이지를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 스트레인 게이지를 간략하게 도식화한 회로도이다.FIG. 4 is a view showing a strain gage according to another embodiment, and FIG. 5 is a simplified schematic diagram of the strain gauge of FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면 다른 실시 예에 따른 스트레인 게이지(20)는, 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3), 제 4 저항(R4), 제 1 전극(21), 제 2 전극(22), 제 3 전극(23) 및 제 4 전극(24)을 포함할 수 있다. 제 1저항(R1)의 양단은 제 1 전극(21) 및 제 2 전극(22)에 연결되고, 제 2 저항(R2)의 양단은 제 2 전극(22) 및 제 3 전극(23)에 연결되고, 제 3 저항(R3)의 양단은 제 1 전극(21) 및 제 4 전극(24)에 연결되고, 제 4 저항(R4)의 양단은 제 3 전극(23) 및 제 4 전극(24)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 스트레인 게이지(20)는, 휘스톤 브릿지 회로의 형태로 배치되는 4개의 저항을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 다른 실시 예에 따른 스트레인 게이지(10)는, 풀 브릿지 스트레인 게이지(Full bridge strain gauge)라고 할 수도 있다.4 and 5, the strain gauge 20 according to another embodiment includes a first resistor R1, a second resistor R2, a third resistor R3, a fourth resistor R4, A second electrode 22, a third electrode 23, and a fourth electrode 24, as shown in FIG. Both ends of the first resistor R1 are connected to the first electrode 21 and the second electrode 22 and both ends of the second resistor R2 are connected to the second electrode 22 and the third electrode 23 And both ends of the third resistor R3 and the fourth electrode 24 are connected to the first electrode 21 and the fourth electrode 24 and both ends of the fourth resistor R4 are connected to the third electrode 23 and the fourth electrode 24, Lt; / RTI > In other words, the strain gauge 20 can be understood to include four resistors arranged in the form of a Wheatstone bridge circuit. The strain gauge 10 according to another embodiment may be referred to as a full bridge strain gauge.

제 1 저항(R1)은, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 압저항체(R11)와, 복수 개의 압저항체(R11)를 상하 방향으로 연결하는 연결체(R12)를 포함할 수 있다. 압저항체(R11)는 예를 들어 실리콘 와이어가 사용될 수 있다. 연결체(R12)는 예를 들어 알루미늄 재질일 수 있다. 4개의 저항은 각각 물리적 및 전기적으로 연결된 실리콘 와이어를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. The first resistor R1 may include a plurality of piezoresistors R11 arranged in parallel with each other and a coupler R12 connecting the plurality of piezoresistors R11 in the vertical direction. For example, a silicon wire may be used as the piezoresistor R11. The connector R12 may be made of, for example, aluminum. The four resistors can be understood to include silicon wires, which are physically and electrically connected, respectively.

복수 개의 압저항체(R11) 보다 연결체(R12)의 응력변형률은 작을 수 있다. 위와 같은 형상에 의하면, 제 1 저항(R1)의 응력변형률이 복수 개의 압저항체(R11)의 길이 방향으로 가장 커지게 된다.The stress strain of the connector R12 may be smaller than that of the plurality of piezoresistors R11. According to the above configuration, the stress strain of the first resistor R1 becomes largest in the longitudinal direction of the plurality of piezoresistors R11.

나머지 저항들(R2, R3, R4)도 제 1 저항(R1)과 마찬가지의 구조를 가질 수 있으며, 나머지 저항들(R2, R3, R4)의 압저항체는 제 1 저항(R1)의 압저항체(R11)와 동일한 방향으로 길게 배치될 수 있다. The remaining resistors R2, R3 and R4 may have the same structure as the first resistor R1 and the other resistors R2, R3 and R4 may have the same structure as the resistors of the first resistor R1 0.0 > R11. ≪ / RTI >

제 1 저항(R1) 및 제 4 저항(R4)은 스트레인 게이지(20)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있다.The first resistor R1 and the fourth resistor R4 may have a shape symmetrical to each other with respect to the center of the strain gauge 20. [

제 2 저항(R2) 및 제 3 저항(R3)은 스트레인 게이지(20)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있다.The second resistor R2 and the third resistor R3 may have a shape symmetrical to each other with respect to the center of the strain gauge 20. [

위와 같은 형상에 의하면 스트레인 게이지(10)가 다른 방향보다 특정한 방향(제 1 저항(R1)의 압저항체(R11)의 길이 방향)에 대하여 민감할 수 있다.According to the above configuration, the strain gage 10 can be sensitive to a specific direction (longitudinal direction of the piezoresistor R11 of the first resistor R1) in the other direction.

도 6은 도 4의 스트레인 게이지를 포함하는 압력 센서의 부분 단면도를 나타내는 도면이다. 6 is a partial cross-sectional view of a pressure sensor including the strain gauge of FIG.

도 6을 참조하면, 압력 센서(2)는, 다이어프램(2a), 측벽(2b), 중공(1c) 및 다이어프램(2a) 상에 배치되는 1개의 스트레인 게이지(20)를 포함할 수 있다. 스트레인 게이지(20)는 다이어프램(2a)에 글라스 본딩으로 고정될 수 있다. 글래스 본딩에 의해 다이어프램(2a)에 도포되는 글래스를 2d로 표기하였다. 한편, 중공(2c)의 폭을 "A'", 측벽(2b)의 두께를 "B", 다이어프램(2a)의 두께를 "C"라고 할 수 있다. 압력 센서(2)는 1개의 스트레인 게이지(20)만을 이용하여 다이어프램(2a)의 변형률을 측정할 수 있으므로, 도 1 내지 도 3에서 설명한 실시 예와 달리 간격 d가 요구되지 않아 중공(1c)의 폭 A'를 줄일 수 있으므로, 결과적으로 전체 압력 센서(2)를 소형화시킬 수 있다. 다시 말하면, 풀 브릿지 스트레인 게이지(20)를 적용함으로써 하프 브릿지 스트레인 게이지(10) 사용시에 필요한 최소 간격 d부분을 삭제할 수 있어서 중공(1c)의 폭 A'를 축소시킬 수 있어서 이에 따른 센서 다이어 프램 소형화가 가능하다. 6, the pressure sensor 2 may include a diaphragm 2a, a side wall 2b, a hollow 1c, and one strain gauge 20 disposed on the diaphragm 2a. The strain gauge 20 may be fixed to the diaphragm 2a by glass bonding. The glass applied to the diaphragm 2a by glass bonding is denoted by 2d. On the other hand, the width of the hollow portion 2c may be referred to as "A", the thickness of the side wall portion 2b may be referred to as "B", and the thickness of the diaphragm 2a may be referred to as "C". Since the pressure sensor 2 can measure the strain of the diaphragm 2a using only one strain gauge 20, the spacing d is not required unlike the embodiment described in Figs. 1 to 3, The width A 'can be reduced, and as a result, the entire pressure sensor 2 can be miniaturized. In other words, by applying the full bridge strain gage 20, it is possible to eliminate the minimum interval d portion necessary when the half bridge strain gage 10 is used, so that the width A 'of the hollow 1c can be reduced, Is possible.

도 7은 도 6의 압력 센서에서 측정된 거리별 스트레인의 값을 나타내는 그래프이고, 도 8은 도 3 및 도 7에 각각 도시된 그래프를 동시에 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing values of strain by distance measured by the pressure sensor of FIG. 6, and FIG. 8 is a graph simultaneously illustrating the graphs of FIGS. 3 and 7, respectively.

도 7 및 도 8을 참조하면, 앞서 설명한 도 1 내지 도 3에서 설명한 실시 예와 달리 불감영역이 없음을 알 수 있다. 또한, 다이어프램(2a)은 측벽(2b)으로부터 가장 먼 부분, 다시 말하면, 다이어프램(2a)의 중심부분에서 가장 큰 변형이 일어나게 되므로, 스트레인 게이지(20)를 통하여 감지할 수 있는 최대 스트레인 값이 도 8에 도시된 G만큼 증가되는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 스트레인 게이지(20)의 감도(sensitivity)가 향상될 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, it can be seen that there is no dead area unlike the embodiment described in FIGS. 1 to 3 described above. Since the diaphragm 2a has the largest deformation at the portion farthest from the side wall 2b, that is, at the center portion of the diaphragm 2a, the maximum strain value that can be detected through the strain gauge 20 is 8 by G shown in FIG. In other words, the sensitivity of the strain gauge 20 can be improved.

한편, 도 7 및 도 8을 비교한 결과를 표로 나타내면 아래와 같다.7 and 8 are shown in the table below.

Figure pct00001
Figure pct00001

표 1은 동일한 다이어프램에 하프 브릿지 스트레인 게이지(10) 및 풀 브릿지 스트레인 게이지(20)를 각각 적용하였을 때에 나타난 결과이다. 하프 브릿지 스트레인 게이지(10)를 적용한 압력 센서에서, 풀 브릿지 스트레인 게이지(20)와 동일한 스트레인을 측정하기 위하여는 센서 다이어 프램의 두께를 보다 얇게 하여야 함을 알 수 있다. Table 1 shows the results obtained when the half bridge strain gage 10 and the full bridge strain gage 20 were applied to the same diaphragm, respectively. It can be seen that, in a pressure sensor employing a half bridge strain gage 10, the thickness of the sensor diaphragm must be made thinner in order to measure the same strain as the full bridge strain gage 20.

Figure pct00002
Figure pct00002

표 2는 동일한 민감도를 갖도록 설계하였을 때를 나타낸 결과이다. 하프 브릿지 스트레인 게이지(10)를 적용한 압력 센서가, 풀 브릿지 스트레인 게이지(20)를 적용한 압력 센서와 동일한 민감도를 갖도록 하기 위하여는, 센서 다이어 프렘의 두께를 보다 얇게 하여야하고, 결과적으로 센서 파괴압이 낮아져서 내구성이 떨어지게 됨을 알 수 있다. 다시 말하면, 풀 브릿지 스트레인 게이지(20)를 이용하면 보다 강건한 설계가 가능하다.Table 2 shows the results of designing with the same sensitivity. In order for the pressure sensor employing the half bridge strain gauge 10 to have the same sensitivity as the pressure sensor to which the full bridge strain gauge 20 is applied, the thickness of the sensor diaphragm must be made thinner, And the durability is lowered. In other words, a more robust design is possible by using the full bridge strain gauge 20.

도 9 및 도 10은 도 6의 압력 센서의 다이어프램에 작용하는 압력에 따른 스트레인 분포도를 나타내는 그래프이다.9 and 10 are graphs showing strain distributions according to pressure acting on the diaphragm of the pressure sensor of FIG.

도 9 및 도 10을 참조하면, 스트레인 게이지(20)의 각각의 저항에서 감지되는 스트레인의 방향성은 아래의 표와 같음을 알 수 있다. Referring to FIGS. 9 and 10, it can be seen that the directionality of the strain sensed at each resistance of the strain gage 20 is as shown in the following table.

Figure pct00003
Figure pct00003

실시 예에 따른 압력 센서는, 종래의 압력 센서에 비하여 비용적인 측면에서 유리한 장점이 있다. 또한, 센서 다이어프램의 강건설계가 가능하고, 전체 센서 패키징을 소형화시킬 수 있다는 장점을 갖는다. The pressure sensor according to the embodiment is advantageous in terms of cost as compared with the conventional pressure sensor. Also, the sensor diaphragm can be robustly designed, and the entire sensor packaging can be miniaturized.

이상에서 설명된 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시 예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (12)

다이어프램; 및
복수 개의 전극과, 복수 개의 저항을 포함하고 상기 다이어프램에 글래스 본딩되는 스트레인 게이지를 포함하고,
상기 복수 개의 저항 중 적어도 하나 이상의 저항은, 상기 복수 개의 전극 중 서로 이격된 2개의 전극 사이의 공간에 배치되는 압력 센서.
Diaphragm; And
A plurality of electrodes, and a strain gauge including a plurality of resistors and being glass-bonded to the diaphragm,
Wherein at least one of the plurality of resistors is disposed in a space between two electrodes spaced apart from each other among the plurality of electrodes.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 저항은, 휘스톤 브릿지 회로의 형태로 배치되는 4개의 저항인 압력 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of resistors are four resistors arranged in the form of a Wheatstone bridge circuit.
제 2 항에 있어서,
상기 4개의 저항 중 제 1 저항 및 제 2 저항은 상기 스트레인 게이지의 가운데에 위치하고,
상기 4개의 저항 중 제 3 저항 및 제 4 저항은 상기 스트레인 게이지의 좌측 단부 및 우측 단부에 각각 위치하는 압력 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein a first one of the four resistors and a second one of the four resistors are located in the middle of the strain gauge,
And a third one of the four resistors and a fourth one of the four resistors are located at the left end and the right end of the strain gauge, respectively.
제 3 항에 있어서,
상기 제 3 저항 및 제 4 저항은 각각, 동일한 방향으로 길게 배치되는 복수 개의 압저항체를 포함하는 압력 센서.
The method of claim 3,
And the third resistor and the fourth resistor each comprise a plurality of piezoresistors arranged in the same direction.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 저항 및 제 2 저항은 각각, 상기 복수 개의 압저항체와 동일한 방향으로 길게 배치되는 적어도 하나 이상의 압저항체를 포함하는 압력 센서.
5. The method of claim 4,
Wherein the first resistor and the second resistor each include at least one piezoresistive element disposed in a long direction in the same direction as the plurality of piezoresistors.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 전극 및 상기 복수 개의 저항은 물리적으로 직렬 연결되어 하나의 폐루프를 형성하는 압력 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of electrodes and the plurality of resistors are physically connected in series to form one closed loop.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 저항 중 적어도 하나 이상의 저항은,
복수 개의 압저항체; 및
상기 복수 개의 압저항체를 직렬로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결체를 포함하는 압력 센서.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the plurality of resistors comprises:
A plurality of piezoresistors; And
And at least one connecting body connecting the plurality of piezoresistors in series.
제 7 항에 있어서,
상기 복수 개의 압저항체는 실리콘 와이어인 압력 센서.
8. The method of claim 7,
Wherein the plurality of piezoresistors are silicon wires.
제 7 항에 있어서,
상기 복수 개의 압저항체는 모두 서로 평행한 방향으로 길게 배치되는 압력 센서.
8. The method of claim 7,
Wherein the plurality of piezoresistors are arranged long in a direction parallel to each other.
제 7 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 연결체의 응력 변형률은 상기 복수 개의 압저항체의 응력 변형률보다 낮은 압력 센서.
8. The method of claim 7,
Wherein the stress strain of the at least one connecting body is lower than the stress strain of the plurality of piezoresistors.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 저항은, 상기 다이어프램 중 최대로 변형되는 위치에 배치되는 압력 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one resistance is disposed at a position where the diaphragm is deformed to the maximum.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 저항은, 상기 다이어프램의 중심에 배치되는 압력 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one resistance is disposed at the center of the diaphragm.
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