이 논문은 화물선, 유조선 및 LNG 선박내의 탱크 수위를 계측하기 위한 정전용량식압력센서를 제작하기 위해 외부압력을 받는 멤버레인의 소재를 알루미나(Al2O3) 기판재료를 이용하여 제작하고 센서의 출력값은 정전용량값을 측정하여 압력센서의 특성을 조사하였다. 정전용량식 압력센서의 압력을 받는 부분인 다이아프램은 사파이어세라믹 소재 기판(...
이 논문은 화물선, 유조선 및 LNG 선박내의 탱크 수위를 계측하기 위한 정전용량식압력센서를 제작하기 위해 외부압력을 받는 멤버레인의 소재를 알루미나(Al2O3) 기판재료를 이용하여 제작하고 센서의 출력값은 정전용량값을 측정하여 압력센서의 특성을 조사하였다. 정전용량식 압력센서의 압력을 받는 부분인 다이아프램은 사파이어세라믹 소재 기판(sapphire ceramic wafer) 및 알루미나(Al2O3) 소재로 선정하여 가공하였다. 또한 직경가공 및 표면 폴리싱을 실시하여 직경이 32.4mm, 두께가 400um인 멤버레인 시편을 가공하였다. 이의 세라믹구조물은 순도가 99%인 알루미나분말을 사용하여 성형 및 소성의 과정을 통해 직경 30mm, 두께 6.15mm의 시편을 제조하여 압력센서 구조물로써의 그 용도를 확인하였다. 압력센서의 출력특성은 정전용량값을 측정하여 확인하였으며, 정전용량값은 외각 전극패드부의 면적과 내각 전극패드부의 면적치가 1:1일때 가장 선형성이 우수한 측정값을 나타내었다. 또한 압력센서의 전압출력과 전류출력을 확인하기 위하여 증폭회로 및 잡음신호제거 등 센서신호회로보드를 제작하여 전압 및 전류신호출력을 얻어내었다. 이의 결과로 전압출력은 압력범위에 따라 0 ~ 5V, 전류출력은 4 ~ 20mA의 출력특성을 확인하였다. 따라서 내구성이 좋은 알루니마 기판 소재를 이용한 정전용량형 압력센서는 다양한 분야에 활용이 가능할 것으로 확인하였다.
Key word : 정전용량형, 세라믹스, 압력센서, 해수압, 선박탱크, 레벨계측기기
이 논문은 화물선, 유조선 및 LNG 선박내의 탱크 수위를 계측하기 위한 정전용량식 압력센서를 제작하기 위해 외부압력을 받는 멤버레인의 소재를 알루미나(Al2O3) 기판재료를 이용하여 제작하고 센서의 출력값은 정전용량값을 측정하여 압력센서의 특성을 조사하였다. 정전용량식 압력센서의 압력을 받는 부분인 다이아프램은 사파이어세라믹 소재 기판(sapphire ceramic wafer) 및 알루미나(Al2O3) 소재로 선정하여 가공하였다. 또한 직경가공 및 표면 폴리싱을 실시하여 직경이 32.4mm, 두께가 400um인 멤버레인 시편을 가공하였다. 이의 세라믹구조물은 순도가 99%인 알루미나분말을 사용하여 성형 및 소성의 과정을 통해 직경 30mm, 두께 6.15mm의 시편을 제조하여 압력센서 구조물로써의 그 용도를 확인하였다. 압력센서의 출력특성은 정전용량값을 측정하여 확인하였으며, 정전용량값은 외각 전극패드부의 면적과 내각 전극패드부의 면적치가 1:1일때 가장 선형성이 우수한 측정값을 나타내었다. 또한 압력센서의 전압출력과 전류출력을 확인하기 위하여 증폭회로 및 잡음신호제거 등 센서신호회로보드를 제작하여 전압 및 전류신호출력을 얻어내었다. 이의 결과로 전압출력은 압력범위에 따라 0 ~ 5V, 전류출력은 4 ~ 20mA의 출력특성을 확인하였다. 따라서 내구성이 좋은 알루니마 기판 소재를 이용한 정전용량형 압력센서는 다양한 분야에 활용이 가능할 것으로 확인하였다.
This thesis first manufactured the material of membrane exposed to external pressure by leveraging alumina (Al203) substrate material in order to produce capacitive pressure sensor for measuring water level of tank in a cargo ship, oil tanker and LNG vessel. Moreover, this thesis investigated the ch...
This thesis first manufactured the material of membrane exposed to external pressure by leveraging alumina (Al203) substrate material in order to produce capacitive pressure sensor for measuring water level of tank in a cargo ship, oil tanker and LNG vessel. Moreover, this thesis investigated the characteristics of pressure sensor by measuring the capacitance value in relation to the output value of sensor. In regard to the diaphragm of capacitive pressure sensor, this thesis confirmed that it was the corundum crystal structure of α-Al2O3 structure as a result of XRD feature analysis on sapphire ceramic wafer and alumina (Al2O3) material. Moreover, this thesis processed the diaphragm sample with diameter of 32.4mm and thickness of 400um by conducting diameter processing and surface polishing. As for the ceramic structure thereof, this thesis produced a sample with diameter of 30mm and thickness of 6.15mm through the process of molding and plasticity by utilizing alumina powder having purity of 99 percent. Then, this thesis verified the usage thereof as pressure sensor structure. This thesis verified the output characteristics of pressure sensor by measuring capacitance value. As a result thereof, this thesis had the capacitance value having the best linearity when the area of electrode pad unit of exterior angle is exactly equivalent to the area of electrode pad unit of interior angle. Moreover, this thesis obtained voltage and current signal output by producing sensor signal circuit board such as amplifier circuit and noise signal removal in order to verify voltage output and current output of pressure sensor. As a result thereof, this thesis confirmed that voltage output was 0 to 5V depending on pressure range while current output was 4 to 20mA. On that account, this thesis confirmed that capacitive pressure sensor using highly durable alumina substrate material could be leveraged in various fields.
This thesis first manufactured the material of membrane exposed to external pressure by leveraging alumina (Al203) substrate material in order to produce capacitive pressure sensor for measuring water level of tank in a cargo ship, oil tanker and LNG vessel. Moreover, this thesis investigated the characteristics of pressure sensor by measuring the capacitance value in relation to the output value of sensor. In regard to the diaphragm of capacitive pressure sensor, this thesis confirmed that it was the corundum crystal structure of α-Al2O3 structure as a result of XRD feature analysis on sapphire ceramic wafer and alumina (Al2O3) material. Moreover, this thesis processed the diaphragm sample with diameter of 32.4mm and thickness of 400um by conducting diameter processing and surface polishing. As for the ceramic structure thereof, this thesis produced a sample with diameter of 30mm and thickness of 6.15mm through the process of molding and plasticity by utilizing alumina powder having purity of 99 percent. Then, this thesis verified the usage thereof as pressure sensor structure. This thesis verified the output characteristics of pressure sensor by measuring capacitance value. As a result thereof, this thesis had the capacitance value having the best linearity when the area of electrode pad unit of exterior angle is exactly equivalent to the area of electrode pad unit of interior angle. Moreover, this thesis obtained voltage and current signal output by producing sensor signal circuit board such as amplifier circuit and noise signal removal in order to verify voltage output and current output of pressure sensor. As a result thereof, this thesis confirmed that voltage output was 0 to 5V depending on pressure range while current output was 4 to 20mA. On that account, this thesis confirmed that capacitive pressure sensor using highly durable alumina substrate material could be leveraged in various fields.
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