• 전기의세계
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• 제42권11호
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• pp.30-36
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• 1993

본고에서는 물리량을 측정하는 압력센서 및 유량센서의 원리와 종류에 대해 고찰해 보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.851-854
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• 2007

기존 보를 활용하여 유량측정에 이용하는 방법은 보의 통제 특성을 이용한 것이다. 유량과 수위를 병행 측정하여 얻은 자료를 활용해 수위-유량관계를 개발하는 것이다. 이 방법은 간단하면서도 정확도가 높은 방법이다. 수위-유량관계가 개발되면 별도의 측정을 수행할 필요 없이 수위계 측정값으로 유량이 계산되기 때문이다. 물론 주기적인 수위-유량관계 검증은 반드시 필요하다. 이런 수위-유량관계를 이용한 기존 보 활용은 매우 유용한 방법 중 하나이다. 하지만 이런 기존 보를 활용해 유량을 계산하는 방법은 몇 가지 단점을 포함한다. 첫째, 통제 특성을 이용하는 모든 측정 구조물은 측정한계 조건이 있다. 즉, 보 마루에 한계류가 발생하지 않는 수위 이상으로 높아지면 보의 통제 특성이 소멸되고 수위-유량관계나 유량공식은 의미가 없어진다. 둘째, 유량측정 구조물의 가장 큰 문제점 중 하나가 토사퇴적이다. 특히 기존 보의 경우 토사가 퇴적되면 보 상류의 저류용량이 줄어 보의 통제 기능을 상실하게 된다. 이런 문제점들을 해결하기 위해 보마루를 높인다거나 정기적인 준설을 하는 방법이 있다. 장기적인 변화에 대응하는 것이지만 이런 조치는 임시방편일 뿐이다. 이런 문제를 해결하기 위해 연구하게 된 방법이 보마루에서 직접 유속측정을 하는 것이다. 그리하면 통제특성을 이용한 수위-유량관계가 필요 없게 된다. 이때 보마루에서 직접 유속측정을 하기 위해서 유속측정 센서를 이용한다. 유속측정센서는 도플러방식을 이용한 초음파 유속센서로써 uplooking 방식으로 보마루에 고정시켜 이용한다. 이런 센서는 관수로에서 유량을 측정하기 위해 많이 사용되고 있다. 본 연구를 위해 초음파 센서를 이용해 실험 수로에서 유속측정과 유량환산 결과를 비교해 보았고 실제 시험하천에서도 설치하여 적용해 보았다. 보마루라는 안정된 단면을 이용하여 유속을 직접 측정하는 방법은 앞서 언급했던 수위-유량관계를 이용한 기존 보 활용법상 단점도 극복할 수 있다. 즉 통제 특성과는 관계없이 측정할 수 있는 수심 범위에만 들어가게 되면 항상 측정이 가능하고 상류의 토사퇴적에도 영향을 전혀 받지 않는다. 설치한 후 센서가 파손되지 않고 관리만 잘 된다면 유량측정시 편리하고 정확하게 결과를 얻을 것으로 판단된다.

• 센서학회지
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• 제8권5호
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• pp.394-399
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• 1999

자동차용 박막 히터형 공기 유량센서는 스퍼터링법으로 백금박막을 증착하여 감광막 lift-off법으로 패터닝하고 $1,000^{\circ}C$에서 열처리하였으며, 이 박막을 보호하도록 폴리이미드 PI-2723을 백금박막 위에 도포하여 보호막으로 사용하였다. 제작한 센서를 유량에 따른 특성을 측정한 결과 출력전압이 유량의 4제곱에 비례하였고, 전체 측정 범위에서 유량에 따른 출력전압 오차는 0.7%이내 이었다 제작한 센서를 $-20^{\circ}C{\sim}120^{\circ}C$ 온도범위에서 실험한 결과 ${\pm}1%$의 온도에 따른 출력전압 오차가 발생하여 지금까지 개발된 유량센서의 ${\pm}3%$ 온도에 따른 출력전압 오차보다 ${\pm}2%$ 낮았다. 따라서 제작한 박막 히터형 공기 유량센서는 자동차에 적용하기 위한 사양을 만족하며 온도에 따른 출력전압 오차가 작으므로, 자동차 엔진의 공연비를 정확하게 제어할 수 있게 되어 배기가스 중 오염물질을 줄이고 연비를 향상시킬 수 있다.

• 센서학회지
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• 제12권3호
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• pp.103-111
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• 2003

$Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4$ 열차단막을 이용한 크로멜-알루멜(chromel-alumel) 열전(thermoelectric) 유량센서를 제작하였다. 백금 박막 히터의 저항온도계수는 약 $0.00397/^{\circ}C$이었고, 크로멜-알루멜 열전쌍(thermocouple)의 Seebeck 계수는 약 $36\;{\mu}V/K$이었다. 기체의 열전도도가 증가할수록 유량센서가 나타내는 열기전력은 감소하였으며, 히터의 온도가 증가하거나 히터와 열전쌍 사이의 간격이 감소할수록 유량센서의 $N_2$ 유량에 대한 감도는 증가하였다. 히터 전압을 약 2.5 V로 하였을 때 유량센서의 $N_2$ 유량에 대한 감도는 약 $1.5\;mV/sccm^{1/2}$이었고, 열 응답시간은 약 0.18초이었다. 크로멜-알루멜 열전 유량센서의 유량감도에 있어서 선형 범위가 Bi-Sb 유랑센서의 것보다 더 넓게 나타났다.

• 전기의세계
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• 제41권2호
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• pp.31-39
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• 1992

고도의 시스템 기술이 요구되는 현대 산업사회에서 자동제어 기술의 핵이 되는 센서기술의 발전없이는 균형잡힌 산업성장이 이루어질 수 없으며 기술선진국으로의 도약도 기대할 수 없다. 우리나라에서는 다른 분야에 비해 센서기술은 많이 낙후되어 있으며 특히 유속센서에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 그런데, 유속 및 유량 측정은 산업 계측중에서 중요한 분야중의 하나이며 최근에는 에너지 절약 기술이나 각종 첨단 기술에서의 수요가 급격히 증가하고 있다. 그리고 유속 및 유량의 정확한 측정은 에너지 절약의 측면에서도 중요하다.

• 센서학회지
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• 제9권4호
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• pp.268-273
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• 2000

본 논문은 박막 히터형 유량센서의 온도보상을 위해 초기 불평형 전압을 이용한 새로운 온도보상 방법을 사용하였다. 온도보상을 위해서 본 논문에서는 휘스튼 브릿지의 비를 다르게 하는 방법으로 오픈루프에서 초기 불평형 전압을 온도에 따라 나타낸 그래프를 이용하여 센서 회로의 저항값을 구하는 방법을 사용하였다. 공기 온도가 $-20^{\circ}C{\sim}120^{\circ}C$ 범위에서 온도 보상을 실시한 결과 ${\pm}1%$이내의 온도 오차가 발생하여, 정밀한 박막 히터형 유량 센서를 제작할 수 있었다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제43권4호
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• pp.30-34
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• 2006

외접형 초음파 유량센서용 압전 트랜스듀서의 송수신 특성을 개선하기 위하여 구성 부품의 재질 및 형상에 따른 특성 변화를 유한요소법으로 해석하였으며, 실제 실험을 통해 그 결과를 검증하였다. 두께모드 중심주파수가 1MHz가 되도록 직경 10mm의 압전소자를 제작하고, 매칭 레이어의 재질 및 구조 변화를 통하여 유량센서의 지향각을 $25^{\circ}$로 조절하였다. 이상의 결과를 통해 개발된 외접형 초음파 유량센서용 압전 트랜스듀서를 실제 산업용 배관에 적용 평가한 결과 기존 상엽용 센서에 비해 10배 이상의 감도를 나타내었다.

• 기계저널
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• 제33권6호
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• pp.515-522
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• 1993

센서는 자연현상을 감지하는 소자로 계측 및 제어시스템의 구성요소로 이용되며, 센서를 이용 하여 Closed-loop System의 구성을 가능케 하며, 지능화된 시스템을 구현 할 수 있다. 센서는 압력, 유량, 온도, 자장, 광 등을 측정하는 물리적 센서, pH, 이온, 산소 등의 구성물을 감지하는 화학센서, 인체의 혈당량, 뇌의 상태, 냄새 등을 측정하는 바이오 센서로 대별될 수 있다. 이중 물리적 센서는 기계적 시스템에 많이 이용되며, 특히 압력, 유량센서는 자동차에 있어서 엔진의 Manifold, 엔진오일, 브레이크 오일, 타이어, 연료 등의 상태를 측정하는데 사용되고 있다. 예를 들어 1980년대에는 미국 Ford와 Motorola사가 공동으로 반도체공정 기술을 이용한 용량 형(capacitive) 압력센서를 개발하여 엔진의 컨트롤시스템에 이용하였다. 이러한 압력센서는 1988년에 15억불의 매출을 기록하였으며, 1955년에는 30억불로 늘어날 전망으로 있어 가장 많이 사용되는 센서로 각광을 받고 있다. 이글에서 압력센서의 원리 및 종류에 대하여 알아보고, 마 이크로머시닝 기술 등의 제작방법과 이의 응용에 대하여 논의하려 한다.

• 센서학회지
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• 제9권5호
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• pp.334-340
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• 2000

본 논문에서는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 응용한 마이크로 전자 유량 센서를 제작하였다. 마이크로전자 유량 센서는 열 발생이 없고 빠른 응답 속도를 가지고 있고 압력 손실이 없는 장점을 가지고 있다. 전도성 유체가 영구 자석 자장 내의 유로를 통과할 때, 유속에 비례하는 유도 기 전력이 발생하게 되는데, 발생된 기 전력은 유로 벽에 제작된 전극으로 검출된다. 마이크로 전자 유량 센서는 유로를 가지고 있는 두 장의 실리콘 웨이퍼 기판과 전극, 그리고 두 개의 영구 자석으로 구성되어 있다. 두 장의 실리콘 웨이퍼 기판을 이방성 식각 공정으로 유로를 제작하고, Cr/Au를 증착하여 전극을 제작한다. 제작된 마이크로 전자 유량 센서에 유량을 변화시킬 때, 발생되는 기 전력을 측정한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.305-305
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• 2023

수문조사기기 검정은 강수량, 수위, 유량 등과 같은 수문자료를 관측하는 수문조사기기가 대상지역의 수문상황을 정확하게 관측하는지를 검사하는 일련의 과정으로 「수자원의 조사 계획 및 관리에 관한 법률」 제12조에 법적 기반을 두고 있다. 검정 대상은 강수량, 수위, 유속, 유사량, 토양수분량, 증발산량, 증발량 측정기기 총 7종이며, 환경부장관으로부터 한강홍수통제소가 검정업무를 위임받고, 한국건설기술연구원과 한국수자원조사기술원이 위탁받아 운영중에 있다. 최근에는 증발산량, 토양수분량 및 유량 측정기기기 등이 첨단화되어 기존 검정 방식에 대한보완 및 신설에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 유량 측정시 기존에 사용하였던 회전식 유속계는 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler) 유량측정기기로 대체되어 활용률이 2013년 24%에서2021년 67%로 약 2.8배 급격히 증가하였다. 하지만 수문조사기기 검정 관련 고시 내 ADCP에 대한검사방법 및 허용오차 등의 규정이 부재하여 수문조사기기의 검정 공백이 발생하는 등의 문제가 존재하고 있다. 이에 본 연구에서는 ADCP 운영 및 기술 현황, 현행 법령, 국외 사례 등을 검토하여 ADCP 유량측정기기의 검사방법 및 허용오차에 대한 방안을 제시하고자 한다. ADCP 검사방법은 총 5단계로 외관검사, 자가진단 검사, 온도센서 검사, 수심측정 검사, 유량비교측정 검사에 따라 검정을 실시한다. 첫 번째 외관검사시에는 기기 외관과 센서 등 물리적 손상을 점검하고, 두 번째 자가진단 검사에서는 센서 변환 매트릭스 값, 수신부 센서 테스트, RAM/ROM 테스트, 통신 테스트 등에 관한 정상값 산출 여부를 확인한다. 세 번째 온도센서 검사에서는 검증용 온도센서를 이용한 값과 ADCP에 부착된 온도센서 값과 차이를 확인하고 ±2℃초과시 재검사 또는 적절한 조치를 취한 후 다음 단계의 검사를 진행한다. 네 번째 수심측정 검사에서는 수조 내 수심 측정을 확인하여 실제 수심과의 오차를 확인하고 ±1% 초과시 재검사 또는 적절한 조치 후 다음 검사를 실시한다. 유량비교 측정검사에서는 각 기기 간의 평균유량의 상대오차를 평가하는 것으로 ±5%미만에는 합격, ±5이상 ±10%미만에서는 재검사, ±10%이상에서는 공장수리를 권고하도록 하고, 1~5 단계의 검사를 통과한 기기를 대상으로 인증서를 발급하도록 한다. 유량비교 측정검사시에는 매년 ADCP를 사용하는 일반기업 및 공공기관 등이 모여 ADCP의 성능을 상호간 비교하는 'ADCP 기술협력 워크숍'을 확장하여 실시할 수 있다. 각 검사 단계의 허용오차는 USGS 또는 제조사 기준과 2022년 ADCP 기술협력 워크숍 성능검사 분석 결과를 토대로 하였다. 본 ADCP 검정 방안은 향후 ADCP 모델별로 단계별 시범 검토를 통해 세부사항에 대한 제시가 필요하며, 온도센서 검사, 수심측정 검사, 유량 비교측정검사에 대한 허용오차에 대한 타당성에대한 검증 및 검토가 이루어져야 할 것으로 사료된다.