본 논문은 선박 내 밸러스터 탱크의 해수압을 계측하는 세라믹 소재의 해수압센서를 제작하여 그 전기적인 특성을 연구하였다. 해수압센서의 기본 재료는 사파이어 웨이퍼와 알루미나 소재의 세라믹 구조물이며, 정밀가공에 의해 각각 센서의 응력을 받는 멤브레인과 세라믹 구조물을 가공하였고, 브레이징 접합에 의해 해수압센서를 완성하였다. 특히 유한요소해석을 통해 센서에 가해지는 압력에 대해서 정전용량값의 선형성을 확보하였으며, 이를 통해 해수압센서로서의 산업상 이용 가능성을 확인하였다. 또한, 전기적인 특성을 조사하기 위해 센서에서 획득되는 정전용량값을 유효한 전압신호로 변환하기 위한 신호처리회로보드를 제작하여 센서 상부면에 부착하였다. 이에 제작한 해수압센서의 초기 정전용량값은 0 bar에서 50 pF 정도이며, 가변용량의 경우 5 bar에서 110 pF의 값을 나타내었다. 또한, 센서에 가해지는 5 bar정도의 압력에 대해서는 약 5 V의 출력전압값을 나타내었다. 본 논문에서 제안한 해수압센서는 선박내 밸러스터 탱크의 해수압 측정용 레벨계측기기에 활용이 가능할 것으로 보인다.
In this paper, we fabricated ceramic body and sapphire wafer in order to develop a hydraulic pressure sensor with high sensitivity and high temperature stability. The sapphire wafer was adopted with a membrane of capacitance ceramic pressure sensor. The capacitance value of the sensor for the finite element analysis(FEM) showed a linear pressure characteristics. Membrane was processed with a diameter of 32.4 ㎜ and a thickness of 1 ㎜ by using alumina powders. Ceramic body was processed with a diameter 32.4 ㎜ and a thickness 5 ㎜. The capacitance pressure sensor was made with high heat treatment of the ceramic body and the sapphire wafer. Initially capacitance of the pressure sensor was 50 pF and a capacitance of 110 pF was measured from 5 bar pressure. Output voltage of 5 V was appeared at 5 bar pressure.
