KR100486040B1 - 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템과 그를 이용한수위측정 및 종류판별 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템과 그를 이용한 수위측정 및 종류판별 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 저장통 내의 혼합액체의 비중에 따라 부유높이가 달라지는 비중막대 및 상기 비중막대를 감싸고 있으면서 한쪽 면의 내면에 센서어레이부가 마련된 센서부 그리고, 상기 센서부의 저면에 설치된 온도센서를 갖추고서, 상기 센서어레이부에 의해 측정되는 정전용량의 변화 값으로서 상기 혼합액체의 수위를 센싱하고 정전용량의 비(比)를 센싱하여 이 정전용량 비로서 혼합액체의 종류를 판별할 수 있도록 하는 것이며, 이렇게 센싱되는 정전용량의 변화 값 및 정전용량의 비 등의 수위정보를 저장하는 메모리 및 이를 처리하는 마이크로프로세서로 구성된 간단한 전자회로는 임의의 시스템에 이식이 수월하고, 비교적 내 노이즈성이 뛰어난 간단한 회로와 저가형 마이크로 프로세서에 의해 혼합액체의 수위 및 종류를 신속 정확하게 판별해 낼 수 있는 것이다.

Description

혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템과 그를 이용한 수위측정 및 종류판별 방법{System for measuring level and distinguishing kind of mixed liquid and method for measuring level and distinguishing kind of mixed liquid using thereof}
본 발명은 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템과 그를 이용한 수위측정 및 종류판별방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체에 담겨진 전극의 구간별로 측정되는 정전용량의 변화로서 액체의 수위를 판별하고, 각 수위에 따른 정전용량 변화의 비로서 혼합액체의 비중을 판별하여 혼합액체를 판별할 수 있도록 한 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템과 그를 이용한 수위측정 및 종류판별방법에 관한 것이다.
종래의 정전용량형 센서는 대전한 두 전극을 단일센서로 구성하여 액체 저장통내의 액체의 수위를 측정하였다.
즉, 종래의 정전용량형 센서를 이용하여 액체 저장통내의 액체의 수위를 측정하려면 다음의 식들과 같으며 그 개략적인 구성을 도 1에 도시하였다.
C = ε*(전극면적/전극거리)
= (εℓ+ ερ)*(S / D)
여기서, ε은 두 전극사이의 물질의 유전율, εℓ은 액체의 유전율, ερ는 비중막대의 유전율, S 는 전극면적 그리고 D 는 전극간 거리이다.
상기의 식을 도 4에 도시된 본 발명에서의 비중막대와 센서부의 구성도를 참조하여 설명하면, 종래의 정전용량형 센서는 ε0, εℓ이 고정되어 있고, 전극간거리 D 가 고정되어 있으며, 전극의 면적 S(SL- ℓ, Sℓ)가 고정되어 있으므로 액체의 수위에 따라 변화하는 정전용량 값에서 면적 S를 계산할 수가 있으며, 이 면적 값에서 수위 ℓ값을 계산할 수가 있는 것이다.
C = C0 + Cℓ
상기의 식들에서, C 는 전체 정전용량 값,
C0 은 공기가 채워진 공간의 정전용량 값,
Cℓ은 액체가 채워진 공간의 정전용량 값,
ε0 는 공기의 유전율,
εℓ은 액체의 유전율이다.
종래의 방식에 의하여 혼합액체의 수위를 측정하는 경우에는 액체의 유전율(ε)이 일정해야만 정확한 수위를 측정할 수가 있다.
그러나, 혼합액체가 들어갈 경우 액체의 유전율(ε)과 액체수위(ℓ)가 같이 변화하게 되므로, 그에 따라 출력 C 는 그 액체수위(ℓ)에만 비례하지 않고 액체의 유전율(ε)의 영향을 받게 되어 오차가 발생하여 정확한 수위를 측정할 수가 없는 것이다.
즉, 측정하고자 하는 액체가 혼합액체일 경우 액체의 유전율(ε)값이 일정하지가 않으므로 측정된 출력 C 값은 액체수위(ℓ)에 비례하지 않는 값이 측정이 되므로 측정된 C 값만으로는 수위를 정확히 알 수 없게 되는 것이다.
한편으로, 종래에는 액체 저장통내의 혼합액체의 특성을 판별하기 위해 고가의 과/고정밀의 장치를 사용하거나, 고가의 휴대형 화학분석장치를 사용하였는데, 이들의 경우 상술한 종래의 혼합액체의 수위 측정을 위한 센서를 사용함으로써 비정상적으로 측정된 수위 값을 이용하게 된다. 그로 인해, 비정상적인 수위 값에 근거하여 액체 저장통 내의 혼합액체의 특성을 파악하게 되고, 결과적으로 고가의 장비를 이용하고서도 정확한 비중의 파악이 이루어지지 않으므로 혼합액체의 특성이 정확하게 판별되지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 측정되는 정정용량 값으로서 혼합액체의 수위를 측정함에 있어서, 측정되는 정정용량의 변화를 이용하여 액체의 비중이 변화하더라 정확한 수위를 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 하며, 측정되는 정정용량의 비(比)를 이용하여 액체 저장통 내의 액체가 순수 액체인지 혼합액체 인지를 판별하고 혼합액체인 경우에 기준되는 용액과의 비(比) 값을 대비하여 신속하면서도 정확하게 그 혼합액체를 판별해 내도록 하는 혼합액체 판별 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템은, 액체 저장통 내의 혼합액체의 비중에 따라 부유높이가 달라지는 비중막대 및 상기 비중막대를 감싸고 있으면서 한쪽 면의 내면에 센서어레이부가 마련된 센서부 그리고, 상기 센서부의 저면에 설치된 온도센서를 갖추고서, 상기 센서어레이부에 의해 측정되는 정전용량의 변화 값으로서 상기 혼합액체의 수위를 센싱하고 정전용량의 비(比)로서 비중을 센싱하는 센서 모듈; 다수의 액체에 대한 정전용량의 비(比)에 대한 액체의 종류가 미리 저장되고, 상기 센서 모듈에서 센싱된 상기 혼합액체에 대한 정전용량의 변화 값 및 정전용량 비 등의 수위정보가 저장되는 메모리; 및 상기 메모리로의 혼합액체 수위정보 저장동작을 제어하고, 상기 센서 모듈로부터 제공되는 수위정보를 상기 메모리의 비중비(比重比) 값과 비교하여 상기 액체 저장통 내의 혼합액체의 종류를 판별해 내는 마이크로 프로세서를 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템의 구성도로서, 액체 저장통 내의 혼합액체의 비중에 따라 부유높이가 달라지는 비중막대(20), 이 비중막대(20)를 감싸고 있으면서 한쪽 면의 내면에 센서어레이부가 마련된 센서부(15) 및 이 센서부(15)의 저면에 설치되어 온도에 따른 액체의 부피 팽창을 보상하기 위하여 부피팽창에 따른 수위변화와 비중변화를 보상하는 데 사용되는 온도신호를 출력하는 온도센서(10)를 갖추고서, 상기 센서어레이부에 의해 측정되는 정전용량의 변화 값으로서 상기 혼합액체의 수위를 센싱하고 정전용량의 비(比)로서 비중을 센싱하는 센서 모듈(1); 온도센서(10) 및 센서부(15)로부터의 신호를 입력받아 정형화시키는 신호 전처리부(30); 신호 전처리부(30)로부터 제공되는 정형화된 온도센서(10)의 신호 및 선세부(15)의 신호를 멀티플렉싱하는 멀티플렉서(40); 멀티플렉서(40)를 통해 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D컨버터(50); 다수의 액체에 대하여 기준용액과의 정전용량의 비에 대한 액체의 종류가 미리 저장되어 있고, 센서 모듈(1)에서 센싱된 혼합액체의 정전용량 변화 값 및 정전용량 비 등의 수위정보가 저장되는 메모리(70); 메모리(70)로의 혼합액체 수위정보 저장동작을 제어하고, A/D컨버터(50)로부터의 신호(즉, 센서 모듈(1)로부터 제공되는 수위정보)를 메모리(70)에 저장된 정전용량비 값과 비교하여 액체 저장통 내의 혼합액체를 판별해 내는 마이크로 프로세서(60); 이 마이크로 프로세서(60)의 제어에 의해 혼합액체에 대한 정보를 소정의 화면에 디스플레이시키거나 소정의 음성으로 알리는 디스플레이&알람부(80); 및 RS232C 등의 외부통신포트를 통해 외부장비와 통신하되, 마이크로 프로세서(60)의 제어에 의해 혼합액체에 대한 정보를 그 외부장비에게로 전송하는 외부통신부(90)를 구비한다.
여기서, 상기 센서 모듈(1)은 도 3에 예시된 바와 같이 설치되는데, 상기 센서 모듈(1)은 액체 저장통(3)의 주입구 부근에 설치된다. 내부가 비어있는 사각박스형 센서부(15)는 상기 액체 저장통(3)에 고정되고, 사각막대 형상의 비중막대(20)는 액체에 잠겨 부유상태가 되도록 설치된다. 그리고, 상기 센서부(15)의 저면에는 온도센서(10)가 설치된다.
상기의 센서부(15)와 비중막대(20)의 보다 상세한 구성을 도 4에 도시하였는 바, 도 4a는 센서부(15)와 비중막대(20)의 투시 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A' 단면도이며, 도 4c는 센서부(15)의 공통접지전극(152)와 센서전극(154) 및 비중막대(20)의 전기적 등가모델을 도시한 도면이다.
이렇게 설치된 센서 모듈(1)의 신호는 신호선(5)을 따라 신호선(5)과 연결된 신호 전처리부(30)에게로 전송된다. 그리고, 센서부(15)의 공통접지전극(152)은 공동접지(common)기능을 하며, 센서전극(154)은 정전용량을 측정하며, 온도센서(10)가 밑면에 있어 액체의 온도신호가 출력된다.
그리고, 상기 센서전극(154)의 한쪽 내면의 일정부에는 센서어레이부(156)가 마련되고, 이 선세어레이부(156)는 정전용량식 센서 어레이패턴이 형성되어 있어 액체의 특성(액체의 비중이 반영된 수위 변화량)에 따라 접촉되는 어레이의 각 전극별 정전용량 값이 신호선(5)을 따라 출력된다. 한편, 비중막대(20)의 하부의 일정부에는 도 4a에 도시된 바와 같이 액체의 비중에 따라 부유정도를 조정할 수 있는 비중볼(17)이 설치된다. 이때 비중막대(20)의 부유정도는 액체의 수위 및 비중에 영향을 받아 결정된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템에 의한 동작 중에서 혼합액체의 수위측정방법에 대해 설명한다.
센서전극(154)의 내면 일정부에 형성된 빗살무늬형 정전용량 센서어레이부(156)의 패턴을 보면 도 5의 좌측과 같은 형상이 된다. 도 5의 우측의 내용은 센서어레이패턴에 대한 등가회로이다.
도 5에서와 같이 패턴의 각각 전극은 종래의 방식과 같은 물리적 특성에 의해 정전용량이 계산되지만, 후 처리 방식이 다르다. 즉, 각각의 전극은 상술한 수학식(1)에 의해 정전용량이 결정된다. 다시 말해서, 첫 번째 어레이 전극(E1)에 의해 C1이 출력되고, 두 번째 어레이 전극(E2)에 의해 C2가 출력되며, n번째 어레이 전극(En)에 의해 Cn이 출력된다.
그리고, 이렇게 측정된 정전용량 값은 신호 전처리부(30)에 있는 브릿지회로(도시 생략)를 거쳐서 전압형태로 변환되며, 그 변환된 각 센서별 출력 값은 마이크로 프로세서(60)의 제어에 의해 메모리(70)의 1 : 1(1 대(對) 1)로 대응되는 어드레스(address)별로 저장된다.
상기 빗살무늬모양의 전극의 특성은 경사로 형성되어 있으며, 일정 수위에서는 액체가 하나의 전극과 바로 위의 전극에 동시에 닿아 있으므로 수위측정이 연속적으로 가능하고, 데이터처리는 디지트(digit)하게 할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 수위는 연속적인 값을 갖더라도 센서의 출력은 디지트하게 처리한다. 다시 말하면, 센서별 측정구간을 정밀도에 따라 m등분하여 처리한다.
도 6a 및 도 6b는 센서별 구간을 5등분(m = 5)하여 나타낸 것으로서, 수위가 L1과 L2사이의 값(L1.5)일 경우는 c12의 값으로 대응시킨다. 즉, L1과 L2사이에 수위가 위치할 때의 출력 값은 c12에 대응시킨다.
도 6a는 어레이 전극의 일부(E1, E2)를 나타낸 것이며, 각 L 값은 액체의 수위를 나타낸 것이다. 도 6a에서, 액체가 L1, L2, L3, ..... , L9까지 변화할 때 센서 어레이부(20)의 출력은 도 6b에서와 같이 출력된다. 즉, 수위가 L1일 때 전극 E1의 출력 값은 c11이 출력되고, 이때 E2의 출력은 c0가 출력된다. 그리고, 수위가 L2로 바뀌면 E1의 출력은 c12이고, E2의 출력은 c0이다. 수위가 L4, L5구간에서 E1은 c15가 출력되고, E2는 c21이 출력된다. 즉, 수위별로 연속적으로 측정되고, 각 c11, c12, ... , c25 등의 값이 정해지므로 각각의 값이 디지티(digit)화 되는 것이다. 여기서, c0는 공기가 채워진 구간의 정전용량 값을 나타낸다.
이때, 측정액체의 유전율이 달라져도 구간별 출력 값(c11, c12의 크기)의 차이는 생길 수 있으나 액체에 잠겨있는 구간의 정전용량 값은 어떠한 형태로든지 존재하게 되는 것이며, 액체에 잠겨있지 아니한 영역에서는 공기가 채워진 정전용량 값이 측정되게 된다. 즉, 본 발명의 실시예의 경우 각 전극의 위치를 어레이의 배열에 의하여 이미 알고 있기 때문에 액체의 유전율의 변화와 관계없이 각 위치별 출력 값(특히 c0의 값)에 의해서 마이크로 프로세서(60)는 수위를 측정하게 된다. 그리고, 이 출력 값들은 마이크로 프로세서(60)에 의해 1 : 1로 어드레스 대응된 메모리(70)에 저장되며, 마이크로 프로세서(60)는 메모리(70)에 저장된 값에 따라 메모리(70)의 번지차이를 가/감산하여 수위를 간단히 계산하게 된다.
도 7은 메모리(70)에 지정된 번지별 출력 값 저장 형태를 나타낸 것으로서, 어드레스A1에는 c11이 저장되고, A2에는 c12가 저장되며, An에는 cn5가 저장되는 형식을 취한다.
수위를 계산하는 방법을 일예를 들어 설명하면, 현재 액체의 수위가 L4와 L5사이에 위치할 경우 상기 메모리(70)에 저장된 값은 A1에는 수위가 0 이상이고 L1보다는 작음(0 수위 L1)을 나타내는 E1의 값 c11이고 , A2에는 수위가 L1 이상이고 L2보다는 작음(L1 수위 L2)을 나타내는 E1의 값 c12이며, A3에는 수위가 L2 이상이고 L3보다는 작음(L2 수위 L3)을 나타내는 E1의 값 c13이고, A4에는 수위가 L3 이상이고 L4보다는 작음(L3 수위 L4)을 나타내는 E1의 값 c14이며, A5에는 수위가 L4 이상이고 L5보다는 작음(L4 수위 L5)을 나타내는 E1의 값 c15이고, A6에는 수위가 L4 이상이고 L5보다는 작음(L4 수위 L5)을 나타내는 E2의 값 c21이며, A7에는 c0이다. 그러므로, 마이크로 프로세서(60)는 c21의 값에 의하여 현재 혼합액체의 수위는 L4와 L5사이에 있음을 알게 된다. 즉 c0가 들어있는 바로 전 메모리(70)의 위치에 수위에 의하여 대응하는 센서위치에 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.
이번에는, 본 발명의 실시예에 따른 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템이 수행하는 액체 저장통(3) 내의 혼합액체의 종류를 파악하는 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 수위측정 및 메모리(70)에 저장하여 활용하는 방법에 대해서는 이미 상술하였으므로 이것을 전제하여 설명한다.
본 발명의 비중막대(20)에는 비중볼(17)이 내장되어 있어서 이 비중막대(20)의 부유정도는 액체의 수위 및 비중에 영향을 받아 결정되는데, 상기 비중막대(20)의 부유정도를 도 8a 및 도 8b와 같이 예시한다.
도 8a는 각각 비중이 다른 액체가 같은 수위를 갖는 경우의 비중막대(20)의 부유 상태를 나타낸 것이며, 도 8b는 비중은 같으나 각각 수위가 다른 경우의 비중막대(20)의 부유 상태를 나타낸 것이다. 여기서, 도 8a 및 도 8b에서 비중막대(20)의 실선으로 표시된 부분은 도 9a와 같이 유전율이 ερa로 된 부분이고, 도 8a 및 도 8b에서 비중막대(20)의 점선으로 표시된 부분은 도 9b와 같이 유전율이 ερb로 코팅된 부분을 나타낸다. 이것은 비중에 영향에 의한 부유구간을 구분하기 위한 것이다.
여기에서 정전용량 값은 하기의 식과 같이 표현할 수 있다.
C = (εℓ+ ερa)*(S / D)
C = (εℓ+ ερb)*(S / D)
여기서, S는 전극의 면적, εℓ은 두 전극사이 물체의 유전율, ερa는 비중막대(20)의 실선부분의 유전율이고, ερb는 비중막대(20)의 점선부분의 유전율을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b를 보면 εℓ은 2가지 경우가 발생된다. 하나는 액체이고, 하나는 공기이다.
그러므로, 도 8a 및 도 8b에서는 구간별로 크게 4가지 형태의 출력이 나타난다. 실선부분 전극이 액체에 잠겨있는 경우, 실선부분 전극이 공기 중에 있는 경우, 점선부분 전극이 액체에 잠긴 경우 및 점선부분 전극이 공기 중에 있는 경우이다.
이하의 설명에서는, 편의상 도 8a 및 도 8b에서 3가지 경우(실선부분 전극이 공기 중에 있는 경우, 점선부분 전극이 액체에 잠긴 경우, 점선부분 전극이 공기 중에 있는 경우)에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 비중막대(20)의 부유 위치는 수위변화와 액체의 비중변화에 의한 것이므로 수위변화에 의한 부유량을 분리하면 비중에 따른 부유량이 된다. 이를 메모리(70)에 기 저장된 기준 액체와 혼합액체의 정전용량 값의 비(比)와 비교하고 저장된 여러 종류의 액체에 대한 비(比) 값으로서 혼합액체가 어떤 종류인지를 판별할 수 있게 된다.
도 8a 및 도 8b에서 수위를 구간별로 N1, N2, N3, N4라 하고, 각 구간별 출력을 통하여 액체의 종류를 알아내는 방법을 설명한다.
도 8a의 경우(각각 비중이 다른 액체가 동일한 수위를 갖는 경우), 수위가 같더라도 비중에 따라 상기 비중막대(20)의 부유상태가 다르므로 마이크로 프로세서(60)의 제어에 의해 메모리(70)에 번지별로 저장되는 데이터는 달라진다. 그리고, 도 8a의 우측(ρ2)의 경우는 도 8a의 좌측(ρ1)의 경우보다 비중이 큰 경우(ρ2 > ρ1)로서, ρ2에서 센서 어레이부(내부전극)(20)의 부유 정도가 더 크다.
이를 출력 그래프 형태로 나타내면 도 10에서와 같고, N1과 N2구간의 값이 다르게 분포하는 것을 알 수 있다. 즉, 도 8a의 좌측(ρ1)의 경우는 도 10a에서와 같이 N1과 N2사이의 값이 비교적 길게 분포하고, N2와 N3구간의 값은 짧게 분포하지만, 도 8a의 우측(ρ2)의 경우는 도 10b에 나타난 것과 같이 도 10a와는 반대로 나타난 것이다.
이 각 구간의 값들도 마이크로 프로세서(60)의 제어에 의해 메모리(70)에 1:1로 대응되는 위치에 저장되며, 마이크로 프로세서(60)에 의하여 N1구간과 N2구간의 비(比)로 액체의 종류를 알 수 있다. 즉, 비중 값 ρ1은 알고 있으므로, N1과 N2의 비(比)를 알게되면 그 비로서 ρ2의 비중 값에 의하여 종류를 알 수가 있는 것이다. 여기에서 N1과 N2의 비에 따른 비(比)에 대한 테이블은 메모리(70)에 미리 저장되어 있다.
이러한 테이블 중에서 일예로 액체 연료의 N1과 N2의 비를 하기의 표1에 나타내었으며, 가솔린을 기준용량으로서 1로 하였을 때의 그 비(比)의 값이다.
N1 N2 액체명
1 1 가솔린
2.34 1 등유 혼합
2.42 1 경유 혼합
2.48 1 벤젠 혼합
2.46 1 톨루엔 혼합
상기에서 본 바와 같이 액체의 수위가 같더라도 비중이 다르면 메모리(70)의 각 번지에 저장되는 데이터의 패턴이 달라지게 되고, 이렇게 달라진 데이터로서 혼합액체의 비중을 알 수가 있는 것이다.
한편, 도 8b의 경우(즉, 비중은 같으나 수위가 다른 경우)는 도 11에서와 같은 출력 그래프가 나타난다.
도 11a 및 도 11b의 출력의 패턴을 보면 도 11a의 경우보다 도 11b의 경우가 N1까지의 값이 길게 나타남을 알 수가 있으며, N1까지의 값이 저장된 메모리 크기로서 마이크로 프로세서(60)에 의하여 액체의 수위를 알 수 있다. 그리고, N1-N2, N2-N3구간의 비가 같으므로 마이크로 프로세서(60)는 이 구간의 비율로 비중을 알 수 있다.
그에 따라, 이와 같이 하여 파악된 혼합액체의 수위 및 비중에 의해서 마이크로 프로세서(60)는 액체 저장통(3)내의 혼합액체가 어떤 액체인지를 판별해 낼 수 있게 된다. 그리고, 그 마이크로 프로세서(60)는 그 판별된 정보를 디스플레이&알람부(80)를 통하여 사용자에게 전달하며, 외부통신부(90)에 마련된 RS232C 등의 외부통신포트를 통하여 필요한 외부장비에게로 그 판별된 혼합액체가 어떤 액체인지를 알려주게 되는 것이다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 빗살무늬형 어레이 전극을 이용하여 각 어레이 별로 측정되는 정전용량 값을 이용하여 액체의 비중 변화와는 무관하게 액체의 수위를 신속하고 정확하게 측정할 수가 있으며, 이렇게 정확하게 측정되는 정정용량의 비율을 이용하여 혼합액체의 비중비를 알 수가 있으므로 혼합액체의 종류를 신속하고 정확하게 알 수가 있는 효과가 있다.
그러므로, 본 발명에 의한 장치를 이용하게 되면 혼합액체의 종래의 과/고정밀의 장치를 사용하는 방법 또는 들고 다니는 화학분석장치들과는 달리 간단한 전자회로로 구성되어 임의의 시스템에 이식이 수월하고, 비교적 내 노이즈성이 뛰어난 간단한 회로와 저가형 마이크로 프로세서에 의해 혼합액체의 수위 및 종류를 신속 정확하게 판별해 낼 수 있다.
특히, 차량용 연료에 불순물이 섞이거나 ,차량용 오일류의 특성이 바뀌거나, 배터리 전해액의 특성 변화 시 이를 정확하게 감지하여 차량의 안전운전과 공해를 저감하는데 기여할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 종래의 액체수위 측정동작을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 센서 모듈의 설치상태를 나타낸 도면,
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 비중막대 및 센서부의 구성을 보다 상세히 나타낸 도면,
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 센서전극 내면에 마련되는 선세어레이부의 패턴 및 그에 대한 등가모델을 나타낸 도면,
도 6a는 도 3 및 도 4에 도시된 센서전극 내면에 마련되는 센서어레이부의 출력특성 중에서 전극의 일부에 대한 출력특성을 나타낸 도면,
도 6b는 도 3 및 도 4에 도시된 센서어레이부의 출력그래프,
도 7은 도 2에 도시된 메모리에 저장되는 번지별 데이터 형태를 나타낸 도면,
도 8a는 본 발명의 실시예 설명에서 각각 비중이 다른 액체가 동일한 수위를 갖는 경우의 비중막대의 부유상태를 나타낸 도면,
도 8b는 본 발명의 실시예 설명에서 비중은 동일하나 각각 수위가 다른 경우의 비중막대의 부유상태를 나타낸 도면,
도 9a는 도 8a 및 도 8b의 비중막대의 실선으로 표시된 전극부분을 설명하기 위한 도면,
도 9b는 도 8a 및 도 8b의 비중막대의 점선으로 표시된 전극부분을 설명하기 위한 도면,
도 10a 및 도 10b는 도 8a의 경우(ρ1, ρ2)에 대한 구간별 출력을 전압으로 나타낸 그래프,
도 11a 및 도 11b는 도 8b의 경우(가, 나)에 대한 구간별 출력을 전압으로 나타낸 그래프이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 센서 모듈 3 : 액체 저장통
5 : 신호선 10 : 온도 센서
15 : 센서부 20 : 비중막대
30 : 신호 전처리부 40 : 멀티플렉서
50 : A/D컨버터 60 : 마이크로 프로세서
70 : 메모리 80 : 디스플레이&알람부
90 : 외부통신부 E1, E2, ... , En : 어레이 전극

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 액체 저장통 내의 혼합액체의 비중에 따라 부유높이가 달라지며 하단부와 상단부에 상이한 유전율을 갖는 물질이 코팅된 비중막대 및 상기 비중막대를 감싸고 있으면서 한쪽 면의 내면에 센서어레이부가 마련된 센서부 그리고, 상기 센서부의 저면에 설치된 온도센서를 갖추고서, 상기 센서어레이부에 의해 측정되는 정전용량의 변화 값으로서 상기 혼합액체의 수위를 센싱하고 정전용량의 비(比)로서 비중비를 센싱하는 센서 모듈;
    상기 온도센서 및 센서어레이부로부터의 신호를 입력받아 정형화시키는 신호 전처리부;
    상기 신호 전처리부로부터 제공되는 정형화된 온도센서의 신호 및 센서 어레이부의 신호를 멀티플렉싱하는 멀티플렉서;
    상기 멀티플렉서를 통해 입력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D컨버터;
    다수의 액체에 대한 정전용량의 비(比)에 대한 액체의 종류가 미리 저장되고, 상기 센서 모듈에서 센싱된 상기 혼합액체에 대한 정전용량의 변화 값 및 정전용량 비 등의 수위정보가 저장되는 메모리; 및
    상기 메모리로의 혼합액체 수위정보 저장동작을 제어하고, 상기 A/D컨버터로부터의 신호를 상기 메모리에 저장된 정전용량비 값과 비교하여 액체 저장통내의 혼합액체를 판별해 내는 마이크로 프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템.
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  11. 삭제
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 비중막대의 하단부에 비중볼이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템.
  13. 제 4항에 있어서,
    상기 센서어레이부의 빗살무늬형 어레이 전극은 경사로 형성되어 있으며, 일정 수위에서는 액체가 하나의 어레이 전극과 바로 위의 어레이 전극에 동시에 닿을 수 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템.
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  20. 제 12항에 있어서,
    상기 센서어레이부의 빗살무늬형 어레이 전극은 경사로 형성되어 있으며, 일정 수위에서는 액체가 하나의 어레이 전극과 바로 위의 어레이 전극에 동시에 닿을 수 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템.
  21. 제 13항에 있어서,
    상기 비중막대의 하단부에 비중볼이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템.
  22. 제 4항, 제 12항, 제 13항, 제 20항 및 제 21항 중 어느 한 항의 시스템을 이용하되, 상기 하나의 어레이 전극에 대한 정전용량을 측정함에 있어서 상기 전극을 3 내지 10등분하여 각 등분별로 정전용량을 측정하여 각 등분되어 측정되는 정전용량 값을 디지트(digit)하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 혼합액체의 수위측정 및 종류판별 방법.
KR10-2002-0025663A 2002-05-09 2002-05-09 혼합액체의 수위측정 및 종류 판별 시스템과 그를 이용한수위측정 및 종류판별 방법 KR100486040B1 (ko)

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