KR100528776B1 - 진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법, 물체 검출 방법 및물체 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 검출 파이프 내의 진동판(23)에 설치된 마그넷(22)에 약간의 간격을 두고 전자석(21)을 대향시키고, 진동판(23)의 공진 주파수를 중심으로 하여 소정 범위 내의 주파수를 소인한 교류 전류를 구동 회로(51)에 의해 소정 측정 주기마다 코일에 인가하고, 교류 전류를 인가한 때에 진동판(23)에 물체가 접촉하는 지의 여부에 따라 발생하는 위상 변화를 위상 비교 회로(53)로 검출하고, 마이크로 컴퓨터(40)는 검출된 위상 변화에 기초하여 물체의 유무를 판별하고, 소정 측정 주기의 전반 기간에 검출된 위상 변화에 기초하여 온도를 측정하고, 소정의 측정 주기의 후반 기간에 온도의 측정 결과에 기초하여 소인한 주파수를 변화시킨다.

Description

진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법, 물체 검출 방법 및 물체 검출 장치{Temperature Measuring Method, Object Detecting Method and Object Detecting Device with Vibrating-Type Level Sensor}

본 발명은 진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법, 물체 검출 방법 및 물체 검출 장치에 관한 것으로서, 특히 검출 파이프 내의 진동판에 설치된 마그넷에 약간의 간격을 두고 대향시킨 전자석 코일의 진동 주파수에 기초하여 물체의 유무를 검출하는 진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법, 물체 검출 방법 및 물체 검출 장치에 관한 것이다.

도 10A는 종래의 진동식 레벨 센서의 개략 블록도로서, 일본 특개평11-351944호 공보에 기재되어 있는 것이다. 도 10A에 있어서, 검출 파이프부(1)는 그 기부(基部)(11)가 고정단으로 되고, 그 선단부가 폐쇄부(12)로 폐쇄되고 자유단이 된다. 검출 파이프부(1) 내부에는, 가늘고 긴 직사각 형상의 진동편(2)이 구비된다. 진동편(2)은 일단이 검출 파이프부(1)의 폐쇄부(12)에 고정되고, 타단에는 영구자석(3)이 마련되어 자유단으로 된다. 따라서, 검출 파이프부(1), 폐쇄부(12) 및 진동편(2)은, 검출 파이프부(1)가 폐쇄부(12)에서 뒤로 절곡되어 진동편(2)인 절곡부를 형성하는 방식으로 절곡된 캔틸레버를 구성한다.

또한, 전자석(4)이 진동편(2)의 축방향으로 진동판(2)과 마주 보도록 검출 파이프부(1)의 내벽에 밀착시켜 부착된다. 전자석(4)이 교류 전류로 구동되면, 전자석(4)이 발생시키는 자계와 영구자석(3)의 자계 사이의 흡인 반발 작용에 의해 진동편(2), 폐쇄부(12) 및 고정단인 기부(11)를 구비한 검출 파이프부(1)로 구성된 상기 절곡된 캔틸레버의 진동을 유발한다.

검출 파이프부(1)의 기부(11)측에 있어서의 내측 벽에는 비틀림 검출 소자(Distortion Dectecting Element)(5)가 마련된다. 비틀림 검출 소자(5)는 검출 파이프(1)의 기부(11)측의 진동 진폭 상태를 검지하여 전기 신호로 변환하고, 증폭 회로(6)에 공급한다. 증폭 회로(6)는 입력된 신호를 증폭하여 재차 전자석(4)에 입력한다.

도 10B, 10C는 전자석(4)에 가하여지는 전류에 의해 전자석(4)과 영구자석(3) 사이에 발생하는 흡인 반발력을 도시한 도면이다.

전자석(4)에 가하여지는 전류의 극성과 전자석(4)에 발생하는 자계의 관계가 도 10B에 도시된 관계라 가정하면, 전자석(4)의 영구자석(3)을 마주 향한 극(極)이 N극이 되고, 진동편(2)에 부착된 영구자석(3)의 S극과의 사이에서 흡인력이 발생하는 한편, 영구자석(3)의 N극과의 사이에서는 반발력이 발생한다. 결국, 진동편(2)의 자유단은 도 10B에 있어서 상측의 힘을 받아서 변위하게 된다.

역으로, 전자석(4)에 가해지는 전류의 극성을 역으로 하면, 도 10C에 도시한 바와 같이, 전자석(4)의 영구자석(3)을 마주 향한 측의 극성이 역전되어 S극으로 되고, 진동편(2)의 영구자석의 S극과 반발하고, N극과 흡인하기 때문에 진동편(2)의 자유단은 하측으로 힘을 받아 진동 상태가 변화한다. 따라서 상기 절곡된 캔틸레버의 진동계의 고유 진동 주파수에 따라 영구자석에 가해지는 전류의 극성을 변화시킴으로써, 진동을 발생시키고 유지할 수 있다.

도 10A에 도시한 예에서는, 진동계의 진동을 검출 소자(5)로 검출하고 전기 신호로 변환하고, 증폭 회로(6)로 증폭하여 재차 전자석(4)에 입력하면서, 검출 회로(7)로부터 검출 신호를 출력한다. 진동 검출 소자(5)로서 압전 소자나 가속도 픽업이 이용될 수 있지만, 압전 소자는 깨지기 쉽고, 접착제로 검출 파이프에 부착되기 때문에 환경성이나 온도 특성 등의 영향을 받기 쉽고 압전 소자 그 자체의 신뢰성이 낮다는 문제도 있다.

그 외에, 예를 들면 일본 특개평1-2322128호 공보에 나타나 있는 진동식 레벨 검출 장치를 이용하는 방법도 있다. 이 진동식 레벨 검출 장치에서는, 진동체에 여진(勵振)용 압전 소자와 수신용 압전 소자가 구비되고, 여진용 압전 소자에 의해 진동체가 여진되고 진동체의 진동이 수신용 압전 소자에서 검출된다. 그리고, 수신용 압전 소자로부터의 출력이 밴드 패스 필터에 입력되고, 상기 밴드 패스 필터는 진동체가 피검출 대상물에 접촉하지 않는 경우의 진동 주파수(fa)를 통과시키지만, 진동체가 피검출 대상물에 접촉한 경우의 진동 주파수(fb)는 통과시키지 않도록 한다. 이 밴드 패스 필터의 출력을 전압 비교 회로에 입력하여, 기준 전압과 비교하는데, 만일 진동체가 피검출 대상물에 접촉하지 않는 경우에는 밴드 패스 필터 출력이 기준 전압보다 낮고, 접촉한 경우에는 기준 전압보다 높기 때문에 피검출 대상물을 검출할 수 있다.

그러나, 상술한 종래예에 있어서는, 검출 회로의 부품 개수가 많아 비용이 높고 구조적으로도 복잡하여, 조립 공수도 많다는 문제가 있다. 부품 개수가 증가하는 것은 신뢰성의 저하로도 이어진다.

본 발명의 주된 목적은, 부품 개수를 줄일 수 있고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법, 물체 검출 방법 및 물체 검출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 검출 파이프 내의 진동판에 구비된 마그넷에 약간의 간격을 두고 대향시킨 전자석 코일의 특성을 이용하여 온도를 측정하는 진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법으로서, 진동판의 공진 주파수를 중심으로 소정의 범위 내의 주파수를 소인(掃引)한 교류 전류를 코일에 인가하고, 코일의 온도 변화에 따른 저항치의 변화에 의해 발생하는 전류의 위상각 변화에 기초하여 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

다른 발명은, 검출 파이프 내의 진동판에 구비된 마그넷에 약간의 간격을 두고 대향시킨 전자석 코일의 진동 주파수에 기초하여 물체의 유무를 검출하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 방법으로서, 진동판의 공진 주파수를 중심으로 소정의 범위 내의 주파수를 소인한 교류 전류를 소정의 측정 주기마다 코일에 인가하고, 교류 전류를 인가할 때에, 진동판에 물체가 접촉하는지 여부에 따라 발생하는 위상 변화를 검출하고, 검출된 위상 변화에 기초하여 물체의 유무를 판별하고, 소정의 측정 주기의 전반 기간에 검출된 위상 변화에 기초하여 온도를 측정하고, 소정의 측정 주기의 후반 기간에 온도의 측정 결과에 기초하여, 상기 소인한 주파수를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또다른 발명은, 검출 파이프 내의 진동판에 구비된 마그넷에 약간의 간격을 두고 대향시킨 전자석 코일의 진동 주파수에 기초하여 물체의 유무를 검출하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 장치로서, 진동판의 공진 주파수를 중심으로 하여 소정 범위 내에서 주파수가 소인될 수 있는 교류 전류를 소정의 측정 주기마다 코일에 인가하는 교류 전류 인가 수단과, 교류 전류 인가 수단에 의해 교류 전류를 인가한 때에 진동판에 물체가 접촉하는지의 여부에 따라 발생하는 위상 변화를 검출하는 위상 검출 수단과, 위상 검출 수단에 의해 검출된 위상 변화에 기초하여 물체의 유무를 판별하는 판별 수단과, 소정의 측정 주기에 있어서의 전반 기간에 위상 검출 수단의 검출 출력에 기초하여 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 소정의 주기에 있어서의 후반 기간에 온도 측정 수단의 측정 결과에 기초하여 소인한 주파수를 변화시키는 주파수 변화 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 위상 검출 수단은 진동판의 진동 주파수와 교류 전류의 소인 주파수와의 혼합에 의해 전자석 코일에 발생하는 비트 주파수 성분에 의한 위상의 흔들림을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 위상 검출 수단은, 비트 주파수 성분을 추출하기 위한 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 온도 측정 수단은 코일의 온도 변화에 따른 저항치의 변화에 의해 발생하는 전류의 위상각 변화에 기초하여 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 진동식 레벨 센서에 있어서, 진동판의 공진 주파수를 중심으로 하여 소정의 주파수 범위를 소인한 교류 전류를 소정의 측정 주기마다 코일에 인가하고, 진동판에 물체가 접촉하는지의 여부에 따라 발생하는 위상 변화에 의해 물체의 유무를 판별하는 물체 검출 방법을 채용함으로써, 검출부를 구동용 전자석과 영구자석만으로 구성할 수 있기 때문에, 종래와 같이, 수신용 센서 부분에 압전 소자나 가속도 픽업을 필요로 하지 않고, 부품 개수를 감소시킬 수 있고 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 소정의 측정 주기의 전반 기간에 검출된 위상 변화에 기초하여 온도를 측정하고, 후반 기간에 온도의 측정 결과에 기초하여 소인 주파수 범위를 최적화하므로써, 검출 장치로서의 응답성을 신속하게 할 수 있다.

또한, 온도 측정 방법으로서 검출부인 구동용 전자석과 영구자석만을 이용하기 때문에 새로이 서미스터 등을 필요로 하지 않고, 구조의 간소화와 대폭적인 비용 절감을 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 진동식 레벨 센서에 관해 도면을 이용하여 설명한다. 이하에 있어서 동일 또는 대응하는 부분은 동일 참조 기호를 붙이고, 이에 대한 반복된 설명은 생략한다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 실시예에 따른 진동식 레벨 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 1A에 도시한 바와 같이, 봉 형상의 전자석(21)과 마그넷(22)을 약간의 간격을 두고 대향시키고 전자석(21)에 흐르는 전류의 방향을 전환하면, 전자석(21)의 극성이 전환되어 마주 향하고 있는 마그넷(22)의 극성과 동극인 경우는 반발하고, 이극인 경우는 흡인하는 것은 주지의 사실이다.

이 원리를 도 1B에 도시한 종진동형의 진동판(23)에 응용한 경우, 진동판(23) 선단의 마그넷(22)의 분극 방향을 두께 방향(도 1B에서는 상측이 N극이고 하측이 S극)으로 함으로써, 마그넷(22)에 대하여 전류의 방향으로 상하 방향의 힘을 가하는 것이 가능하게 된다. 마그넷(22)은 진동판(23)의 자유단에 위치하기 때문에, 전자석(21)에 흐르는 전류의 방향의 전환 주기와 진동판(23)의 공진하는 주기를 일치시키면, 진동판(23)은 최대한으로 진동하게 된다. 종진동형의 진동 모드는 절곡된 캔틸레버의 진동 모드이고, 단순한 진동판(23)의 모드와는 약간 다르지만, 그 기본은 같다.

종래의 진동식 레벨 센서에서는 도 10A에 도시한 바와 같이 구동부로서의 전자석(4)과 수신부로서의 검출 소자(5)가 다른 부품으로 구성되어 있지만, 본 발명에서는 구동부와 수신부를 공통의 전자석으로 구성하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 진동식 레벨 센서의 원리를 도시한 도면이다. 예를 들면 모터(31)에 전지(32) 등의 전원을 접속하면 전류가 흘러서 모터(31)가 회전한다. 이 때 모터(31)에 흐르는 전류는 a였다고 한다. 다음에, 모터(31)의 회전축을 손으로 잡아서 회전을 정지시키면 모터(31)에 흐르는 전류는 b로 증가한다. 이것은 모터(31)가 회전중에는 모터(31)의 회전에 의한 발전 작용으로 역방향의 전류(전력)가 발생하여 전류를 억제하기 때문이고, 모터(31)의 회전을 정지시키면 이 역방향의 전류(전력)가 소실하여 억제 효과가 없어진다.

본 발명에 의한 진동식 레벨 센서는 도 2에 도시한 바와 같은 모터(31)는 아니지만, 도 1B에 도시한 바와 같이, 전자석(21)에 전류를 흘려서 마그넷(22)을 진동시키면, 진동하고 있는 마그넷(22)의 발전 작용으로 전자석(21)에 전류가 생기고, 전술한 모터(31)의 설명과 마찬가지로, 구동 전류를 억제할 수 있다. 검출부가 분체 등에 덮혀서 진동하지 않는 경우, 진동판(23)에 고정된 마그넷(22)에 의한 발전 작용이 없어지고, 구동 전류는 전혀 억제됨 없이 흐르게 된다. 따라서 구동 전류를 검출함으로써 진동의 크기를 알 수 있고 분체 유무의 검출이 가능하게 된다.

진동식 레벨 센서에서는, 진동판(23)의 공진 주파수와 구동 전류의 주파수를 일치시킴으로써 진동을 발생시키지만, 진동판(23)이 진동한 주파수 폭은 380Hz(대표값)의 중심 주파수에 대해 ±0.1Hz로 상당히 좁은 범위로서, 항상 이 주파수 내로 구동 전류의 주파수를 유지하는 것은 불가능하기 때문에, 본 발명에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 중심 주파수 상하의 일정 범위에서 반복 주파수를 변화(소인)시킨다. 이와 같이 주파수를 소인함에 의해, 공진 상태를 검출할 수 없게 될 우려를 제거할 수 있다.

또한, 진동판(23)의 진동 주파수는 약 -0.1Hz/℃의 비율로 온도에 대해 변화하기 때문에, 소인 주파수 범위도 이 비율로 온도 제어(보정)한다. 즉, 온도의 상승에 수반하여 소인 주파수가 낮아지도록 보정된다. 주파수의 소인 범위는 기준치의 하 9.4Hz부터 상 6.3Hz의 15.7Hz 사이이다. 여기서 기준치는 진동판(23)의 공진 주파수가 아니라 간섭 전압의 피크에 대한 주파수이고, 이것에 관해서는 후술한다.

주파수의 소인 속도는 한 예로서, 11.1Hz/초의 속도로 15.7Hz을 1.8초에 소인한다. 소인 속도가 늦을수록 진동의 변화를 상세하게 관측할 수 있지만, 계측 시간을 고려하여 상기 속도로 속도가 설정된다.

도 4는 간섭 전압(비트)에 관해 설명하기 위한 파형도이다. 어느 2개의 주파수를 혼합한 경우, 그 주파수의 합과 차이의 주파수 성분이 새롭게 발생하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 380Hz와 385Hz의 주파수를 혼합한 경우는 765Hz와 5Hz의 주파수 성분이 발생한다.

본 발명에서는 도 3에서 설명한 바와 같이, 진동판(23)의 공진 주파수의 상하 15.7Hz의 주파수 범위를 11.1Hz/초의 속도로 소인한다. 도 4의 (ⅰ)로 도시한 바와 같이 소인 시작 직후에는 소인 주파수와 공진 주파수의 차이가 크기 때문에 진동은 일어나지 않고 역기전력의 발생이 없다. (ⅱ)로 도시한 바와 같이, 소인 주파수가 공진 주파수에 접근하면 진동판(23)의 진동이 증가하기 시작하고, 주파수가 서로 일치할 때 최대로 되며 역기전력도 최대로 된다. (ⅲ)으로 도시한 바와 같이, 그 후 소인 주파수는 일정 속도로 변화를 계속하지만, 진동판(23)의 진동강도는 진동판(23)의 진동 주파수가 도면상 (ⅱ)로 표시된 공진 주파수에 고정된 상태로 서서히 감쇠한다.

여기서, (ⅲ)의 진동 감쇠 기간에 진동 주파수가 변화하지 않는 것이 중요하고, 주파수가 변화하는 구동 전류의 소인 주파수와 주파수가 변화하지 않는 역기전력의 진동 주파수의 혼합에 의해 비트 주파수의 발생이 일어난다. 발생한 비트 주파수 중 그 차(差)에 해당하는 주파수 성분(변화한다)만 필터로 추출하고, 그 크기로 분체의 유무를 판단한다.

검출부가 분체에 덮혀서 진동판(23)이 진동하지 않으면, 역기전력은 발생하지 않고 비트 주파수도 생기지 않는다. 이 원리를 이용한 진동식 레벨 센서의 실시예에 관해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 진동식 레벨 센서의 블록도이다. 도 5에 있어서, 마이크로 컴퓨터(40)는 소인 주파수의 펄스 전압을 발생하는 펄스 발생 회로(41)를 포함하고, 발생된 펄스 전압은 구동 회로(51)로부터 전류 검출 회로(52)를 통하여 전자석(21)에 공급된다. 전류 검출 회로(52)는 전자석(21)에 흐른 펄스 전류를 검출하고 위상 비교 회로(53)에 준다. 위상 비교 회로(53)는 그 펄스 전류와 펄스 발생 회로로부터 주어지는 펄스 전압과의 위상차를 검출한다.

진동판 검출부에 분체가 접촉하지 않는 때에는, 진동판(23)이 진동함에 따라 전술한 비트 성분이 구동 전류에 발생하기 때문에 위상 비교 회로(53)의 출력에 요동이 발생한다. 분체가 검출부에 접촉하고 있는 경우에는, 진동판(23)이 진동하지 않기 때문에 상기와 같은 위상의 요동은 발생하지 않는다. 이 위상 비교 회로(53)의 출력은 평활 회로(54)에 공급되며, 마이크로 컴퓨터(40)에 캡처 신호로서 받아들여진다. 평활 회로(54)는 위상 비교 회로(53)의 출력이 일종의 PWM 신호이기 때문에 취급하기 쉬운 아날로그 전압으로 변환한다.

평활 회로(54)에 의해 변환된 아날로그 전압은 밴드 패스 필터(BPF)(55)와 마이크 컴퓨터(40)에 내장되어 있는 10비트의 A/D 컨버터(42)에 주어져서 디지털 신호로 변환된다. 이 디지털 신호는 온도 계측용의 입력으로서 사용된다. BPF(55)는 5Hz 부근의 요동(비트) 성분만을 검출한다. 그 검출 신호는 증폭 회로(56)에서 증폭되고 마이크로 컴퓨터(40)에 내장되어 있는 10비트의 A/D 컨버터(43)에 주어진다. A/D 컨버터(43)에서 변환된 디지털 신호는 분체 검출 신호로서 2.2msec 간격으로 마이크로 컴퓨터(40)에서 판독된다.

마이크로 컴퓨터(40)에는, 릴레이 회로(58)와 동작 표시등(59)이 접속된다. 마이크로 컴퓨터(40)는 판독한 검출 신호를 연산 처리하여 그 피크치를 구하고, 그 피크치와 미리 정한 설정치를 비교한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(40)는 비교 결과에 기초하여, 피검출물의 유무를 나타내는 신호를 릴레이 회로(58) 및 동작 표시등(59)에 출력한다.

마이크로 컴퓨터(40)에는, 전자석(21)의 접속이 떨어져 있으면 보통때에는 있을 수 없는 온도치를 나타냄으로, 이것을 에러로 하여 부저(57) 등의 수단을 통해 경보를 발생할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 위상 비교 회로(53)에서 요동을 검출하도록 하였지만, 이에 국한하지 않고 위상차를 검출하는 다른 수단을 이용하여도 좋다.

도 6은 도 5에 도시한 진동식 레벨 센서의 계측 시퀀스를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 계측 시퀀스에 있어서의 분체 검출 기간의 상세를 도시한 도면이다.

마이크로 컴퓨터(40)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 예를 들면 약 4초를 1측정 주기로 하여 레벨 계측을 행한다. 약 4초의 1측정 주기 중, 예를 들면 전반부 약 2.2초를 온도 측정 주기로 하고, 후반 약 1.8초를 분체 검출 주기로 정하고 있다. 전반부 온도 측정 주기에서는, 마이크로 컴퓨터(40)는 A/D 컨버터(42)의 디지털 출력에 기초하여 온도치를 계측한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(40)는 그 측정한 온도치로부터 분체 검출 주기의 소인 주파수 범위를 제어한다.

온도 계측 기간 중에는, 도 6에 도시한 바와 같이 소인 주파수는 500Hz로 고정되고, 도 7에 도시한 바와 같이 분체 검출 기간 시작 후 0.54초는 500Hz로부터 소인 시작 주파수로의 전환에 의한 구동 전류의 노이즈(noise)의 영향이 있기 때문에, A/D 컨버터(43)의 출력을 0FF로 하여 전압을 받아들이지 않고, 그 후의 기간에 A/D 컴버터(43)의 출력을 ON하여 전압을 판독한다.

분체가 없는 때는, 도 7에 도시한 바와 같이, 비트 전압 등에 의한 요동 성분이 생기지만, 검출부가 분체 등으로 덮혀서 진동하지 않는 때에는, 도 7에 굵은선으로 도시한 바와 같이, 요동에 의한 전압이 발생하지 않는다. 이 진폭치가 진동치로 된다. 이 진동치는 0 내지 1023(10비트 A/D 컨버터(43))의 값으로 된다.

도 8A, 8B는 도 7의 A/D 컨버터(43)의 입력 전압 파형의 실측치이다. 도 8A는 검출 파이프(1)의 선단을 자유롭게 한 때의 파형이고, 도 8B는 검출 파이프(1) 선단을 손으로 잡은 때의 파형도이다. 도 8A와 도 8B를 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 전반 기간에서 검출 파이프(1)의 선단을 자유롭게 한 때와 구속한 때의 파형이 명확하게 다르기 때문에 분체의 유무의 판단에 오류가 발생하는 일은 없다.

도 9A, 도 9B는 도 5에 도시한 진동식 레벨 센서의 온도 측정의 상세를 도시한 도면이다. 도 9B에 도시한 바와 같이 전자석(21)은 코일을 포함하고 있고, 등가적으로 인덕턴스(XL)와 저항(R)이 직렬 접속된 것이라고 생각된다. 이 회로에 교류(펄스) 전압을 가하면, 인덕턴스(XL)와 저항(R)으로 이루어지는 위상 지연으로 전류가 흐른다. 코일의 온도가 변화하면, 저항치는 전술한 바와 같이 변화하지만, 인덕턴스(XL)는 온도에 의한 변동은 받지 않는다. 따라서. 도 9A에 도시한 바와 같이, 온도 변화에 의한 저항치 변화로 흐르는 전류의 위상각이 변화한다.

구동 주파수를 500Hz로 일정하게 하는 것은, 기계적 진동의 영향을 피하고, 주파수 변동에 의한 오차를 없애기 위해서이다. 전자석(21)에 흐르는 전류의 위상은 구동 회로(51)에 공급되는 기준의 위상과 위상 비교 회로(53)에서 비교되고, 상기 위상 비교 회로(54)의 출력은 평활 회로(54) 후의 위상차에 따라 직류 전압으로 전환되고, A/D 컨버터(42)에 주어진다. 따라서 온도 분해능은 A/D 컨버터(42)의 분해능으로 결정되고, 도 5의 회로에서는 약 3.3℃의 변화에 대해 온도 데이터가 1카운트 변화한다.

또한, 구동 데이터에 대해서는 BPF(55)에서 직류 변화분을 제거하기 때문에 온도 변화에 의한 전압 변화는 영향을 주지 않는다.

진동판(23)의 진동 주파수는 제작상 어느 정도 편차가 있고, 또한 표준형과 롱형에서는 진동 주파수가 달라서, 조립 종료 후나 검출부 교환 후에 검출부의 동작 주파수를 마이크로 컴퓨터(40)에 기억시킬 필요가 있다. 이 동작은 튜닝이라고 불린다. 그리고, 동조시에 기억한 온도 데이터, 주파수 데이터 및 계측시의 온도 데이터로부터 다음 식에 기초하여, 계측시의 기준(소인) 주파수 범위를 산출한다. 이로써 최선의 소인 주파수를 결정하여 계측을 행할 수 있다.

Fs = (Ts - Tt)·k + Ft

Tt : 동조기의 온도 데이터 Ts : 계측시의 온도 데이터

Ft : 동조시의 주파수 데이터 Fs : 계측시의 기준 주파수

k : 비례 계수

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 진동식 레벨 센서에 있어서, 진동판의 공진 주파수를 중심으로 하여 소정의 주파수 범위를 소인한 교류 전류를 소정의 측정 주기마다 코일에 인가하고, 진동판에 물체가 접촉하는지의 여부에 따라 발생하는 위상 변화에 의해 물체의 유무를 판별하는 물체 검출 방법을 채용함으로써, 검출부를 구동용 전자석과 영구자석만으로 구성할 수 있기 때문에, 종래와 같이, 수신용 센서 부분에 압전 소자나 가속도 픽업을 필요로 하지 않으며, 부품 개수를 감소시킬 수 있고, 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 소정 측정 주기의 전반 기간에 검출된 위상 변화에 기초하여 온도를 측정하고, 후반 기간에 온도 측정 결과에 기초하여 소인 주파수 범위를 최적화하므로써, 검출 장치로서의 응답성을 신속하게 할 수 있다.

또한, 온도 측정 방법으로서 검출부인 구동용 전자석과 영구자석만을 이용하기 때문에, 새로이 서미스터 등을 필요로 하지 않고, 구조의 간소화와 대폭적인 비용 절감을 도모할 수 있다.

도 1A, 도 1B는 진동식 레벨 센서의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 진동식 레벨 센서의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 3은 주파수 소인과 온도 보정과의 관계를 도시한 그래프.

도 4는 간섭 전압(비트)에 관해 설명하기 위한 파형도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 진동식 레벨 센서의 블록도.

도 6은 도 5에 도시한 진동식 레벨 센서의 계측 시퀀스를 도시한 도면.

도 7은 도 6의 계측 시퀀스의 분체 계측 기간의 상세를 도시한 도면.

도 8A, 도 8B는 A/D 컨버터(43)의 입력 전압 파형을 도시한 도면.

도 9A, 도 9B는 도 5에 도시한 진동식 레벨 센서의 온도 측정의 상세를 도시한 도면.

도 10A는 종래의 진동식 레벨 센서의 개략 블록도, 도 10B, 10C는 전자석(4)에 가하여지는 전류에 의해 전자석(4)과 영구자석(3) 사이에 발생하는 흡인 반발력을 도시한 도면.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

21: 전자석 22: 마그넷

23: 진동판 40: 마이크로 컴퓨터

41: 펄스 발생 회로 42,43: A/D 컨버터

51: 구동 회로 52: 전류 검출 회로

53: 위상 비교 회로 54: 평활 회로,

55: 밴트 패스 필터 56: 증폭 회로,

57:부저 58: 릴레이 회로,

59: 작동 지시 램프

Claims (6)

1. 검출 파이프(1) 내의 진동판(23)에 설치한 마그넷(22)에 약간의 간격을 두고 대향시킨 전자석(21) 코일의 특성을 이용하여 온도를 측정하는 진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법으로서,

   상기 진동판(23)의 공진 주파수를 중심으로 하여 소정의 범위 내의 주파수를 소인한 교류 전류를 상기 코일에 인가하고, 상기 코일의 온도 변화에 따른 저항치의 변화에 의해 발생하는 흐르는 전류의 위상각의 변화에 기초하여 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 진동식 레벨 센서의 온도 측정 방법.
2. 검출 파이프(1) 내의 진동판(23)에 구비된 마그넷(22)에 약간의 간격을 두고 대향시킨 전자석(21) 코일의 진동 주파수에 기초하여 물체의 유무를 검출하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 방법으로서,

   상기 진동판의 공진 주파수를 중심으로 소정 범위 내의 주파수를 소인한 교류 전류를 소정의 측정 주기마다 상기 코일에 인가하고, 상기 교류 전류를 인가할 때에 상기 진동판에 상기 물체가 접촉하는지의 여부에 따라 발생하는 위상 변화를 검출하고, 상기 검출된 위상 변화에 기초하여 상기 물체의 유무를 판별하고, 상기 소정의 측정 주기의 전반 기간에 상기 검출된 위상 변화에 기초하여 온도를 측정하고, 상기 소정 주기의 후반 기간에 상기 온도의 측정 결과에 기초하여 상기 소인한 주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 방법.
3. 검출 파이프(1) 내의 진동판(23)에 구비된 마그넷(22)에 약간의 간격을 두고 대향시킨 전자석(21) 코일의 진동 주파수에 기초하여 물체의 유무를 검출하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 장치로서.

   상기 진동판의 공진 주파수를 중심으로 소정의 범위 내의 주파수를 소인한 교류 전류를 소정의 측정 주기마다 상기 코일에 인가하는 교류 전류 인가 수단과,

   상기 교류 전류 인가 수단에 의해 교류 전류를 인가한 때에, 상기 진동판(23)에 상기 물체가 접촉하는 지의 여부에 따라 발생하는 위상 변화를 검출하는 위상 검출 수단과,

   상기 위상 검출 수단에 의해 검출된 위상 변화에 기초하여 상기 물체의 유무를 판별하는 판별 수단과,

   상기 소정의 측정 주기에 있어서의 전반 기간에 상기 위상 검출 수단의 검출 출력에 기초하여 온도를 측정하는 온도 측정 수단과,

   상기 소정의 주기에 있어서의 후반 기간에 상기 온도 측정 수단의 측정 결과에 기초하여 상기 소인한 주파수를 변화시키는 주파수 변화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 위상 검출 수단은 상기 진동판(23)의 진동 주파수와 상기 교류 전류의 소인 주파수의 혼합에 의해 상기 전자석 코일에 발생하는 비트 주파수 성분에 의해 위상의 요동을 검출하는 것을 특징으로 하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 위상 검출 수단은 상기 비트 주파수 성분을 추출하기 위한 필터(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 온도 측정 수단은 상기 코일의 온도 변화에 의한 저항치의 변화에 의해 발생되는 전류의 위상각의 변화에 기초하여 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 진동식 레벨 센서의 물체 검출 장치.