KR100741042B1 - 전기전도도 측정 센서 및 장치 - Google Patents

전기전도도 측정 센서 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기전도도 측정 센서 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 물속의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 측정 센서에 있어서, 소정의 주파수 및 크기를 가지는 전기신호를 생성하는 전압발생회로; 상기 전압발생회로로부터 공급되는 전기신호를 출력하는 출력전극; 상기 출력전극으로부터 전기신호를 수신하는 적어도 하나 이상의 보상전극; 상기 보상전극에 수신되는 전기신호의 크기에 따라 상기 전압발생회로에서 상기 출력전극으로 인가되는 전기신호를 보상하는 보상전극 보상회로; 상기 출력전극으로부터 전기신호를 수신하는 입력전극; 상기 입력전극에 수신되는 전기신호를 검출하는 전류측정회로; 및 상기 전류신호를 증폭 및 가공하여 원격지의 외부장치에 전송하는 신호증폭 가공회로를 포함하는 전기전도도 측정 센서가 제공된다. 본 발명에 따르면, 출력전극에의 오염물 부착 및 물속의 저항변화에 따라 출력신호의 크기를 보상하는 보상전극을 제공하기 때문에 장시간동안 측정이 가능하며, 전기전도도의 정확한 측정이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 복수의 전기전도도 측정 센서를 수용할 수 있는 통합센서를 제공함으로써, 다층 심도의 전기전도도를 동시에 측정할 수 있다는 장점이 있다.
전기전도도, 센서, 출력전극, 입력전극, 보상전극, 평활회로, 통합박스, 케이블

Description

전기전도도 측정 센서 및 장치{SENSOR AND APPARATUS FOR MEASURING ELECTRICAL CONDUCTIVITY}
도 1은 종래기술에 따른 전기전도도 측정 센서의 내부 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전도도 측정 센서의 외부 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전도도 측정 센서의 전극 간 신호전달체계를 도시한 도면.
도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전도도 측정 센서의 회로 구성을 도시한 도면.
도 4b는 전기전도도와 출력전극의 출력신호의 관계를 도시한 도면.
도 4c는 전기전도도와 입력전극의 출력신호의 관계를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호전송과정을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 다점 전기전도도 측정 장치의 구성을 도시한 도면.
본 발명은 전기전도도 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 출력전극의 출력전압을 보상할 수 있는 보상전극을 제공하여 측정 오차를 감쇠시키고, 복수 개의 전기전도도 측정 센서가 연결되는 통합박스를 제공하여 다층 심도에서의 전기전도도를 동시에 측정할 수 있는 전기전도도 측정 센서 및 장치에 관한 것이다.
물은 인간 생활에 없어서는 안 되는 필수적인 것이나, 최근 산업발달로 인한 산업폐수의 증가 및 생활하수의 증가로 인해 물이 급격하게 오염되고 있는 실정이다.
또한, 유엔환경계획(UNEP) 보고서는 기후환경변화로 인하여 2050년 이전에 전 세계 인구의 절반이 물 부족의 고통에 시달릴 것이라고 보고하고 있으며, 세계수자원회의(WWW)는 2025년까지 전 세계 인구의 절반이 물 부족에 시달릴 것이라고 보고하고 있다. 또한, 2003년 3월 21일 기상청 기후연구소는 한반도의 기온이 50년 뒤에 2 내지 4℃ 정도 상승하게 될 것이고, 이러한 기온 상승으로 물 부족 사태가 발생할 것이라고 발표하고 있다.
이처럼, 수질오염 및 물 부족 사태로 인해 실제 사용가능한 물의 양이 현저하게 줄어들고 있으며, 이에 대한 대비책으로 현재 생활용수 및 농업용수로 사용되는 물을 지속적으로 관리 및 보호해야 할 필요성이 더욱 높아지고 있다.
수질 오염정도의 척도가 되는 것에는 용존산소량(DO), 화학적 산소요구량 (COD), pH 및 전기전도도(electrical conductivity) 등이 있는데, 이중 전기전도도는 물속에 포함된 부유물질 및 그밖에 오염물질의 포함 정도에 대한 직접적인 정보를 제공한다는 점에서 대표적인 수질 오염정도의 척도로서 사용되고 있다.
또한, 전기전도도는 바다와 인접한 연안 지역에서 해수가 연안 지하수로 침투하는지 여부를 확인할 수 있도록 하는 정보이기도 하다.
전기전도도는 물속의 전해질 농도(이온의 양)에 따라 달라지고, 저항과 역수관계를 가지며, 단위로는 mho 또는 국제단위계인 S(Simens)를 사용한다.
또한, 전기전도도는 온도의 영향을 받는데, 수온이 높아짐에 따라, 전기전도도가 커지게 되며, 평균적으로 수온이 1℃ 증가하면, 전기전도도가 약 2% 증가한다. 따라서, 기준온도를 정해 놓지 않으면, 전기전도도 측정치를 상호 비교할 수 없는 문제가 발생하기 때문에, 25℃를 기준온도로 하고, 소정의 온도 보정식을 이용하여 다른 수온에서의 전기전도도를 25℃에서의 전기전도도로 변환한다.
전기전도도는 물의 종류에 따라 다양하며, 증류수는 0.5 내지 5μS/cm, 강수는 5.0 내지 30μS/cm, 담수 및 지하수는 3 내지 2000μS/cm이며, 해수는 45,000 내지 55,000μS/cm이고, 염수는 100,000μS/cm이다.
종래기술에 따르면, 이러한 전기전도도는 물속에 두개의 전극을 설치한 후, 하나의 전극에 전원을 공급하고, 다른 전극에 도달하는 신호의 세기를 검출하여 측정하였다.
도 1은 종래기술에 따른 전기전도도 측정 센서의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 전기전도도 측정 센서는 출력전극(100), 입력전극(102), 정격전압회로(104), 전류측정회로(106), 신호증폭회로(108) 및 신호출력교정회로(110)로 구성된다.
전기전도도 측정 시, 출력전극(100) 및 입력전극(102)을 물속에 노출시킨 후, 출력전극(100)에 전압신호를 공급한다.
이에 의해 출력전극(100)과 입력전극(102)에 전류가 흐르게 된다. 전류측정회로(106)는 입력전극(102)에 수신된 전류신호를 검출하며, 신호증폭회로(108) 및 신호출력교정회로(110)는 이러한 전류신호를 증폭 및 가공하여 외부장치로 전송한다.
이때, 전기전도도 측정 센서에 인가된 전압 및 입력전극(102)에서 검출된 전류의 세기를 통해 물속의 저항을 계산할 수 있으며, 이를 통해, 저항과 역수관계에 있는 전기전도도를 측정할 수 있게 된다.
일반적으로, 입력전극(102)에 수신되는 전류신호의 세기는 매우 미약하여 전기전도도의 측정은 측정환경 또는 전기전도도 측정 센서의 전극 상태 등에 매우 민감하게 영향을 받는다.
즉, 전기전도도 측정 센서는 지표수의 오염도 모니터링, 지하수의 오염도 모니터링 및 지하수로의 해수침투의 모니터링을 위해, 물속에 장시간동안 설치되는데, 전극의 표면에 오염물질이 부착되면, 출력전극(100)의 출력신호의 세기가 작아져 입력전극(102)에 더욱 미약한 신호만이 검출됨으로써, 전기전도도를 정확하게 측정하지 못하게 된다.
따라서, 종래에는 전극 표면에 부착된 오염물질을 제거하기 위해, 전기전도도 측정 센서를 수면 위로 꺼내어 주기적으로 세정하거나, 측정 시마다 센서를 교정하였는데, 이는 매우 비효율적이며 비경제적인 문제점이 있었다.
한편, 입력전극(102)에 수신되는 신호의 세기는 전기전도도와 선형적인 관계를 가지는 것이 이상적이나, 실제로는 전기전도도와 입력전극(102)에 수신된 신호는 비선형적인 관계를 가지게 되며, 이로 인해, 이론값과 실제값이 있어서 서로 차이가 있어 측정 오차가 발생하게 된다.
따라서, 측정 오차를 줄이기 위해, 비선형성을 해소하는 것이 중요한데, 종래기술에 따르면, 단지 2개의 전극을 제공할 뿐, 측정 센서 자체 내에 이러한 비선형성을 보상할 수 있는 구성을 전혀 제공하지 않았기 때문에, 측정 오차를 줄일 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 농업용 저수지 또는 댐형 호수와 같은 정체된 물은 가뭄 또는 기상조건에 따라 성층화 현상이 일어나며, 이로 인해, 전기전도도 값에 있어서도 성층화 현상이 일어난다.
전기전도도의 성층화 현상은 물속의 전기전도도가 수심에 따라 달라지는 것으로서, 수심이 얕은 곳은 전기전도도가 낮고, 수심이 깊은 곳은 전기전도도가 높게 나타나는 현상이다.
특히, 성층화 현상은 염수체가 유입되는 간척지의 담수호에서 자주 일어나는데, 담수호를 생활용수 또는 농업용수로 사용하고자 하는 경우, 미리 정해진 전기전도도 값 범위 내에 있는 물을 이용해야 하기 때문에, 심도별로 전기전도도 측정 센서를 설치해야 할 필요성이 있다.
그러나, 종래기술에 따르면, 전기전도도 값을 수집, 저장하는 데이터로거와 같은 외부장치에 단지 하나의 전기전도도 측정 센서만이 연결될 수 있어 심도별로 전기전도도를 측정하고자 하는 경우, 복수의 외부장치가 제공되어야 하며, 이로 인해 측정비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 출력전극의 출력신호를 보상할 수 있는 전기전도도 측정 센서를 제안하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 검출된 전류신호가 원격지로 원활하게 전송될 수 있는 회로를 구비하는 전기전도도 측정 센서를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수 개의 전기전도도 측정 센서를 수용할 수 있는 통합박스를 제공하여 다층 심도의 전기전도도를 동시에 측정할 수 있는 전기전도도 측정 장치를 제안하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 물속의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 측정 센서에 있어서, 소정의 주파수 및 크기를 가지는 전기신호를 생성하는 전압발생회로; 상기 전압발생회로로부터 공급되는 전기신호를 출력하는 출력전극; 상기 출력전극으로부터 전기신호를 수 신하는 적어도 하나 이상의 보상전극; 상기 보상전극에 수신되는 전기신호의 크기에 따라 상기 전압발생회로에서 상기 출력전극으로 인가되는 전기신호를 보상하는 보상전극 보상회로; 상기 출력전극으로부터 전기신호를 수신하는 입력전극; 상기 입력전극에 수신되는 전기신호를 검출하는 전류측정회로; 및 상기 전류신호를 증폭 및 가공하여 원격지의 외부장치에 전송하는 신호증폭 가공회로를 포함하는 전기전도도 측정 센서가 제공된다.
한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 다층 심도의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 측정 장치로서, 출력전극, 입력전극, 온도센서 및 회로기판을 포함하는 복수의 전기전도도 측정 센서; 상기 복수의 전기전도도 측정 센서로부터 연장되며, 상기 전기전도도 측정 센서에서 측정된 데이터를 전송하는 신호선 및 상기 전기전도도 측정 센서에 전원을 공급하는 전원선을 포함하는 케이블; 및 통합박스를 포함하며, 상기 통합박스는 상기 케이블을 수용하는 수용부, 외부 전원장치 및 외부 기록장치에 연결되도록 하는 연결 잭 및 상기 외부 전원장치로부터 공급되는 전원을 상기 전기전도도 측정 센서에 분기시켜 공급하며, 상기 전기전도도 측정 센서에서 전송하는 데이터를 재조합하여 상기 외부 기록장치에 전송하는 회로기판을 포함하는 다점 전기전도도 측정 장치가 제공된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기전도도 측정 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전도도 측정 센서의 외부 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전도도 측정 센서의 전극 간 신호전달체계를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전기전도도 측정 센서는 4전극(200), 온도센서(202), 회로기판(204), 고무링(208) 및 연결 잭(206)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 4전극(200)은 도 3에 도시된 바와 같이, 출력전극(302), 제1 보상전극(304), 제2 보상전극(306) 및 입력전극(308)으로 구성되며, 전기전도도 측정 시, 출력전극(302)에서 신호를 출력하고, 물속을 통과한 신호가 입력전극(308)에 입력되며, 이를 검출함으로써 전기전도도를 측정한다.
보상전극(304,306)은 도 3에 도시된 바와 같이, 출력전극(302)에서 출력된 신호를 수신한 후, 소정의 신호를 출력전극(302) 측으로 다시 피드백 시킴으로써, 출력신호가 적절히 보상될 수 있도록 한다. 보상전극(304,306)에 의한 출력신호의 보상과정은 하기에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
일반적으로, 전기전도도는 온도에 따라 변화하기 때문에, 일반적으로 25??를 기준온도로 하여 측정한다. 따라서, 다른 수온에서의 전기전도도를 기준온도에서의 전기전도도로 적절하게 보상하여야 할 필요성이 있어 전기전도도 측정 센서는 온도센서(202)가 구비된다.
전기전도도 측정 센서는 온도센서(202)에서 측정된 수온에 따라 출력전극(302)의 출력신호의 세기를 적절히 보상한다. 즉, 전기전도도 측정 센서는 측정된 수온이 기준온도보다 높은 경우, 출력신호의 세기를 작게 하고, 수온이 낮은 경우, 출력신호의 세기를 크게 함으로써, 25℃를 기준으로 하여 전기전도도 값이 검출되도록 한다.
회로기판(204)은 도 3에 도시된 전압발생회로(300) 및 전류측정회로(310) 등을 포함하는 것으로서, 출력전극(302)에 전원을 공급하고, 입력전극(308)에 수신된 신호를 가공 처리하여 외부장치로 전송한다.
회로기판(204) 내에서의 전원공급 방법 및 입력전극(308)에 수신된 신호의 처리 과정에 대해서는 하기에서 상세하게 설명할 것이다.
연결 잭(206)은 전기전도도 측정 센서의 끝단에 구비되며, 외부장치에 전기적으로 접속하여 측정 센서에서 검출된 전기신호가 외부장치로 전송될 수 있도록 한다.
고무링(208)은 전기전도도 측정 센서의 일단부에서 구비되어 방수 기능을 하며, 전기전도도 측정 센서가 커넥터와 연결되는 경우, 이들이 강하게 결합할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기전도도 측정 센서의 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전기전도도 측정 센서는 전압발생회로(400), 온도보상회로(402), 보상전극 보상회로(404), 전류측정회로(406) 및 신호증폭 가공회로(408)를 포함할 수 있으며, 이들 회로에 4개의 전극(302,304,306 및 308) 및 온도센서(202)가 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전압발생회로(400)는 주파수 발생용 칩을 이 용하여 1.2kHz 주파수를 가지는 0 내지 1V 출력전압을 발생시키며, 극성 콘덴서를 이용하여 ㅁ1.0V의 구형파를 생성한다.
그러나, 전압발생회로(400)가 생성하는 전압신호의 크기 및 주파수 범위는 일예에 불과하며, 이에 한정됨이 없이 전압발생회로(400)가 구형파 외에 다른 파형, 크기 및 주파수를 가지는 전압신호를 생성할 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
온도보상회로(402)는 온도센서(202)에서 감지된 수온에 따라 출력전극(302)에 인가되는 전압신호를 보상한다.
예를 들어, 기준온도 25℃에서 출력전극(302)에 인가되는 전압이 1V라 할 때, 온도보상회로(402)는 온도센서(202)에서 검출된 수온이 25℃보다 높으면, 전압발생회로(400)로부터 출력전극(302)에 인가되는 전압이 1V보다 낮아지도록 보상하고, 검출된 수온이 25℃보다 낮은 경우, 1V보다 높아지도록 보상한다. 즉, 온도보상회로(402)는 물속의 전기전도도에 따라 출력전극(302)에서의 출력전압이 적절히 보상되도록 한다.
이와 같이, 전압발생회로(400)에서 생성되고, 온도보상회로(402)에 의해 가공된 전압신호가 출력전극(302)에 인가되며, 출력신호가 물속을 통과하여 보상전극(304,306) 및 입력전극(308)에 입력된다.
전술한 바와 같이, 전기전도도 측정 센서가 물속에 장시간 설치되는 경우, 출력전극(302) 표면에 오염물질이 부착되며, 이에 따라 출력전극(302)의 출력신호의 세기가 약해지는 현상이 발생한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 적어도 두개의 보상전극(304,306)을 제공하여 이들 보상전극(304,306)에 수신되는 신호의 세기에 따라 출력전극(302)의 출력신호가 보상될 수 있도록 한다.
예를 들어, 초기에 보상전극(304)에 입력되는 신호가 0.1V이었다가 후에 0.05V로 되는 경우, 출력전극(302)의 출력신호의 감쇠가 일어난 것으로 판단하여 이를 보상하게 된다.
이처럼, 보상전극(304,306)에 수신되는 신호가 작아지는 경우, 보상전극 보상회로(404)는 전압발생회로(400)로부터 출력전극(302)에 인가되는 신호를 적절히 보상한다.
출력신호의 보상은 도 4에 도시된 바와 같이, 차동연산증폭기에 의해 이루어질 수 있다.
차동연산증폭기는 +단자에 인가되는 V+와 -단자에 인가되는 V-와의 차이에 따라 VO의 전압신호를 출력한다.
본 발명에 따르면, +단자에는 전압발생회로(400)에서 생성되고, 온도보상회로 출력단자(410)를 거쳐 수온에 따라 보상된 신호가 입력되며, -단자에는 보상전극 보상회로 출력단자(412)를 통해 출력되는 신호가 입력된다. 차동연산증폭기는 이들 단자에 입력되는 전압 차에 따른 신호를 출력하게 된다.
예를 들어, 전압발생회로(400)에서 1V로 생성된 신호가 1.1V로 온도 보상되어 +단자에 입력되고, -단자에는 보상전극 보상회로(404)에서 출력되는 0.1V가 입 력되고 있다고 하면, 차동연산증폭기는 이들의 차에 따라 1.0V를 출력하게 된다. 이후, 상기한 바와 같이, 보상전극에 수신되는 전압신호가 낮아져 보상전극 보상회로(404)에서 0.05V를 출력하면, 차동연산증폭기를 통해 출력되는 신호는 1.05V를 출력하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 전기전도도 측정 센서는 보상전극에 수신되는 신호의 세기가 작아짐에 따라 출력전극(302)에서 더 큰 세기의 전압신호가 출력되도록 한다.
일반적으로, 전기전도도의 측정에서 입력전극(308)에 수신되는 신호는 매우 미약하기 때문에, 입력전극(308)에 수신되는 신호의 세기는 출력전극(302)에서의 출력전압의 크기에 매우 민감하게 반응하는데, 본 발명자는 전기전도도 측정 시, 출력전극(302)의 출력전압의 크기가 무조건적으로 커지는 것보다는 전기전도도가 낮은 경우, 기준전압보다 커지고, 반대의 경우에는 기준전압보다 낮아지는 것이 바람직하다는 점을 발견하였다.
예를 들어, 출력전극(302)에서의 기준전압을 1V라 할 때, 물속의 저항이 작아 전기전도도가 크면 출력전극(302)의 전압을 1V보다 작게 하고, 반대의 경우에는 1V보다 크게 하는 것이 전기전도도의 정확한 측정을 가능하게 한다.
이에 대해 도 4b 및 도 4c를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4b는 전기전도도와 출력전극이 출력신호(이하, '출력신호'라 한다)의 관계를 도시한 도면이고, 도 4c는 전기전도도와 입력전극의 출력신호(이하, '입력신호'라 한다)의 관계를 도시한 도면이다.
그래프 A는 보상전극을 사용하지 않고, 출력신호의 크기를 1V로 고정한 상태 를 도시한 것으로서, 보상전극을 전혀 사용하지 않은 경우, 출력전극의 출력신호의 세기가 보상되지 않으며, 도면에 도시하지 않았으나, 전극 표면의 오염물질 부착에 의한 출력신호 세기의 감쇠만이 있을 뿐이다.
그래프 A와 같은 출력신호에서, 전기전도도와 입력신호의 관계는 도 4c의 그래프 E와 같다.
이론적으로, 입력신호와 전기전도도는 그래프 D와 같이, 선형적인 관계를 가지게 되나, 실제로 입력신호와 전기전도도는 선형적인 관계를 가지지 못하며, 도 4c의 그래프 E에 도시된 바와 같이, 비선형적인 관계를 가지게 된다. 여기서, 그래프 D와 그래프 E의 차이가 측정 오차에 해당되며, 종래에는 단지 출력전극과 입력전극만을 사용하였기 때문에, 이러한 오차를 해결하지 못하였다.
도 4b의 그래프 B는 보상전극을 하나 사용한 경우의 예를 도시한 것으로서, 전기전도도가 커짐에 따라, 즉, 저항이 작아짐에 따라, 출력전극(302)의 출력신호의 크기가 선형적으로 작아지고 있다.
이와 같이, 보상전극을 하나 사용한 경우의 입력신호와 전기전도도의 관계는 도 4c의 그래프 F와 같다. 즉, 보상전극을 전혀 사용하지 않는 경우에 비해 입력전극(308)의 출력신호와 전기전도도의 관계가 선형 그래프 D에 근접하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 의해 측정 오차도 줄어들게 된다.
한편, 도 4b의 그래프 C는 보상전극을 2개 사용한 것으로서, 전기전도도의 크기에 따라 출력신호의 세기가 포물선 형상을 가지게 된다. 그래프 C를 살펴보면, 전기전도도의 크기가 작은 경우에는 출력신호의 세기가 높은 상태로 유지되며, 전 기전도도가 큰 경우에는 출력신호의 세기가 낮은 상태로 유지된다.
이와 같이, 보상전극을 2개 사용한 경우의 입력신호와 전기전도도의 관계는 도 4c의 그래프 G와 같다. 즉, 두개의 보상전극을 사용하는 경우, 보상전극을 하나 사용한 경우에 비해, 선형 그래프 D에 더욱 근접하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 의해, 측정 오차도 현저히 감소함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 보상전극을 제공하게 되면, 출력전극(302)에서의 출력신호의 감쇠 및 측정 오차의 증가와 같은 문제점을 해결할 수 있으며, 회로내부에서 흐르는 전류 및 각종 부품(저항, IC, 코일 및 콘덴서)에 의한 전류변화를 보상할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에서는 두개의 보상전극을 사용하는 것을 예시하고 있으나, 하나의 보상전극을 사용할 수 있으며, 더욱 정확한 보상을 위해 다양한 개수의 보상전극도 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
전류측정회로(406)는 입력전극(308)에 입력된 신호를 검출하며, 신호증폭 가공회로(408)는 전류측정회로(406)에서 검출된 신호를 증폭하고, 신호에 포함된 노이즈를 제거하며, 이를 4 내지 20mA의 전류신호 또는 1 내지 5V의 전압신호로 변환하여 원격지로 전송한다.
신호증폭 가공회로(408)에서의 신호 처리과정은 하기에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도면에는 도시하지 않았으나, 원격지에 데이터로거(data logger)와 같은 외부 장치가 이러한 신호를 수신하고, 연산처리함으로써, 전기전도도 값을 산출하게 된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호전송과정을 도시한 도면으로서, 도 4의 신호증폭 가공회로(408)의 상세한 구성을 도시한 도면이다.
전기전도도 측정에서 입력전극(308)에 수신된 신호는 매우 미약한 신호이며, ㅁ1V의 출력신호를 사용하는 경우, 그 크기가 100mV 이하이다. 따라서, 입력신호를 외부 장치로 전송하기 위해, 신호증폭 가공회로(408)는 신호를 가공처리를 하게 된다.
우선, 입력전극(308)에서 수신된 신호가 ADC(Analog Digital Converter)에 접속할 수 있도록 하기 위해, 평활회로(500)는 교류성분을 포함하는 신호를 직류신호로 변환된다.
차동증폭회로(502)는 이러한 직류신호를 수신하여 노이즈를 제거하여 오프셋 회로(504)로 출력한다.
오프셋 회로(504)는 연산증폭기 및 가변저항으로 이루어진 것으로서, 입력전극(308)에 수신되는 신호가 없는 경우, 0.0V가 출력되도록 한다.
오프셋 회로(504)를 거친 신호는 신호증폭회로(506)에서 입력되며, 신호증폭회로(506)는 가변저항을 이용하여 증폭율을 조정함으로써, 전기전도도의 최종 출력신호가 DC 1 내지 5V가 되도록 한다.
이처럼, 신호증폭회로(506)에서 출력되는 DC 1 내지 5V의 신호로 외부장치에 전송할 수도 있으나, 신호증폭회로(506)에서 출력된 신호를 전류변환회로(508)를 거쳐 4 내지 20mA의 전류신호로 변환하여 전송할 수도 있다.
전류변환회로(508)를 통해 외부장치에 전류신호로 전송하게 되면, 신호의 전송 중 노이즈가 섞일 염려나 전력 값의 감소 현상이 발생할 가능성이 적어 장거리 전송이 가능해지며, 전류신호 접속 단자가 있는 외부장치에 전기전도도 측정 센서를 직접 연결할 수 있어, 장치간의 호환성을 높일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 전기전도도 측정 센서에 있어서, 출력전극(302) 및 입력전극(308)은 회로 외부의 물에 노출되고, 전류가 물을 통과하여 흐르기 때문에, 전기전도도 측정 센서 내부의 회로는 외부 전기에 따른 노이즈에 민감하게 반응하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 전기전도도 측정 센서는 외부장치(512)에 접속하기 이전에 아이솔레이션 회로(isolation circuit)(510)를 제공하여 내부 회로와 외부 전기와의 상호 신호간섭을 배제할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 다점 전기전도도 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다점 전기전도도 측정 장치는 통합박스(600) 및 상부 커넥터(606), 하부 커넥터(608), 연장 케이블(610) 및 복수의 전기전도도 측정 센서(604)를 포함할 수 있다.
통합박스(600)는 일단부에 구비된 연결 잭(602)을 통해 외부장치(512)와 접속하며, 타단부에 구비된 복수의 상부 커넥터 수용부(614)를 통해 복수의 전기전도도 측정 센서(604)와 연결된다.
전기전도도 측정 센서(604)의 연결 시, 상부 커넥터 수용부(614) 내에 연결 잭(612) 및 고무링을 구비하는 상부 커넥터(606)가 삽입 고정되고, 상부 커넥터 (606)와 연장 케이블(610)을 통해 연결된 하부 커넥터(608)에 전기전도도 측정 센서(604)가 삽입 고정된다. 이에 의해, 통합박스(600)와 전기전도도 측정 센서(604)가 서로 전기적으로 접속할 수 있게 된다.
도면에는 도시되지 않았으나, 통합박스(600)는 외부장치(512)로부터 인가되는 전원이 각 전기전도도 측정 센서(604)에 분기될 수 있도록 하는 분기회로 및 각 전기전도도 측정 센서(604)에서 검출된 전기신호를 통합하여 외부장치(512)로 전송할 수 있도록 하는 재조합 회로를 포함하고 있다.
전술한 바와 같이, 종래에는 다층 심도에서의 전기전도도 측정을 위해, 데이터로거와 같은 외부장치를 다수 제공하여야 했으나, 본 발명에 따르면, 외부장치(512)에 연결되는 통합박스(600)에 복수의 전기전도도 측정 센서가 연결할 수 있기 때문에, 여러 심도에서의 전기전도도를 동시에 측정할 수 있게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기전도도 측정 센서는 적어도 2개의 보상전극을 포함하는 4전극 방식으로 전기전도도를 측정하기 때문에, 물속의 저항 변화에 따라 출력전극의 전압을 보상할 수 있어 전기전도도를 정확하게 측정 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 출력전극의 표면에 오염물질이 부착되어 출력전압이 낮아지는 것을 보상전극 보상회로를 통해 보상할 수 있기 때문에, 별도의 세정 작업 없이 장시간 측정이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 전기전도도 측정 센서를 수용할 수 있는 통합박스를 제공함으로써, 여러 심도에서 전기전도도를 동시에 측정할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 물속의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 측정 센서에 있어서,
    소정의 주파수 및 크기를 가지는 전기신호를 생성하는 전압발생회로;
    상기 전압발생회로로부터 공급되는 전기신호를 출력하는 출력전극;
    상기 출력전극으로부터 전기신호를 수신하는 적어도 하나 이상의 보상전극;
    상기 보상전극에 수신되는 전기신호의 크기에 따라 상기 전압발생회로에서 상기 출력전극으로 인가되는 전기신호를 보상하는 보상전극 보상회로;
    상기 출력전극으로부터 전기신호를 수신하는 입력전극;
    상기 입력전극에 수신되는 전기신호를 검출하는 전류측정회로; 및
    상기 전류신호를 증폭 및 가공하여 원격지의 외부장치에 전송하는 신호증폭 가공회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 측정 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    수온을 검출하는 온도센서; 및
    상기 온도센서에서 검출되는 수온에 따라 상기 전압발생회로에서 상기 출력전극으로 인가되는 전압신호를 보상하는 온도보상회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 측정 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보상전극은 두개로 이루어지며,
    상기 두개의 보상전극에서 수신되는 전기신호에 따라 상기 전압발생회로에서 상기 출력전극으로 인가되는 전압신호를 보상하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 측정 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    플러스 단자 및 마이너스 단자로 이루어진 차동연산증폭기를 더 포함하며,
    상기 차동연산증폭기의 플러스 단자에는 상기 전압발생회로에서 생성되고, 상기 온도보상회로에 의해 온도 보상되는 신호가 입력되고, 상기 마이너스 단자에는 상기 보상전극에 수신되는 신호에 따라 상기 보상전극 보상회로에서 출력하는 보상신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 전기전도도 측정 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호증폭 가공회로는 ,
    교류신호를 직류신호로 변환하는 평활회로;
    상기 직류신호에 포함되는 노이즈를 제거하는 차동증폭회로;
    오프셋 회로;
    상기 직류신호를 전력 증폭하는 신호증폭회로; 및
    상기 전기전도도 측정 장치의 내부 회로를 외부 전기신호와 분리하는 아이솔레이션 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도도 측정 센서.
  6. 다층 심도의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 측정 장치로서,
    출력전극, 입력전극, 온도센서 및 회로기판을 포함하는 복수의 전기전도도 측정 센서;
    상기 복수의 전기전도도 측정 센서로부터 연장되며, 상기 전기전도도 측정 센서에서 측정된 데이터를 전송하는 신호선 및 상기 전기전도도 측정 센서에 전원을 공급하는 전원선을 포함하는 케이블; 및
    통합박스를 포함하며,
    상기 통합박스는 상기 케이블을 수용하는 수용부, 외부 전원장치 및 외부 기록장치에 연결되도록 하는 연결 잭 및 상기 외부 전원장치로부터 공급되는 전원을 상기 전기전도도 측정 센서에 분기시켜 공급하며, 상기 전기전도도 측정 센서에서 전송하는 데이터를 재조합하여 상기 외부 기록장치에 전송하는 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 전기전도도 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상부 커넥터 및 하부 커넥터를 더 포함하되,
    전기전도도 측정 시 상기 상부 커넥터는 상기 통합박스의 수용부에 삽입 고정되며, 상기 하부 커넥터는 상기 전기전도도 측정 센서의 일단부를 그 내부에 삽입 고정하며, 상기 상부 커넥터 및 하부 커넥터는 상기 케이블을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 다점 전기전도도 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전기전도도 측정 센서는, 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 전기전도도 측정 센서인 것을 특징으로 하는 다점 전기전도도 측정 장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101512107B1 (ko) * 2015-01-19 2015-04-17 이레산업(주) 전기전도도 측정장치 및 이를 이용한 전기전도도의 측정방법
KR20190001439A (ko) * 2017-06-27 2019-01-04 한국남부발전 주식회사 전기전도도 측정 장치 및 방법
KR102563680B1 (ko) 2022-12-27 2023-08-04 (주)휴마스 액상 시료의 전기전도도 측정셀

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100865639B1 (ko) * 2008-04-01 2008-10-31 주식회사 하이드로넷 그래파이트를 이용한 다이나믹 전기전도도 측정장치
KR101111669B1 (ko) * 2008-12-22 2012-02-14 한국전자통신연구원 검출 장치
KR101971992B1 (ko) * 2018-10-30 2019-04-24 주식회사 인포월드 분해와 조립이 용이한 지하수 모니터링 센서

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51121392A (en) 1975-04-17 1976-10-23 Ohkura Electric Co Ltd Conductivity meter
EP0231609A2 (en) * 1985-12-03 1987-08-12 Tbi Pure water conductivity sensor
JPH095371A (ja) * 1995-06-22 1997-01-10 Japan Organo Co Ltd 電気伝導率測定装置
KR20020059153A (ko) * 2001-01-03 2002-07-12 문동신 지하수 수위·수질 자동관측기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51121392A (en) 1975-04-17 1976-10-23 Ohkura Electric Co Ltd Conductivity meter
EP0231609A2 (en) * 1985-12-03 1987-08-12 Tbi Pure water conductivity sensor
JPH095371A (ja) * 1995-06-22 1997-01-10 Japan Organo Co Ltd 電気伝導率測定装置
KR20020059153A (ko) * 2001-01-03 2002-07-12 문동신 지하수 수위·수질 자동관측기

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101512107B1 (ko) * 2015-01-19 2015-04-17 이레산업(주) 전기전도도 측정장치 및 이를 이용한 전기전도도의 측정방법
KR20190001439A (ko) * 2017-06-27 2019-01-04 한국남부발전 주식회사 전기전도도 측정 장치 및 방법
KR101987307B1 (ko) 2017-06-27 2019-06-10 한국남부발전(주) 전기전도도 측정 장치 및 방법
KR102563680B1 (ko) 2022-12-27 2023-08-04 (주)휴마스 액상 시료의 전기전도도 측정셀

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