KR100904225B1 - Apparatus for measuring water level - Google Patents
Apparatus for measuring water level Download PDFInfo
- Publication number
- KR100904225B1 KR100904225B1 KR1020070055176A KR20070055176A KR100904225B1 KR 100904225 B1 KR100904225 B1 KR 100904225B1 KR 1020070055176 A KR1020070055176 A KR 1020070055176A KR 20070055176 A KR20070055176 A KR 20070055176A KR 100904225 B1 KR100904225 B1 KR 100904225B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- output
- pressure sensor
- reference voltage
- signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
- G01F23/18—Indicating, recording or alarm devices actuated electrically
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 수위 검출용 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 조정의 불편함과 불안정성을 개선하여 정확하고 안정된 수위 검출이 가능하도록 하는 수위 측정 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 기준 전압을 출력하는 기준 전압 발생부; 상기 기준 전압 발생부로부터 출력되는 기준 전압을 기준으로 수위 검출용 압력 센서로부터 출력되는 양(+) 전압과 음(-) 전압의 차전압(Vdiff)을 차동 반전 증폭하여 전압 신호로 출력하는 신호 처리부; 및 상기 기준 전압 발생부로부터 출력되는 기준 전압을 기준으로 상기 신호 처리부로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 AD 컨버터부를 포함하고, 상기 기준 전압을 상기 신호 처리부와, AD 컨버터부에 동시에 인가하여 상기 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 전압과 상관없이 상기 신호 처리부로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 수위를 검출용 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 조정의 불편함과, 불안정성을 개선함으로써, 정확하고 안정적인 측정 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a water level measuring device that enables accurate and stable level detection by improving the inconvenience and instability of the zero offset adjustment of the pressure level detecting pressure sensor. To this end, the reference voltage generator for outputting a reference voltage; A signal processor for differentially inverting and amplifying a differential voltage (Vdiff) between a positive voltage and a negative voltage output from a water level detection pressure sensor based on a reference voltage output from the reference voltage generator and outputting the voltage signal as a voltage signal. ; And an AD converter configured to convert the voltage signal output from the signal processor into a digital signal based on the reference voltage output from the reference voltage generator, and output the digital signal, wherein the reference voltage is simultaneously transmitted to the signal processor and the AD converter. The voltage signal output from the signal processor is converted into a digital signal regardless of the zero offset voltage of the pressure sensor. Therefore, there is an advantage that it is possible to provide accurate and stable measurement information by improving the inconvenience and instability of the zero offset adjustment of the pressure sensor for detecting the water level.
수위 측정, 압력 센서 Water level measurement, pressure sensor
Description
도 1 은 종래 기술에 따른 수위 검출용 압력 센서를 나타낸 전기 회로도.1 is an electric circuit diagram showing a pressure sensor for detecting a water level according to the prior art.
도 2 는 종래 기술에 따른 수위 검출용 압력 센서로부터 출력되는 영점 오프셋 조정과 증폭 신호의 압력/전압 신호를 나타낸 파형도.2 is a waveform diagram showing a zero offset adjustment and a pressure / voltage signal of an amplified signal output from a pressure sensor for detecting a water level according to the prior art;
도 3 은 종래 기술에 따른 가변 저항을 이용한 수위 검출용 압력 센서의 영점 오프셋 조정을 나타낸 전기 회로도.3 is an electrical circuit diagram illustrating a zero offset adjustment of a pressure sensor for detecting a water level using a variable resistor according to the prior art.
도 4 는 종래 기술에 따른 차동 증폭 회로를 이용한 수위 검출용 압력 센서를 나타낸 전기 회로도.4 is an electric circuit diagram showing a pressure sensor for detecting a water level using a differential amplifier circuit according to the prior art.
도 5 는 본 발명에 따른 수위 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도.5 is a block diagram showing the configuration of a water level measuring device according to the present invention;
도 6 은 도 5의 신호 처리부의 차동 증폭부의 일실시예를 나타낸 전기 회로도.6 is an electrical circuit diagram illustrating an embodiment of a differential amplifier of the signal processor of FIG. 5.
도 7 은 양의 영점 오프셋 전압이 도 5의 수위 측정 장치로부터 출력되는 압력/전압 신호를 나타낸 파형도.FIG. 7 is a waveform diagram showing a pressure / voltage signal in which a positive zero offset voltage is output from the water level measuring device of FIG.
도 8 은 음의 영점 오프셋 전압이 도 5의 수위 측정 장치로부터 출력되는 압력/전압 신호를 나타낸 파형도.8 is a waveform diagram showing a pressure / voltage signal in which a negative zero offset voltage is output from the water level measuring device of FIG.
도 9 는 도 6의 차동 증폭부의 다른 실시예를 나타낸 전기 회로도.9 is an electrical circuit diagram illustrating another embodiment of the differential amplifier of FIG. 6.
도 10 은 도 6의 차동 증폭부의 또 다른 실시예를 나타낸 전기 회로도.FIG. 10 is an electrical circuit diagram illustrating still another embodiment of the differential amplifier of FIG. 6. FIG.
도 11 은 도 6의 차동 증폭부의 또 다른 실시예를 나타내 전기 회로도.11 is an electrical circuit diagram illustrating still another embodiment of the differential amplifier of FIG. 6.
(도면의 주요부호에 대한 설명)(Description of Major Symbols in Drawings)
100: 압력 센서 200: 신호 처리부100: pressure sensor 200: signal processing unit
210, 210a, 210b, 210c: 차동 증폭부 210, 210a, 210b, 210c: differential amplifier
211, 213a, 213b, 214, 215a, 215b: 오피 앰프211, 213a, 213b, 214, 215a, 215b: op amp
212a, 212b : 초단 증폭부212a, 212b: ultra short amplification unit
220: 전압 분배부 300: AD 컨버터부220: voltage divider 300: AD converter
400: 기준전압 발생부 500: 제어부400: reference voltage generation unit 500: control unit
본 발명은 지하수의 수위 측정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수위 검출용 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 조정의 불편함과 불안정성을 개선하여 정확하고 안정된 수위 검출이 가능하도록 하는 수위 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a level measurement of groundwater, and more particularly, to a level measurement apparatus which enables accurate and stable level detection by improving the inconvenience and instability of zero offset adjustment of a pressure level detecting pressure sensor.
일반적으로 지하수의 수위 측정에서 가장 중요한 측정 항목은 지하수의 수위이다. 이는 측정 결과의 활용이나 분석면에서 다양한 정보를 제공하기 때문이다. 이러한 지하수의 수위를 측정하는 센서로는 전기 용량식, 기포식, 압력식 등으로 다양한 측정센서가 사용되고 있고, 국내에서 사용되고 있는 수위 센서는 설치와 사 용이 간편한 압력식 센서가 대부분이다.In general, the most important measurement item for groundwater level measurement is groundwater level. This is because it provides various information in terms of utilization or analysis of measurement results. As a sensor for measuring the groundwater level, various measuring sensors are used, such as capacitive type, bubble type, and pressure type, and most of the level sensor used in Korea is a pressure type sensor that is easy to install and use.
전기 용량식 수위 센서는 수심에 따라 두 개의 도선 상단부는 공기 중에 있고, 하부는 수중에 배치되어 있고, 물의 전기 유도도가 공기의 유도도보다 훨씬 크기 때문에 전기 용량과 물에 잠긴 도선의 수중 길이 사이의 특성을 교정한 후 전기용량을 측정하여 수심으로 환산한다. The capacitive water level sensor has a depth between the two conductors in air, a bottom in the water, and an electrical induction of water much greater than that of air, depending on the depth. After calibrating the characteristics of the capacitor, measure the capacitance and convert it to water depth.
그러나 물의 성분과 온도는 수시로 변하기 때문에 전기저항을 정밀하게 측정하더라도 오차가 발생하고, 전기저항의 변화가 매우 작기 때문에 직류성분의 전기신호를 증폭, 가공하는 과정에서 노이즈가 포함되기 쉽고, 전자회로도 복잡하기 때문에 실제 노천에서 사용하기는 매우 어려운 문제점이 있다.However, since the composition and temperature of water change frequently, errors occur even when the electrical resistance is precisely measured, and since the change in the electrical resistance is very small, noise is easily included in the process of amplifying and processing the electrical signal of the DC component, and the electronic circuit is complicated. It is very difficult to use in real open-air problems.
기포식 수위 센서는 수압 측정관을 기울이거나 임의로 휘어지게 설치해도 수압 측정에는 영향을 받지 않지만, 측정관 튜브 내의 공기를 불어내야 하므로 소형 공압기 또는 질소와 같은 압축공기 탱크가 필요하며, 20m 이하의 수위 측정에만 사용하는 문제점이 있다.The bubble level sensor is not affected by water pressure measurement even if the water pressure tube is tilted or arbitrarily bent, but it requires a small air compressor or a compressed air tank such as nitrogen, because it needs to blow air in the tube. There is a problem of using only the water level measurement.
압력식 센서는 확산형과 박막형이 있으며, 이들 모두 인가되는 압력에 따라 저항이 변화하는 반도체의 피에조(Piezo) 저항 효과를 이용하고 있고, 다른 수위 센서보다 설치가 용이하고, 측정 범위가 넓은 장점을 가지고 있다. Pressure sensors have a diffusion type and a thin film type, and both of them utilize the piezo resistance effect of semiconductors whose resistance changes according to the applied pressure, and are easier to install than other level sensors and have a wider measuring range. Have.
도 1은 종래 기술에 따른 압력 센서(10)를 나타낸 도면으로써, 압력 센서(10)의 브리지 검출 회로를 이루고 있는 다수의 저항(20a, 20b, 20c, 20d)들은 대기압 변화와 온도 변화의 보정을 위하여 상호 보상의 위치에 적절히 배치되어 대기압 변화와 수온의 변화에 상관없는 안정적인 수위 측정을 수행한다.1 illustrates a
그러나 이러한 브리지 검출 회로로 이루어진 압력 센서(10)는 제조상 출력 값, 즉 Vdiff(+Vout - -Vout) 전압이 대기압에서 정확하게 평형(Zero)을 이루지 못하는 문제점이 있다. 또한, 압력 센서가 평형하다 하더라도 증폭 회로 내부의 오프셋이 존재하게 된다.However, the
즉 압력 센서(10)는 정(+) 또는 부(-)의 방향으로 일정한 허용 오차 범위 내에서 영점 오프셋 전압(Zero Offset Voltage) 값을 포함하여 출력된다. 도 2에서 압력 센서(10)의 출력(a)은 예를 들면, 음(-)의 영점 오프셋 전압을 가진다.That is, the
이러한 영점 오프셋 전압 값을 보정하기 위해서는 압력 센서(10)의 출력단에 가변 저항을 이용하여 영점 조정을 수행하면, 압력 센서(10)의 출력이 (b)와 같이 조정할 수 있다.In order to correct the zero offset voltage value, when zero adjustment is performed using a variable resistor at the output terminal of the
이러한 압력 센서(10)의 영점 오프셋 전압 보정 방법으로는 도 3에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(10)의 출력단에 가변 저항(30)을 설치하거나, 도 4에 나타낸 오피 앰프(OP AMP: 40)의 오프셋 조종단을 이용하여 조종하는 것이 가능하다.As a zero offset voltage correction method of the
그러나, 이러한 구성은 측정 회로의 비선형성을 초래하고, 오피 앰프(40)의 입력 불균형으로 온도 드리프트가 발생하여 출력 전압의 불안정성을 발생시키는 문제점이 있다.However, such a configuration causes a non-linearity of the measurement circuit, and a temperature drift occurs due to an input imbalance of the
또한, 압력 센서를 제조하는 제조사에서 오프셋 전압의 보정을 위한 가변 저항을 제공하여 오프셋 전압의 영점을 조정할 수 있도록 하였지만, 온도, 습도 등에 의한 변화와, 진동 등에 의한 조정 값의 변화로 측정시에 오프셋 보정을 수행하지 않을 경우 정확한 수위의 측정값을 제공하지 못하는 문제점이 있다.In addition, the manufacturer of the pressure sensor provided a variable resistor for the correction of the offset voltage to adjust the zero point of the offset voltage, but the offset at the time of measurement due to changes in the adjustment value due to changes in temperature, humidity, vibration, etc. If the calibration is not performed, there is a problem in that it is impossible to provide a measurement value of the correct level.
또한, 압력 센서의 빈번한 검사 및 교정에 많은 시간과 노력이 필요하여 관리 비용이 증가하게 되고, 효율이 감소하는 문제점이 있다.In addition, the frequent inspection and calibration of the pressure sensor requires a lot of time and effort to increase the management cost, there is a problem that the efficiency is reduced.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 수위 검출용 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 조정의 불편함과 불안정성을 개선하여 정확하고 안정된 수위 검출이 가능하도록 하는 수위 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a water level measuring apparatus that enables accurate and stable water level detection by improving the inconvenience and instability of zero offset adjustment of a pressure level detecting pressure sensor.
또한, 본 발명은 수위 검출용 압력 센서의 제거, 검사 및 교정에 상관없이 장기간 안정된 수위 측정값을 제공할 수 있는 수위 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a level measurement apparatus capable of providing a stable level measurement value for a long time regardless of removal, inspection and calibration of the level sensor.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수위 측정 장치는 기준 전압을 출력하는 기준 전압 발생부; 상기 기준 전압 발생부로부터 출력되는 기준 전압을 기준으로 수위 검출용 압력 센서로부터 출력되는 양(+) 전압과 음(-) 전압의 차전압(Vdiff)을 차동 반전 증폭하여 전압 신호로 출력하는 신호 처리부; 및 상기 기준 전압 발생부로부터 출력되는 기준 전압을 기준으로 상기 신호 처리부로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 AD 컨버터부를 포함하고, 상기 기준 전압을 상기 신호 처리부와, AD 컨버터부에 동시에 인가하여 상기 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 전압과 상관없이 상기 신호 처리부로부터 출력되는 전압 신 호를 디지털 신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the level measurement apparatus according to the present invention includes a reference voltage generator for outputting a reference voltage; A signal processor for differentially inverting and amplifying a differential voltage (Vdiff) between a positive voltage and a negative voltage output from a water level detection pressure sensor based on a reference voltage output from the reference voltage generator and outputting the voltage signal as a voltage signal. ; And an AD converter configured to convert the voltage signal output from the signal processor into a digital signal based on the reference voltage output from the reference voltage generator, and output the digital signal, wherein the reference voltage is simultaneously transmitted to the signal processor and the AD converter. The voltage signal output from the signal processor is converted into a digital signal regardless of the zero offset voltage of the pressure sensor.
또한, 본 발명은 상기 AD 컨버터부로부터 출력되는 디지털 전압 신호 중에서 사용자가 설정하는 임의의 출력 전압을 영점과 스판점으로 각각 저장하고, 상기 저장된 영점과 스판점 사이의 임의의 수위에서 출력되는 상기 압력 센서의 출력 전압을 산출하여 출력하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention stores any output voltage set by the user among the digital voltage signal output from the AD converter unit as a zero point and a span point, respectively, and the pressure output at any level between the stored zero point and the span point It is preferable to further include a control unit for calculating and outputting the output voltage of the sensor.
또한, 상기 신호 처리부는 상기 압력 센서의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호로 출력하는 차동 증폭부; 및 상기 차동 증폭부로부터 출력되는 전압 신호를 분압하여 상기 AD 컨버터부에 출력되도록 하는 전압 분배부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The signal processor may include a differential amplifier configured to differentially invert and amplify the output differential voltage of the pressure sensor and output the voltage signal as a voltage signal; And a voltage divider configured to divide the voltage signal output from the differential amplifier and output the divided voltage signal to the AD converter.
또한, 상기 신호 처리부는 상기 압력 센서와 상기 차동 증폭부 사이의 임피던스 차이가 보정되도록 하는 초단 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The signal processor may further include an ultrashort amplifier configured to correct an impedance difference between the pressure sensor and the differential amplifier.
또한, 상기 차동 증폭부는 상기 압력 센서의 (+) 출력 단자가 (-) 입력 단자에 연결되고, 압력 센서의 (-) 출력 단자와 상기 기준 전압 발생부의 출력단이 (+) 입력 단자에 연결되어 상기 압력 센서의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호로 출력하는 오피 앰프; 및 상기 오피 앰프의 (+),(-) 입력 단자에 연결되어 상기 오피 앰프의 증폭비를 결정하는 다수의 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the differential amplifier has a positive output terminal of the pressure sensor connected to a negative input terminal, a negative output terminal of the pressure sensor and an output terminal of the reference voltage generator is connected to a positive input terminal. An operational amplifier for differentially inverting and amplifying the output differential voltage of the pressure sensor and outputting the voltage signal; And a plurality of resistors connected to the (+) and (−) input terminals of the op amp to determine an amplification ratio of the op amp.
또한, 상기 전압 분배부는 반잔 차동 증폭의 출력이 AD 컨버터부의 전압 측정 상한인 기준 전압(Vref) 미만이 되도록 스케일링 하기 위해 상기 차동 증폭부로부터 출력되는 전압 신호가 분압되도록 미리 설정된 저항비를 갖는 다수의 저항으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the voltage divider has a plurality of resistance ratios set in advance such that the voltage signal output from the differential amplifier is divided so that the output of the half-cup differential amplification is less than the reference voltage Vref, which is the upper limit of the voltage measurement of the AD converter. It is characterized by consisting of a resistor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 수위 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 6은 도 5의 수위 측정 장치를 나타낸 전기 회로도이다.5 is a block diagram showing the configuration of the water level measurement device according to the present invention, Figure 6 is an electrical circuit diagram showing the water level measurement device of FIG.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수위 측정 장치는 압력 센서(100)로부터 출력되는 양(+) 전압과 음(-) 전압의 차전압(Vdiff)을 차동 반전 증폭하여 전압 신호로 출력하는 신호 처리부(200)와, 신호 처리부(200)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 AD 컨버터부(300)와, 신호 처리부(200) 및 AD 컨버터부(300)에 동일한 기준 전압(Vref)을 출력하는 기준 전압 발생부(400)와, AD 컨버터부(300)로부터 출력되는 디지털 전압 신호 중에서 임의의 출력 전압을 영점과 스판점으로 각각 저장하고, 상기 저장된 영점과 스판점 사이의 임의의 수위에서 출력되는 압력 센서(100)의 출력 전압을 산출하여 출력하는 제어부(500)를 포함한다.As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the water level measuring device according to the present invention differentially inverts and outputs a voltage signal by differentially inverting and amplifying a difference voltage (Vdiff) between a positive voltage and a negative voltage output from the
압력 센서(100)는 브리지 검출 회로를 이루고 있는 다수의 저항들이 대기압 변화와 온도 변화의 보정을 위하여 상호 보상의 위치에 적절히 배치되어 대기압 변화와 수온의 변화에 상관없는 안정적인 수위 측정을 수행한다.In the
또한, 압력 센서(100)는 일정한 허용 오차 범위 내에서 영점 오프셋 전압(Zero Offset Voltage) 값을 포함하여 (+)Vout 전압과, (-)Vout 전압을 출력하고, 압력 센서(100)는 종래의 도 1, 도 3에 도시된 공지의 압력 센서를 사용해도 무방하다.In addition, the
신호 처리부(200)는 기준 전압 발생부(400)로부터 출력되는 기준 전압(Vref)을 입력받고, 상기 입력된 기준 전압(Vref)을 기준으로 수위 검출용 압력 센서(100)로부터 출력되는 양 전압(+Vout)과 음 전압(-Vout)의 차전압(Vdiff)을 차동 반전 증폭하여 전압 신호로 출력한다.The
여기서 신호 처리부(200)는 압력 센서(100)의 출력 차전압(Vdiff)을 차동 반전 증폭하여 전압 신호로 출력하는 차동 증폭부(210)와, 차동 증폭부(210)로부터 출력되는 전압 신호를 분압하여 AD 컨버터부(300)에 출력되도록 하는 전압 분배부(220)를 포함한다.Here, the
차동 증폭부(210)는 (-) 입력 단자에 저항(R3)을 통해 압력 센서(100)로부터 출력되는 양 전압(+Vout)과, 저항(R4)을 통해 차동 증폭부(210)로부터 출력되는 출력전압(Va)이 입력되도록 연결되고, (+) 입력 단자에 저항(R1)을 통해 압력 센서(100)로부터 출력되는 음 출력 전압(-Vout)과, 저항(R2)을 통해 기준 전압 발생부(400)로부터 출력되는 기준전압(Vref)이 입력되도록 연결되어 압력 센서(100)의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호(Va)로 출력하는 오피 앰프(211)와, 오피 앰프(211)의 (+) 입력 단자에 연결되어 오피 앰프(211)의 증폭비를 결정하는 다수의 저항(R1, 내지 R4)이 설치된다.The
즉 저항 R1은 일측이 압력 센서(100)의 (-) 출력 단자와 연결되고, 타측이 오피 앰프(211)의 (+) 입력 단자에 연결되어 압력 센서(100)로부터 출력되는 음 전압(-Vout)이 오피 앰프(211)에 입력되도록 하며, 저항 R2는 일측이 기준 전압 발생부(400)에 연결되고, 타측이 오피 앰프(211)의 (+) 입력 단자에 연결된다.That is, the resistor R1 has one side connected to the negative output terminal of the
따라서 증폭비는 R1:R2=R3:R4이고, R1=R3, R2=R4인 경우 차동 증폭비는 R2/R1이 되며, 저항비(R1:R2)는 사용하고자 하는 압력 센서의 최대 측정범위에서 출력되는 전압인 스판 전압(Span Voltage)을 고려하여 증폭된 출력 전압이 AD 컨버터부(300)의 입력 하한 전압 범위 이내가 되도록 결정한다.Therefore, if the amplification ratio is R1: R2 = R3: R4, and R1 = R3, R2 = R4, the differential amplification ratio is R2 / R1, and the resistance ratio (R1: R2) is the maximum measurement range of the pressure sensor to be used. In consideration of the span voltage, which is an output voltage, the amplified output voltage is determined to be within an input lower limit voltage range of the
또한, 본 발명에 따른 차동 증폭부(210)는 저항 R3을 통해 입력되는 압력 센서(100)의 양 전압(+Vout)과, 오피 앰프(211)의 출력 전압(Va)이 저항 R4를 통해 오피 앰프(211)의 (-) 입력 단자에 접속되어 증폭회로가 구성되어 있다.In addition, the
이때 출력되는 전압의 범위는 편전원을 사용하는 경우 오피 앰프의 선형 증폭 구간과 AD 컨버터부의 측정범위(하한값)를 넘지 않아야 한다. At this time, the output voltage range should not exceed the linear amplification section of the op amp and the measurement range (lower limit value) of the AD converter section when using a single power supply.
전압 분배부(220)는 반잔 차동 증폭의 출력이 AD 컨버터부(300)의 전압 측정 상한인 기준 전압(Vref) 미만이 되도록 스케일링 하기 위해 차동 증폭부(210)로부터 출력되는 전압 신호(Va)가 미리 설정된 저항비를 갖는 저항 Ra 및 저항 Rb에 의해 분압되도록 하고, 상기 분압된 전압 신호(Vb)가 AD 컨버터부(300)로 입력되도록 한다.The
AD 컨버터부(300)는 신호 처리부(200)로부터 출력되는 아날로그 전압 신호(Vb)를 입력받아 기준 전압 발생부(400)로부터 출력되는 기준 전압(Vref)을 기준으로 디지털 신호로 변환하여 출력한다.The
기준 전압 발생부(400)는 온도 변화와, 장기 드리프트의 가장 큰 요소인 기준 전압(Vref)을 신호 처리부(200)와, AD 컨버터부(300)에 동일하게 제공함으로써, 압력 센서(100)가 갖는 영점 오프셋 전압과 상관없이 신호 처리부(200)로부터 출력 되는 전압 신호(Vb)를 AD 컨버터부(300)에서 디지털 신호로 변환하여 제공할 수 있도록 하여 수위 측정에서 안정적인 측정을 가능하게 한다.The
또한, 기준 전압을 예를 들면, 2.5V 정도로 높게 하여 신호 처리부(200)와, AD 컨버터부(300)에 공통적으로 제공함으로써, 오피 앰프의 비선형 구간을 회피하여 단일 전원 회로의 구성이 가능하게 된다.In addition, by setting the reference voltage as high as, for example, about 2.5V, and providing the signal to the
도 7은 양의 영점 오프셋 전압이 도 5의 수위 측정 장치로부터 출력되는 압력/전압 신호를 나타낸 파형도이고, 도 8은 음의 영점 오프셋 전압이 도 5의 수위 측정 장치로부터 출력되는 압력/전압 신호를 나타낸 파형도이다.FIG. 7 is a waveform diagram illustrating a pressure / voltage signal at which a positive zero offset voltage is output from the water level measuring apparatus of FIG. 5, and FIG. 8 is a pressure / voltage signal at which a negative zero offset voltage is output from a water level measuring apparatus of FIG. 5. Is a waveform diagram showing.
도 7 및 도 8에서, 양(+)의 오프셋 전압을 갖는 차전압(Vdiff)이 검출된 경우 오피 앰프(211)의 출력 전압(Va)은 반전 증폭되어도 기준 전압(Vref)보다 낮은 전압이 출력되어 저항 Ra 및 저항 Rb에 의해 전압 분배된 전압(Vb)은 기준 전압(Vref)보다 낮은 전압이 출력된다.7 and 8, when a difference voltage Vdiff having a positive offset voltage is detected, a voltage lower than the reference voltage Vref is output even when the output voltage Va of the
또한, 음(-)의 오프셋 전압을 갖는 차전압(Vdiff)이 검출된 경우 오피 앰프(211)의 출력 전압(Va)은 반전 증폭되어 기준 전압(Vref)을 초과한 전압이 출력된다. 그러나 저항 Ra 및 저항 Rb에 의해 Va 전압이 분배되어 Vb 전압은 기준 전압(Vref)보다 낮은 전압으로 출력된다.In addition, when a difference voltage Vdiff having a negative offset voltage is detected, the output voltage Va of the
따라서 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 전압의 조정 없이 선형적인 출력 전압을 제공할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to provide a linear output voltage without adjusting the zero offset voltage of the pressure sensor.
한편, 제어부(500)는 AD 컨버터부(300)로부터 출력되는 전압 신호 중에서 임의의 출력 전압을 영점과 스판점으로 각각 저장하고, 상기 저장된 영점과 스판점 사이의 임의의 수위에서 출력되는 상기 압력 센서의 출력 전압을 산출하여 출력하는 구성이다.Meanwhile, the
제어부(500)를 보다 상세하게 설명하면, AD 컨버터부(300)를 통해 디지털 처리된 출력 전압중에서 키패드 등의 입력부(미도시)를 통해 사용자가 입력하는 영점(사용자가 설정하는 측정시작 위치, 예를 들면 0m)과, 스판점(예를 들면, 사용자가 설정하는 최대 측정 위치, 예를 들면 50m)을 검출하여 상기 영점과 스판점을 메모리 등의 저장부(미도시)에 저장하고, 이후 압력 센서를 통해 상기 영점과 스판점 사이의 임의의 수위에서 출력되는 전압을 검출하여 상기 임의의 수위를 계산하여 출력한다.Referring to the
여기서 영점과, 스판점은 수위 검출을 위해 센서가 설치되는 환경이나, 사용자의 편의에 따라 임의의 설정이 가능하다.Here, the zero point and the span point may be arbitrarily set according to the environment in which the sensor is installed for detecting the water level or the user's convenience.
상기 임의의 수위에서 위치를 산출하는 방법은 상기 영점과 스판점 사이에 선형성을 가지고 있으므로 영점과 스판점을 이용하여 임의의 위치에서 측정된 압력 센서의 출력 전압으로부터 수위를 산출하는 것이 가능하다.Since the method for calculating the position at the arbitrary level has a linearity between the zero point and the span point, it is possible to calculate the level from the output voltage of the pressure sensor measured at the arbitrary position using the zero point and the span point.
한편, 메모리 등의 저장부에 저장된 상기 영점과 스판점 등의 측정 데이터들은 센서의 전원을 제거하거나 센서를 교환하는 등의 작업 수행시 설정된 측정 데이터의 손실을 방지하여 수위 측정 장치의 교환 및 유지 보수에 사용할 수 있도록 한다.On the other hand, the measurement data such as the zero point and the span point stored in the storage unit such as the memory prevents the loss of the measurement data set during the operation such as removing the power supply of the sensor or replacing the sensor, thereby replacing and maintaining the water level measurement device. To be used.
따라서 제어부(500)에서 출력된 임의의 수위에 대한 전압은 예를 들면, RS-485 등의 통신부(미도시)를 통해 원격지로 전송되고, 원격지로 전송된 상기 임의의 수위에 대한 전압은 디스플레이부를 통해 출력된다.Therefore, the voltage for any level output from the
상술한 실시예에서는 압력 센서(100)의 임피던스와 신호 처리부(200)의 차동 증폭부(210) 사이에 임피던스 차이의 보정이 없는 경우를 설명하였다. In the above-described embodiment, the case where there is no correction of the impedance difference between the impedance of the
다음은 압력 센서(100)와 차동 증폭부(210) 사이의 임피던스 차이를 보정하기 위한 초단 증폭부가 포함된 차동 증폭부의 다른 실시예를 설명한다.Next, another embodiment of the differential amplifier including an ultra-short amplifier for correcting the impedance difference between the
도 9는 도 6의 차동 증폭부의 다른 실시예를 나타낸 전기 회로도이다.9 is an electrical circuit diagram illustrating another embodiment of the differential amplifier of FIG. 6.
도 9에 도시된 바와 같이, 차동 증폭부(210a)의 입력단에 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖는 초단 증폭부(212a)가 설치되어 압력 센서(100, 도 5 참조)의 출력 임피던스와 차동 증폭부(210a) 입력단의 임피던스에 의한 압력 센서(100)의 왜곡을 방지하게 된다.As shown in FIG. 9, the
즉 신호 전압의 전달에 있어서, 신호의 출력단의 출력 임피던스가 매우 작지 않거나 입력단의 입력 임피던스가 매우 크지 않은 경우에는 초단 증폭부(212a)를 설치하여 임피던스의 부정합을 해소하기 위한 것이다.That is, in the transmission of the signal voltage, when the output impedance of the output terminal of the signal is not very small or the input impedance of the input terminal is not very large, the first
도 9의 초단 증폭부(212a)는 두 개의 오피 앰프(213a 및 213b)로 이루어지고, 압력 센서(100)로부터 출력되어 차동 증폭부(210a)로 입력되는 (-)Vin 전압은 오피 앰프(213a)의 (+) 입력 단자에 입력되고, (-) 입력 단자에는 출력 단자로부터 피드백되는 전압이 입력되며, 출력 단자는 압력 센서(100)의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호(Va)로 출력하는 오피 앰프(214)의 (-) 입력 단자에 연결된다.The
또한, 압력 센서(100)로부터 출력되어 차동 증폭부(210a)로 입력되는 (+)Vin 전압은 오피 앰프(213b)의 (+) 입력 단자에 연결되고, (-) 입력 단자는 출력 단자로부터 피드백되는 전압이 입력되며, 출력 단자는 압력 센서(100)의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호(Va)로 출력하는 오피 앰프(214)의 (+) 입력 단자에 연결된다.In addition, a positive voltage input from the
따라서 오피 앰프(214)는 두 개의 오피 앰프(213a 및 213b)에서 출력된 압력 센서(100)의 출력 전압차를 기준 전압(Vref)에 따라 차동 반전 증폭한 전압 신호(Va)를 출력한다.Therefore, the
도 10은 도 6의 차동 증폭부의 또 다른 실시예를 나타낸 전기 회로도이다.10 is an electrical circuit diagram illustrating still another embodiment of the differential amplifier of FIG. 6.
도 10에 도시한 차동 증폭부(212b)는 도 9의 실시예에서 설명한 임피던스 부정합을 해소하기 위한 초단 증폭부(212a, 도 9참조)에 증폭비의 향상을 위해 저항(R1, R2)을 추가한 실시예이다. 즉 도 10의 차동 증폭부(212b)는 도 9의 차동 증폭부(212a)에 1 이상의 이득을 가진다.The
도 10의 초단 증폭부(212b)는 2개의 오피 앰프(213a 및 213b)로 이루어지고, 압력 센서(100)로부터 출력되어 차동 증폭부(210b)로 입력되는 (-)Vin 전압은 오피 앰프(213a)의 (+) 입력 단자에 연결되고, (-) 입력 단자는 출력 단자로부터 피드백되는 전압이 저항(R1)을 통해 입력되며, 출력 단자는 압력 센서(100)의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호(Va)로 출력하는 오피 앰프(214)의 (-) 입력 단자에 연결된다.The
또한, 압력 센서(100)로부터 출력되어 차동 증폭부(210b)로 입력되는 (+)Vin 전압은 오피 앰프(213b)의 (+) 입력 단자에 연결되고, (-) 입력 단자는 출력 단자로부터 피드백되는 전압이 저항(R2)을 통해 입력되며, 출력 단자는 압력 센서(100)의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호(Va)로 출력하는 오피 앰프(214)의 (+) 입력 단자에 연결된다.In addition, the positive (+) Vin voltage output from the
따라서 오피 앰프(213a 및 213b)의 (-) 입력 단자와 출력 단자에 연결된 저항(R1, 및 R2)을 통해 차동 증폭부(210b)의 증폭비를 증가시키는 것이 가능하고, 오피 앰프(214)는 두 개의 오피 앰프(213a 및 213b)에서 출력된 압력 센서(100)의 출력 차전압을 차동 반전 증폭한 전압 신호(Va)가 출력되도록 한다.Accordingly, it is possible to increase the amplification ratio of the
도 11은 도 6의 차동 증폭부의 또 다른 실시예를 나타내 전기 회로도이다.FIG. 11 is an electrical circuit diagram illustrating still another embodiment of the differential amplifier of FIG. 6.
도 11에 도시한 차동 증폭부(210c)는 두 개의 오피 앰프(215a 및 215b)를 이용하여 임피던스 매칭과 증폭도의 가변이 가능하도록 구성되었다.The
즉 압력 센서(100, 도 5 참조)로부터 출력되어 차동 증폭부(210c)로 입력되는 (+) Vin 전압은 제 1 오피 앰프(215a)의 (+) 입력 단자에 연결되고, 제 1 오피 앰프(215a)의 (-) 입력 단자에는 제 1 오피 앰프(215a)의 출력 단자에서 피드백 되는 출력 전압과, 제 2 오피 앰프(215b)의 출력 단자에서 제 2 오피 앰프(215b)의 (-) 입력 단자로 피드백되는 출력 전압이 입력되도록 한다.That is, the positive Vin voltage output from the pressure sensor 100 (refer to FIG. 5) and input to the
또한, 제 1 오피 앰프(215a)의 (-) 입력 단자와, 제 2 오피 앰프(215b)의 출력 단자에서 (-) 입력 단자 사이에 가변 저항(RG)을 설치하여 증폭도가 가변될 수 있도록 한다.In addition, a variable resistor RG is provided between the negative input terminal of the first
차동 증폭부(210c)로 입력되는 (-) Vin 전압은 제 2 오피 앰프(215b)의 (+) 입력 단자에 연결되고, 제 2 오피 앰프(215b)의 (-) 입력 단자로 입력되는 제 1 오피 앰프(215a)의 출력과, 제 2 오피 앰프(215b)의 출력 단자를 통해 피드백되는 출력 신호를 이용하여 압력 센서(100)의 출력 차전압을 차동 반전 증폭하여 전압 신호(Va)로 출력한다.The negative Vin voltage input to the
따라서 두 개의 오피 앰프(215a 및 215b)를 이용하여 임피던스 부정합의 해소와 함께 증폭도를 함께 수정할 수 있게 된다.Therefore, the two
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 수위 측정 장치는 수위를 검출용 압력 센서가 갖는 영점 오프셋 조정의 불편함과, 불안정성을 개선함으로써, 정확하고 안정적인 측정 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다. As described above, the water level measuring apparatus according to the present invention has an advantage of providing accurate and stable measurement information by improving the inconvenience and instability of the zero offset adjustment of the pressure sensor for detecting the water level.
또한, 본 발명은 기준 전압을 동일하게 입력받음으로써, 온도 변화와 장기 드리프트로 인한 불안정성을 개선하여 안정적인 수위 측정을 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that it is possible to provide a stable level measurement by receiving a reference voltage equally, improving the instability due to temperature changes and long-term drift.
또한, 본 발명은 증폭 과정에서 오피 앰프의 비선형 구간을 회피함으로써 단일 전원회로로의 구성이 가능한 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that it can be configured as a single power supply circuit by avoiding the non-linear section of the op amp in the amplification process.
또한, 전력 소모의 감소와 회로를 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that can reduce the power consumption and simplify the circuit.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였 다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains can vary as many as possible without departing from the spirit of the present invention as set forth in the claims below. Changes may be made.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070055176A KR100904225B1 (en) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Apparatus for measuring water level |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070055176A KR100904225B1 (en) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Apparatus for measuring water level |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20080107179A KR20080107179A (en) | 2008-12-10 |
KR100904225B1 true KR100904225B1 (en) | 2009-06-25 |
Family
ID=40367596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070055176A KR100904225B1 (en) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Apparatus for measuring water level |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100904225B1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101601460B1 (en) | 2014-08-04 | 2016-03-09 | 현대자동차주식회사 | System and method for compensating offset of pressure sensor |
CN108536053B (en) * | 2018-03-15 | 2024-04-09 | 无锡职业技术学院 | Intelligent humidity sensor |
KR102208579B1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-01-27 | 김동한 | Apparatus for detecting level |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08159884A (en) * | 1994-12-07 | 1996-06-21 | Tanita:Kk | Load cell type weighing equipment employing single electric power source and correcting method based on temperature characteristic |
KR20030047159A (en) * | 2001-12-08 | 2003-06-18 | 농업기반공사 | Water Level Sensor Using Pressure Sensor |
JP2006112923A (en) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Nec Electronics Corp | Semiconductor device |
-
2007
- 2007-06-05 KR KR1020070055176A patent/KR100904225B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08159884A (en) * | 1994-12-07 | 1996-06-21 | Tanita:Kk | Load cell type weighing equipment employing single electric power source and correcting method based on temperature characteristic |
KR20030047159A (en) * | 2001-12-08 | 2003-06-18 | 농업기반공사 | Water Level Sensor Using Pressure Sensor |
JP2006112923A (en) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Nec Electronics Corp | Semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20080107179A (en) | 2008-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9385673B2 (en) | Amplifier with offset compensation | |
US8446220B2 (en) | Method and apparatus for increasing the effective resolution of a sensor | |
CN108700618B (en) | Crosstalk calibration for multi-channel systems | |
CN1963535A (en) | Automatic compensation of gain versus temperature | |
KR100904225B1 (en) | Apparatus for measuring water level | |
KR101446669B1 (en) | Method for calibrating the measurement output distortion using continuous full-scale voltage/current sampling about circuit | |
US7146860B2 (en) | Method for temperature compensation of a digital pressure meter | |
US20230288282A1 (en) | Method for Operating a Pressure Measuring Cell of a Capacitive Pressure Sensor | |
US8835779B2 (en) | Coordinated ratiometric compensation for high-precision load-cells | |
CN110737301B (en) | High-precision positive-negative adjustable type current stabilization system and method based on multi-operational amplifier feedback loop | |
KR20130008102A (en) | Electrostatic capacity measuring circuits for electrostatic capacity sensor having parasitic capacitance | |
CN102594276B (en) | Gain calibration system for instrument amplifier and gain calibration method | |
CN212364401U (en) | Resistance sensor measuring circuit for measuring weak signal | |
WO2016208422A1 (en) | Pressure measurement device, pressure measurement method, and program | |
US10031537B2 (en) | Differential probe with common-mode offset | |
CN110672904A (en) | Resistance sensor measuring circuit for measuring weak signal | |
JPH11118617A (en) | Temperature controller | |
KR20070105195A (en) | Temperature sensor | |
GB2594336A9 (en) | Force sensing systems | |
JPH05110350A (en) | Input offset voltage correcting device | |
CN111238673A (en) | Measuring circuit of film temperature sensor | |
JP2001183106A (en) | Gap detecting device with temperature compensation | |
JPH08181610A (en) | High speed high accuracy a/d converter | |
CN105680810B (en) | Amplifying circuit, method for amplifying signal and transducing signal processing unit | |
US20240097632A1 (en) | Integrated circuit and semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130618 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140401 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150528 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160601 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190709 Year of fee payment: 11 |