KR101568355B1 - 절연체 호스를 이용한 임베디드 정전용량형 레벨 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

절연체 호스를 이용한 임베디드 정전용량형 레벨 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

절연체 호스를 이용하는 정전용량형 레벨 센서에 있어, 센서 전극 형성 방법을 개선하여 센서 감도 영향을 감소시킬 수 있는 절연체 호스를 이용한 정전용량형 레벨 센서가 개시된다. 본 발명은 일정 길이를 갖는 절연체 호스에 2 이상의 센서 전극이 상기 길이 방향으로 형성된 정전용량형 레벨 센서에 있어서, 상기 절연체 호스는 내부 호스 및 외부 호스로 이루어지고, 상기 센서 전극이 상기 내부 호스 및 상기 외부 호스 사이에 임베디드된 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

절연체 호스를 이용한 임베디드 정전용량형 레벨 센서 및 그 제조방법{EMBEDDED CAPACITIVE LEVEL SENSOR BY USING INSULATOR HOSE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 절연체 호스를 이용한 레벨 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서 전극 형성 방법을 개선하여 센서 감도 영향을 감소시키기 위한 절연체 호스를 이용한 레벨 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 레벨 센서는 산업 현장에서 각종 액체의 수위를 측정하기 위하여 사용되고 있다. 산업용으로는 각종 생산 시설에 다수 사용되고 있는 워터 트랩(water trap), 산업용 및 가정용 보일러, 상수도, 수조 등에 폭 넓게 응용되고 있으며, 세탁기, 식기세척기, 정수기 등 가전제품 등에도 널리 응용되고 있다.
이러한 레벨 센서는 다양한 방법으로 측정이 가능하며, 강우량 측정, 강물의 높이 측정과 같은 환경 모니터링 등의 분야에서는 센서 네트워크와 결합된 서비스를 위해서 높은 측정 신뢰도, 소형 및 저가인 센서가 요구되고 있다. 또한, 설치가 용이하고 간단한 레벨 센서의 필요성이 증대되고 있다.
한편, 종래 레벨 센서는 다양한 형태로 상품화되고 있는데, 공기 및 액체의 유전율 차이를 이용하여 액체의 수위를 측정하는 정전용량형 레벨 센서, 초음파 발생기 및 센서를 이용한 초음파 레벨 센서, 압력 센서를 이용한 수위 변화에 따른 압력 변화를 측정하는 레벨 센서 등을 들 수 있다.
그 중 정전용량형 레벨 센서는 정밀도, 경제성 측면에서 각광받고 있는데, 도 1에 나타낸 바와 같이 2중 원통형 정전용량형 레벨 센서(10)의 경우 내부 전극(11) 및 외부 전극(12)의 2중 원통형으로 구성되어, 내부 전극(11) 및 외부 전극(12) 사이의 액체(l) 높이(h)에 따라 전극 사이의 정전용량(Ch) 변화를 감지함으로써 수위를 센싱하는 것이다. 즉, 내부 전극(11) 및 외부 전극(12) 사이의 액체(l) 높이(h)에 따라 전극 사이의 정전용량(Ch) 변화를 감지함으로써 수위를 센싱한다. 이때, 정전용량(Ch)의 변화는 하기 식 1로 나타낼 수 있는 정전용량(C)에서, 전극 사이의 공기의 비유전율(εr, 약 '1') 및 액체(l)의 비유전율(εr, 물의 경우 약 '80')의 차이에 의해 정량적으로 감지될 수 있다.
Figure 112012011693311-pat00001
(C: 정전용량, ε0: 진공유전율, εr: 비유전율, L: 원통 높이, a: 내부 전극 반지름, b: 외부 전극 반지름)
이러한 종래 레벨 센서는 개별 조립 공정으로 제작되는 것이 대부분으로 대량 생산이 곤란하고, 단가가 비교적 높다. 또한, 레벨 센서의 사이즈가 커서 레벨 센서의 장착을 위한 구조물 변경 또는 특정 구조물의 설치가 불가피하다. 이와 같은 문제 해결을 위해 필름 형태의 레벨 센서가 개시되고 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이 필름 형태의 레벨 센서(20)는 절연체 호스(튜브)(21)의 외측 표면에 2 이상의 필름 레벨 센서(22)를 부착하여 각종 액체의 수위를 검출하는데 사용되고 있다.
그러나, 절연체 호스의 외측 표면에 부착하여 사용되는 필름 형태의 레벨 센서의 경우 절연체 호스의 내,외경(r, R) 및 두께(t) 변화, 절연 소재의 물리적 특성 변화 등에 따라 센서 감도(sensitivity)에 많은 영향을 주는 문제가 있다. 또한, 필름 형태의 레벨 센서를 외측 표면에 부착한 절연체 호스 내부에 존재하는 용액의 정밀한 수위 변화를 요구하는 경우에는, 레벨 센서 전극 표면에 액체 묻을 수 있고, 온도, 습도, 압력 등 외부환경 조건이 변화됨에 따라 센서 감도에 영향을 주게 되고, 절연체 호스 내부 액체의 수위 기울기가 달라지거나 절연체 호스의 굽힘 등 변형 시 수위에 따른 정전용량이 비선형적으로 변하는 등 센서 감도 내지 분해능에 영향을 주게 되는 문제가 있다.
이에, 절연체 호스를 이용하는 정전용량형 레벨 센서에 있어, 센서 감도 영향을 감소시키기 위한 절연체 호스를 이용한 정전용량형 레벨 센서가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 절연체 호스를 이용하는 정전용량형 레벨 센서에 있어, 센서 전극 형성 방법을 개선하여 센서 감도 영향을 감소시킬 수 있는 절연체 호스를 이용한 정전용량형 레벨 센서를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 저가의 재료를 이용하여 경제적이면서도 절연체 호스 내부 액체에 대한 내압성이 우수하고 장기간 사용에도 내구성이 뛰어나 신뢰성이 우수한 절연체 호스를 이용한 정전용량형 레벨 센서를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 절연체 호스의 굽힘 등 변형 시에도 센서 감도 내지 분해능에 영향을 받지 않는 정전용량형 레벨 센서를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 정전용량형 레벨 센서를 일괄 공정을 통해 공정이 단순하고 대량 생산에 적합한 절연체 호스를 이용한 정전용량형 레벨 센서 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 일정 길이를 갖는 절연체 호스에 2 이상의 센서 전극이 상기 길이 방향으로 형성된 정전용량형 레벨 센서에 있어서, 상기 절연체 호스는 내부 호스 및 외부 호스로 이루어지고, 상기 센서 전극이 상기 내부 호스 및 상기 외부 호스 사이에 임베디드된 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서를 제공한다.
또한, 상기 센서 전극 및 외부 호스 사이에 실편조된 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서를 제공한다.
또한, 상기 절연체 호스는 원통형이고, 상기 센서 전극은 나선형으로 임베디드된 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서를 제공한다.
또한, 상기 센서 전극은 상기 절연체 호스와 일체되어 상기 절연체 호스의 변형 시 동일하게 변형되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서를 제공한다.
또한, 상기 절연체 호스의 변형은 상기 절연체 호스의 굽힘으로 인한 변형인 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서를 제공한다.
상기 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, (a) 절연성 배합물을 1차 압출기에 투입하여 내부 호스를 제조하는 단계; (b) 편조기를 이용하여 2 이상의 동박전선을 상기 내부 호스 외면에 상기 내부 호스의 길이 방향으로 스트라이핑(striping)하여 부착하는 단계; 및 (c) 상기 동박전선이 부착된 내부 호스 외면에 절연성 배합물을 이용하여 2차 압출기로 외부 호스를 코팅시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계 사이에 상기 동박전선이 부착된 내부 호스 외면에 실편조를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 내부 호스를 원통형으로 제조하고, 상기 (b) 단계에서 상기 동박전선이 나선형으로 부착되도록 스트라이핑하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 스트라이핑 시 상기 내부 호스를 회전시키는 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 동박전선은 롤 타입의 동박전선을 사용하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 절연체 호스를 이용하는 정전용량형 레벨 센서에 있어, 센서 전극을 내부 호스 및 외부 호스 사이에 임베디드시켜 형성함으로써 센서 감도 영향을 감소시킬 수 있는 정전용량형 레벨 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 저가의 재료를 이용하여 경제적이고, 센서 전극이 외부에노출되지 않아 내구성 및 신뢰성이 우수한 정전용량형 레벨 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 센서 전극에 실편조 공정을 수행하여 절연체 호스 내부 액체에 대한 내압성이 우수한 정전용량형 레벨 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 나선형으로 임베디드된 센서 전극에 의해 절연체 호스의 굽힘 등 형상 변형 시에도 수위에 따른 센서 감도 내지 분해능에 영향을 받지 않는 정전용량형 레벨 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 간단한 압출 공정 및 상기 압출 공정 간의 동박전선 스트라이핑(striping)을 통한 센서 전극의 용이한 임베딩을 구현할 수 있어, 정전용량형 레벨 센서를 일괄 공정을 통해 제조하도록 하여, 공정이 단순하고 대량 생산에 적합한 정전용량형 레벨 센서 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 원통형의 정전용량형 레벨 센서를 나타낸 모식도,
도 2는 종래 필름형의 정전용량형 레벨 센서를 나타낸 모식도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 센서 전극이 임베디드된 절연체 호스를 이용한 정전용량형 레벨 센서를 나타낸 모식도,
도 5는 본 발명에 따른 정전용량형 레벨 센서의 다양한 형상을 예시한 단면도,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 나선형 센서 전극이 임베디드된 원통형 레벨 센서를 나타낸 모식도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 레벨 센서의 굽힘 시 수위에 따른 정전용량 변화를 설명하는 모식도 및 그래프,
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 레벨 센서의 굽힘 시 수위에 따른 정전용량 변화를 설명하는 모식도 및 그래프,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 절연체 호스를 이용한 센서 전극이 임베디드된 정전용량형 레벨 센서의 제조공정을 도식화한 순서도,
도 10은 도 9에 의해 정전용량형 레벨 센서가 제조되는 과정을 나타낸 모식도,
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 레벨 센서 제조 시 나선형 센서 전극을 부착시키는 과정을 나타낸 모식도,
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따라 제조된 레벨 센서 사진,
도 13은 도 12의 레벨 센서를 이용하여 수위 변화에 따른 정전용량을 측정한 그래프.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 정전용량형 레벨 센서의 구조에 대해 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 센서 전극이 임베디드된 절연체 호스를 이용한 정전용량형 레벨 센서를 나타낸 모식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 정전용량형 레벨 센서의 다양한 형상을 예시한 단면도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 정전용량형 레벨 센서(100)는 일정 길이(L)를 갖는 원통형의 절연체 호스(튜브)(110)에 센서 전극(120)을 이루고 있는 제1 센서 전극(121) 및 제2 센서 전극(122)이 상기 길이(L) 방향으로 형성되어 있고, 상기 절연체 호스(110)는 원통형의 내부 호스(111) 및 외부 호스(112)로 이루어지고, 상기 제1 센서 전극(121) 및 상기 제2 센서 전극(122)이 상기 내부 호스(111) 및 상기 외부 호스(112) 사이에 임베디드되어 형성될 수 있다.
상기 절연체 호스(110)를 이루는 내부 호스(111) 및 외부 호스(112)는 각각 폴리올레핀계 수지 등 절연성 배합물을 이용하여 압출을 통해 형성될 수 있으며, 절연성 재질이라면 본 발명의 절연체 호스(110)로서 사용 가능하며 상기 폴리올레핀계 수지에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 센서 전극(121) 및 상기 제2 센서 전극(122)은 상기 절연체 호스(110)를 이용한 정전용량형 레벨 센서(100)에서 수위에 따른 정전용량을 측정 및 검출하도록 하는 것으로, 전기전도도가 우수하고 경제적인 동박(copper foil)을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 센서 전극(121) 및 상기 제2 센서 전극(122)은 절연체 호스(110) 자체 또는 외부환경 변화에 따른 영향을 최소화하기 위해 상기 내부 호스(111) 및 외부 호스(112)에 부착된 형태 즉, 상기 내부 호스(111) 및 외부 호스(112) 사이의 간격이 상기 제1 센서 전극(121) 및 상기 제2 센서 전극(122)의 두께와 거의 같게 형성될 수 있다.
상기 절연체 호스(110)에 임베디드된 제1 센서 전극(121) 및 제2 센서 전극(122)을 통하여 상기 절연체 호스(110) 내부의 수위에 따라 공기 및 액체(l)의 비유전율의 차이를 이용하여 정전용량을 측정 및 검출을 수행할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 따른 센서 전극이 절연체 호스에 임베디드된 정전용량형 레벨 센서(100)는, 센서 전극(120)이 절연체 호스(110) 외부에 부착되어 형성되지 않고 절연체 호스(110) 내부에 임베디드되어 있어 액체, 온도, 습도, 압력 등 외부환경의 변화에도 센서 감도 및 센서 분해능에 영향을 받지 않는 정밀한 레벨 센서를 구현할 수 있게 된다. 또한, 절연체 호스(110) 자체의 내.외경 두께 변화 및 절연 소재의 물리적 특성이 변화하는 경우에도 그 센서 감도의 영향을 최소화할 수 있게 된다.
이상의 제1실시예에서는 상기 내부 호스(111) 및 상기 외부 호스(112)가 원통형인 경우에 대해 설명하고 있으나, 본 발명의 제2실시예에 따르면 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 내부 호스(211) 및 상기 외부 호스(212)의 횡단면이 사각형으로 형성된 절연성 호스(210)에 센서 전극(220)을 임베디드하여 정전용량형 레벨 센서(200)를 구현할 수 있다. 다만, 본 발명에 사용되는 호스(110)는 그 횡단면이 이에 한정되는 것은 아니고, 도 5에 도시된 바와 같이 내부 호스(111) 및 외부 호스(112) 각각 원형, 다각형으로 된 조합일 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에서는 센서 전극(120, 220)이 2개인 경우에 대해 설명하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 정전용량형 레벨 센서(100)에 사용될 수 있는 센서 전극(120)의 수는 3~6개 까지도 가능하며 상기 절연성 호스(110) 내.외경 및 센서 전극(120)의 폭에 따라 그 수가 증가할 수 있음은 당연하다. 또한, 상기 센서 전극(120)의 배치 또한 도 5에서와 같이 각각 대칭적으로 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 비대칭적으로 배치될 수도 있다.
본 발명의 제3실시예에 따르면 상기 센서 전극 및 상기 외부 호스 사이에 실편조(130, 도 10의 S4 참조)를 형성할 수 있다. 상기 실편조(130) 형성을 통해 상기 절연체 호스(110)의 내압 특성을 향상시킬 수 있으며, 상기 절연체 호스(110) 자체의 두께 변화, 소재 특성에 따른 물리적 변화에도 센서 감도 및 센서 분해능에 영향을 더욱 최소화할 수 있게 된다.
이상에서는 상기 절연체 호스가 원통형 또는 사각통형이고, 상기 센서 전극이 상기 절연체 호스의 길이 방향으로 대략 일(一)자형으로 형성된 예를 설명하였으나, 본 발명의 제4실시예에 따르면 상기 절연체 호스는 바람직하게는 원통형이고, 상기 센서 전극은 나선형으로 임베디드될 수 있다.
도 6은 이러한 본 발명의 제4실시예에 따른 나선형 센서 전극이 임베디드된 원통형 레벨 센서(도 6(a))를 나타낸 모식도이다. 비교를 위해 본 발명의 제1실시예에 따른 일자형 센서 전극이 임베디드된 원통형 레벨 센서를 같이 도시(도 6(b))하였으며, 이해의 편의를 위해 도면에서 외부 호스는 생략하였다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 레벨 센서(400)에서 상기 센서 전극(420)이 상기 내부 호스(411) 외곽을 나선형으로 감아 돌아 부착되는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 센서 전극(420)으로 사용될 수 있는 재질로는 상기 일자형으로 형성될 경우와 동일한 재질을 사용할 수 있다. 상기 나선형으로 형성된 센서 전극(420)은 두 개의 전극이 형성될 경우를 예로 들면, 서로 동일 간격(d)을 갖는 제1 센서 전극(421) 및 제2 센서 전극(422)이 일정한 피치(p)로 상기 내부 호스(411) 외곽을 감아 도는 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 수위 변화에 따라 일정량의 정전용량 변화를 유도하여 상기 센서 전극(420)이 일자형으로 형성된 레벨 센서(100)의 경우와 유사한 센서 감도 내지 센서 분해능을 나타내도록 할 수 있다.
여기서, 제4실시예에 따른 레벨 센서(400)의 경우에는 절연체 호스(411)가 굽힘 등 변형 시에도 센서 감도 내지 센서 분해능에 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 이하, 제1실시예에 따른 레벨 센서(100)와 비교하여 설명하기로 한다.
제1실시예에 따른 레벨 센서(100)의 경우 상기 절연체 호스(110)의 변형, 특히 굽힘(bending) 시 정전용량 측정 신뢰성이 문제될 수 있다. 즉, 상기 일자형 센서 전극(120)의 경우에도 절연체 호스(110) 내부에 임베디드되어 절연체 호스(110)의 물리적 특성 변화 시 어느 정도 센서 감도의 영향을 최소화할 수는 있으나, 절연체 호스(110)의 굽힘을 유발하는 환경에서 장시간 노출 시 센서 전극(120) 자체의 인장력 등의 한계로 적절히 대응하기 어려울 수 있으며, 절연체 호스(110)가 굽혀지는 경우 수위에 따른 센서 감도 내지 분해능이 저하될 수 있다. 도 7은 제1실시예에 따른 레벨 센서(100)의 굽힘 시 수위에 따른 정전용량 변화를 설명하는 모식도 및 그래프이다(이해의 편의를 위해 도면에서 외부 호스는 생략함). 즉, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 절연체 호스(110)가 굽혀지지 않을 경우(점선 형상 참조)와 비교하여 동일 수위(h)에서 차지하는 센서 전극(120) 면적이 넓어져, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 수위에 따른 정전용량이 비선형적으로 변할 수 있게 된다.
이에 반하여, 상기 제4실시예에 따른 레벨 센서(400)의 경우 도 8(a)에 나타낸 바와 같이(이해의 편의를 위해 도면에서 외부 호스는 생략함), 상기 나선형 센서 전극(420)이 상기 절연체 호스(410)와 일체되어 상기 절연체 호스(410)의 굽힘 시 그 굽힘 정도와 동일하게 변형됨으로써 상기 절연체 호스(410)가 굽혀지더라도 동일 수위(h)에서 차지하는 센서 전극 면적이 굽혀지지 않을 경우(점선 형상 참조)와 거의 같게 되어 동일 수위(h)에서 측정되는 정전용량 값을 굽혀지지 않을 경우와 거의 동일하게 유지하도록 하게 되며, 결국 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 수위에 따른 정전용량 값이 선형적으로 변화되도록 할 수 있게 된다. 여기서, 상기 나선형 센서 전극(420)이 상기 절연체 호스(410)와 일체되었다는 것은 나선형 센서 전극(420)이 연성 재질의 절연체 호스(410)에 임베디드되어, 형상이 변화되는 절연체 호스(410)의 일정 부위에 임베디드된 센서 전극(420)이 그 형상 변화에 따라 그대로 변형된다는 것을 의미한다.
이상의 본 발명에 따른 정전용량형 레벨 센서(100, 200, 400)는 별도의 신호 처리 없이 정전용량 값으로 출력되도록 하는 형태로 제조되어 사용될 수 있고, 센서 전극(120, 220, 420)으로부터의 신호를 검출하게 되는 신호처리부 및 연결선을 구비하여 전압 값, 주파수 값 등으로 변환시켜 출력되도록 하는 형태의 유선형(wire type) 레벨 센서로 제조되어 사용될 수 있다.
또한, 상기 연결선을 구비하지 않고 상기 신호처리부에 안테나가 연결된 수동 무선형(wireless type) 레벨 센서로 제조하여 사용될 수 있고, 배터리(건전지)를 더 구비하여 능동 무선형 레벨 센서로 제조하여 사용될 수 있으며, 태양전지를 더 구비하여 태양열을 이용하여 레벨 센서의 배터리를 충전하는 형태로 제조하여 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 정전용량형 레벨 센서 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 절연체 호스를 이용한 센서 전극이 임베디드된 정전용량형 레벨 센서의 제조공정을 도식화한 순서도이고, 도 10은 도 9에 의해 정전용량형 레벨 센서가 제조되는 과정을 나타낸 모식도이다.
먼저 절연성 배합물을 1차 압출기에 투입하여 내부 호스를 제조(S1)하고, 수조대에서 내부 호스(111)를 냉각수를 이용하여 제1 냉각(S2)시킨다. 이때, 제1 냉각 전에 상기 내부 호스(111)의 두께 및 내경 조정과 사이즈를 검사(I1)하는 단계를 수행할 수 있다.
이후, 제1 인장기를 이용하여 상기 제1 냉각된 내부 호스(111)를 편조기로 이송(S3)하게 된다. 상기 제1 인장기는 상기 제1 냉각된 내부 호스(111)를 상기 편조기로 원활히 이송되도록 롤러를 이용하여 상기 내부 호스(111)를 잡아주는 역할을 하게 된다. 이때, 편조 전에 상기 이송된 내부 호스(111)의 사이즈를 검사(I2)하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 편조기에서는 상기 내부 호스(111) 외면에 2 이상의 센서용 동박전선(120)을 스트라이핑(striping) 방식으로 투입하여 상기 내부 호스(111) 길이 방향으로 편조(S4)하여 센서 전극(120)이 형성된 내부 호스(111a)를 제조한다. 이때, 상기 동박전선(120)의 투입은 롤 타입의 동박전선(120)을 이용하여 간단하게 스트라이핑시킬 수 있다.
또한, 절연성 호스(110)의 내압 특성 향상을 위해 상기 동박전선(120) 상에 실을 편조(130)하여 제3실시예에 따른 레벨 센서를 제조할 수 있다. 이때, 상기 실편조시 실 각도 및 간격을 조정하고 내부 호스(111a)의 사이즈를 검사(I3)하는 단계를 수행할 수 있다.
한편, 동박전선(120)을 상기 내부 호스(111) 길이 방향으로 편조시 압출된 내부 호스(111) 형상에 따라 제1실시예에 따른 원통형의 레벨 센서(100)나 제2실시예에 따른 사각통형의 레벨 센서(200)를 제조할 수 있는 것이고, 여기서, 내부 호스(411)를 원통형으로 압출시키고, 동박전선(420)이 나선형으로 부착되도록 스트라이핑하여 제4실시예에 따른 레벨 센서(400)를 제조할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 레벨 센서 제조 시 나선형 센서 전극을 부착시키는 과정을 나타낸 모식도이다. 상기 동박전선(420)을 나선형으로 부착되도록 하는 스트라이핑 공정은 상기 동박전선(420) 또는 상기 내부 호스(411)를 회전시켜 수행할 수 있으나, 제1실시예와 동일한 방법으로 상기 동박전선(420)을 스트라이핑시키되 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 내부 호스(411)만을 회전시켜 수행하게 되면 보다 효율적이고 정밀하게 나선형의 센서 전극(421, 422)이 형성되도록 할 수 있다.
이후, 제2 인장기를 이용하여 상기 편조된 내부 호스(111a)를 2차 압출기로 이송(S5)하게 된다. 이때, 상기 2차 압출기 이송 전에 상기 편조된 내부 호스(111a) 외면에 외부 호스(112)의 원활한 코팅을 위한 열을 공급하는 예열기를 통과(S6)시킬 수 있다. 여기서, 상기 예열기를 통과한 후 열에 의한 사이즈 변화를 조정하기 위한 사이즈 검사(I4)를 수행할 수 있다.
상기 2차 압출기에서는 절연성 배합물을 투입하여 상기 편조된 내부 호스(111a) 외면에 압출을 통하여 코팅(S7)시키고, 수조대에서 상기 코팅된 호스(112)를 냉각수를 이용하여 제2 냉각(S8)시킨다. 이때, 제2 냉각 전에 상기 코팅된 호스(112)의 두께 조정과 사이즈를 검사(I5)하는 단계를 수행할 수 있다.
이후, 인쇄기를 이용하여 상기 코팅된 호스(112)에 인쇄 사양을 프린팅하는 공정(S9)(이때, 상기 프린팅된 호스(112)의 인쇄 상태 조정 및 확인 검사(I6)를 수행할 수 있다), 제3 인장기를 이용하여 상기 프린팅된 호스(112) 전체를 롤러를 통해 마킹기까지 이송시키는 공정(S10) 및 마킹기를 이용하여 상기 프린팅된 호스(112)의 총 길이를 확인하는 공정(S11)을 거쳐 절연성 호스를 이용하여 센서 전극이 임베디드된 정전용량형 레벨 센서(100)를 제조할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 따른 센서 전극(120)이 임베디드된 정전용량형 레벨 센서(100) 제조방법은, 절연성 호스(110)를 이용한 정전용량형 레벨 센서(100)를 일괄 공정(batch process)으로 제조할 수 있어 저가의 레벨 센서를 대량으로 생산할 수 있도록 하게 된다. 또한, 전극 센서 및 회로부를 일체화하여 생산 공정을 단순화 하는 경우에도 적합하다.
실험예
제4실시예에 따라 폴리프로필렌계 수지의 절연성 배합물을 이용하여 직경 약 25㎜의 원통형 내부 호스를 압출하고, 압출된 내부 호스를 회전시키면서 편조기를 이용하여 약 2㎜ 폭을 갖는 동박전선을 내부 호스 외면에 나선 형상으로 부착시킨 후 상기 절연성 배합물과 동일한 수지를 압출 코팅시켜 외부 호스를 형성하여 레벨 센서를 제조하였다. 제조된 레벨 센서(a)와 굽힘 시 모습(b)을 도 12에 나타내었다.
이와 같이 제조된 레벨 센서를 약 30도 각으로 굽힌 상태에서 고정시키고, 물을 이용하여 수위 변화에 따른 정전용량을 입력주파수 50㎑ 조건으로 측정하였고, 그 결과를 도 13에 나타내었다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 레벨 센서의 굽힘 상태에서도 수위 변화에 따른 정전용량이 선형적으로 변하는 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200, 400: 정전용량형 레벨 센서 110, 210, 410: 절연체 호스
111, 211, 411: 내부 호스 112: 외부 호스
120, 220, 420: 센서 전극 130: 실편조

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  3. 일정 길이를 갖는 절연체 호스에 2 이상의 센서 전극이 상기 길이 방향으로 형성된 정전용량형 레벨 센서에 있어서,
    상기 절연체 호스는 원통형의 내부 호스 및 외부 호스로 이루어지고, 상기 센서 전극이 상기 내부 호스 및 상기 외부 호스 사이에 나선형으로 임베디드되고,
    상기 센서 전극은 상기 절연체 호스와 일체되어 상기 절연체 호스의 변형시 동일하게 변형됨으로써 수위에 따른 정전용량 값이 선형적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 레벨 센서.
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