KR101741083B1 - 염도 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와, 이 염도센서부의 커패시터에 충전되는 전압을 스위칭하는 스위칭부와, 이 스위칭부에 주파수가 일정한 펄스 신호를 제공하고 커패시터의 전압이 기준전압에 도달하는 시간에 기초하여 염도센서부의 측정 전극들에 접촉된 식품의 염도를 판단하는 제어부를 포함함으로써 스위칭부에 주파수가 일정한 펄스 신호를 제공할 수 있어 커패시터의 임피던스 변화를 최소화할 수 있고, 커패시터의 전위가 대략 "0"인 구간인 존재하므로 측정 전극들에 축적된 이온을 최소화할 수 있고, 스위칭부에 제공되는 펄스 신호의 주파수로 저주파수를 선정할 수 있어 스위칭부의 스위칭 손실을 줄일 수 있는 염도 측정 장치를 개시한다.

Description

염도 측정 장치{APPARATUS FOR DETECTING SALINITY}
본 발명은 염도 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용액의 염도를 측정하는 염도 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 김치는 한국 고유의 자연 발효 식품으로서, 김치의 발효는 온도와 염도에 따라 그 속도가 다르다.
김치는 온도가 높고 염도가 낮은 경우에 발효의 진행속도가 빨라 숙성이 빠르고, 온도가 낮고 염도가 높은 경우에 발효의 진행속도가 느려 숙성이 느리다.
따라서 적절한 김치 숙성기간을 결정하기 위해서는 적절한 김치 숙성기간을 결정하기 위해서는 김치 저장실 내의 온도를 측정함은 물론 김치 내의 염도도 감지할 필요가 있다.
기존의 염도 측정 장치는 한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 가진 염도센서부와, 이 염도센서부의 출력신호에 의해 작동하고 염도센서부에 공급되는 전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함한다. 이러한 염도 측정 장치는 염도에 따라 달라지는 커패시터의 전압을 미리 설정된 상한값과 하한값을 이용하여 주파수로 변환하고, 이 주파수에 따라 염도를 측정한다.
하지만, 기존의 염도 측정 장치는 염도를 측정할 때마다 주파수가 가변되므로 커패시터의 내부 임피던스 변화로 인해 측정오차가 발생할 수 있으므로 식품의 염도를 정확히 측정하기 어렵다.
또한, 기존의 염도 측정 장치는 연속적인 염도 측정시 시간이 지남에 따라 측정 전극에 직류전원 성분이 일부 공급됨으로써 이온이 측정 전극에 축적되고, 이로 인해 시간이 지남에 따라 전기전도도가 하락한다. 따라서 동일한 염도의 식품을 측정하더라도 측정 전극에 축적된 이온으로 인해 전기전도도가 저하되기 때문에 측정시 매번 염도가 다르게 나타날 수 있으며, 실제 염도보다 낮은 염도가 측정되어 측정데이터의 신뢰성이 떨어질 수 있다.
또한, 기존의 염도 측정 장치는 식품의 염도가 높을수록 발진 주파수가 높아지므로 그만큼 자려발진회로의 스위칭 손실이 발생한다.
본 발명의 일 측면은 식품의 염도를 보다 정확하고 신뢰성 있고 효과적으로 측정할 수 있는 염도 측정 장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 염도 측정 장치는 식품의 염도를 판단하는 염도측정장치에 있어서, 한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와, 상기 염도센서부의 커패시터에 충전되는 전압을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 스위칭부에 주파수가 일정한 펄스 신호를 제공하고, 상기 커패시터의 전압이 기준전압에 도달하는 시간에 기초하여 상기 염도센서부의 측정 전극들에 접촉된 식품의 염도를 판단하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 염도센서부에서 상기 커패시터는 상기 측정 전극들 중 어느 하나에 직렬 연결된 것을 포함한다.
또한, 상기 염도센서부에서 상기 측정 전극들 사이에 병렬로 연결된 저항을 더 포함한다.
또한, 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는 시간별 염도값이 저장된 저장부를 더 포함한다.
또한, 상기 염도센서부의 커패시터의 전압과 상기 기준전압을 비교하고, 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 출력하는 비교부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 비교부의 출력신호 변화에 기초하여 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는 시간을 판단하는 것을 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 커패시터와 연결되어 상기 커패시터의 아날로그 전압신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부를 포함하고, 상기 AD 변환부를 통해 변환된 디지털 신호에 따라 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는 시간을 판단하는 것을 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달할 때 상기 커패시터 전압이 방전되도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 포함한다.
또한, 상기 펄스 신호의 주기는 상기 커패시터 전압의 방전시 상기 커패시터의 전압이 대략 0인 구간을 가지도록 미리 설정된 것을 포함한다.
또한, 상기 염도센서부의 커패시터의 일측과 연결되고, 상기 커패시터의 전압을 방전시키는 방전부를 더 포함한다.
또한, 상기 방전부는 상기 스위칭부의 방전 동작과 연동하여 작동하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 염도 측정 장치는 한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와, 상기 염도센서부의 커패시터에 충전되는 전압을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 스위칭부에 주파수가 일정한 펄스 신호를 제공하고, 상기 커패시터의 전압이 기준전압에 도달할 때 상기 펄스 신호의 듀티를 결정하고, 상기 결정된 듀티에 따라 상기 염도센서부의 측정 전극들에 접촉된 식품의 염도를 판단하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 듀티에 대응하는 염도값이 저장된 저장부를 더 포함한다.
또한, 상기 염도센서부의 커패시터의 전압과 상기 기준전압을 비교하고, 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 출력하는 비교부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 스위칭부에 상기 펄스 신호를 출력할 때부터 상기 비교부의 출력신호가 변화할 때까지의 시간을 상기 펄스 신호의 듀티로 결정하는 것을 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달할 때 상기 커패시터 전압이 방전되도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 포함한다.
또한, 상기 펄스 신호의 주기는 상기 커패시터 전압의 방전시 상기 커패시터의 전압이 대략 0인 구간을 가지도록 미리 설정된 것을 포함한다.
또한, 상기 염도센서부의 커패시터의 일측과 연결되고, 상기 커패시터의 전압을 방전시키는 방전부를 더 포함한다.
또한, 상기 방전부는 상기 스위칭부의 방전 동작과 연동하여 작동하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 염도 측정 장치는 한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와, 상기 염도센서부의 커패시터에 전압이 충전 또는 방전되도록 스위칭되는 스위칭부와, 상기 커패시터에 전압이 충전되도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 커패시터의 전압이 기준전압에 도달할 때, 상기 커패시터의 전압이 방전되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 염도센서부의 커패시터의 전압과 상기 기준전압을 비교하고, 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 출력하는 비교부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 비교부의 출력신호가 변화하는 것에 기초하여 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는지를 판단하는 것을 포함한다.
또한, 상기 펄스 신호의 주기는 상기 커패시터 전압의 방전시 상기 커패시터의 전압이 대략 0인 구간을 가지도록 미리 설정된 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 염도 측정 장치는 한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와, 상기 염도센서부의 커패시터에 충전되는 전압을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 스위칭부에 주파수가 일정한 펄스 신호를 제공하고, 상기 커패시터의 전압이 기준전압에 도달하는 시간에 기초하여 상기 펄스 신호의 듀티를 가변시키고, 상기 가변된 듀티를 근거로 하여 상기 염도센서부의 측정 전극들에 접촉된 식품의 염도를 판단하는 제어부를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 스위칭부에 주파수가 일정한 펄스신호를 제공함으로써 커패시터의 내부 임피던스 변화를 최소화할 수 있어 식품의 염도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 커패시터의 전위가 대략 "0"인 구간인 존재하므로 측정 전극들에 축적된 이온을 최소화할 수 있어 식품의 염도를 보다 신뢰성 있게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 스위칭부에 제공되는 펄스신호의 주파수가 일정하기만 하면 되므로 펄스신호의 주파수를 낮출 수 있어 스위칭부의 스위칭 손실을 줄일 수 있어 에너지 소비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치가 적용되는 김치 냉장고의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 김치냉장고를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 염도센서부의 측정전극을 통하여 커패시터에 전압이 충전되는 것을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치에서 염도변화에 따른 커패시터의 전압이 기준전압에 도달하는 시간변화 및 PWM 신호의 듀티변화를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 도 3에 도시된 염도센서부의 측정전극을 통하여 커패시터에 충전된 전압이 방전되는 것을 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치에서 스위칭부의 작동에 따른 커패시터의 전압을 설명을 하기 위한 타이밍도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치에서 커패시터에 전압이 방전될 때 커패시터의 전압이 대략 0인 구간이 존재하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치가 적용되는 김치 냉장고의 구성을 나타낸 것이다. 도 2는 도 1에 도시한 김치냉장고를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면을 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치가 적용되는 김치냉장고는 외관을 형성하는 본체(10)를 포함한다.
본체(10)의 전면 상부에는 기능선택부(25)가 설치되어 있다.
본체(10)의 내부에는 제1 저장실(12)과 제2 저장실(13)이 형성되어 있다.
본체(10)의 상부에는 힌지 결합되어 제1 저장실(12)과 제2 저장실(13)을 개폐하는 도어(11)가 설치되어 있다.
제1 저장실(12) 및 제2 저장실(13)는 격벽에 의해 분리되어 있다.
제1 저장실(12) 및 제2 저장실(13)의 외부면 사이에는 제1 저장실(12) 및 제2 저장실(13)의 온도를 일정하기 유지시키기 위한 단열재가 충진된다.
제1 저장실(12)의 외측 둘레에는 열교환작용을 수행하는 제1 증발기(14)와 제1 저장실(12)의 온도를 감지하기 위해 제1 증발기(14)의 표면온도를 검출하는 제1 온도센서(16)가 설치된다.
제2 저장실(13)의 외측 둘레에는 열교환작용을 수행하는 제2 증발기(15)와 제2 저장실(13)의 온도를 감지하기 위해 제2 증발기(15)의 표면온도를 검출하는 제2 온도센서(17)가 각각 설치된다.
제1 저장실(12) 및 제2 저장실(13)의 하부에는 냉각장치들이 위치하는 전장실(20)이 마련된다.
전장실(20)에는 냉매를 압축하는 압축기(21)와, 압축기(21)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(22)와, 응축기(22)의 일 측에 설치되며 응축기(22)에 강제 송풍하는 송풍팬(23)이 설치되어 있다.
제1 저장실(12) 및 제2 저장실(13)에는 김치를 저장하는 저장용기(30)가 수용된다. 저장용기(30)에는 저장용기(30)에 보관된 김치와 같은 식품의 염도를 측정하는 염도 측정 장치(40)가 장착되어 있다. 여기서, 염도 측정 장치(40)는 저장용기(30)의 내측에 마련되어, 측정 전극이 저장용기(30)에 보관된 식품의 즙액에 접촉하여 염도를 측정할 수 있다.
염도 측정 장치(40)는 상호 소정 간격으로 이격된 한 쌍의 측정 전극을 가진다. 측정 전극들은 저장실 내에 보관된 식품의 즙액에 접촉할 수 있도록 마련된다.
예를 들면, 염도 측정 장치(40)는 한 쌍의 측정 전극에 전원을 인가하여 측정 전극간의 전기 전도도를 측정하고 이 전기 전도도에 기초하여 식품의 염도를 측정하게 된다. 이러한 경우, 전기 전도도가 높을수록 김치의 염도가 높고, 전기 전도도가 낮을수록 식품의 염도가 낮다.
상기한 구성을 가진 김치 냉장고는 염도 측정 장치(40)를 통해 측정된 식품의 염도에 따라 사용자의 선택에 의해 결정되는 숙성모드별 숙성단계별 숙성시간이나 숙성온도를 재설정한다. 이에 따라 김치의 염도에 따른 적절한 숙성기간을 결정할 수 있어 식품의 염도에 관계없이 식품을 원하는 정도로 숙성시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치의 상세한 구성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록을 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치(40)는 염도센서부(41), 스위칭부(42)와, 비교부(43)와, 저장부(44)와, 전반적인 제어를 수행하는 제어부(45)를 포함한다.
염도센서부(41)는 한 쌍의 측정 전극(41a, 41b)과, 저항(R1), 커패시터(C1)를 포함한다.
한 쌍의 측정 전극(41a, 41b)은 제1 전극(41a)과 이 제1 전극(41a)과 접촉하지 않도록 제1 전극(41a)으로부터 소정거리 이격되어 마련되는 제2 전극(41b)을 포함한다. 제1 전극(41a)과 제2 전극(41b)은 저장실 내에 보관된 식품의 즙액에 접촉할 수 있도록 마련된다.
커패시터(C1)는 측정 전극들 중 제2 전극(41b)에 직렬 연결된다.
저항(R1)의 양단에는 제1 전극(41a)과 제2 전극(41b)이 연결되어 있다. 즉, 저항(R1)은 제1 전극(41a)과 제2 전극(41b)간에 병렬로 연결된다.
스위칭부(42)는 제어부(45)에 의해 출력된 주파수가 일정한 펄스신호(예를 들면, 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation ; PWM)신호)에 따라 염도센서부(41)에 전압을 공급하여 커패시터(C1)에 전압이 충전되게 하거나 커패시터(C1)에 충전된 전압을 접지 측으로 방전시키는 역할을 한다.
예를 들면, 스위칭부(42)는 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함한다. 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)는 PNP 트랜지스터인 제1 스위칭소자(Q1)와 NPN 트랜지스터인 제2 스위칭소자(Q2)이다.
제1 스위칭소자(Q1)의 베이스(B)와 제2 스위칭소자(Q2)의 베이스(B)는 서로 연결되어 있다.
제1 스위칭소자(Q1)의 이미터(E)는 소스전압(Vcc)과 연결되어 있다.
제1 스위칭소자(Q1)의 컬렉터(C)에는 제2 스위칭소자(Q2)의 컬렉터(C)가 연결되어 있다. 제2 스위칭소자(Q2)의 이미터(E)는 접지되어 있다.
서로 연결된 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)의 컬렉터(C)와 접지사이에는 저항(R1)와 커패시터(C1)가 직렬 연결되어 있다.
비교부(43)는 염도센서부(41)의 커패시터(C1)의 전압과 미리 설정된 전압인 기준전압(Vref)을 비교하고, 그 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 제어부(45)로 출력한다. 한편, 제어부는 하이레벨에서 로우레벨로 신호가 변경되는 것이 감지되면, 스위칭부(42)의 제1 스위칭소자(Q1)을 오프시킨다.
비교부(43)는 비반전 입력단자(-)와 반전 입력단자(+)를 가진 비교기를 포함한다. 비교부(43)의 비반전 입력단자(-)는 제2 전극(41b)과 커패시터(C1)사이의 연결단에 연결되어 있다. 비교부(43)의 반전 입력단자(+)에는 기준전압(Vref)이 입력된다.
따라서, 비교부(43)는 비반전 입력단자(-)에 입력되는 전압값이 반전 입력단자(+)에 기준전압값(Vref)보다 높으면, 로우레벨 신호를 출력한다. 또한, 비교부(43)는 비반전 입력단자(-)에 입력되는 전압값이 반전 입력단자(+)에 입력된 기준전압값(Vref)보다 낮으면, 하이레벨 신호를 출력한다.
제어부(45)는 마이컴을 포함한다. 제어부(45)는 염도센서부(41)에 교류전압이 공급되도록 스위칭부(42)에 주파수가 일정한 펄스신호(예를 들면, PWM 신호)를 출력하여 스위칭부(42)의 제1 스위칭소자(Q1)를 온 시킴으로써 염도센서부(41)의 커패시터(C1)에 전압이 충전되게 한다. 이때, 제2 스위칭소자(Q2)는 오프된 상태이다.
이와 함께 제어부(45)는 비교부(43)로부터 입력되는 신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 전환되면, 염도센서부(41)의 커패시터(C1)의 전압이 방전되도록 스위칭부(42)에 출력되는 PWM 신호의 듀티를 조정한다.
이에 따라, 스위칭부(42)의 제1 스위칭소자(Q1)는 오프되고, 제2 스위칭소자(Q2)는 온 되어 커패시터(C1에 충전된 전압이 제 2 스위칭소자(Q2)를 통해 접지 측으로 방전된다.
한편, 제어부(45)는 커패시터(C1)의 전압이 기준전압에 도달하는 데 걸리는 시간에 기초하여 염도센서부(41)의 측정 전극들(41a,41b)간에 접촉된 식품의 염도를 판단한다.
이를 위해 저장부(44)에는 염도-시간 데이터들이 저장되어 있다. 실험에 의해 측정된 표준식품의 염도별 시간값이 저장부(44)에 저장된다.
이때, 커패시터(C1)의 전압이 기준전압에 도달하는 데 걸리는 시간은 제1 스위칭소자(Q1)을 온 시켰다가 오프시키는 데 걸린 시간이고, 이는 PWM 신호의 듀티에 해당하는 시간이므로, 제어부(45)는 PWM 신호의 듀티를 확인함으로서 식품의 염도를 판단할 수 있다. 이러한 경우, 저장부(44)에는 염도-듀티 데이터들이 저장되어 있다.
도 4는 도 3에 도시된 염도센서부의 측정전극을 통하여 커패시터에 전압이 충전되는 것을 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치에서 염도변화에 따른 커패시터의 전압이 기준전압에 도달하는 시간변화 및 PWM 신호의 듀티변화를 설명하기 위한 타이밍을 나타낸 것이다. 도 6은 도 3에 도시된 염도센서부의 측정전극을 통하여 커패시터에 충전된 전압이 방전되는 것을 나타낸 것이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치에서 스위칭부의 작동에 따른 커패시터의 전압을 설명을 하기 위한 타이밍을 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(45)가 스위칭부(42)에 출력하는 PWM 신호의 온 타임 구간(PWM 신호의 실선 참조)동안에는 스위칭부(42)의 제1 스위칭소자(Q1)는 온 되고 제2 스위칭소자(Q2)는 오프된다(도 7 참조). 이에 따라, 전류가 화살표 방향으로 흘려 커패시터(C1)에 전압이 충전된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 커패시터(C1)에 충전되는 전압은 염도에 따라 충전되는 시간이 다르다.
따라서, 염도의 차이에 따라 커패시터(C1)에 충전된 전압이 기준전압(Vref)까지 도달하는 시간이 달라진다. 즉, 염도가 높은 고염도일 때 커패시터(C1)의 전위(A)(실선 화살표)의 경우 기준 전위(Vref)까지 충전되는 시간은 "t1"이고, 염도가 낮은 저염도일 때 커패시터(C1)의 전위(B)(점선 화살표)의 경우 측정 전극들(41a,41b)간의 도전율이 상대적으로 낮아 기준 전위(Vref)까지 충전되는 시간은 "t1"보다 긴 "t2"이다.
따라서, 염도 변화에 따라 커패시터(C1)의 전위가 기준 전위까지 상승되는 시간이 달라진다. 즉, 염도가 높을수록 커패시터(C1)의 전위(A)가 기준전위(Vref)까지 충전되는 시간이 짧아진다(t1<t2).
기준전위(Vref)까지 충전되는 시간 "t1"을 C로 "t2"를 D로 각각 스위칭부(42)에 출력되는 펄스신호의 듀티로 변환함으로써 염도를 추정 및 측정 가능하다. 이때, 각 펄스신호의 주기(T)는 동일하고, 염도 변화에 따라 펄스신호의 듀티 만이 달라지므로, 이 듀티를 근거하여 염도를 판단할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(45)가 스위칭부(42)에 출력하는 PWM 신호의 오프 타임 구간(PWM 신호의 실선 참조)동안에는 스위칭부(42)의 제1 스위칭소자(Q1)는 오프 되고 제2 스위칭소자(Q2)는 온 된다(도 7 참조). 이에 따라, 전류가 화살표 방향으로 흘려 커패시터(C1)에 충전된 전압이 방전된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 염도 측정 장치에서 커패시터에 전압이 방전될 때 커패시터의 전압이 대략 0인 구간이 있는 것을 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 한 주기(T) 내에서 커패시터(C1)의 전압이 방전될 때 커패시터(C1)의 전압이 대략 0인 구간(tb-ta, tc-tb)이 존재하기 때문에 측정 전극들(41a,41b)에 축적된 이온을 방전시킬 수 있어 측정 전극들(41a, 41b)에 축적된 이온을 최소화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록을 나타낸 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치는 염도센서부(41)의 커패시터(C1)의 전압을 효과적으로 방전시키는 방전부(46)를 포함할 수 있다.
방전부(46)는 염도센서부(41)과 스위칭부(42)사이에 마련된다.
방전부(46)는 프리휠링 다이오드(D3)와 제3 스위칭소자(Q3)를 포함한다. 제3 스위칭소자(Q3)의 컬렉터(C)는 염도센서부(41)의 커패시터(C1)의 일측과 연결되고, 이미터(E)는 접지측과 연결된다. 또한, 제3 스위칭소자(Q3)의 작동이 제2 스위칭소자(Q2)와 연동되도록 제3 스위칭소자(Q3)와 제2 스위칭소자(Q2)의 베이스(B)는 서로 연결되어 있다.
따라서, 방전부(46)의 제3 스위칭소자(Q3)는 스위칭부(42)의 제2 스위칭소자(Q2)가 온 될 때 함께 온 되기 때문에 커패시터(C1)의 전압이 보다 빠르고 충분히 방전될 수 있다.
이로 인해, 커패시터 전압의 방전이 더욱 빨리 일어나서 커패시터 전압이 대략 0인 구간(tb-ta, tc-tb)이 더 오래 존재하게 할 수 있고 보다 간편하게 확보할 수 있기 때문에 측정 전극들(41a,41b)에 축적되는 이온을 더욱 줄일 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록을 나타낸 것이다.
도 10에 도시된 염도 측정 장치는 도 3에 도시된 염도 측정 장치의 스위칭부(42)를 2개의 스위칭소자 대신에 1개의 스위칭소자로 사용한 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치는 염도센서부(41), 1개의 스위칭소자(Q1)로 이루어진 스위칭부(42)와, 비교부(43)와, 저장부(44)와, 전반적인 제어를 수행하는 제어부(45)를 포함한다.
염도센서부(41)는 제1 전극(41a)과 이 제1 전극(41a)과 접촉하지 않도록 제1 전극(41a)으로부터 소정거리 이격되어 마련되는 제2 전극(41b)을 포함하며, 저장실 내에 보관된 식품의 즙액에 접촉할 수 있도록 마련된 한 쌍의 측정 전극(41a, 41b)과, 저항(R1), 측정 전극들(41a, 41b) 중 제2 전극(41b)에 직렬 연결된 커패시터(C1)를 포함한다.
스위칭부(42)는 제어부(45)에 의해 출력된 주파수가 일정한 PWM 신호에 따라 염도센서부(41)에 전압을 공급하여 커패시터(C1)에 전압이 충전되게 하거나 커패시터(C1)에 충전된 전압을 접지 측으로 방전시키는 역할을 한다. 예를 들면, 스위칭부(42)는 한 개의 트랜지스터(Q1)를 포함한다. 트랜지스터는 NPN 트랜지스터인 스위칭소자(Q1)이다.
스위칭소자(Q1)가 오프 되면, 염도센서부(41)에 전압이 공급되어 커패시터(C1)에 전압이 충전되고, 스위칭소자(Q1)가 온 되면, 염도센서부(41)의 커패시터(C1)에 충전된 전압이 방전된다.
비교부(43)는 염도센서부(41)의 커패시터(C1)의 전압과 미리 설정된 전압인 기준전압(Vref)을 비교하고, 그 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 제어부(45)로 출력한다. 예를 들면, 비교부(43)는 입력되는 전압값이 기준전압(Vref)보다 낮으면, 하이레벨 신호를 출력하고, 입력되는 전압값이 기준전압(Vref)보다 높으면, 로우레벨 신호를 출력한다.
제어부(45)는 염도센서부(41)에 교류전압이 공급되도록 스위칭부(42)에 주파수가 일정한 펄스신호(PWM 신호)를 출력하여 스위칭부(42)의 스위칭소자(Q1)를 오프 시킨다. 이에 따라, 염도센서부(41)의 커패시터(C1)에 전압이 충전된다.
이와 함께 제어부(45)는 비교부(43)로부터 입력되는 신호가 로우레벨 신호에서 하이레벨 신호로 전환되면, 염도센서부(41)의 커패시터(C1)의 전압이 방전되도록 스위칭부(42)에 출력되는 PWM 신호를 조정하여 스위칭부(42)의 스위칭소자(Q1)를 온 시킨다. 이에 따라, 염도센서부(41)의 커패시터(C1)에 충전된 전압이 방전된다.
한편, 제어부(45)는 커패시터(C1)의 전압이 기준전압에 도달하는 데 걸리는 시간에 기초하여 염도센서부(41)의 측정 전극들(41a,41b)간에 접촉된 식품의 염도를 판단한다.
이를 위해 저장부(44)에는 염도-시간 데이터들이 저장되어 있다. 실험에 의해 측정된 표준식품의 염도별 시간값이 저장부(44)에 저장된다.
이때, 커패시터(C1)의 전압이 기준전압에 도달하는 데 걸리는 시간은 스위칭소자(Q1)를 오프 시켰다가 온 시키는 데 걸린 시간이고, 이는 PWM 신호의 듀티에 해당하는 시간이므로, 제어부(45)는 PWM 신호의 듀티를 확인함으로서 식품의 염도를 판단할 수 있다. 이러한 경우, 저장부(44)에는 염도-듀티 데이터들이 저장되어 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록을 나타낸 것이다.
도 11에 도시된 염도 측정 장치는 도 9에 도시된 염도 측정 장치의 비교부(43)의 기능을 제어부(45)에 통합한 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치는 염도센서부(41), 1개의 스위칭소자(Q1)을 포함하는 스위칭부(42)와, 저장부(44)와, 비교부(43)를 내장한 제어부(45)를 포함한다.
염도센서부(41)는 제1 전극(41a)과 이 제1 전극(41a)과 접촉하지 않도록 제1 전극(41a)으로부터 소정거리 이격되어 마련되는 제2 전극(41b)을 포함하며, 저장실 내에 보관된 식품의 즙액에 접촉할 수 있도록 마련된 한 쌍의 측정 전극(41a, 41b)과, 저항(R1), 측정 전극들(41a, 41b) 중 제2 전극(41b)에 직렬 연결된 커패시터(C1)를 포함한다.
스위칭부(42)는 제어부(45)에 의해 출력된 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation ; PWM)신호에 따라 염도센서부(41)에 전압을 공급하여 커패시터(C1)에 전압이 충전되게 하거나 커패시터(C1)에 충전된 전압을 접지 측으로 방전시키는 역할을 한다. 예를 들면, 스위칭부(42)는 한 개의 트랜지스터(Q1)를 포함한다. 트랜지스터는 NPN 트랜지스터인 스위칭소자(Q1)이다.
스위칭소자(Q1)가 오프 되면, 염도센서부(41)에 전압이 공급되어 커패시터(C1)에 전압이 충전되고, 스위칭소자(Q1)가 온 되면, 염도센서부(41)의 커패시터(C1)에 충전된 전압이 방전된다.
제어부(45)는 염도센서부(41)에 교류전압이 공급되도록 스위칭부(42)에 주파수가 일정한 펄스신호(예를 들면, PWM 신호)를 출력하여 스위칭부(42)의 스위칭소자(Q1)를 오프 시킨다. 이에 따라, 염도센서부(41)의 커패시터(C1)에 전압이 충전된다.
또한, 제어부(45)는 비교부(43)의 출력신호로부터 염도센서부(41)의 커패시터(C1)의 전압이 기준전압(Vref)보다 높은지 낮은지를 판단한다. 이때, 제어부(45)는 비교부(43)의 출력신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 전환되면, 커패시터(C1)의 전압이 기준전압(Vref)에 도달한 것으로 판단한다.
또한, 제어부(45)는 이러한 도달시점이나 도달하는 데 걸린 시간을 근거로 하여 염도센서부(41)의 측정 전극들(41a,41b)간에 접촉된 식품의 염도를 판단한다.
이때, 커패시터(C1)의 전압이 기준전압에 도달하는 데 걸리는 시간은 스위칭소자(Q1)를 오프 시켰다가 온 시키는 데 걸린 시간에 대응된다. 이 시간은 이는 PWM 신호의 듀티에 해당하는 시간이므로, 제어부(45)는 PWM 신호의 듀티를 확인함으로서 식품의 염도를 판단할 수 있다. 이러한 경우, 저장부(44)에는 염도-듀티 데이터들이 저장되어 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치의 제어블록을 나타낸 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치는 제어부(45)가 비교부(43) 대신에 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부(46)을 포함한 것을 나타낸 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염도 측정 장치는 염도센서부(41), 스위칭부(42)와, 저장부(44)와, AD 변환부(47)와, 전반적인 제어를 수행하는 제어부(45)를 포함한다.
제어부(45)는 AD 변환부(47)를 포함할 수 있다.
AD 변환부(47)는 염도센서부(41)의 커패시터(C1)와 연결되고, 커패시터(C1)의 아날로그 전압신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부(45)에 출력한다.
제어부(45)는 AD 변환부(47)를 통해 입력된 디지털 신호로부터 커패시터(C1)의 전압을 인식하고, 인식된 커패시터 전압이 기준전압(Vref)에 도달하는 시간을 카운트함으로써 커패시터 전압이 기준전압(Vref)에 도달하는 시간을 판단한다.
상술한 바와 같이, 제어부(45)는 커패시터(C1)의 전압이 기준전압에 도달하는 데 걸리는 시간을 근거로 하여 염도센서부(41)의 측정 전극들(41a,41b)간에 접촉된 식품의 염도를 판단한다.
이때, 커패시터(C1)의 전압이 기준전압에 도달하는 데 걸리는 시간은 스위칭소자(Q1)를 오프 시켰다가 온 시키는 데 걸린 시간에 대응된다. 이 시간은 이는 PWM 신호의 듀티에 해당하는 시간이므로, 제어부(45)는 PWM 신호의 듀티를 확인함으로서 식품의 염도를 판단할 수 있다. 이러한 경우, 저장부(44)에는 염도-듀티 데이터들이 저장되어 있다.
40 : 염도 측정 장치 41 : 염도센서부
42 : 스위칭부 43 : 비교부
44 : 저장부 45 : 제어부
46 : 방전부 47 : AD 변환부

Claims (21)

  1. 식품의 염도를 판단하는 염도측정장치에 있어서,
    한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와,
    상기 염도센서부의 커패시터에 충전을 위한 전압이 공급되도록 스위칭하는 스위칭부와,
    상기 스위칭부에 미리 설정된 주기를 갖는 펄스 신호를 제공하고, 상기 커패시터의 전압이 기준전압에 도달하는 시간에 기초하여 상기 염도센서부의 측정 전극들에 접촉된 식품의 염도를 판단하는 제어부를 포함하는 염도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 측정 전극들 중 어느 하나에 직렬 연결된 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정 전극들 사이에 병렬로 연결된 저항을 더 포함하는 염도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는 시간별 염도값이 저장된 저장부를 더 포함하는 염도 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 염도센서부의 커패시터의 전압과 상기 기준전압을 비교하고, 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 출력하는 비교부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 비교부의 출력신호 변화에 기초하여 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는 시간을 판단하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 커패시터와 연결되어 상기 커패시터의 아날로그 전압신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부를 포함하고,
    상기 AD 변환부를 통해 변환된 디지털 신호에 따라 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는 시간을 판단하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달할 때 상기 커패시터의 전압이 방전되도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 신호의 미리 설정된 주기는 상기 커패시터 전압의 방전시 상기 커패시터의 전압이 0인 구간을 가지는 염도 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 염도센서부의 커패시터의 일측과 연결되고, 상기 커패시터의 전압을 방전시키는 방전부를 더 포함하는 염도 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방전부는 상기 스위칭부의 방전 동작과 연동하여 작동하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  11. 한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와,
    상기 염도센서부의 커패시터에 충전을 위한 전압이 공급되도록 스위칭하는 스위칭부와,
    상기 스위칭부에 미리 설정된 주기를 갖는 주파수가 일정한 펄스 신호를 제공하고, 상기 커패시터의 전압이 기준전압에 도달하는 시간과 상기 펄스 신호의 미리 설정된 주기에 기초하여 염도 측정에 대한 펄스 신호의 듀티를 결정하고, 상기 결정된 듀티에 따라 상기 염도센서부의 측정 전극들에 접촉된 식품의 염도를 판단하는 제어부를 포함하는 염도 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 듀티에 대응하는 염도값이 저장된 저장부를 더 포함하는 염도 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 염도센서부의 커패시터의 전압과 상기 기준전압을 비교하고, 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 출력하는 비교부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 스위칭부에 상기 펄스 신호를 출력할 때부터 상기 비교부의 출력신호가 변화할 때까지의 시간을 상기 염도 측정에 대한 펄스 신호의 듀티로 결정하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달할 때 상기 커패시터 전압이 방전되도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 펄스 신호의 미리 설정된 주기는 상기 커패시터 전압의 방전시 상기 커패시터의 전압이 0인 구간을 가지는 염도 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 염도센서부의 커패시터의 일측과 연결되고, 상기 커패시터의 전압을 방전시키는 방전부를 더 포함하는 염도 측정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방전부는 상기 스위칭부의 방전 동작과 연동하여 작동하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  18. 한 쌍의 측정 전극과 커패시터를 포함하는 염도센서부와,
    상기 염도센서부의 커패시터에 전압이 충전 또는 방전되도록 스위칭되는 스위칭부와,
    상기 커패시터에 전압이 충전되도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 커패시터에 전압이 충전될 때 기준전압에 도달하는 시간에 기초하여 상기 염도 센서부의 측정 전극들에 접촉된 식품의 염도를 판단하고, 상기 커패시터의 전압이 기준 전압에 도달하면 상기 커패시터의 전압이 방전되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 미리 설정된 주기 동안에 상기 커패시터가 충전 및 방전되도록 상기 스위칭부를 제어하는 염도 측정 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 염도센서부의 커패시터의 전압과 상기 기준전압을 비교하고, 비교결과에 따라 하이레벨 신호 또는 로우레벨 신호를 출력하는 비교부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 비교부의 출력신호가 변화하는 것에 기초하여 상기 커패시터의 전압이 상기 기준전압에 도달하는지를 판단하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 커패시터의 전압이 0일 때 상기 커패시터 전압이 방전되도록 제어하는 것을 포함하는 염도 측정 장치.
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