KR101791496B1 - 온도센서를 활용한 cvd 방식의 비접촉 정전용량 수위센서 - Google Patents

온도센서를 활용한 cvd 방식의 비접촉 정전용량 수위센서 Download PDF

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Abstract

액체를 저장하는 용기의 외부에서 액체의 수위를 감지하기 위한 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서가 개시된다. 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서는, 온도를 측정하기 위한 온도 감지부; 1개 이상의 금속패드를 가지는 센서패턴으로 상기 용기 외부에서 비접촉방식으로 수위를 감지하기위한 감지부; 상기 감지부의 감지된 수위정보를 상기 온도를 참조하여 보정하고, 외부로 출력하기 위한 회로부를 포함하며, 상기 감지부와 회로부는 PCB기판 위에 일체형으로 형성되고, 온도센서를 이용하여 각 패턴에 개별 온도보상 방법을 적용함으로써, 주위환경 및 온도변화에 따라 변동되어 측정되어지는, 감지 센서 패턴의 정전용량값을 보정하여 정확하게 수위를 감지할 수 있다.

Description

온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서{Water level sensor CVD method using temperature sensor}
본 발명은 수위센서에 관한 것으로, 액체를 담고있는 용기의 외부에 측정하고자 하는 높이 만큼의 크기를 갖는 정전용량센서패턴을 부착하여 수위를 감지하며, 종래의 주파수 방식의 수위센서보다 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적은 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서에 관한 것이다.
일반적으로 반도체나 LCD와 같은 분야나 다양한 분야에서는 물이나 화학약품과 같은 액체를 보관하다가 사용처에 따라 정확한 양을 공급할 수 있는 저장탱크와 같은 장치를 필요로 한다. 이때, 유량계을 이용하여 그 공급량을 측정함으로써 화학약품과 같은 액체를 저장탱크로부터 반응이 일어나는 곳으로 공급한다.
그러나, 대부분의 반도체나 LCD 가공처리에 필요한 화학약품은 맹독성을 가지고 있거나 금속 저장탱크를 녹이는 성질을 가지고 있으므로 이런 액체에 녹지 않는 고분자화합물을 금속용기 안팎으로 코팅을 하여 화학약품과 같은 액체를 저장하는데 사용한다.
또한, 외부로부터 화학약품을 저장탱크 안에 넣을 때는 저장탱크 안의 액체면의 높이를 알아내어 저장하는 양을 계산하거나 액체면의 높이 변화에 따라 저장시기를 결정함으로써 저장탱크로부터 화학반응이 일어나는 곳으로 지속적인 화학약품과 같은 액체를 공급할 수 있다.
종래의 정전용량 수위감지시스템이 국내특허등록공보 제1030342호에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 정전용량 수위감지시스템으로서, 액체를 저장하는 액체 저장탱크와; 상기 액체 저장탱크의 상부에 관통공을 통해 탱크 내부로 센서의 탐침봉이 들어가고; 액체 저장탱크의 액체가 하단에서부터 상단부까지 채워지거나 상단부에서 하단부까지 빠져나갈 때 액체면의 수위에 따라 정전용량의 변화를 감지하는 정전용량 감지센서와; 상기 정전용량 감지센서에서 감지된 정전용량의 변화량을 수위값으로 변환하도록 신호를 처리하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 처리된 신호처리값을 표시하는 표시부를 포함하여 구성된다.
그런데 이러한 종래의 직법 접촉방식의 수위센서로 광학식 수위센서가 사용됨에 따라 센서 장착부위의 기밀 불량으로 인한 누설의 위험이 있고, 액적 및 진동 등에 의해 수위센서의 오인식이 발생한다.
그리고, 정전용량 센서에서 보편적으로 사용하는CSM(Capacitive Sensing Module)방식은 액체나 분체의 레벨에 따라 측정된 정전용량의 변화값을 LC공진회로의 공진주파수 로 변환하여 측정을 하는 방법이 있지만, 주변의 고주파 노이즈가 발생시 센싱값에 영향을 받는 문제가 있다.
이와 같이 CSM 방식의 비접촉식 기술은 정전용량 변화값을 주파수로 변환하여 센싱하여 고주파 노이즈가 발생시 센싱값에 영향을 주므로 외부 노이즈에 약하고, 오차가 큰 문제가 있다.
한편, 기존의 측정되어지는 센서패턴의 정전용량값이 온도 변화에 따라 변동되므로 수위측정에 오차가 발생하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 문제를 해결하고자 하는 것으로, 온도센서를 이용하여 각 패턴에 개별 온도보상 방법을 적용함으로써, 주위환경 및 온도변화에 따라 변동되어 측정되어지는, 감지 센서 패턴의 정전용량값을 보정하여 정확하게 수위를 감지할 수 있는 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 주파수 방식의 수위센서보다 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적은 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 감지 패턴중 하나 이상으로 수위를 감지하여 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적은 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 부피가 작고 제조비용이 적게 소요되는 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 CVD 방식의 비
접촉 정전용량 수위센서는,
액체를 저장하는 용기의 외부에서 액체의 수위를 감지하기 위한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서로서,
온도를 측정하기 위한 온도 감지부;
1개 이상의 금속패드를 가지는 센서패턴으로 상기 용기 외부에서 비접촉방식으로 수위를 감지하기위한 감지부;
상기 감지부의 감지된 수위정보를 상기 온도를 참조하여 보정하고, 외부로 출력하기 위한 회로부를 포함하며,
상기 감지부와 회로부는 PCB기판 위에 일체형으로 형성된다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서는,
액체를 저장하는 용기의 외부에서 액체의 수위를 감지하기 위한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서로서,
온도를 측정하기 위한 온도 감지부;
1개 이상의 금속패드를 가지는 센서패턴으로 상기 용기 외부에서 비접촉방식으로 수위를 감지하기위한 감지부;
상기 감지부의 감지된 수위정보를 상기 온도를 참조하여 보정하고, 외부로 출력하기 위한 회로부를 포함하며,
상기 금속패드 각각은 상기 회로부와 금속성 와이어로 연결된다.
상기 온도 감지부는 적어도 하나의 온도 센서를 포함하며, 상기 온도센서는 상기 액체의 온도변화, 상기 용기의 온도 변화, 주위 온도변화중 적어도 하나는 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속패드는 측정하고자 하는 수위에 대응하여 소정개수로 설치되고, 상기 금속 패드의 형태는 동박형태, 그물형태, 안테나패턴 형태중 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 금속패드 각각은 분리형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서는 온도센서를 이용하여 각 패턴에 개별 온도보상 방법을 적용함으로써, 주위환경 및 온도변화에 따라 변동되어 측정되어지는, 감지 센서 패턴의 정전용량값을 보정하여 정확하게 수위를 감지할 수 있는 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 종래의 주파수 방식의 수위센서보다 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적은 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 다양한 감지 패턴중 하나 이상으로 수위를 감지하여 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적은 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 부피가 작고 제조비용이 적게 소요되는 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 수위센서 시스템을 보인 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 일체형을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 분리형을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 일체형의 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 일체형을 용기에 부탁한 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 분리형을 용기에 부탁한 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 금속패드의 다양한 형태를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식의 수위센서에서 정전용량 원리를 나타낸 도면이다.
도 11은 물체의 비유전율을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식의 수위센서에서 물체가 감지되지 않았을 때의 파형이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식의 수위센서에서 물체가 감지되었을 때의 파형이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 일체형을 나타낸 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 분리형을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 일체형의 단면을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 일체형을 용기에 부착한 예를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 온도센서를 활용한 CVD 방식 비접촉 정전용량 수위센서중 회로부와 감지부 분리형을 용기에 부탁한 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 금속패드의 다양한 형태를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서는,
액체를 저장하는 용기의 외부에서 액체의 수위를 감지하기 위한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서로서,
온도를 감지하는 적어도 하나의 온도센서(241)를 포함하는 온도 감지부;
1개 이상의 금속패드(221)를 가지는 센서패턴으로 상기 용기 외부에서 비접촉방식으로 수위를 감지하기위한 감지부(220);
상기 감지부(220)의 감지된 수위정보를 상기 온도를 참조하여 보정하고, 외부로 출력하기 위한 회로부(210)를 포함한다.
회로부(210)는 온도에 대응되는 보정 정보를 저장하는 메모리(211)와 상기 메모리(211)를 참조하여 금속패드(221)에서 감지되는 출력값을 상기 온도에 대응되는 보정값으로 보정하여 적용하는 제어부(212)를 포함한다.
필요에 따라 상기 감지부(220)와 회로부(210)는 PCB기판(400) 위에 일체형으로 형성된다. 이러한 예를 도 2a 내지 도 2c에 도시하였다.
그리고 변형예를 도 3에 도시하였다.
도 2를 참조하면, 상기 온도 감지부는 적어도 하나의 온도 센서를 포함하며, 상기 온도센서(241)는 상기 액체의 온도변화, 상기 용기의 온도 변화, 주위 온도변화중 적어도 하나를 측정한다.
도 2는 하나의 온도센서(241)를 이용한 예로서 전체적은 온도를 하나로 간주하므로 계산은 편리하다. 예를 들어 회로부(210)의 제어부(212)는 메모리(211)에서 온도에 대한 보정값으로 모든 금속패드(221)에 대해 동일하게 적용한다.
여기서 메모리(211)에는 미리 실험이나 계산 등에 의해 용기의 온도, 액체의 온도 또는 금속패드(221)의 온도 변화에 따라 발생하는 오차를 보정하는 보정 데이터를 미리 저장하여 둔다.
필요에 따라 도 2는 두개의 온도 센서 적용이 가능하며, 금속패드(221)을 두개의 그룹으로 나누어 하나의 센서는 상위그룹 패턴의 온도를 감지하고, 다른 하나의 센서는 하위 그룹의 금속패드(221)들의 온도를 감지하도록 할 수 있다.
또한, 필요에 따라 패턴의 개수에 대응한 온도센서를 갖게 할 수도 있고, 이 경우 금속패드(221)의 개수와 온도센서(241)의 개수가 동일하다.
따라서, 개별 금속패드(221)의 온도를 정확히 반영할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 필요에 따라 한 개의 온도센서를 활용하여 감지부의 모든 패턴에 일괄적으로 보정값을 적용할 수도 있다.
또한, 감지 센서패턴인 금속패드(221)에 두개 온도센서를 적용하여 상위그룹과 하위 그룹의 모든 금속패드에 대해 각각 상위그룹을 담당하는 온도센서아 하위그룹을 담당하는 온도센서에 일괄적으로 보정값을 적용할 수도 있다.
그리고, 필요에 따라 모든 금속패드(221) 각각에 대해 개별 온도 센서(241)를 제공하여 더욱 정확하게 온도를 반영할 수 있다.
도 3과 하기 도면에서 온도 센서는 편의상 도시하지 않았으나 필요에 따라 다양한 위치에 적용될 수 있다.
도 2 또는 도 3을 참조하면 금속패드(221)가 분리형으로 형성된 것으로서, 수위가 올라가는 경우에 하단의 금속패드(221)부터 감지가 되면서 감지신호가 출력되고, 차차 상부쪽의 금속패드(221)에서 감지신호가 회로부(210)로 출력된다.
도 2 또는 도 3 이외에도 다른 형태로 감지부(220)가 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 회로부(210)와 감지부(220)가 분리된 구조로서, 감지부(220)가 여러개의 독립된 금속패드(221)로 이루어진다.
이러한 형태는 액체를 담는 용기에 금속패드(221) 부착이 용이하다.
그리고 필요에 따라 측정범위 수위에 따라 금속패드(221)의 간격을 조절하면서 변경 부착하는 것도 가능하다.
그리고 금속패드(221)와 회로부(210)를 연결하는 연결부(230)는 금속성 와이어로 이루어진다.
그리고 상기 금속패드(221)는 측정하고자 하는 수위에 대응하여 개수를 조절 설치하면 된다.
도 5는 금속패드(221)가 감지부(220)에 패턴 형태로 형성된 것으로서 금속패드(221) 개수나 간격 조절은 어렵지만 감지누는 일체형으로 형성하여 제조 비용은 줄어든다.
도 6은 일체형으로 형성된 수위 센서의 단면도로서, 이러한 수위센서를 용기에 부착한 예를 도 7에 도시하였다.
여기서 수위센서는 도 7의 용기에 액체가 담긴 양을 측정하게 된다.
도 8은 분리형 금속패드(221)가 용기에 부착된 수위를 감지하는 예를 보인 도면으로서, 회로부(210)는 별도의 위치에 존재하므로 수위센서의 설치가 좀 더 용이하다.
도 9는 감지부(220)의 금속패드(221)의 다양한 형태를 나타낸 것으로서, 상기 금속 패드의 형태는 동박형태, 그물형태, 안테나패턴 형태중 하나일 수 있다.
상기 회로부(210)는 상기 감지부(220)에서 감지된 수위 정보에 대해 PWM신호와 아날로그 신호를 각각 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 회로부(210)는 전원부, 크리스탈발진기, MCU를 포함할 수 있다. 전원부는 MCU에 전원을 공급하고. 크리스탈발진기는 고유의 기본 주파수를 출력한다, MCU는 전원부의 전원을 입력받고, 크리스탈발진기에서 출력되는 주파수를 입력받아 상기 감지부(220)에서 감지된 수위 정보에 대해 PWM신호와 아날로그 신호로 변환하여 각각 출력한다.
그리고 본 발명의 실시예에서 회로부(210)는 종래의 주파수 방식의 수위센서보다 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적은 CVD 방식의 비접촉식 방식으로 수위를 감지한다.
본 발명의 실시예에 따른 수위센서는 회로부(210)와 감지부(220)가 하나의 PCB 기판(400)에 형성되는 원보드 형태인 경우 크기가 작고, 하나의 수위센서로 수위를 정확하게 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 물의 비유전율과 공기의 비유전율 차이를 이용해 물의 존재 유무를 확인한다.
보통 워터 트랩은 두께 3.5mm이고 플라스틱 재질인데 이 부분은 감지하지 않으며, 그 내부의 물만 감지 하도록 정전 용량형 수위센서의 센싱 감도 및 커패시턴스 값을 설정한다.
물체가 극판쪽으로 접근하면 정전유도를 일으켜, 물체 내부에 있는 전하들이 극판쪽으로는 (-)전하가, 반대쪽 으로는 (+)전하가 이동하게 된다. 이러한 현상을 분극 현상 이라 한다.
물체가 극판에서 멀어지면 분극현상이 약해져서 정전용량이 적어지고, 반대로 극판쪽으로 접근하면 분극현상이 커지면서 극판면의 (+)전하가 증가하여 정전용량이 커지는데, 이 변화량을 검출하여 물체의 유무를 판단하게 된다. 여기서 극판 역할을 하는 것이 감지부(220)의 패턴이다.
참고로 물체의 비유전율은 도 10과 같다.
도 11은 물체의 비유전율을 나타낸 도면이다.
도 11을 침조하면, 공기는 비유전율이 1이며 가장 낮다. 아크릴은 2.7~4.5, FR-4재질은 4.6, 강화 유리는 7.3정도의 값을 갖는다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 CVD 방식의 수위 센서에서 정전용량 원리를 나타낸 도면이고, 도 12은 본 발명의실시예에 따른 CVD 방식의 수위센서에서 물체가 감지되지 않았을 때의 파형이고, 도 13는 본 발명의실시예에 따른 CVD 방식의 수위센서에서 물체가 감지되었을 때의 파형이다.
도 10의 식을 참조하면, 정전용량은 플레이트 사이의 거리를 자유공간의 유전율과 상태유전상수 및 플레이트 면적을 곱한값으로 나눈값이다. 즉, 감지부(220)의 면적이 크거나 커버 재질에 따른 비유전울이 높거나, 커버 두께가 얇을수록 정전용량 값이 더욱 많이 발생한다.
한편, 감지부(220)의 감지면적이 작을수록 감지 값은 작아지며, 면적이 넣은 감지 패드는 감지 값은 커지나 잡음을 받을 수 있다.
감지 면적은 일반적으로 Touch센서의 경우 손가락을 감지할경우 인식 되는 면이 평균 10 제곱밀리미터의 면적으로 한다. 감지부(220) 반대면에 그라운드 패턴부(300)를 배치하여, 초기 정전용량 값을 형성시켜 이런 영향을 안정화시킬 수 있다.
따라서 감지부(220) 패턴 면적이 넓은 경우는 그라운드 패턴부를 생성하여 초기 정전 용량값을 많이 주도록 한다. 감지부(220) 패턴 면적이 적은 경우는 그라운드 패턴부와의 거리를 고려하여 비교적 멀리 배치 시켜야 한다. 이는 감지에 의한 정전 용량값이 그렇게 높지 않기 때문에 초기 정전용량값으로 묶이면 안되기 때문이다.
그리고 그라운드 패턴부(도면 미도시)는 SNR을 감소하기 위해 필요하다.
SNR(Signal to noise ratio)은 신호대 잡음비로서, 감지와 미감지센서 상황 사이를 안정적으로 구분하기 위해 노이즈 Peak-to-peak 편차와 신호 강도는 노이즈 보다 휠씬 더 클 필요가 있다. 권장 신호는 5:1, 노이즈의 최소 5배로 구성 한다.
PCB 기판(400)상에 그라운드 패턴부를 제공하는것은 커패시티브 센싱 RF노이즈를 줄일수 있도록 도와준다.
이렇게 물체 대신 물을 감지하는 것으로 수위를 감지하며, 도 8과 도 9에 도시된 파형을 구분하여 이용하여 수위를 감지하게 된다.
상기 실시예는 다양한 액체의 수위를 측정하는데 이용이 가능하다.
이상의 본 발명의 실시예에서는 온도센서를 이용하여 각 패턴에 개별 온도보상 방법을 적용함으로써, 주위환경 및 온도변화에 따라 변동되어 측정되어지는, 감지 센서 패턴의 정전용량값을 보정하여 정확하게 수위를 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 종래의 주파수 방식의 수위센서보다 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 회로부(210)와 감지부(220)가 원보드 화되어 있는 PCB 일체형 구조로 부피가 작고 제조 비용이 적게 소요된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 다양한 감지 패턴중 하나 이상으로 수위를 감지하여 노이즈에 강하고 감지하는 값에 대한 변화량이 적다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 부피가 작고 제조비용이 적게 소요된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 액체를 저장하는 용기의 외부에서 액체의 수위를 감지하기 위한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서로서,
    온도를 측정하기 위한 온도 감지부;
    1개 이상의 금속패드를 가지는 센서패턴으로 상기 용기 외부에서 비접촉방식으로 수위를 감지하기위한 감지부;
    상기 감지부의 감지된 수위정보를 상기 온도를 참조하여 보정하고, 외부로 출력하기 위한 회로부를 포함하며,
    상기 감지부와 회로부는 PCB기판 위에 일체형으로 형성되고,
    상기 온도 감지부는 상기 금속패드의 개수에 대응한 개수의 온도센서를 갖고,
    상기 금속패드는 분리형으로 형성되고,
    수위가 올라가는 경우, 하단의 금속패드부터 감지가 되고 차차 상부쪽의 금속패드에서 감지신호가 출력되는 것을 특징으로 하고,
    상기 금속패드는 측정하고자 하는 수위에 대응하여 소정개수로 설치되고, 상기 금속 패드의 형태는 동박형태, 그물형태, 안테나패턴 형태중 하나인 것을 특징으로 하는 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서.
  2. 액체를 저장하는 용기의 외부에서 액체의 수위를 감지하기 위한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서로서,
    온도를 측정하기 위한 온도 감지부;
    1개 이상의 금속패드를 가지는 센서패턴으로 상기 용기 외부에서 비접촉방식으로 수위를 감지하기위한 감지부;
    상기 감지부의 감지된 수위정보를 상기 온도를 참조하여 보정하고, 외부로 출력하기 위한 회로부를 포함하며,
    상기 금속패드 각각은 상기 회로부와 금속성 와이어로 연결되는
    상기 온도 감지부는 상기 금속패드의 개수에 대응한 개수의 온도센서를 갖고,
    상기 금속패드는 분리형으로 형성되고,
    수위가 올라가는 경우, 하단의 금속패드부터 감지가 되고 차차 상부쪽의 금속패드에서 감지신호가 출력되는 것을 특징으로 하고,
    상기 금속패드는 측정하고자 하는 수위에 대응하여 소정개수로 설치되고, 상기 금속 패드의 형태는 동박형태, 그물형태, 안테나패턴 형태중 하나인 것을 특징으로 하는 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 온도 감지부는 적어도 하나의 온도 센서를 포함하며, 상기 온도센서는 상기 액체의 온도변화, 상기 용기의 온도 변화, 주위 온도변화중 적어도 하나는 측정하는 것을 특징으로 하는 온도센서를 활용한 CVD 방식의 비접촉 정전용량 수위센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102019126307A1 (de) * 2019-09-30 2021-04-01 Audi Ag Behälter und Verfahren und zur temperaturbasierten Füllstandsmessung, Brennstoffzellensystem und Kraftfahrzeug
JP6756061B1 (ja) * 2020-02-21 2020-09-16 日本パーカライジング株式会社 水位レベル表示装置および水位レベル表示システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200315765Y1 (ko) * 2003-03-20 2003-06-11 삼에스전자주식회사 자동수위조절장치
KR100794125B1 (ko) * 2006-07-27 2008-01-10 웅진코웨이주식회사 비접촉식 수위 제어 장치
JP2013088222A (ja) * 2011-10-17 2013-05-13 Seiko Epson Corp 補正装置、無線センサータグ、データ収集システム及びプログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200315765Y1 (ko) * 2003-03-20 2003-06-11 삼에스전자주식회사 자동수위조절장치
KR100794125B1 (ko) * 2006-07-27 2008-01-10 웅진코웨이주식회사 비접촉식 수위 제어 장치
JP2013088222A (ja) * 2011-10-17 2013-05-13 Seiko Epson Corp 補正装置、無線センサータグ、データ収集システム及びプログラム

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