KR101946384B1 - 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법 - Google Patents

정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101946384B1
KR101946384B1 KR1020160119477A KR20160119477A KR101946384B1 KR 101946384 B1 KR101946384 B1 KR 101946384B1 KR 1020160119477 A KR1020160119477 A KR 1020160119477A KR 20160119477 A KR20160119477 A KR 20160119477A KR 101946384 B1 KR101946384 B1 KR 101946384B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitance
pad
conductive pad
sensing
conductive
Prior art date
Application number
KR1020160119477A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180031865A (ko
Inventor
이상철
주재홍
노학철
정권성
김세준
Original Assignee
에이디반도체(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이디반도체(주) filed Critical 에이디반도체(주)
Priority to KR1020160119477A priority Critical patent/KR101946384B1/ko
Publication of KR20180031865A publication Critical patent/KR20180031865A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101946384B1 publication Critical patent/KR101946384B1/ko

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
    • G01F23/22—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
    • G01F23/263—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 by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/25—Selecting one or more conductors or channels from a plurality of conductors or channels, e.g. by closing contacts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

본 기술의 일 실시예에 의한 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서는 동일한 전기적 특성을 가지며, 탱크 내 유체의 수위 증가 방향을 따라 탱크 외부 표면에 순차적으로 배치되는 제 1 도전성 패드 및 제 2 도전성 패드를 구비하고, 제 2 도전성 패드는 제 1 도전성 패드보다 높이 배치되는 감지 패드, 감지 패드와 간섭되지 않게 탱크 외부 표면에 배치되는 가이드 패드 및 유체의 수위가 제 1 도전성 패드의 높이에 도달하지 않은 경우와 유체의 수위가 제 2 도전성 패드의 높이를 초과하여 기 설정된 목표수위에 도달한 경우를 구분하기 위하여, 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한 경우, 가이드 패드의 접속 조건을 변경하면서 감지 패드의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는 정전용량 센서 IC를 포함할 수 있다.

Description

정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법{Target Level Detecting Sensor Using Electrostatic Capacity and Sensing Pad Therefor, and Method for Sensing of Target Level}
본 발명은 레벨 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법에 관한 것이다.
유체가 수용되는 탱크의 수위를 관리하기 위하여 다양한 방식의 센서 장치가 이용되고 있다.
최근에는 전자식 레벨 센서의 하나로 정전용량 방식의 레벨 센서가 개발되었다. 정전용량 방식의 레벨 센서는 유체에 직접 접촉되어 유체의 레벨을 검출하는 직접 센싱 방식 및, 유체와 일정 거리 이격된 상태로 유체의 레벨을 검출하는 간접 센싱 방식으로 구분될 수 있다.
직접 센싱 방식은 예를 들어 금속 봉을 감지 전극으로 이용하여 금속 봉에 대한 유체의 직접 접촉 여부에 따른 정전용량 변화에 기초하여 수위를 감지할 수 있다. 직접 센싱 방식의 경우 금속 봉이 직접적으로 유체에 접촉하게 되어 누설 전류가 발생하거나 정전기에 의한 금속 봉 표면의 오염 및 탱크 내측 표면의 오염이 발생하고 시간이 경과함에 따라 오염 정도가 심화될 수 있다.
간접 센싱 방식의 경우 다양한 원인, 예를 들어 탱크의 두께와 재질, 주변 환경에 의해 기생 캐패시턴스가 발생하며, 이에 따라 적용 대상에 따라 적정한 감도를 개별적으로 설정해 주어야 하느 번거로움이 존재한다. 아울러 탱크 표면과 센서 전극과의 이격 거리에 변동이 발생할 경우 오동작이 발생할 수 있다.
본 기술의 실시예는 유체의 수위를 정확히 검출할 수 있는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법을 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서는 동일한 전기적 특성을 가지며, 탱크 내 유체의 수위 증가 방향을 따라 상기 탱크 외부 표면에 순차적으로 배치되는 제 1 도전성 패드 및 제 2 도전성 패드를 구비하고, 상기 제 2 도전성 패드는 상기 제 1 도전성 패드보다 높이 배치되는 감지 패드; 상기 감지 패드와 간섭되지 않게 상기 탱크 외부 표면에 배치되는 가이드 패드; 및 상기 유체의 수위가 상기 제 1 도전성 패드의 높이에 도달하지 않은 경우와 상기 유체의 수위가 상기 제 2 도전성 패드의 높이를 초과하여 기 설정된 목표수위에 도달한 경우를 구분하기 위하여, 상기 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 상기 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한 경우, 상기 가이드 패드의 접속 조건을 변경하면서 상기 감지 패드의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는 정전용량 센서 IC;를 포함할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 목표수위 감지 방법은 동일한 전기적 특성을 가지며, 탱크 내 유체의 수위 증가 방향을 따라 상기 탱크 외부 표면에 순차적으로 배치되는 제 1 도전성 패드 및 제 2 도전성 패드를 구비하고, 상기 제 2 도전성 패드는 상기 제 1 도전성 패드보다 높이 배치되는 감지 패드; 상기 감지 패드와 간섭되지 않게 상기 탱크 외부 표면에 배치되는 가이드 패드; 및 상기 감지패드와 전기적으로 접속 또는 차단되는 정전용량 센서 IC를 구비하는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서에서의 목표수위 감지 방법으로서, 상기 정전용량 센서 IC가, 상기 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 상기 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한지 확인하는 단계; 상기 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 상기 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한 경우, 상기 가이드 패드를 제 1 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하는 단계; 상기 가이드 패드를 제 2 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하는 단계; 및 상기 제 2 접속 조건에서 측정한 캐패시턴스와 상기 제 1 접속 조건에서 측정한 캐패시턴스의 차이에 기초하여 상기 유체가 상기 목표수위에 도달하였는지 판단하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 정전용량 방식의 감지패드는 탱크 외부에 부착되도록 구성되는 절연시트; 상기 절연시트의 일면에 부착되고, 동일한 전기적 특성을 가지며, 상기 탱크 내 유체의 수위 증가 방향을 따라 상기 탱크 외부 표면에 순차적으로 배치되는 제 1 도전성 패드 및 제 2 도전성 패드를 구비하고, 상기 제 2 도전성 패드는 상기 제 1 도전성 패드보다 높이 배치되는 감지 패드; 상기 절연시트의 일면에 부착되며, 상기 복수의 도전성 패드와 간섭되지 않도록 배치되는 가이드 패드;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술에 의하면 탱크 내의 유체의 수위가 목표수위 이상인지 여부를 정확히 구분할 수 있어 유체의 레벨을 신뢰성 있게 검출할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 감지패드의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 탱크 내의 유량에 따른 감지패드의 캐패시턴스 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 의한 정전용량 센서 IC의 구성도이다.
도 4는 수위에 따른 캐패시턴스 변화 추이 및 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 가이드 패드의 접속 조건에 따른 캐패시턴스 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 의한 정전용량 센싱부의 구성도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 목표수위 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서(10)는 정전용량 센서 IC(100), 감지패드(200) 및 가이드 패드(G)를 포함할 수 있다.
정전용량 센서 IC(100)는 감지패드(200) 및 가이드 패드(G)에 의한 캐패시턴스 변화에 기초하여 수위를 판정하도록 구성될 수 있다.
감지패드(200)는 탱크(미도시)의 외벽에 부착되어 간접 방식으로 수위 변화를 감지할 수 있다. 감지패드(200)는 정전용량 센서 IC(100)와 전기적으로 접속되는 복수의 도전성 패드(S1, S2)를 구비할 수 있다.
복수의 도전성 패드(S1, S2)는 수위 증가 방향으로 순차적으로 배치되고, 서로 동일한 전기적 특성을 가질 수 있다. 동일한 전기적 특성은 예를 들어, 복수의 도전성 패드(S1, S2)를 각각 동일한 재질, 크기 및 형태로 형성함으로써 얻을 수 있다.
가이드 패드(G)는 도전성 패드(S1, S2)와 간섭되지 않는 위치에 도전성을 갖는 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 감지패드 및 가이드 패드의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 감지패드(200)는 절연시트(210)의 일면에 부착되는 복수의 도전성 패드(S1, S2)를 구비할 수 있다.
절연시트(210)는 탱크의 외부에 부착될 수 있다.
복수의 도전성 패드(S1, S2)는 탱크 내에 채워질 수 있는 유체의 수위 증가 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 제 2 도전성 패드(S2)는 제 1 도전성 패드(S1)보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 가이드 패드(G)는 도전성 패드(S1, S2)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 도 2에 도시한 가이드 패드(G)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 도전성 패드(S1, S2)와 간섭되지 않는 위치의 절연시트(210) 상에 라인형, 굴곡형, 폐곡선형 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 탱크 내의 유량에 따른 감지패드의 캐패시턴스 변화를 설명한다.
도 2a를 참조하면, 탱크(T) 내에 유체가 채워지기 시작하여 그 수위가 점차 증가하고, 감지패드(200) 중 상대적으로 하측에 배치되는 제 1 도전성 패드(S1)의 하단 높이(L1, 제 1 수위)에 유체가 도달할 수 있다. 이후 수위가 계속 증가하여 제 1 도전성 패드(S1)의 상단 높이를 초과하여 제 2 도전성 패드(S2)의 하단 높이(L2, 제 2 수위)에 도달할 수 있다. 그리고 수위가 계속 증가하여 제 2 도전성 패드(S2)의 상단 높이를 지나 목표수위(L3)에 도달할 수 있다. 수위에 따른 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 각각의 캐패시턴스(C_S1, C_S2) 변화와, 제 1 도전성 패드(S1)의 캐패시턴스(C_S1)에 대한 제 2 도전성 패드(S2)의 캐패시턴스(C_S2)의 비율(C_S2 / C_S1)을 도 2b에 도시하였다. 일 실시예에서, 목표수위(L3)는 제 2 도전성 패드(S2)의 상단 높이보다 높은 높이로 미리 설정될 수 있다.
가이드 패드(G)를 고려하지 않을 경우, 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 모두에서 유체가 감지되지 않는 상태일 때, 즉 유체의 수위가 제 1 수위(L1) 미만일 때의 캐패시턴스 비율(C_S2 / C_S1)과, 유체의 수위가 목표수위(L3) 이상으로 채워진 상태일 때의 캐패시턴스 비율(C_S2 / C_S1)이 동일하게 1로 측정될 수 있다.
이에 따라, 가이드 패드(G)를 설치하지 않고, 제 1 도전성 패드(S1)의 캐패시턴스(C_S1)에 대한 제 2 도전성 패드(S2)의 캐패시턴스(C_S2)의 비율(C_S2 / C_S1)만을 측정하는 경우에는 실제 수위가 목표수위(L3)가 아닌 제 1 레벨(L1) 미만의 수위임에도 불구하고, 목표수위(L3)에 도달한 것으로 감지하는 오류가 발생할 수 있다.
따라서, 본 기술에서는 가이드 패드(G)를 도입하고, 제 1 도전성 패드(S1)의 캐패시턴스(C_S1)와 제 2 도전성 패드(S2)의 캐패시턴스(C_S2)가 동일한 것으로 측정되면((C_S2/C_S1)=1), 가이드 패드(G)의 접속 조건을 변경하면서 감지 패드(200)의 캐패시턴스를 측정하여 목표수위(L3)에의 도달 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 가이드 패드(G)를 접지상태로 설정하고 감지패드(200)의 캐패시터스를 측정할 수 있다. 한편, 가이드 패드(G)를 플로팅 상태로 설정하고 감지패드(200)의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 여기에서, 가이드 패드(G)의 접속 조건에 따라 감지패드(200)의 캐패시턴스를 측정한다는 것은 제 1 도전성 패드(S1)만의 캐패시턴스를 측정하거나, 제 2 도전성 패드(S2)만의 캐패시턴스를 측정하거나, 두 도전성 패드(S1, S2) 모두에 대한 캐패시턴스를 측정하는 것을 의미할 수 있다.
그리고, 가이드 패드(G)가 플로팅 상태일 때 측정한 감지 패드(200)의 캐패시턴스값과 가이드 패드(G)가 접지 상태일 때 측정한 감지패드(200)의 캐패시터스값의 차이가 기 설정된 기준값(TH) 이상이면 목표수위(L3)에 도달한 것으로 판단할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 정전용량 센서 IC의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 의한 정전용량 센서 IC(100)는 정전용량 센싱부(110), 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4), 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)를 포함할 수 있다.
제 1 스위치(SW1)는 정전용량 센싱부(110)와 제 1 도전성 패드(S1)를 접속 또는 차단하도록 구성될 수 있다.
제 2 스위치(SW2)는 정전용량 센싱부(110)와 제 2 도전성 패드(S2)를 접속 또는 차단하도록 구성될 수 있다.
제 3 스위치(SW3)는 전원전압(VDD) 공급단과 제 1 다이오드(D1) 입력단 사이에 접속되어 제 1 다이오드(D1)의 입력단으로 전원전압(VDD)을 공급 또는 차단하도록 구성될 수 있다.
제 4 스위치(SW4)는 제 1 다이오드(D1) 입력단과 접지전압(VSS) 공급단 사이에 접속되어 제 1 다이오드(D1) 입력단에 인가되는 전류를 싱크시키도록 구성될 수 있다.
제 1 다이오드(D1)는 제 3 스위치(SW3)와 제 4 스위치(SW4)의 접속부에 입력단이 접속되고 출력단이 가이드 패드(G)에 접속될 수 있다.
제 2 다이오드(D2)는 제 1 다이오드(D1)의 출력단에 입력단이 접속되고 접지전압(VSS) 공급단에 출력단이 접속되도록 구성될 수 있다.
유체의 레벨을 측정하기 위하여 제 1 도전성 패드(S1) 및 제 2 도전성 패드(S2)에 의한 캐패시턴스를 측정할 수 있으며, 이에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
일차적으로, 제 1 스위치(SW1)만을 턴온시켜 제 1 도전성 패드(S1)에 의한 캐패시턴스를 측정하고, 제 2 스위치(SW2)만을 턴온시켜 제 2 도전성 패드(S2)에 의한 캐패시턴스를 각각 측정할 수 있다.
탱크 내에 유체가 없을 경우 즉, 유체의 수위가 0으로 유지되는 경우 제 1 도전성 패드(S1)의 캐패시턴스 증가량 및 제 2 도전성 패드(S2)의 캐패시턴스 증가량은 각각 0으로 유지된다. 만약, 수위가 점차적으로 증가하게 되면, 제 1 도전성 패드(S1)에 의한 캐패시턴스는 점차 증가하게 된다. 그리고, 수위가 계속 증가하게 되면 제 2 도전성 패드(S2)에 의한 캐패시턴스 또한 점차 증가한다. 그리고 수위가 목표수위(L3)에 대응하는 높이까지 증가하면 제 1 도전성 패드(S1)에 의한 캐패시턴스(C_S1) 에 대한 제 2 도전성 패드(S2)에 의한 캐패시턴스(C_S2)의 비율(C_S2 / C_S1)은 1로 검출될 수 있다. 이에 대해서는 도 2b를 참조하여 더욱 ㅁ명확히 이해될 수 있다.
제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 각각의 캐패시턴스(C_S1, C_S2)는 수위에 따라 다른 값을 가질 수 있지만, 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스의 비율(C_S2 / C_S1)은 수위에 따라 일정한 값을 유지하기 때문에 탱크와 감지패드(200)와의 이격 거리에 무관하게 탱크 내 유체의 수위를 측정할 수 있다.
하지만, 상술하였듯이 탱크 내 유체의 레벨이 제 1 도전성 패드(S1)의 높이보다 낮아서 두 도전성 패드(S1, S2) 모두에서 유체가 감지되지 않은 경우와, 유체의 레벨이 제 2 도전성 패드(S2)의 높이를 초과하여 목표수위(L3) 이상이 되고 두 도전성 패드(S1, S2) 모두에서 유체가 감지되는 경우 모두에서, 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스 비율(C_S2 / C_S1)이 동일하게 1로 검출될 수 있으므로 이를 구분할 필요가 있다.
도 4의 그래프 (a)와 같이 탱크 내의 유체가 제 1 도전성 패드(S1)의 높이(L1)보다 낮은 상태임에도 캐패시턴스 비율(C_S2 / C_S1)이 1로 검출되고, 탱크 내의 유체가 제 2 도전성 패드(S2)의 높이를 초과한 목표수위(L3) 이상인 상태에도 캐패시턴스 비율(C_S2 / C_S1)이 1로 검출됨을 알 수 있다.
따라서, 목표수위(L3)에의 도달 여부를 정확히 판단하기 위하여 가이드 패드(G)를 적용할 수 있다.
즉, 제 1 도전성 패드(S1)의 캐패시턴스에 대한 제 2 도전성 패드(S2)의 캐패시턴스 비율(C_S2 / C_S1)이 1로 검출된 경우, 유체의 수위가 제 1 레벨(L1) 미만인지 목표수위(L3)인지를 구분할 수 있도록 하는 것이다.
이를 위해, 가이드 패드(G)의 접속 조건을 변화시키면서, 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 중 어느 하나 또는 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 모두에 의한 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
가이드 패드(G)의 접속 조건은, 예를 들어 가이드 패드(G)를 접지 상태로 하는 제 1 조건 및, 가이드 패드(G)를 플로팅 상태로 하는 제 2 조건일 수 있다.
가이드 패드(G)를 접지 상태로 하기 위하여, 제 3 스위치(SW3)를 턴온시키고 제 4 스위치(SW4)를 턴오프시킬 수 있다. 이 경우 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)가 순방향 턴온되어 가이드 패드(G)는 접지 상태를 가질 수 있다.
가이드 패드(G)를 플로팅 상태로 하기 위하여, 제 3 스위치(SW3)를 턴오프시키고 제 4 스위치(SW4)를 턴온시킬 수 있다. 이 경우 제 1 다이오드(D1)에 역전압이 인가되어 가이드 패드(G)가 플로팅 상태를 가질 수 있다.
가이드 패드(G)의 접속 조건 별로, 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 중 어느 하나 또는 모두에 의한 캐패시턴스를 측정하기 위하여, 제 1 스위치(SW1)와 제 2 스위치(SW2) 중 적어도 하나를 턴온시킬 수 있다.
적어도 하나의 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스는 가이드 패드(G)가 접지 상태인 경우(도 5의 그래프 A1)보다 플로팅 상태인 경우(도 5의 그래프 A2)에 더욱 크기 때문에, 가이드 패드(G)의 접속 조건을 달리하면서 적어도 하나의 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스를 측정하여 유체가 목표수위(L3)에 도달하였는지를 구분할 수 있는 것이다.
예를 들어, 가이드 패드(G)를 접지 상태로 한 경우 적어도 하나의 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스와, 가이드 패드(G)를 플로팅 상태로 한 경우 적어도 하나의 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스의 차이는 도 4에 도시한 그래프 (b)와 같이 검출될 수 있다.
가이드 패드(G)가 플로팅 상태일 때 감지패드(200)의 캐패시턴스(도 5의 A2)와 접지 상태일 때 감지패드(200)의 캐패시턴스(도 5의 A1) 간의 차이를 검출하여, 그 차이(도 4의 (b))가 기 설정된 기준값(TH)보다 큰 것으로 검출되는 시점을 목표수위(L3)에 도달한 시점으로 판단할 수 있다.
목표수위(L3)에 도달하지 않은 상태임에도 기생 캐패시턴스에 의해 목표수위(L3)로 검출되는 오류를 방지하기 위해 가이드 패드(G)를 적용하였으며, 가이드 패드(G)를 접지 상태 또는 플로팅 상태로 변화시키면서 감지패드(200) 즉, 적어도 하나의 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스를 측정하여, 탱크 내 유체의 높이를 정확히 감지할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 의한 정전용량 센싱부의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 의한 정전용량 센싱부(110)는 컨트롤러(111), 메모리(113), 캐패시턴스 측정부(115), 스위치 제어부(117) 및 수위 판단부(119)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(111)는 예를 들어 중앙처리장치일 수 있으며, 정전용량 센싱부(110)의 동작 전반을 제어하도록 구성될 수 있다.
메모리(113)는 정전용량 센싱부(110)가 동작하는 데 필요한 프로그램, 응용 프로그램, 제어 데이터, 동작 파라미터, 처리 결과 등을 저장할 수 있다.
캐패시턴스 측정부(115)는 복수의 도전성 패드(S1, S2) 각각 또는 모두에 대한 캐패시턴스를 측정하도록 구성될 수 있다.
스위치 제어부(117)는 컨트롤러(111)의 제어에 따라 도 3에 도시한 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4)의 온/오프를 제어하도록 구성될 수 있다.
수위 판단부(119)는 캐패시턴스 측정부(115)의 측정 결과에 기초하여 탱크 내 유체의 수위를 판단하도록 구성될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여 정전용량 센싱부(110)의 동작 및 목표수위 감지 방법을 설명하면 다음과 같다.
일 실시예에서, 컨트롤러(111)의 제어에 의해 스위치 제어부(117)는 제 1 스위치(SW1)만을 턴온시키고, 캐패시턴스 측정부(115)는 제 1 도전성 패드(S1)에 의한 캐패시턴스(C_S1)를 측정할 수 있다. 또한, 스위치 제어부(117)는 제 2 스위치(SW2)만을 턴온시키고, 캐패시턴스 측정부(115)는 제 2 도전성 패드(S2)에 의한 캐패시턴스(C_S2)를 측정할 수 있다(S101).
이에 따라 제 1 도전성 패드(S1)의 캐패시턴스(C_S1)에 대한 제 2 도전성 패드(S2)의 캐패시턴스(C_S2)의 비율(C_S2 / C_S1)이 1로 검출된 경우(S103), 컨트롤러(111)는 스위치 제어부(117)를 제어하여 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2) 중 적어도 하나와 제 3 스위치(SW3)를 턴온시킨다. 이에 따라 가이드 패드(G)가 접지 상태로 설정되고, 캐패시턴스 측정부(115)는 가이드 패드(G)가 접지 상태인 경우 감지패드(200)의 캐패시턴스(C_S1S2_GND = A1) 즉, 제 1 도전성 패드(S1)에 의한 캐패시턴스, 또는 제 2 도전성 패드(S2)에 의한 캐패시턴스, 또는 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 모두에 의한 캐패시턴스를 검출할 수 있다(S105). 또한, 컨트롤러(111)는 스위치 제어부(117)를 제어하여 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2) 중 적어도 하나와 제 4 스위치(SW4)를 턴온시킨다. 이에 따라 가이드 패드(G)가 플로팅 상태로 설정되고, 캐패시턴스 측정부(115)는 가이드 패드(G)가 플로팅 상태인 경우 감지패드(200)의 캐패시턴스(C_S1S2_FLT = A2) 즉, 제 1 도전성 패드(S1)에 의한 캐패시턴스, 또는 제 2 도전성 패드(S2)에 의한 캐패시턴스, 또는 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2) 모두에 의한 캐패시턴스를 검출할 수 있다(S107).
수위 판단부(119)는 가이드 패드(G)가 플로팅 상태인 경우의 캐패시턴스(A2)와 접지 상태인 경우의 캐패시턴스(A1)의 차이를 산출하여 수위를 판단할 수 있다(S109). 예를 들어, 수위 판단부(119)는 가이드 패드(G)가 플로팅 상태인 경우의 캐패시턴스(A2)와 접지 상태인 경우의 캐패시턴스(A1)의 차이가 기 설정된 기준값(TH)보다 큰 것으로 산출되는 시점을 목표수위(L3)에 도달한 시점으로 판단할 수 있다(S111). 반면, 두 캐패시턴스의 차이(A2-A1)가 기 설정된 기준값(TH) 이하이면 목표수위(L3)에 도달하지 않은 것으로 판단할 수 있다(S113).
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 도전성 패드(S1, S2)에 의한 캐패시턴스를 각각 독립적으로 센싱하는 동작시에는 가이드 패드(G)를 접지 상태로 하여, 탱크에 인체, 도전체 등이 근접하여 발생하는 간섭 요인(팜(Palm) 영향)을 배제시킬 수 있다.
본 기술에 의하면 동일한 전기적 특성을 갖는 도전성 패드를 수위 증가 방향으로 나열하여, 탱크와 감지패드 간의 이격 거리에 무관하게 탱크 내 유체의 수위를 간접 방식으로 측정할 때, 기생 캐패시턴스로 인한 수위 검출 오류 현상을 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서
100 : 정전용량 센서 IC
200 : 감지패드
210 : 절연시트

Claims (19)

  1. 동일한 전기적 특성을 가지며, 탱크 내 유체의 수위 증가 방향을 따라 상기 탱크 외부 표면에 순차적으로 배치되는 제 1 도전성 패드 및 제 2 도전성 패드를 구비하고, 상기 제 2 도전성 패드는 상기 제 1 도전성 패드보다 높이 배치되는 감지 패드;
    상기 감지 패드와 간섭되지 않게 상기 탱크 외부 표면에 배치되는 가이드 패드; 및
    상기 유체의 수위가 상기 제 1 도전성 패드의 높이에 도달하지 않은 경우와 상기 유체의 수위가 상기 제 2 도전성 패드의 높이를 초과하여 기 설정된 목표수위에 도달한 경우를 구분하기 위하여, 상기 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 상기 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한 경우, 상기 가이드 패드의 접속 조건을 변경하면서 상기 감지 패드의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는 정전용량 센서 IC;
    를 포함하는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전용량 센서 IC는, 상기 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 상기 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한 경우, 상기 가이드 패드를 제 1 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하고, 상기 가이드 패드를 제 2 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하며, 상기 제 2 접속 조건에서 측정한 캐패시턴스와 상기 제 1 접속 조건에서 측정한 캐패시턴스의 차이에 기초하여 상기 유체가 상기 목표수위에 도달하였는지 판단하도록 구성되는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정전용량 센서 IC는 상기 감지패드에 대한 캐패시턴스를 측정하기 위하여, 상기 제 1 도전성 패드에 의한 캐패시턴스를 측정하거나, 또는 상기 제 2 도전성 패드에 의한 캐패시턴스를 측정하거나, 또는 상기 제 1 및 제 2 도전성 패드 모두에 의한 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 접속조건은 상기 가이드 패드를 접지 상태로 제어하는 조건인 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 조건은 상기 가이드 패드를 플로팅 상태로 제어하는 조건인 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전용량 센서 IC는, 수위를 판단하는 정전용량 센싱부;
    상기 정전용량 센싱부와 상기 제 1 도전성 패드를 전기적으로 접속 또는 차단하도록 구성되는 제 1 스위치;
    상기 정전용량 센싱부와 상기 제 2 도전성 패드를 전기적으로 접속 또는 차단하도록 구성되는 제 2 스위치;
    전원전압 공급단과 제 1 다이오드의 입력단 사이에 접속되어 상기 제 1 다이오드의 입력단으로 전원전압을 공급 또는 차단하도록 구성되는 제 3 스위치;
    상기 제 1 다이오드 입력단과 접지전압 공급단 사이에 접속되어 상기 제 1 다이오드 입력단에 인가되는 전류를 싱크시키도록 구성되는 제 4 스위치;
    입력단이 상기 제 3 스위치와 상기 제 4 스위치의 접속부에 접속되고 출력단이 상기 가이드 패드에 접속되는 상기 제 1 다이오드; 및
    상기 제 1 다이오드의 출력단에 입력단이 접속되고 출력단이 상기 접지전압 공급단에 접속되도록 구성되는 제 2 다이오드;
    를 포함하도록 구성되는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정전용량 센싱부는,
    컨트롤러;
    상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 제 1 내지 제 4 스위치를 제어하는 스위치 제어부;
    상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 제 1 도전성 패드에 의한 캐패시턴스를 측정하거나, 또는 상기 제 2 도전성 패드에 의한 캐패시턴스를 측정하거나, 또는 상기 제 1 및 제 2 도전성 패드 모두에 의한 캐패시턴스를 측정하는 캐패시턴스 측정부; 및
    상기 캐패시턴스 측정부의 측정 결과에 기초하여 상기 목표수위에의 도달 여부를 판단하는 수위 판단부;
    를 포함하도록 구성되는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 탱크 외부에 부착되도록 구성되는 절연시트;
    상기 절연시트의 일면에 부착되고, 상기 탱크 외부 표면에 배치되는 제 1 도전성 패드;
    상기 제 1 도전성 패드와 동일한 전기적 특성을 가지며, 상기 탱크 내 유체의 수위 증가 방향을 따라 상기 제 1 도전성 패드보다 높이 배치되는 제 2 도전성 패드; 및
    상기 절연시트의 일면에 부착되며, 상기 제 1 도전성 패드 및 상기 제 2 도전성 패드와 간섭되지 않도록 상기 제 1 도전성 패드 및 상기 제 2 도전성 패드를 둘러싸도록 배치되는 가이드 패드;
    를 포함하도록 구성되는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서를 위한 감지패드.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 도전성 패드 각각은 동일한 재질, 크기 및 형태로 구성되는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서를 위한 감지패드.
  16. 동일한 전기적 특성을 가지며, 탱크 내 유체의 수위 증가 방향을 따라 상기 탱크 외부 표면에 순차적으로 배치되는 제 1 도전성 패드 및 제 2 도전성 패드를 구비하고, 상기 제 2 도전성 패드는 상기 제 1 도전성 패드보다 높이 배치되는 감지 패드; 상기 감지 패드와 간섭되지 않게 상기 탱크 외부 표면에 배치되는 가이드 패드; 및 상기 감지패드와 전기적으로 접속 또는 차단되는 정전용량 센서 IC를 구비하는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서에서의 목표수위 감지 방법으로서,
    상기 정전용량 센서 IC가, 상기 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 상기 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한지 확인하는 단계;
    상기 제 1 도전성 패드의 캐패시턴스값과 상기 제 2 도전성 패드의 캐패시턴스값이 동일한 경우,
    상기 가이드 패드를 제 1 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하는 단계;
    상기 가이드 패드를 제 2 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하는 단계; 및
    상기 제 2 접속 조건에서 측정한 캐패시턴스와 상기 제 1 접속 조건에서 측정한 캐패시턴스의 차이에 기초하여 상기 유체가 상기 목표수위에 도달하였는지 판단하는 단계;
    를 포함하도록 구성되는 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서에서의 목표수위 감지 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 가이드 패드를 제 1 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하는 단계 및 상기 가이드 패드를 제 2 접속 조건으로 제어한 상태로 상기 감지 패드에 대한 캐패시턴스를 측정하는 단계는 각각, 상기 가이드 패드의 접속 조건에 따라 상기 제 1 도전성 패드에 의한 캐패시턴스를 측정하거나, 또는 상기 제 2 도전성 패드에 의한 캐패시턴스를 측정하거나, 또는 상기 제 1 및 제 2 도전성 패드 모두에 의한 캐패시턴스를 측정하는 단계인 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서에서의 목표수위 감지 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 접속조건은 상기 가이드 패드를 접지 상태로 제어하는 조건인 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서에서의 목표수위 감지 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 조건은 상기 가이드 패드를 플로팅 상태로 제어하는 조건인 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서에서의 목표수위 감지 방법.
KR1020160119477A 2016-09-19 2016-09-19 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법 KR101946384B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160119477A KR101946384B1 (ko) 2016-09-19 2016-09-19 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160119477A KR101946384B1 (ko) 2016-09-19 2016-09-19 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180031865A KR20180031865A (ko) 2018-03-29
KR101946384B1 true KR101946384B1 (ko) 2019-02-12

Family

ID=61906917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160119477A KR101946384B1 (ko) 2016-09-19 2016-09-19 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101946384B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002157671A (ja) 2000-11-16 2002-05-31 Sumitomo Metal Ind Ltd センシングシステム
JP4746479B2 (ja) 2005-07-04 2011-08-10 日本特殊陶業株式会社 静電式液体状態検知装置
JP5597789B2 (ja) 2013-06-06 2014-10-01 亀岡電子株式会社 静電容量式液面レベルセンサ

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005147780A (ja) * 2003-11-13 2005-06-09 Alps Electric Co Ltd 液面レベルセンサ
KR20120000414U (ko) * 2010-07-08 2012-01-16 이명숙 정전용량 변화 감지방식의 수위센서
KR102087223B1 (ko) * 2014-06-09 2020-03-11 주식회사 위니아딤채 정전용량형 수위 감지 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002157671A (ja) 2000-11-16 2002-05-31 Sumitomo Metal Ind Ltd センシングシステム
JP4746479B2 (ja) 2005-07-04 2011-08-10 日本特殊陶業株式会社 静電式液体状態検知装置
JP5597789B2 (ja) 2013-06-06 2014-10-01 亀岡電子株式会社 静電容量式液面レベルセンサ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180031865A (ko) 2018-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10422680B2 (en) Method for monitoring at least one media-specific property of a medium
US20150035549A1 (en) Capacitance sensor
JP2008027446A (ja) 接触検出システム及び接触検出方法
CA2627076C (en) Variable frequency charge pump in capacitive level sensor
WO2012095838A1 (en) Device for measuring fluid level in a container
US10371555B2 (en) Capacitive continuous fluid level sensor
JP2014122914A5 (ko)
US9851846B2 (en) Input device and method of operating input device
TWI606381B (zh) 形成用於電容式感測裝置之感測電極之方法
CN108731770A (zh) 液位传感器及卫生间设备
EP3857173B1 (en) Electronics housing with thermal fluid detection
KR100680173B1 (ko) 용량형 온도센서
KR101664393B1 (ko) 누수감지시스템
KR101946384B1 (ko) 정전용량 방식의 목표수위 감지 센서 및 감지패드와 이를 이용한 목표수위 감지 방법
US9797792B2 (en) Systems and methods for tactile fur sensing
KR101831963B1 (ko) 복수 개의 pcb 패드를 이용한 탱크 내부 유체의 수위감지장치
US20230042239A1 (en) Capacitive filling level probe without dead zone
JP6183042B2 (ja) タッチセンサ
JP2005274158A (ja) 静電容量式液センサ
KR101927733B1 (ko) 수분 및 온도 통합 센서, 이를 이용한 측정장치
JP6558212B2 (ja) 水分検出装置
US20240142294A1 (en) Method for detecting the presence of a liquid
KR101725157B1 (ko) 정전용량센서를 이용한 도전물질감지장치
KR102037095B1 (ko) 유량측정장치에서 배터리의 전력소모를 감소시키는 지능형 유량샘플링 방법
WO2015183465A1 (en) Liquid leakage detector and method for detecting liquid leakage

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