KR102380219B1 - 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정 장치 및 방법 - Google Patents

충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충전 매체로 충전될 수 있는 충전 부피(3)에서 충전 매체(2)의 충전 레벨을 용량 측정(capacitive measurement)하기 위한 장치(1)에 관한 것으로, 제1 측정요소(5), 제2 측정요소(6)로서 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a)과 제2 부분(6b) 사이에 전위 구배(potential gradient)가 형성되도록 설계되는 상기 제2 측정요소(6), 상기 제2 측정요소(6)와 연결되고 제1 전압(U1) 및 상기 제1 전압(U1)과 선택적으로 상이한 제2 전압(U2)을 생성하며 이 전압들을 상기 제2 측정요소(6)에 인가하도록 설계된 전압 발생 수단(7), 상기 전압 발생 수단(7)과 연결되고 상기 제1 전압 및 제2 전압(U1,U2)이 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a) 및 제2 부분(6b)에 교대로 인가되게 상기 전압 발생 수단(7)의 작동을 제어하도록 설계된 제어 수단(8)을 포함한다.

Description

충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정 장치 및 방법
본 발명은 충전 매체로 충전될 수 있는 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
충전 매체로 충전될 수 있는 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정을 위한 장치 및 방법은 원칙적으로 알려져 있다. 상응하는 장치 및 방법은 충전 매체로 충전된 충전 부피 내에 배치되고 충전 매체의 충전 레벨에 따라 변하는 측정장치의 측정 요소의 전기 용량을 평가하는 원리에 기초한 것이다.
지금까지는, 상응하는 장치 및 방법에 있어서 측정하고자 하는 충전 레벨을 그 충전 레벨에 따라 변하는 전기용량으로부터 (직접) 도출하는 경우가 일반적이었다. 이 경우, 상기 충전 매체는 전기 커패시터의 유전체를 일반적으로 형성하고, 상기 커패시터의 전극들은 상기 측정장치의 측정요소에 의하여 형성하는 것이 일반적이다. 이 경우, 상기 충전 매체의 상대 복소 유전율(약칭하여 이하에서는 유전율이라고 지칭함)로서, 그 실수부는 충전 배체의 유전체 상수를 반영하고, 그 허수부는 충전 매체의 비(specific)전기 전도도를 반영하는, 상기 상대 복소 유전율은 상기 충전 레벨을 측정하기 위하여 알려져야만 했었다.
충전 매체의 유전율이 알려지지 않은 경우에 충전 레벨 측정을 수행할 수 있도록 하기 위하여, 때때로 충전 매체의 충전 레벨과 유전율에 다른 방식으로 의존하는 두 개의 전기용량이 제공된다. 수학적으로 고려하여, 두 개의 선형적으로 독립적인 시스템이 제공된다. 다른 접근방식은 충전 매체의 유전율 상수를 결정하기 위하여 특별하게 역할을 하는 기준 측정요소를 제공하는 것이다. 따라서, 이러한 접근방식에서는, 충전 레벨을 측정하기 위하여 실제의 측정요소를 구성하는 추가적인 측정요소가 제공되어야 한다.
상술한 접근방식들은 특히 개선할 필요가 있는데 왜냐하면 상기 측정장치들은 특히 전기 커패시터의 "디커플링(decoupling)"로 인하여 더 많은 전기 커패시터들을 포함할 것이 요구되고, 이는 일반적으로 상대적으로 복잡한 구성의 측정장치를 초래하기 때문이다. 게다가, 기준 측정요소들을 포함하는 측정장치들은 최대 및 최소 충전 레벨 사이의 제한된 측정만을 종종 허용한다.
본 발명의 목적은 충전 매체로 충전될 수 있는 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정을 위한 상대적으로 개선된 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 장치에 의하여 달성된다. 상기 청구항 1의 종속항들은 상기 장치의 가능한 실시예들에 관한 것이다.
본 명세서에서 기술하는 장치(이하에서 "장치"로서 줄여서 지칭함)는 충전 매체로 충전될 수 있거나 충전되는 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정을 위하여 일반적으로 사용되며, 따라서 충전 매체로 충전될 수 있거나 충전되는 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정을 위하여 설계된다.
상기 장치를 사용하여 측정되는 충전 레벨의 충전 매체는 전기 전도성 또는 비(非)전기 전도성일 수 있다. 상기 충전 매체는 전형적으로 반드시 그러한 것은 아니지만, 유체이고; "충전 매체"라는 용어는 따라서 원칙적으로 가스 및 고체를 또한 포함한다.
유체 형태의 충전 매체는 작동 유체, 즉 에컨대 기계, 특히 모터, 예컨대 엔진의 연료이거나 또는 이러한 종류의 작동 유체를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 장치는 모터 특히 엔진의 충전 레벨 센서로서 표현 또는 간주되어 사용될 수 있다.
그 충전 레벨이 상기 장치를 이용하여 측정되는 충전 가능한 또는 충전된 충전 부피는, 그 충전 부피인 용기 또는 저장소의 기하학적/구조적인 치수에 의하여 일반적으로 정의된다. 따라서, 상기 장치를 이용하여 충전 레벨이 측정되는 충전 매체는 용기 또는 저장소 내에 위치한다. 상응하는 용기 또는 저장소는 예컨대 탱크일 수 있다.
상기 장치는 충전 레벨을 결정하기 위하여 이하에서 설명될 서로 상호작용하는 부품들 또는 요소들을 포함한다.
상기 장치의 제1 요소는 제1 측정요소이다. 상기 제1 측정요소는 제1 측정 전극으로 지칭되거나 제1 측정 전극으로 간주될 수 있다. 이하에서 명확한 바와 같이, 상기 제1 측정요소는 그 제1 측정요소와 장치의 제2 측정요소에 의하여 형성되는 커패시터 조립체의 제1 전극으로서 형성 또는 사용될 수 있다. 상기 제1 측정요소는 전기적으로 전도성인 성질을 전형적으로 나타낸다. 상기 제1 측정요소는 따라서 전기전도성 재료 예컨대 금속으로 일반적으로 형성되거나 전기전도성 재료를 포함한다.
상기 장치의 추가적인 요소는 제2 측정요소이다. 상기 제2 측정요소는 제2 측정 전극으로 지칭되거나 제2 측정 전극으로 간주될 수 있다. 이하에서 명확한 바와 같이, 상기 제2 측정요소는 상기 제1 측정요소와 제2 측정요소에 의하여 형성되는 커패시터 조립체의 제2 전극으로서 형성 또는 사용될 수 있다. 상기 제1 측정요소와 대조 또는 비교하여, 상기 제2 측정요소는 일반적으로 감소된 또는 현저하게 감소된 전기전도성을 가진다. 따라서, 상기 제1 측정요소와 대조 또는 비교하여 상기 제2 측정요소는 특히 현저하게 덜 전기전도성인 재료 또는 특히 현저하게 덜 전기전도성인 재료 구조로 형성되거나, 특히 현저하게 덜 전기전도성인 재료 또는 특히 현저하게 덜 전기전도성인 재료 구조를 포함한다.
상기 장치의 작동 중에, 상기 두 개의 측정요소들은 적어도 부분적으로 충전 부피 내에 일반적으로 배치되고 또는 충전 레벨에 따라서 적어도 부분적으로 충전 매체에 잠긴다.
상기 두 개의 측정요소는 전형적으로 인접하여 배치 또는 형성된다. 상기 두개의 측정요소의 인접 배치 또는 형성은 상기 제1 및 제2 측정요소가 커패시터 조립체 또는 커패시터를 형성하도록 선택된다. 이 경우, 상기 제1 측정요소는 캐피시터 조립체 또는 커패시터의 제1 전극을 형성하고, 이 경우, 상기 제2 측정요소는 캐피시터 조립체 또는 커패시터의 제2 전극을 형성한다. 상기 두 개의 측정요소 사이에 클리어런스(clearance) 또는 갭(gap)이 형성되고, 이 클리어런스 또는 갭에 충전 레벨에 따라, 즉 충전 레벨에 의존하는 방식으로 충전 매체가 충전될 수 있거나 충전된다.
상기 제1 및/또는 제2 측정요소는 분할되는 방식으로 형성될 수 있으며, 즉 제1 및/또는 제2 측정요소를 형성하는 복수의 측정요소 세그먼트들을 포함할 수 있다. 상기 제1 측정요소가 그 제1 측정요소를 형성하는 복수의 측정요소 세그먼트들에 의하여 형성되거나 그 제1 측정요소를 형성하는 복수의 측정요소 세그먼트들을 포함하는 경우, 및/또는 상기 제2 측정요소가 그 제2 측정요소를 형성하는 복수의 제2 측정요소 세그먼트들에 의하여 형성되거나 그 제2 측정요소를 형성하는 복수의 제2 측정요소 세그먼트들을 포함하는 경우, 관련된 제1 및 제2 측정요소들은 차례로 커패시터 조립체 또는 커패시터를 형성할 수 있거나 형성하는 배치로 배열된다.
상기 제1 측정요소의 또는 상기 제2 측정요소의 기하학적/구조적 디자인은 원칙적으로, 상기 제1 측정요소 및 제2 측정요소가 커패시터 조립체 또는 커패시터를 형성하도록 원하는 대로 선택될 수 있다. 전형적으로 상기 두 개의 측정요소들은, 상기 측정요소 각각이 별개의 길이방향 축을 포함하도록 길게 연장되는 방식으로 형성된다. 따라서, 상기 제1 측정요소 및 제2 측정요소가 커패시터 조립체 또는 커패시터를 형성하는 한, 제1 및 제2 측정요소의 임의의 원하는 기하학적/구조적 배치를 만들 수 있다. 상기 제1 측정요소는 예컨대 판형상 또는 평면형상, 또는 튜브형상 또는 튜브에 유사한 형상으로 설계될 수 있다. 상기 제2 측정요소는 예컨대 판형상 또는 평면형상, 또는 로드(rod)형상 또는 로드 형상과 유사한 형상으로 설계될 수 있다.
예컨대 판형상 또는 평면형상, 또는 튜브형상 또는 튜브에 유사한 형상으로 설계된 제1 측정요소는 제1 및/또는 제2 측정요소를 수용하는 장치의 하우징 구조와 일체인 부분으로 선택적으로 형성될 수 있다. 예컨대 판형상 또는 평면형상, 또는 로드 형상 또는 로드에 유사한 형상으로 설계된 제2 측정요소는 제1 및/또는 제2 측정요소를 수용하는 장치의 하우징 구조 내에 수용될 수 있다. 이 경우, 제1 측정요소와 제2 측정요소의 판 형상 또는 평면형상의 실시예의 경우에 예컨대 측정요소들의 평행한 배치를 생각할 수 있다. 제1 측정요소의 튜브 형상 또는 튜브에 유사한 형상과 제2 측정요소의 로드 형상 또는 로드에 유사한 형상의 실시예의 경우에 예컨대 측정요소들의 동축 배치를 생각할 수 있다.
각각의 측정요소들은 특히 회로 보드와 같은 기판 요소 상에 특정의 대개 전기전도성의 구조에 의하여 형성될 수 있다. 더 큰 전기 전도성을 가지는 전기 전도성 구조(제1 전기 전도성 구조))는 제1 측정요소를 형성할 수 있고, 비교적(현저하게) 낮은 전기 전도성을 가지는 전기 전도성 구조(제1 전기 전도성 구조)는 제2 측정요소를 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 깍지낀 배치(interdigital arrangement) 또는 구조로서 알려진 모양을 생각할 수 있다. 따라서, 각각의 제1 및 제2 전기 전도성 구조는 서로 맞물리는 손가락 모양으로 평행하게 서로 오프셋되어 배치되는 방식으로 설계될 수 있다. 이 경우, 각각의 제1 및 제2 전기 전도성 구조의 배치는, 제1 전기 전도성 구조가 각각의 경우에 두 개의 (직접) 인접하는 제2 전기 전도성 구조 사이에 형성된 간격에 적어도 부분적으로 맞물리게 배치 또는 설계되도록 선택될 수 있다.
상기 제2 측정요소는, (장치의 작동 중에) 상기 제2 측정요소의 제1 부분, 즉 특히 제2 측정요소의 제1 자유단부와, 제2 측정요소의 제2 부분, 즉 특히 제2 측정요소의 제1 자유단부와 대향하여 위치하는 제2 측정요소의 제2 자유단부 사이에 전위 구배(potential gradient), 즉 전기적 전위의 기울기가 형성되도록 설계된다. 결과적으로 상기 제2 측정요소의 제1 부분은, 제2 측정요소의 제1 자유단부의 영역에 형성되거나 제2 측정요소의 제1 자유단부에 의하여 형성될 수 있고, 그리고/또는 상기 제2 측정요소의 제2 부분은, 제2 측정요소의 제2 자유단부의 영역에 형성되거나 제2 측정요소의 제2 자유단부에 의하여 형성될 수 있다. 제2 측정요소의 상기 부분들 사이에 형성된 전위 구배는 전형적으로 상기 충전 매체의 충전 레벨과는 무관하다. 상기 제2 측정요소의 측정 영역은 상기 제2 측정요소의 상기 부분들 사이에서 연장된다.
상기 제2 측정요소는 측정 레지스터(resistor)로서 설계될 수 있거나, 적어도 하나의 그러한 레지스터를 포함할 수 있다. 따라서, 제2 측정요소의 상기 부분들 사이의 전위 구배의 형성은 측정 레지스터로서 설계되거나 적어도 하나의 그러한 레지스터를 포함하는 상기 제2 측정요소에 기초할 수 있다. 상기 측정 레지스터의 저항(값)은 충분히 커서 제2 측정요소의 상기 부분들 사이에 상응하는 전위 구배가 형성될 수 있거나 형성된다.
상기 장치의 추가적인 요소는, 제2 측정요소와 연결된, 즉 제2 측정요소와 특히 전기적으로 연결되거나 연결될 수 있는 전압 발생 수단이다. 상기 전압 발생 수단은 제1 전압 및 제2 전압을 제공 또는 발생시켜 이들을 상기 제2 측정요소에 인가하도록 설계된다. 각각의 전기 전압을 제공 또는 발생시키기 위하여, 상기 전압 발생 수단은 내부 또는 외부 전압(공급)원, 즉 예컨대 전압 공급 네트워크에 연결될 수 있다. 제1 전압은 (크기의 면에서) 상기 제2 전압과 동일할 수 있다. 그러나, 선택적으로 제1 전압은 상기 제2 전압과 (크기의 면에서) 또한 상이할 수 있ㄱ거나 그 반대일 수도 있다. 따라서, 상기 전압 발생 수단은 선택적으로 적어도 두 개의 동일 또는 상이한 전압를 생성하도록 설계될 수 있다.
각각의 제1 및 제 2 전압을 제2 측정요소에 인가하기 위하여, 상기 제2 측정요소는 분리된 전압 인가 영역, 즉 예컨대 전압 발생 수단에 의하여 제공 또는 발생된 전압이 인가될 수 있거나 인가되는 전기 접점을 포함한다. 제1 전압 인가 영역은 제2 측정요소의 상술한 제1 부분의 영역, 즉 제2 측정요소의 제1 자유단부의 영역으로 형성되거나 그 영역에 배치되고, 제2 전압 인가 영역은 제2 측정요소의 상술한 제2 부분의 영역, 즉 특히 제2 측정요소의 제2 자유단부의 영역으로 형성되거나 그 영역에 배치될 수 있다.
상기 전압 발생 수단에 의하여 제공 또는 발생되는 전압은 특히 크기와 시간에 의하여 정의되는 전압 펄스(voltage pulse)의 형태로 각각 제공 또는 발생될 수 있다. 따라서, 상기 전압 발생 수단은 정의된 전압 펄스를 제공 또는 발생시키기 위하여 설계될 수 있다. 상응하게 설계된 전압 발생 수단은 예를 들어 펄스 발생기로서 설계될 수 있거나, 그러한 펄스 발생기를 포함할 수 있다. 제1 전압 펄스는 제2 전압 펄스와 동일할 수 있다. 그러나, 선택적으로 제1 전압 펄스는 제2 전압 펄스와 (크기의 면에서) 또한 상이할 수 있고 그 반대일 수도 있다. 따라서, 상기 전압 발생 수단은 선택적으로 적어도 두 개의 동일 또는 상이한 전압 펄스를 생성하도록 설계될 수 있다.
상기 장치의 추가적인 구성요소는 또한 하드웨어 및/또는 소프트웨어로서 구현되어 상기 전압 발생 수단과 연결된 제어수단이다. 상기 제어수단은 하드웨어 및/또는 소프트웨어로서 구현된 상기 전압 발생 수단의 일부를 형성할 수 있다. 상기 제어수단은 상기 전압 발생 수단의 작동을 제어하도록 설계되어 상기 제1 및 제 2 전압이 상기 제2 측정요소에, 즉 상기 제2 측정요소의 제1 및 제2 전압 인가 영역에 교대식으로 인가된다. 제2 측정요소 상에, 즉 상기 제2 측정요소의 각각의 전압 인가 영역에 제1 및 제2 전압을 교대로 인가 또는 존재하도록 하는 것은, (크기의 면에서) 정의된 전압 또는 전압 펄스가 상기 제2 측정요소의 각각의 전압 인가 영역에 교대 방식으로 인가된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 경우, 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 제1 전압이 인가되고, 반면 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 제2 전압이 인가되며, 혹은 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 제2 전압이 인가되고, 반면 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 제1 전압이 인가된다.
상기 제어수단은 따라서 제1 전압 및 제2 전압이 상기 제2 측정요소, 즉 제2 측정요소의 각각의 전압 인가 영역에 교대식으로 인가되도록 상기 전압 발생 수단의 작동을 제어하도록 설계된다. 따라서, 제1 시간 간격에서 상기 제1 전압, 그리고 다음의 제2 시간 간격에서 상기 제2 전압이 상기 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 인가되고, 반면 제1 시간 간격에서 상기 제2 전압, 그리고 다음의 제2 시간 간격에서 상기 제1 전압이 상기 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 인가된다. 다음의 제3 시간 간격에서 상기 제1 전압이 다시 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 인가되고, 반면 제2 전압이 상기 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 다시 인가되는 등으로 제어된다.
충전 매체에 의하여 충전되거나 충전될 수 있는 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨을 용량 측정하기 위한 개선된 원리는, 이러한 방식으로 설계된 장치에 의하여 실행될 수 있다. 이하에서 보여지는 바와 같이, 상기 장치를 사용하여 구현될 수 있는 용량 충전 레벨 측정을 위한 원리는 특히 제1 및 제2 측정요소 사이의 전하 또는 전기 용량의 검출 및 평가에 기초하며, 상기 전하 또는 전기 용량은 충전 매체의 충전 레벨에 의존하여 변하며, 이를 측정하는 것으로부터 상기 충전 매체의 충전 레벨을 결론지어 따라서 이를 결정할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 측정요소는 전형적으로 그 제2 측정요소를 따라 또는 제2 측정요소의 측정 영역을 따라 전위 구배를 발생시키는 충전 레벨-독립 전압 분할기(divider)로서 기능한다. 제2 측정요소를 따르는 또는 제2 측정요소의 측정 영역을 따르는 충전 레벨-독립 전압 분할은 제1 및 제2 측정요소 사이의 전하 또는 전기 용량의 충전 레벨-의존적 가중(weighting)을 초래한다. 따라서, 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 전하는 특히 충전 매체의 충전 레벨에 의존하며, 상기 전위 구배를 따른 전위 및 상기 충전 매체의 유전율로서 상술한 바와 같이 충전 매체의 상대 복소 유전율로서 이해되고, 그 실수부는 충전 배체의 유전체 상수를 반영하고, 그 허수부는 충전 매체의 비(specific)전기 전도도를 반영하는, 상기 상대 복소 유전율은, 그러나 상기 장치를 이용하여 수행되거나 수행될 수 있는 충전 레벨의 결정에 대해서 무관하므로 무시될 수 있다. 따라서, 상기 장치를 사용하여 수행되거나 수행될 수 있는 충전 레벨의 결정은 충전 매체의 유전율과 무관하게 즉 충전 매체의 유전율을 결정함이 없이 가능할 수 있다.
상기 장치는 또한 하드웨어 및/또는 소프트웨이로서 구현되는 측정장치를 더 더 포함한다. 상기 측정장치는 상기 제2 측정요소 상에서, 즉 특히 상기 제2 측정요소의 제1 및 제2 전압 인가 영역 상에서 제1 및 제2 전압이 교대로 인가되거나 존재하는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 변하는 전기 전하 또는 전기 용량을 측정하도록 설계된다. 상기 측정장치는 따라서 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 상기 제1 전압이 인가되고 반면 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 상기 제2 전압이 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 제1 전하를 측정하도록 설계되고, 또한 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 상기 제2 전압이 인가되고 또한 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 상기 제1 전압이 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 제2 전하를 측정하도록 설계된다.
전형적으로, 상기 측정장치는, 제2 측정요소의 전압 인가 영역들에 제1 및 제2 전압이 교대로 인가되거나 존재하는 동안 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 측정된 전하를 나타내는 측정 신호를 생성하도록 설계된다. 상기 측정신호는 적어도 두 개의 부분 신호들을 포함하고, 그 제1 부분신호는 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 상기 제1 전압이 인가되고 또한 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 상기 제2 전압이 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 전하를 나타내고, 제2 부분신호는 제2 측정요소의 제1 전압 인가 영역에 상기 제2 전압이 인가되고 또한 제2 측정요소의 제2 전압 인가 영역에 상기 제1 전압이 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 전하를 나타낸다.
상기 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로서 구현된 평가장치를 더 포함할 수 있다. 상기 평가장치는 상기 측정장치와 연결될 수 있다. 상기 평가장치는, 상기 제2 측정요소 상에, 즉 특히 제2 측정요소의 각각의 전압 인가 영역들 상에 제1 및 제2 전압이 교대로 인가 또는 존재하는 동안에 측정된 전하를 평가하도록 설계되거나, 또는 상기 측정신호를 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨을 고려하여 평가하도록 설계된다. 상기 측정된 전하 또는 측정신호를 평가하기 위하여, 상기 평가장치는 적절한 평가 로직 또는 적절한 평가 알고리즘을 포함할 수 있다.
상기 제2 측정요소는 언급한 바와 같이 측정 레지스터로 설계되거나 또는 적어도 하나의 그러한 레지스터를 포함할 수 길게 연장된 형태로 설계될 수 있다.
상기 측정 레지스터는, 상기 제2 측정요소의 길이방향 축을 따라 연속적으로 연장되도록, 특히 제2 측정요소의 예컨대 회로 보드일 수 있는 기판 요소(18) 상에, 배치 또는 형성된 저항 요소로서 설계될 수 있다. 제1 측정요소와 측정 레지스터 또는 저항 요소로서 설계된 상기 대응하는 제2 측정요소에 대한 등가 회로 다이어그램은 "무한한" 수의 RC 소자들을 가지는 RC 체인을 구성한다.
상기 측정 레지스터를 상기 제2 측정요소의 기판 요소 상에서 제2 측정요소의 길이방향 축을 따라 배치 또는 형성된 복수의 분리된 전기 전도성, 특히 금속의 표면 요소에 의하여 형성하도록 하는 것을 대안적으로 생각할 수 있으며, 상기 기판 요소는 언급한 바와 같이 회로 보드일 수 있으며, 상기 표면 요소들 각각은 분리된 저항 요소들과 제2 측정요소의 전압 인가 영역들에 연결된다. 이 경우, 상응하는 표면 요소와 상응하는 저항 요소들의 교대 배치가 전형적으로 이루어진다. 제1 측정요소와 상응하게 설계된 제2 측정요소의 등가 회로 다이어그램은 전기 레지스터들에 의하여 연결된 복수의 분리된 용량성 표면(capacitive surfaces)들을 나타낸다.
일반적인 관점에서, 따라서 상기 측정 레지스터는 전형적으로 길게 연장된, 즉 상기 제2 측정요소의 길이방향으로 적어도 부분적으로 연장된다.
특정한 설계, 예컨대 기판 요소의 적어도 일부에 코팅이 있는 경우 및 가능하게는 완전하게 코팅된 경우에, 상기 기판 요소는 언급한 바와 같이 회로 보드일 수 있고, 상기 측정 레지스터, 따라서 상기 제2 측정요소는 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 상기 코팅은 (상기 제2 측정요소의 길이방향으로) 제2 측정요소의 상기 부분들 사이에서 연속적으로 또는 불연속적으로 연장될 수 있다. 상기 코팅은 다양한, 특히 화학적 및/또는 물리적 증착, 혹은 도포 혹은 코팅을 형성하는 재료 도포를 허용하는 코팅 기술들에 의하여 달성될 수 있다. 예시로서 증착, 증기 증착 또는 임프린팅(imprinting)을 참조할 수 있다.
상기 제2 측정요소는 플라스틱 재료와 같은 적절한 절연재료로 이루어진 절연 코팅을 적어도 부분적으로, 특히 완전하게 (추가적으로) 포함하며, 이는 제2 측정요소의 전기 절연을 형성할 수 있다. 상기 제2 측정요소는 이러한 방식으로, 즉 충전 매체와 제2 측정요소 사이에 전기적 접촉이 없는 방식으로 상기 충전 매체로부터 절연될 수 있다. 상응하는 절연 코팅에 의하여 얻어진 제2 측정요소의 절연은 전기 전도성인 충전 매체와 관련하여 상기 장치를 사용할 때만 필요한 것이 전형적이다. 따라서, 상기 절연 코팅은 원칙적으로 선택적인(optional) 것이다.
상기 장치에 더하여, 본 발명은 또한 충전 매체로 충전될 수 있는 충전 부피 내 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정을 위한, 특히 상술한 장치를 위한 측정 조립체에 관한 것이다. 상기 측정 조립체는, (상기 장치와 함께 상기 장치의 제2 측정요소를 형성하는) 측정요소로서, 상기 제2 측정요소의 제1 부분, 즉 전형적으로 제1 전압 인가 영역과 상기 제2 측정요소의 제2 부분, 즉 전형적으로 제2 전압 인가 영역 사이에 전위 구배가 형성되도록 설계되는 상기 측정요소; 상기 제2 측정요소와 연결되고 제1 전압 및 상기 제1 전압과 선택적으로 상이한 제2 전압을 발생시키며 이 전압들을 상기 제2 측정요소에 교대로 인가하도록 설계된 전압 발생 수단; 상기 전압 발생 수단과 연결되고 상기 제1 전압 및 제2 전압이 상기 제2 측정요소의 제1 부분 및 제2 부분에 교대로 인가되게 상기 전압 발생 수단의 작동을 제어하도록 설계된 제어 수단을 포함한다.
상기 측정 조립체는, 상기 제1 및 제2 전압이 상기 제2 측정요소의 제1 및 제2 부분에 교대로 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 전하를 측정하도록 설계된 측정장치와, 상기 측정장치와 연결되고 상기 제1 및 제2 전압이 상기 제2 측정요소, 즉 특히 상기 제2 측정요소의 각각의 전압 인가 영역에 교대로 인가되는 동안에 측정된 상기 전하를 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨을 고려하여 평가하도록 설계되는 평가장치를 더 포함할 수 있다.
상기 측정 조립체의 각각의 하나의, 복수의 또는 모든 부품들은, 별도로 취급될 수 있는 조립체를 형성하기 위하여, 즉 예컨대 측정 조립체의 하우징 몸체에 또는 그 몸체 내에 배치 또는 형성되어 구조적으로 결합될 수 있다.
상기 장치와 관련하여 행해진 상기 모든 진술들은 상기 측정 조립체에 대하여 유사하게 적용할 수 있다.
상기 장치 및 측정 조립체에 대하여, 본 발명은 충전 매체로 충전되거나 충전될 수 있는 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨의 용량 측정을 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 특히 다음의 단계들을 포함한다:
-제1 측정요소를 제공하는 단계,
-제2 측정요소를 제공하는 단계로서, 상기 제2 측정요소는 상기 제2 측정요소의 제1 부분, 특히 제1 전압 인가 영역과 제2 측정요소의 제2 부분, 특히 제2 전압 인가 영역 사이에 전위 구배가 형성되도록 설계되는, 상기 제2 측정요소를 제공하는 단계;
-제1 전압 및/또는 상기 제1 전압과 선택적으로 상이한 제2 전압을 제공 또는 발생시키는 단계;
-상기 발생된 제1 및 제2 전압을 상기 제2 측정요소의 제1 및 제2 부분에 교대로 인가하는 단계,
-상기 제1 및 제2 전압이 상기 제2 측정요소 상에 교대로 인가 또는 존재하는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소 사이의 전하를 측정하는 단계,
-상기 제1 및 제2 전압이 상기 제2 측정요소 상에 교대로 인가 또는 존재하는 동안에 상기 충전 부피 내의 충전 매체의 충전 레벨을 고려하여 상기 측정된 전하를 평가하는 단계.
상기 방법이 상술한 장치를 사용하여 수행된다; 상기 장치와 관련하여 행한 상기 모든 진술들은 상기 방법에도 유사하게 적용된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른, 충전 매체로 충전될 수 있는 또는 충전되는 충전 부피 내의 충전 레벨의 용량 측정 장치의 개략도이다.
도 3 내지 도 6은 추가적인 실시예에 따른 측정요소의 각각의 개략도이다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른, 충전 매체(2)로 충전될 수 있는 또는 충전되는 충전 부피(3) 내의 충전 레벨의 용량 측정 장치(1)의 개략도이다. 상기 충전 부피(3)는 저장소(4)의 기하학적/구조적인 치수, 즉 특히 저장소(4)의 벽들 또는 벽 부분들(4a~4c)에 의하여 형성된다.
일 실시예에서, 상기 충전 매체(3)는 유체, 즉 예를 들어 연료이다. 따라서, 예시로서 일 실시예에서 상기 저장소(4)는 탱크이다. 상기 저장소(4)의 벽들은 부호 4a~4c로 표시된다. 상기 장치(1)는 이하에서 보다 상세하게 기술되는 두 개의 측정요소(5,6)를 포함한다.
일 실시예에서, 제1 측정전극으로 표시되거나 언급될 제1 측정요소(5)는 장치(1)의 하우징 구조(14)의 벽에 의하여 예시로서 형성된다. 상기 제1 측정요소(5)는 전기 전도성 또는 전기적으로 전도성인 특성을 나타내며, 따라서 상기 제1 측정요소(5)는 전기 전도성 재료, 예컨대 금속으로 형성된다. 제1 측정요소(5)의 전위는 U0로 표시된다.
상기 도면에 도시된 장치(1)의 작동상태에서, 제2 측정전극으로 표시되거나 언급될 제2 측정요소(6)가 상기 제1 측정요소(5)와 인접하여 배치된다. 따라서, 상기 제2 측정요소(6)는 상기 장치(1)의 하우징 구조(14)에 의하여 형성되는 수용 공간(15)에 수용되거나 또는 그 수용공간 내에 위치한다.
상기 두 개의 측정요소(5,6)는 길게 연장되어 평행하게 배치, 즉 두 개의 측정요소(5,6)의 각각의 길이방향 축(도시하지 않음)이 평행하게 배향되도록 설계된다.
상기 두 개의 측정요소(5,6)가 나란하게 배치되어 그 두 개의 측정요소(5,6)가 커패시터 조립체(16) 또는 커패시터를 형성한다는 것은 명확하다. 이 경우, 상기 제1 측정요소(5)는 커패시터 조립체(16)의 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 측정요소(5)는 커패시터 조립체(16)의 제2 전극을 형성한다. 두 개의 측정요소(5,6) 사이에 클리어런스 또는 갭(즉, 수용공간(15))이 형성되고, 그 클리어런스 또는 갭에 충전 레벨에 따라 즉, 충전 레벨에 의존하는 방식으로 충전 매체(2)가 충전된다.
상기 두 개의 측정요소(5,6)가 충전 부피(3) 내에 배치 혹은 그 충전 레벨에 따라 적어도 부분적으로 상기 충전 매체(2)에 잠긴다는 것은 명확하다.
상기 제2 측정요소(6)는 제1 측정요소(5)와 대조 또는 비교하여 (현저하게) 덜 전기 전도성인, 또는 제1 측정요소(5)와 대조하여 (현저하게) 감소된 전기 전도 특성을 가진다. 따라서, 제1 측정요소(5)와 대조 또는 비교하여, 상기 제2 측정요소(6)는 (현저하게) 덜 전기 전도성인 재료로, 또는 (현저하게) 덜 전기 전도성인 재료의 구조로 형성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 측정요소(6)는 (선택적으로) 절연 코팅(17)을 포함할 수 있거나 또는 그러한 코팅으로 둘러싸일 수 있다. 상기 절연 코팅(17)은 상기 충전 매체(2)가 전기 전도성이 아닐 경우 생략될 수 있으며, 따라서 상기 절연 코팅은 원칙적으로 선택적인(optional) 것이다.
상기 제2 측정요소(6)는, 장치(1)의 작동 중에 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a), 즉 특히 제2 측정요소(6)의 제1 자유단부와, 제2 측정요소(6)의 제2 부분(6b), 즉 특히 제2 측정요소(6)의 제1 자유단부와 대향하여 위치하는 제2 측정요소(6)의 제2 자유단부 사이에 전위 구배(potential gradient), 즉 전기적 전위의 기울기가 형성되도록 설계된다. 도면에 도시된 실시예에서, 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a)은, 제2 측정요소(6)의 제1 자유단부의 영역에 형성되거나 제2 측정요소(6)의 제1 자유단부에 의하여 형성된다. 도면에 도시된 실시예에서, 상기 제2 측정요소(6)의 제2 부분(6b)은, 제2 측정요소(6)의 제2 자유단부의 영역에 형성되거나 제2 측정요소(6)의 제2 자유단부에 의하여 형성된다. 제2 측정요소(6)의 상기 부분들(6a,6b) 사이에 형성된 전위 구배는 전형적으로 상기 충전 매체(2)의 충전 레벨과는 무관하다. 상기 제2 측정요소(6)의 측정 영역은 상기 두 부분(6a,6b) 사이에서 연장된다.
상기 제2 측정요소(6)는 측정 레지스터(resistor)로서 설계된다. 따라서, 제2 측정요소(6)의 상기 부분들(6a,6b) 사이의 전위 구배의 형성은 측정 레지스터로서 설계된 상기 제2 측정요소(6)에 기초한다. 상기 측정 레지스터의 저항(값)은 충분히 커서 제2 측정요소(6)의 상기 부분들(6a,6b) 사이에 상응하는 전위 구배가 형성된다.
상기 측정 레지스터는, 상기 제2 측정요소(6)의 길이방향 축을 따라 연속적으로 연장되도록, 특히 기판 요소(18) 상에, 즉 예컨대 제2 측정요소(6)의 회로 보드 상에 배치 또는 형성된 저항 요소로서 설계될 수 있다. 제1 측정요소(5)와 측정 레지스터 또는 저항 요소로서 설계된 상기 대응하는 제2 측정요소(6)에 대한 등가 회로 다이어그램은 "무한한" 수의 RC 소자들을 가지는 RC 체인을 구성한다.
이하에서 명확한 바와 같이, 도 5에 도시된 실시예와 관련하여, 상기 측정 레지스터를 상기 제2 측정요소(6)의 기판 요소(18) 상에서 제2 측정요소(6)의 길이방향 축을 따라 배치 또는 형성된 복수의 분리된 전기 전도성, 특히 금속의 표면 요소(F1-Fn)에 의하여 형성하도록 하는 것을 대안적으로 생각할 수 있으며, 그 표면 요소들은 각각은 분리된 저항 요소들 R1-Rn에 연결된다. 제1 측정요소(5)와 상응하게 설계된 제2 측정요소(6)의 등가 회로 다이어그램은 전기 레지스터들에 의하여 연결된 복수의 분리된 용량성 표면(capacitive surfaces)들을 나타낸다.
특정한 설계, 상기 측정 레지스터, 이에 따른 제2 측정요소(6)가 무엇이든, 상기 기판 요소(18)를 적어도 부분적으로, 가능하게는 완전하게, 적절한 재료, 즉 예컨대 금속으로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 상기 코팅(11)은 (상기 제2 측정요소의 길이방향으로) 제2 측정요소(6)의 상기 부분들(6a,6b) 사이에서 연속적으로 또는 불연속적으로 연장될 수 있다. 상기 코팅(11)은 다양한, 특히 화학적 및/또는 물리적 증착, 혹은 도포 혹은 코팅(11)을 형성하는 재료 도포를 허용하는 코팅 기술들에 의하여 달성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 예시로서 측정 레지스터를 형성하는 상기 코팅(11)은 인쇄 기술, 특히 스크린 인쇄기술에 의하여 상기 기판 요소(18)에 도포된다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 제2 측정요소(6)는 플라스틱 재료와 같은 적절한 절연재료로 이루어진 절연 코팅(17)을 추가적으로 포함하며, 이는 제2 측정요소(6)의 전기 절연을 형성한다. 상기 제2 측정요소(6)는 이러한 방식으로, 즉 충전 매체(2)와 제2 측정요소(6) 사이에 전기적 접촉이 없는 방식으로 상기 충전 매체(2)로부터 절연된다.
상기 장치(1)는 또한 제2 측정요소(6)와 연결된, 즉 제2 측정요소(6)와 특히 전기적으로 연결된 전압 발생 수단(7)을 더 포함한다. 상기 전압 발생 수단(7)은 제1 전압(U1) 및 제2 전압(U2)을 제공 또는 발생시켜 이들을 상기 제2 측정요소(6)에 인가하도록 설계된다. 각각의 전기 전압(U1,U2)를 제공 또는 발생시키기 위하여, 상기 전압 발생 수단(7)은 내부 또는 외부 전압(공급)원(도시하지 않음), 즉 예컨대 전압 공급 네트워크에 연결될 수 있다. 제1 전압(U1)은 상기 제2 전압(U2)과 동일할 수 있다. 그러나, 선택적으로 제1 전압(U1)은 상기 제2 전압(U2)과 (크기의 면에서) 또한 상이하거나 그 반대일 수 있다. 따라서, 상기 전압 발생 수단(7)은 선택적으로 적어도 두 개의 동일 또는 상이한 전압(U1,U2)를 생성하도록 설계될 수 있다.
각각의 제1 및 제 2 전압(U1,U2)을 제2 측정요소(6)에 인가하기 위하여, 상기 제2 측정요소(6)는 분리된 전압 인가 영역, 즉 예컨대 전압 발생 수단(7)에 의하여 제공 또는 발생된 전압(U1,U2)이 인가될 수 있거나 인가되는 전기 접점을 포함한다. 제1 전압 인가 영역은 제2 측정요소(6)의 상술한 제1 부분(6a)의 영역으로 형성되거나 그 영역에 배치되고, 제2 전압 인가 영역은 제2 측정요소(6)의 상술한 제2 부분(6b)의 영역으로 형성되거나 그 영역에 배치된다.
상기 전압 발생 수단(7)에 의하여 제공 또는 발생되는 전압(U1,U2)은 특히 크기와 시간에 의하여 정의되는 전압 펄스(voltage pulse)의 형태로 각각 제공 또는 발생될 수 있다. 따라서, 상기 전압 발생 수단(7)은 정의된 전압 펄스를 제공 또는 발생시키기 위하여 설계될 수 있다. 상응하게 설계된 전압 발생 수단(7)은 예를 들어 펄스 발생기로서 설계될 수 있다. 제1 전압 펄스는 제2 전압 펄스와 동일할 수 있다. 그러나, 선택적으로 제1 전압 펄스는 제2 전압 펄스와 (크기의 면에서) 또한 상이할 수도 있고 그 반대일 수도 있다. 따라서, 상기 전압 발생 수단(7)은 선택적으로 적어도 두 개의 동일 또는 상이한 전압 펄스를 생성하도록 설계될 수 있다.
상기 장치(1)는 또한 하드웨어 및/또는 소프트웨어로서 구현되어 상기 전압 발생 수단(7)과 연결된 제어수단(8)을 더 포함한다. 상기 제어수단(8)은 상기 전압 발생 수단(7)의 작동을 제어하도록 설계되어 상기 제1 및 제 2 전압(U1,U2)이 상기 제2 측정요소(6)에, 즉 상기 제2 측정요소(6)의 제1 및 제2 전압 인가 영역에 교대식으로 인가된다. 제2 측정요소(6) 상에, 즉 상기 제2 측정요소(6)의 각각의 전압 인가 영역 상에 제1 및 제2 전압(U1,U2)을 교대로 인가 또는 존재하도록 하는 것은, (크기의 면에서) 정의된 전압(U1,U2) 또는 전압 펄스가 상기 제2 측정요소(6)의 각각의 전압 인가 영역에 교대 방식으로 인가된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 제1 전압(U1)이 인가되고, 반면 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 제2 전압(U2)이 인가되며, 혹은 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 제2 전압(U2)이 인가되고, 반면 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 제1 전압(U1)이 인가된다.
상기 제어수단(8)은 따라서 제1 전압(U1) 및 제2 전압(U2)이 상기 제2 측정요소(6), 즉 제2 측정요소(6)의 각각의 전압 인가 영역에 교대식으로 인가되도록 상기 전압 발생 수단(7)의 작동을 제어하도록 설계된다. 따라서, 제1 시간 간격(도 1 참조)에서 상기 제1 전압(U1), 그리고 다음의 제2 시간 간격에서(도 2 참조) 상기 제2 전압(U2)이 상기 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 인가되고, 반면 제1 시간 간격(도 1 참조)에서 상기 제2 전압(U2), 그리고 다음의 제2 시간 간격에서(도 2 참조) 상기 제1 전압(U1)이 상기 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 인가된다. 다음의 제3 시간 간격에서 상기 제1 전압(U1)이 다시 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 인가되고, 반면 제2 전압(U2)이 상기 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 다시 인가되는 등으로 제어된다.
상기 장치(1)를 사용하여 구현될 수 있는 용량 충전 레벨 측정을 위한 원리는 특히 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 전하 또는 전기 용량의 검출 및 평가에 기초하며, 상기 전하 또는 전기 용량은 충전 매체(2)의 충전 레벨에 의존하며 변하며, 이를 측정하는 것으로부터 상기 충전 매체(2)의 충전 레벨을 결론지어 따라서 이를 결정할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 측정요소(6)는 전형적으로 그 제2 측정요소(6)를 따라 또는 제2 측정요소(6)의 측정 영역을 따라 전위 구배를 발생시키는 충전 레벨-독립 전압 분할기(divider)로서 기능한다. 제2 측정요소(6)를 따르는 또는 제2 측정요소(6)의 측정 영역을 따르는 충전 레벨-독립 전압 분할은 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 전하 또는 전기 용량의 충전 레벨-의존적 가중을 초래한다. 따라서, 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 전하는 특히 충전 매체(2)의 충전 레벨에 의존하며, 전위 구배를 따른 전위 및 충전 매체(2)의 유전율은 그러나 상기 장치(1)를 이용하여 수행될 수 있는 충전 레벨의 결정에 대해서 무관하므로 무시될 수 있다. 따라서, 상기 장치(1)를 사용하여 수행될 수 있는 충전 레벨의 결정은 충전 매체(2)의 유전율과 무관하게 가능할 수 있다.
상기 장치(1)는 또한 하드웨어 및/또는 소프트웨이로서 구현되는 측정장치(9)를 더 포함한다. 상기 측정장치(9)는 상기 제2 측정요소(6)의 전압 인가 영역 상에서 제1 및 제2 전압(U1,U2)이 교대로 인가되거나 존재하는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 변하는 전하 또는 전기 용량을 측정하도록 설계된다. 상기 측정장치(9)는 따라서 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 상기 제1 전압(U1)이 인가되고 반면 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 상기 제2 전압(U2)가 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 제1 전하를 측정하도록 설계되고, 또한 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 상기 제2 전압(U2)이 인가되고 또한 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 상기 제1 전압(U1)가 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 제2 전하를 측정하도록 설계된다.
상기 측정장치(9)는, 제2 측정요소(6)의 전압 인가 영역들에 제1 및 제2 전압(U1,U2)이 교대로 인가되거나 존재하는 동안 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 측정된 전하를 나타내는 측정 신호를 생성하도록 설계된다. 상기 측정신호는 적어도 두 개의 부분 신호들을 포함하고, 그 제1 부분신호는 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 상기 제1 전압(U1)이 인가되고 또한 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 상기 제2 전압(U2)가 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 전하를 나타내고, 제2 부분신호는 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역에 상기 제2 전압(U2)이 인가되고 또한 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역에 상기 제1 전압(U1)가 인가되는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 전하를 나타낸다.
상기 측정장치(9)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로서 구현된 평가장치(10)와 연결된다. 상기 평가장치(10)는, 상기 제2 측정요소(6) 상에, 즉 특히 제2 측정요소(6)의 각각의 전압 인가 영역들 상에 제1 및 제2 전압(U1,U2)이 교대로 인가 또는 존재하는 동안에 측정된 전하를 평가하도록 설계되거나, 또는 상기 측정신호를 충전 부피(3) 내의 충전 매체(2)의 충전 레벨을 고려하여 평가하도록 설계된다. 상기 측정된 전하 또는 측정신호를 평가하기 위하여, 상기 평가장치(10)는 적절한 평가 로직 또는 적절한 평가 알고리즘을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 충전 매체(2)로 충전될 수 있는 충전 부피(3) 내의 충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정을 위한 측정 조립체(12)를 더 도시하고 있다. 상기 측정 조립체(12)는 제2 측정요소(6), 상기 장치(1)를 형성하는 제2 측정요소(6), 상기 제2 측정요소(6)와 연결된 전압 발생 수단(7), 제어수단(8), 측정장치(9), 및 평가장치(10)를 포함한다.
박스 13에 의하여 점선으로 표시된 바와 같이, 복수의 또는 측정 조립체(12)의 모든 부품들은,별도로 취급될 수 있는 조립체를 형성하기 위하여, 즉 측정 조립체(12)의 하우징 몸체(도시하지 않음)에 또는 그 몸체 내에 배치 또는 형성되어 구조적으로 결합될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예에서, 상기 제1 측정요소(5) 및 제2 측정요소(6)는 각각의 경우 판(plate) 형상 또는 평면식으로 설계된다. 도 3은 상기 측정요소들(5,6) 또는 그 측정요소들의 배치의 단면도이고, 상응하는 커패시터 조립체(6)의 일 실시예의 개략도이다. 도 3의 하부에 있는 제1 측정요소(5)는 선택사항이므로, 점선으로 도시되어 있다.
도 4 내지 도 6은 제1 및 제2 측정요소(5,6) 또는 그에 의해 형성되는 커패시터 조립체(16)의 추가적인 실시예들을 도시한 것이다.
도 4는 상기 측정요소들(5,6)의 동축 배치의 예에 관한 단면도이다. 상기 측정요소들(5,6)의 동축 배치는 제1 측정요소(5)의 튜브 형상 또는 튜브형상과 유사한 디자인, 및 제2 측정요소(6)의 로드(rod) 형상 또는 로드 형상에 유사한 디자인에서 비롯된다.
(이미 언급한) 도 5는, 제2 측정요소(6)의 상응하는 기판 요소(18) 상에서 제2 측정요소(6)의 길이방향 축(A1)을 따라 배치 또는 형성된 복수의 분리된, 전기 전도성, 특히 금속의 표면 요소 F1-Fn에 의해 제2 측정요소(6)가 형성되는 개략도이고, 이 표면 요소들은 분리된 저항요소들 R1-Rn과 각각 연결되어 있다. 대응하는 표면 요소들 F1-Fn과 저항요소들 R1-Rn로 구성된 교대 배치가 명확하게 나타나있다. 따라서, 도 5에서는, 상기 제2 측정요소(6)가 특히 제2 측정요소(6)를 형성하는 대응하는 표면 요소들 F1-Fn과 저항요소들 R1-Rn의 형태인 복수의 측정요소 세그먼트들을 포함할 수 있는 분할된 형태로 설계될 수 있다는 것을 볼 수 있다.
커패시터 조립체(16)의 평면도인 도 6에 도시된 실시예에서 명확한 바와 같이, 상기 측정요소들(5,6)은 회로 보드로서의 기판 요소(18) 상에 특정된 대체로 전기 전도성인 구조에 의해 형성될 수 있다. 더 큰 전기 전도성을 가지는 전기 전도성 구조(제1 전기 전도성 구조(19))는 제1 측정요소(5)를 형성하고, 비교적(현저하게) 낮은 전기 전도성을 가지는 전기 전도성 구조(제1 전기 전도성 구조(20))는 제2 측정요소(6)를 형성한다. 이와 관련하여, 깍지낀 배치(interdigital arrangement) 또는 구조로서 알려진 모양이 도 6에 도시된다. 따라서, 각각의 제1 및 제2 전기 전도성 구조(19,20)는 서로 맞물리는 손가락 모양으로 평행하게 서로 오프셋되어 배치되는 방식으로 설계된다. 이 경우, 각각의 제1 및 제2 전기 전도성 구조(19,20)의 배치는, 각각의 제1 전기 전도성 구조(19)가 두 개의 (직접) 인접하는 제2 전기 전도성 구조(20) 사이에 형성된 간격에 적어도 부분적으로 맞물리게 배치 또는 설계되도록 선택된다.
충전 매체(2)로 충전될 수 있거나 충전되는 충전 부피(3) 내의 충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정 방법은 도면에 도시된 상기 장치(1) 또는 측정 조립체(12)를 사용하여 실행될 수 있다.
상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:
-제1 측정요소(5)를 제공하는 단계,
-제2 측정요소(6)를 제공하는 단계로서, 상기 제2 측정요소(6)는 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a)과 제2 부분(6b) 사이에 전위 구배(potential gradient)가 형성되도록 설계되는, 상기 제2 측정요소(6)를 제공하는 단계;
-제1 전압(U1) 및 상기 제1 전압(U1)과 선택적으로 상이한 제2 전압(U2)을 제공 또는 발생시키는 단계;
-상기 발생된 제1 및 제2 전압(U1,U2)을 교대로 상기 제2 측정요소(6)의 제1 및 제2 부분(6a,6b)에 인가하는 단계,
-상기 제1 및 제2 전압(U1,U2)이 상기 제2 측정요소(6) 상에 교대로 인가 또는 존재하는 동안에 상기 제1 및 제2 측정요소(5,6) 사이의 전하를 측정하는 단계,
-상기 제1 및 제2 전압(U1,U2)이 상기 제2 측정요소(6) 상에 교대로 인가 또는 존재하는 동안에 상기 충전 부피(3) 내의 충전 매체(2)의 충전 레벨을 고려하여 상기 측정된 전하를 평가하는 단계.

Claims (16)

  1. 충전 매체로 충전될 수 있는 충전 부피(3) 내 충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1)로서,
    -제1 측정요소(5),
    -제2 측정요소(6)로서 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a)과 상기 제2 측정요소(6)의 제2 부분(6b) 사이에 전위 구배(potential gradient)가 형성되도록 만들어진 상기 제2 측정요소(6),
    -상기 제2 측정요소(6)와 연관되고, 제1 전압(U1) 및 제2 전압(U2)을 발생시키며 이 전압들을 상기 제2 측정요소(6)에 인가하도록 설계된 전압 발생 수단(7),
    -제어 수단(8)으로서, 상기 전압 발생 수단(7)과 연관되고,
    상기 제1 및 제2 측정요소(5, 6) 사이의 제1 전하를 측정하기 위해, 제1 시간 간격 내에서, 상기 제1 전압(U1)이 상기 제1 부분(6a)에 인가되는 동안 상기 제2 전압(U2)이 상기 제2 부분(6b)에 인가되고, 그리고
    상기 제1 및 제2 측정요소(5, 6) 사이의 제2 전하를 측정하기 위해, 상기 제1 시간 간격 이후에 제2 시간 간격 내에서, 상기 제1 전압(U1)이 상기 제2 부분(6b)에 인가되는 동안 상기 제2 전압(U2)이 상기 제1 부분(6a)에 인가되도록 상기 전압 발생 수단(7)의 작동을 제어하도록 설계되는 제어 수단(8)을 포함하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전하 및 상기 제2 전하를 측정하도록 설계된 측정장치(9)를 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  3. 제2항에 있어서,
    평가장치(10)가 상기 측정장치(9)와 연관되고, 상기 평가장치(10)는 충전 부피(3) 내의 충전 매체(2)의 충전 레벨을 고려하여 상기 측정된 제1 및 제2 전하를 평가하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정요소(5)와 제2 측정요소(6)는 나란하게 배치되어, 상기 제1 측정요소(5)와 제2 측정요소(6)가 커패시터 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정요소(5)는 판(plate) 형상 또는 평면형상, 또는 튜브 형상 또는 튜브형상과 유사한 형상으로 설계되고, 상기 제2 측정요소(6)는 판 형상 또는 평면형상, 또는 로드 형상 또는 로드 형상과 유사한 형상으로 설계되는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 측정요소(6)는 측정 레지스터(resistor)로 설계되거나 또는 적어도 하나의 그러한 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측정 레지스터는, 상기 제2 측정요소(6)의 기판 요소(18) 상에서 상기 제2 측정요소(6)의 길이방향 축을 따라 연속적으로 연장되도록 배치 또는 형성되는 저항 요소로서 설계되는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  8. 제6항에 있어서,
    상기 측정 레지스터는, 상기 제2 측정요소(6)의 기판 요소(18) 상에서 상기 제2 측정요소(6)의 길이방향 축을 따라 배치 또는 형성되는 복수의 분리된 저항 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 측정요소(6)는, 상기 제2 측정요소(6)의 전기 절연을 형성하는 절연재료로 만들어진 절연 코팅(17)을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a)은, 제2 측정요소(6)의 제1 자유단부의 영역에 형성되거나 상기 제2 측정요소(6)의 제1 자유단부에 의하여 형성되고, 상기 제2 측정요소(6)의 제2 부분(6b)은, 상기 제2 측정요소(6)의 제2 자유단부의 영역에 형성되거나 상기 제2 측정요소(6)의 제2 자유단부에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 측정요소(6)의 제1 전압 인가 영역은 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a)의 영역에 의하여 형성되거나 그 영역 내에 형성되고, 상기 제2 측정요소(6)의 제2 전압 인가 영역은 상기 제2 측정요소(6)의 제2 부분(6b)의 영역에 의하여 형성되거나 그 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압(U2)은 상기 제1 전압(U1)과 상이한 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정용 장치(1).
  13. 충전 매체(2)로 충전될 수 있는 충전 부피(3) 내 충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정을 위한, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치(1)를 위한 측정 조립체(12)로서:
    -측정요소(6)로서, 상기 측정요소(6)의 제1 부분(6a)과 상기 측정요소(6)의 제2 부분(6b) 사이에 전위 구배가 형성되도록 만들어지는 상기 측정요소(6);
    -상기 측정요소(6)와 연관되고 제1 전압(U1) 및 제2 전압(U2)을 발생시키며 이 전압들을 상기 측정요소(6)에 인가하도록 설계된 전압 발생 수단(7);
    -제어 수단(8)으로서, 상기 전압 발생 수단(7)과 연관되고,
    상기 제1 및 제2 측정요소(5, 6) 사이의 제1 전하를 측정하기 위해, 제1 시간 간격 내에서, 상기 제1 전압(U1)이 상기 제1 부분(6a)에 인가되는 동안 상기 제2 전압(U2)이 상기 제2 부분(6b)에 인가되고, 그리고
    상기 제1 및 제2 측정요소(5, 6) 사이의 제2 전하를 측정하기 위해, 상기 제1 시간 간격 이후에 제2 시간 간격 내에서, 상기 제1 전압(U1)이 상기 제2 부분(6b)에 인가되는 동안 상기 제2 전압(U2)이 상기 제1 부분(6a)에 인가되도록 상기 전압 발생 수단(7)의 작동을 제어하도록 설계되는 제어 수단(8)을 포함하는,
    측정 조립체(12).
  14. 충전 매체(2)로 충전될 수 있는 충전 부피(3) 내의 충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정 방법으로서,
    -제1 측정요소(5)를 제공하는 단계,
    -제2 측정요소(6)를 제공하는 단계로서, 상기 제2 측정요소(6)는 상기 제2 측정요소(6)의 제1 부분(6a)과 제2 부분(6b) 사이에 전위 구배가 형성되도록 만들어진, 상기 제2 측정요소(6)를 제공하는 단계;
    -제1 전압(U1) 및 제2 전압(U2)을 제공 또는 발생시키는 단계;
    -제1 시간 간격 내에서 상기 발생된 제1 전압(U1)을 상기 제1 부분(6a)에 인가하는 동안 상기 발생된 제2 전압(U2)을 상기 제2 부분(6b)에 인가하는 단계;
    -상기 제1 시간 간격 이후에 제2 시간 간격 내에서 상기 발생된 제1 전압(U1)을 상기 제2 부분(6b)에 인가하는 동안 상기 발생된 제2 전압(U2)을 상기 제1 부분(6a)에 인가하는 단계;
    -상기 제1 시간 간격 내에서 상기 제1 및 제2 측정요소(5, 6) 사이의 제1 전하를 측정하고, 이후 상기 제2 시간 간격 내에서 상기 제1 및 제2 측정요소(5, 6) 사이의 제2 전하를 측정하는 단계;
    -상기 충전 부피(3) 내의 충전 매체(2)의 충전 레벨을 고려하여 상기 측정된 제1 및 제2 전하를 평가하는 단계를 포함하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 전압(U2)은 상기 제1 전압(U1)과 상이한 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 방법이 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치(1)에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는,
    충전 매체(2)의 충전 레벨의 용량 측정 방법.
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