KR19990024322A - 액체용량 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체용량 감지장치에 관한 것으로, 특히, 자동차에 장착되어 있는 소정의 키를 이용하여 오일을 넣기전에 PCB가 장착되어 있는 삽입용기를 오일 보관용기에 삽입시키고, 오일 보관용기의 상태를 리셋 시킨 후, 오일의 투입 및 교체가 완료되었음을 알리는 입력부(10)와; 상기 입력부(10)를 통해 입력되는 캐패시턴스의 값을 메모리 시키는 메모리부(20)와; 상기 메모리부(20)에 저장되어 있는 각종 수치의 상태가 초기 오일의 값보다 얼마나 큰지를 판단하는 비교판단부(30)와; 및 상기 비교판단부(30)에서 판단된 캐패시턴스의 수치가 증가하게 되면 운전자에서 오일의 교환시기를 알려주는 디스플레이부(40)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명은 도전성이 있는 빗살형 캐패시터를 비전도성 물질로 코팅하여 사용함으로써, 기존의 제품보다 우월한 특성을 가질 수 있으며, 스텐레스 스틸로 만드는 기존의 제품과는 달리 비전도성 기판을 사용하여 PCB화 할 수 있게 되어 가격 경쟁력이 우수하게 되는 효과가 있다.

Description

액체용량 감지장치

본 발명은 자동차에서 사용하는 각종 액체의 레벨(Level)을 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 가솔린(Gasoline)과 엔진오일(Engine oil) 및 자동차에서 사용하는 각종 액체들에 대한 변화 범위를 감지하여 액체의 잔류량 상태를 운전자에게 알려줄 수 있도록 하는 액체용량 감지장치에 관한 것이다.

주지하다시피, 1996년 하반기부터 자동차용 액체단계 센서들이 출하되기 시작하였는데, 이 센서의 목적은 자동차에서 사용하고 있는 여러 액체들 즉, 가솔린, 엔진오일, 트랜스미션 오일(Transmission oil), 브레이크 유체(Brake fluid), 차량용 창문 세척용액(Wind-shild washer) 및 냉각재(Coolant) 등의 레벨을 감지하여 운전자에게 보충해야할 시기를 알려주는 역할을 하며, 현재는 가솔린과 엔진오일에 대한 제품만 출하되고 있는 실정이다.

종래의 엔진오일이나 가솔린의 최소 레벨을 측정하는 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이, 불특정한 자동차에서 사용하는 각종 액체의 레벨을 감지하는 센서의 센싱요소이며, 스테인레스 스틸(Stainless Steel)로 구성된 원통형의 파이프인 센서외벽전극부(1)와; 상기 센서외벽전극부(1)에 삽입시키며, 불특정한 자동차에서 사용하는 각종 액체를 담는 원통형의 용기인 실린더(Cylinder)(2)와; 반지름이 r₁인 상기 실린더(2)의 내부를 위아래로 나누기 위한 비전도성 수지(3)와; 상기 실린더(2)의 중심축에 위치한 비전도성 수지(3)의 상부에 위치하며, 각종 오일의 양이 변함에 따라 캐패시턴스(Capacitance)의 값이 변하는 제 1 용량부(4)와; 상기 실린더(2)의 중심축에 위치한 비전도성 수지(3)의 하부에 위치한 것으로, 항상 오일에 잠겨있을때의 캐패시터(Capacitor)의 값인 제 2 용량부(5)를 포함하여 구성된다.

즉, 종래의 엔진오일 레벨을 측정하는 장치의 동작 과정은, 제 2 용량부(5) 사이에는 항상 오일(oil)이 채워져 있고, 제 1 용량부(4)는 오일의 레벨이 변함에 따라 값이 변하게 되며, 상기 제 1 용량부(4)에는 오일과 공기로 구성되어 있다.

또한, 제 1 용량부(4)는 오일과 공기와의 비율에 의해 계산되는데(공기의 비유전율 = 1, 오일의 비유전율 2.5이상), 만약, 최대레벨까지 오일이 차있다면 오일의 영향으로 캐패시턴스값이 크고, 오일이 최소레벨까지 오면 공기의 영향에 의해 최대레벨까지 오일이 차있을때보다 캐패시턴스 값이 작아지게 된다.

이와 같이 제 1 용량부(4)는 오일이 차 있을때와 비어있을때 비유전률의 차이가 생기면서 캐패시턴스값이 변화되며, 이 변화를 운전자가 감지할 수 있도록 하여 운전자에게 엔진오일 레벨의 정보를 제공한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 엔진오일의 레벨을 측정하는 장치는, 실린더를 삽입시킬 원통형 파이프를 스텐레스 스틸로 만들고, 상기 원통형 파이프의 안에 실린더를 접착성 수지로 분리시켜야 하기 때문에 제조 경비가 고가이며, 소정의 자동차에서 사용하는 각종 액체의 전기 전도성이 클 경우 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 종래의 오일레벨을 측정하는 원통형 파이프에서, 전기 도전성이 없는 기판위에 도전성이 있는 물질로 인터디지탈 캐패시터(Interdigital Capaciter : 이하 빗살형 캐패시터라 칭함)를 형성하여 메탈라인 사이에 캐패시턴스가 존재하도록 하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 액체용량 감지장치는, 불특정한 차량의 오일 교환시기를 알려주기 위해, 자동차에 장착되어 있는 소정의 키를 이용하여 오일을 넣기전에 PCB가 장착되어 있는 삽입용기를 오일 보관용기에 삽입시키고, 오일 보관용기의 상태를 리셋 시킨 후, 오일의 투과가 완료되었음을 알리는 입력부와; 상기 입력부를 통해 입력되는 캐패시턴스의 값을 메모리 시키는 메모리부와; 상기 메모리부에 저장되어 있는 각종 수치의 상태가 초기 오일의 값보다 얼마나 큰지를 판단하는 비교판단부와; 및 상기 비교판단부에서 판단된 캐패시턴스의 수치가 증가하게 되면 운전자에서 오일의 교환시기를 알려주는 디스플레이부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래의 엔진오일레벨을 측정하는 장치의 구성상태를 나타낸 사시도,

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 오일교환 시기를 알려주는 장치의 구성 상태를 나타낸 기능 블록도,

도 3 은 도 2에서 사용하는 액체용량 감지장치를 위한 PCB의 구성상태를 나 타낸 도면,

도 4 는 도 3의 PCB에 분포되어 있는 전기장의 상태를 나타낸 사시도,

도 5 는 도 4에 코딩된 상태를 나타낸 사시도,

도 6a 는 도 3에서 2개의 캐패시터가 형성된 기판이 용기의 아래쪽에서 삽입 시켰을때 액체에 잠겨 있는 상태를 나타낸 사시도이다.

도 6b 는 도 3에서 2개의 캐패시터가 형성된 기판이 용기의 위쪽에서 삽입시 켰을때 액체에 잠겨 있는 상태를 나타낸 사시도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 센서외벽 전극부 2 : 실린더

3 : 비전도성 수지부 4 : 제 1 용량부

5 : 제 2 용량부 10 : PCB

20 : 제 1 메탈라인 30 : 제 2 메탈라인

40 : 코팅부 50 : 액체 보관용기

60 : 제 3 메탈라인 70 : 입력부

80 : 메모리부 90 : 비교판단부

100 : 디스플레이부 110 : 삽입용기

이하, 상술한 내용을 본 발명에 따른 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 2에 도시한 바와 같이, 불특정한 차량의 오일 교환시기를 알려주기 위해, 입력부(10)는 자동차에 장착되어 있는 소정의 키를 이용하여 오일을 넣기전에 PCB가 장착되어 있는 삽입용기를 오일 보관용기에 삽입시키고, 오일 보관용기의 상태를 리셋 시킨 후, 오일의 투입이나 교체가 완료되었음을 알리고, 메모리부(20)는 상기 입력부(10)를 통해 입력되는 캐패시턴스의 값을 메모리 시키며, 비교판단부(30)는 상기 메모리부(20)에 저장되어 있는 각종 수치의 상태가 초기 오일의 값보다 얼마나 큰지를 판단하고, 디스플레이부(40)는 상기 비교판단부(30)에서 판단된 캐패시턴스의 수치가 증가하게 되면 운전자에서 오일의 교환시기를 알려주는 것으로 본 실시예를 구성한다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, PCB(50)는 전기 전도성이 없는 물질로 구성되어 있고, 제 1 메탈라인(60)은 도전성이 있는 물질로 구성되어 있으며, 시작되는 단자 A로 부터 뻗어있는 중간에 다수개의 돌기(이하 손가락(Finger)이라 칭함)로 형성하며, 제 2 메탈라인(70)은 역시 도전성이 있는 물질로 구성되어 있고, 시작되는 단자 B로 부터 뻗어있는 중간에 상기 제 1 메탈라인(60)과 마주보는 방향으로 제 1 메탈라인(60)의 손가락과 교차되도록 손가락을 형성하고 있는 것을 포함하여 본 실시예를 구성한다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 전기 전도성이 없는 PCB(50)위에 부착되어 있는 두 개의 메탈라인 각각에 형성되어 있는 전기장은 PCB(50)위의 각 메탈라인 사이의 공기층을 통하기 때문에 형성되는데, 만약 PCB(50)위가 공기층이 아니고 비유전률이 큰 오일로 차있을 경우 캐패시턴스의 값은 공기에서 보다 더 큰 값을 갖게 되며, 캐패시턴스의 변화량을 크게하기 위해 PCB(50)의 뒷면에도 앞면과 대칭형의 메탈라인을 형성할 수 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 제 1 메탈라인(60)과 제 2 메탈라인(70) 위에 비전도성 물질로 얇게 코딩을 할 경우 전기적으로 전도성이 큰 액체에 대해 사용할 수 있으며, 비전도성 물질로 코딩되어 있는 윗면이 전기전도성이 없는 물질에 놓일 경우 캐패시턴스는 코딩물질 및 전기전도성이 없는 물질의 비유전율에 의해서 결정되지만, 전도성이 있는 액체의 경우 코팅물질에 의해서만 값이 결정되어 두가지 경우에 대한 차이가 있어 이를 운전자가 감지하게 된다.

또한, 도 6a에 도시한 바와 같이, 상기 PCB(50)를 액체 보관용기(90)에 삽입시키기 전에 소정의 삽입용기(110)를 이용하여, 상기 삽입용기(110)에 PCB(50)를 장착한 후, 액체 보관용기(90)에 삽입용기(110)를 아래쪽에서 장착하여 밀봉시켜 액체의 유출을 방지하였으며, 오일 변화 범위까지 상기 삽입용기(110)의 중심부분을 액체 보관용기(90)에 삽입시킨다. 상기 오일 변화 범위까지 삽입용기(110) 안에 있는 PCB(50)가 잠김으로써 A의 하단 일부분과 B가 항상 액체에 담겨있는 상태를 나타내며, A의 상단 일부분과 C는 담겨있는 액체의 용량에 따라 캐패시터값이 변하게 된다.

또한, 도 6b는, 상기 PCB(50)를 액체 보관용기(90)에 삽입시키기 전에 소정의 삽입용기(110)를 이용하여, 상기 삽입용기(110)에 PCB(50)를 장착한 후, 액체 보관용기(90)에 삽입용기(110)를 위쪽에서 장착하여 밀봉시키고, 오일 변화 범위까지 상기 삽입용기(110)의 중심부분을 액체 보관용기(90)에 삽입시킨 경우이다. 상기 오일 변화 범위까지 삽입용기(110) 안에 있는 PCB(50)가 잠김으로써 A의 상단 일부분과 C가 항상 액체에 담겨있는 상태를 나타내며, A의 하단 일부분과 B는 담겨있는 액체의 용량에 따라 캐패시터값이 변하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 액체용량 감지장치의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 오일의 질이 저하됨에 따라 그 저하됨이 일정기준을 넘을때 불특정한 운전자에게 자동차의 오일교환 시기를 디스플레이 해주기 위해서는, 도 2에 도시된 바와 같이 운전자가 자동차 내부에 장착되어 있는 소정의 키를 이용하여 입력부(10)를 통해 오일을 넣기전에 오일 용기의 상태를 셋팅시키고, 메모리부(20)에 셋팅된 오일용기의 셋팅값을 저장하게 된다.

상기 메모리부(20)에 저장되어 있는 오일의 비유전율 값이 초기 오일값보다 4∼5％이상이 증가되면 동시에 캐패시턴스값 역시 4∼5％가 증가하게 되고, 비교판단부(30)를 통해 상기 메모리부(20)에 저장되어 있는 오일의 초기값과 비교하여 자동차 내부에 장착되어 있는 소정의 디스플레이부(40)를 통해서 운전자에게 오일의 교환시기를 알려준다.

또한, 오일의 교환시기를 알려주기 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 전도성이 없는 PCB(50)위에 도전성이 있는 물질로 형성되어 있는 제 1 메탈라인(60)과 제 2 메탈라인(70)의 다수개의 손가락을 서로 교차시켜 장착하고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 PCB(50)의 윗부분에 자기장이 형성되면, 아래부분에서도 역시 자기장이 형성되는데 상기 제 1 메탈라인(60)과 제 2 메탈라인(70)을 보호하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 비전도성 물질로 각 메탈라인 위를 코딩 하게된다.

이어, 도 6a에 도시된 바와 같이 3개의 메탈라인이 서로 교차된 형태로 구성된 비살형 캐패시터를 액체 보관용기(90)의 하단부에서 밀어넣으면 A, B, C 3개의 단자가 자동차에서 사용하는 각종 액체를 교환하는 사람이 보이도록 나오게 되며, 상기 A, B, C 3개의 단자를 액체 보관용기(90)의 상단부에서 밀어 넣어도 상기 A, B, C 단자는 자동차에서 사용하는 각종 액체를 교환하는 사람이 보이도록 나오게 된다.

이후, 액체 보관용기(90)에 액체를 담으면 상기 PCB(50)는 액체에 잠기게 되며, 상기 PCB(50)위에 있는 각 메탈라인 사이에 소정의 캐패시턴스가 존재하는데 이 캐패시터의 값은 PCB(50)의 길이에 대해 비례하며 다음과 같은 관계식이 성립한다.

C =

상기식에서 a는 도 4에 도시된 바와 같이 두 개의 메탈라인 사이의 중심에서 부터 각 메탈라인이 시작되는 부분까지의 거리를 나타낸 것이고, b는 두 개의 메탈라인 사이의 중심에서 부터 각 메탈라인의 끝지점까지의 거리를 나타낸 것이고, K값은 상기 a, b의 영향을 받으나, 상기 메탈라인의 길이 및 각 메탈라인 사이의 길이는 제작당시에 정해져 있기 때문에 K값은 변하지 않는다.

또한,값은 메탈라인 위아래의 물질에 따라 영향을 받는 비유전율인데, 공기중일때는 비유전율이 1이고, 오일 상태일때는 2.5 이상의 값을 가지므로 오일 상태일 때 캐패시턴스의 값이 커짐을 알수 있다.

만약, 오일의 중간까지 PCB(50)가 잠기게 되면 상기 식에서와 같이 캐패시터 값이 변하게 되는데 이는 오일 레벨 때문이다. 이와 같이 상기 PCB(50)위에 두 개의 비살형 캐패시터가 각각 존재(A-B, A-C)하여 오일 레벨을 변화시켜 보면 A, B 단자가 잠기는데 까지는 캐패시터값이 일정하고 A, C 단자는 오일의 양에 따라 캐패시터의 값이 변하게 되는 원리를 이용하여 운전자에게 오일의 상태를 알려주게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 액체용량 감지장치는, 도전성이 있는 빗살형 캐패시터를 비전도성 물질로 코팅하여 사용함으로써 기존의 제품보다 우월한 특성을 가질 수 있으며, 스텐레스 스틸로 만드는 기존의 제품과는 달리 비전도성 기판을 사용하여 PCB화 할 수 있어 가격 경쟁력이 우수하게 되는 효과가 있으며, 또한, 오일의 교환시기를 편리하게 알수 있어 오일교환 시기를 놓치지 않는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 불특정한 차량의 오일 교환시기를 알려주기 위해, 자동차에 장착되어 있는 소정의 키를 이용하여 오일을 넣기전에 PCB가 장착되어 있는 삽입용기를 오일 보관용기에 삽입시키고, 오일 보관용기의 상태를 리셋 시킨 후, 오일의 투입 또는 교체가 완료되었음을 알리는 입력부와; 상기 입력부를 통해 입력되는 캐패시턴스의 값을 메모리 시키는 메모리부와; 상기 메모리부에 저장되어 있는 수치의 상태가 초기 오일의 값보다 얼마나 큰지를 판단하는 비교판단부와; 및 상기 비교판단부에서 판단된 캐패시턴스의 수치가 증가하게 되면 운전자에서 오일의 교환시기를 알려주는 디스플레이부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 PCB의 상태는 소정의 금속을 부착하여 각종 액체에 잠기게 하는 PCB와; 상기 PCB의 중심부에 설치하고 PCB의 하단에 단자가 돌출되어 있으며, 단자의 상부로 부터 다수개의 손가락이 나와있는 제 1 메탈라인과; 상기 제 1 메탈라인과 같은 물질로 형성되어 있으며, 상기 제 1 메탈라인의 시작단자 부터 일정높이까지만 다수개의 손가락이 돌출되어 있어 서로 교차되도록 형성되어 있는 제 2 메탈라인과; 상기 제 2 메탈라인과 같은 방향으로 다수개의 손가락이 제 1 메탈라인과 서로 교차되어 있는 제 3 메탈라인과; 상기 제 1 메탈라인, 제 2 메탈라인 및 제 3 메탈라인의 상단 및 하단에 각 메탈라인의 보호를 위해 코팅시키는 코팅부와; 불특정한 자동차에서 사용하는 각종 액체를 담기 위한 용기로 사용하는 액체 보관용기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 PCB에 부착되는 금속은 비전도성 물질을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 메탈라인, 제 2 메탈라인 및 제 3 메탈라인은 도전성이 있는 물질을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 메탈라인은 액체 보관용기의 외부에서 부터 시작하는 단자 이후부터 다수개의 손가락이 계속해서 형성되어 있어, 제 2 메탈라인 및 제 3 메탈라인과 서로 교차되게 되고, 교차되어 있는 메탈라인에 따라 액체에 항상 감겨있는 부분이 있고 액체의 잠겨있는 부분이 변하게 되는 부분이 있어, 소정의 캐패시턴스의 값이 변하게 되는 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
6. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 메탈라인은 시작단자 부터 다수개의 손가락이 돌출되어 있고, 제 1 메탈라인의 중간까지만 서로 돌기가 교차되고 이후에는 손가락이 형성되어 있지 않아 오일에 항상 잠겨있는 상태이므로 캐패시턴스의 값이 변하지 않는 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
7. 제 2항에 있어서, 상기 제 3 메탈라인은 상기 제 1 메탈라인 및 제 2 메탈라인과 같은 물질로 형성되어 있으며, 상기 제 1 메탈라인의 가운데 이상부터 돌출되어 있는 다수개의 손가락과 서로 교차되도록 구성되고, 상기 제 2 메탈라인과 같은 방향으로 있으며, 제 2 메탈라인의 이후부터 다수개의 손가락이 돌출되어 있어 오일의 양에 따라 캐패시턴스의 값이 변하게 되는 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
8. 제 2항에 있어서, 상기 코딩부는 비전도성 물질로 코딩되어 있는 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.
9. 제 2항에 있어서, 상기 액체 보관용기는 외부로 단자를 빼내기 위해 상기 용기의 하단부나 상단부에 각 메탈라인이 시작되는 단자가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 액체용량 감지장치.