KR19990039185A - 광학식 액위 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 크기가 다른 여러 저장용기에 적용할 수 있게 조정하기가 용이한 감지장치를 제공하는 것이다. 또한, 직선성이 우수한 신호를 출력하고, 압력의 최고 부분에서도 정확한 측정이 가능한 감지장치를 제공하는 것이다.
감지장치는 하우징과, 하우징 내부를 액체 저장조와 연통되며 기체가 수용된 동압실과 외부와 연통되는 정압실로 분리하는 막과, 정압실의 압력과 평형을 이루도록 막의 적어도 일부분에 힘을 가하는 탄성부재과, 막의 적어도 일부분의 이동을 감지하는 광센서부로 이루어진다. 광센서부는 발광소자와 수광소자로 이루어진다. 상기 발광소자와 수광소자 사이에는 빛을 차단하며, 상기 막의 적어도 일부분의 이동에 따라 이동함으로써, 발광소자로부터 수광소자로 전달되는 빛의 차단 정도가 변화하도록 하는 차단부재가 위치한다. 막은 탄성수단으로부터 힘을 받는 부분의 둘레로부터 연장되는 주름진 측벽을 가진다. 감지장치에는 동압실의 압력을 조정하는 조정장치가 있다.

Description

광학식 액위 감지 장치
본 발명은 기름탱크 또는 수조 등 저장탱크에 저장된 액체의 양을 측정하기 위한 감지 장치에 관한 것이다.
통상 가정용 보일러 시스템에서는 기름탱크에 있는 기름의 양을 표시하기 위하여 기름탱크의 옆에 투명한 관을 설치하였다. 그러나, 보일러의 기름탱크는 지하실이나, 실외의 구석에 설치되는 경우가 많아 기름의 잔량을 확인하기가 어렵거나 불편하였다.
이러한 결점을 극복하기 위하여 보일러 시스템에 광학식 액위 감지장치를 설치할 수도 있다. 그러한 광학식 액위 감지장치의 하나가 한국특허공고 제96-13254호에 기재되어 있다. 상기 감지장치는 공기도입구와 편평한 고무막과, 상부케이스에 설치된 발광 및 수광소자, 고무막에 설치된 반사판으로 구성된다. 이러한 종래의 감지장치는 먼저 고무막의 변형에 한계가 있어 압력의 최고부분에서 정확한 측정이 어렵고, 일정한 압력 범위 내에서만 사용해야 하므로 함께 사용하기에 적합한 액체용기 또는 저장탱크가 정해져 있다. 또한, 광소자와 반사판 사이의 거리 변화에 의해 전류의 변화를 얻으므로 그 신호가 곡선이다. 따라서, 이 신호를 디지털화하기 어렵다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 크기가 다른 여러 저장용기에 적용가능하도록 조정이 용이한 감지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 출력되는 신호의 직선성이 우수한 감지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 고안의 다른 목적은 압력의 최고 부분에서도 정확한 측정이 가능한 감지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 고안의 다른 목적은 부품의 일부가 파손되더라도 액체의 유출을 방지할 수 있는 감지장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 감지장치가 설치된 가정용 보일러 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 감지장치의 단면도.
도 3은 기름의 높이에 따른 수광소자 출력 전류의 변화를 나타낸 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
25 : 감지장치50 : 하우징
53 : 막62 : 감지부
112 : 구동기구121 : 스프링
129 : 발광소자132 : 수광소자
134 : 차단부재142 : 조절나사
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하우징과, 기체가 수용되며 액체저장조와 연통되는 동압실과, 외부와 연통되는 정압실로 상기 하우징 내부를 분리하는 막과, 상기 동압실의 압력과 평형을 이루도록 막의 적어도 일부분에 힘을 가하기 위한 탄성수단과, 상기 막의 적어도 일부분의 이동을 감지하는 광센서부로 이루어진 액체 저장조에 저장된 액체의 높이를 감지하는 감지장치에 있어서, 상기 광센서부는 발광소자와 수광소자로 이루어지며, 상기 광센서부는 발광소자와 수광소자 사이에 위치하며, 상기 막의 적어도 일부분의 이동에 따라 이동하는 차단부재를 갖는 것을 특징으로 하는 감지장치를 제공한다.
본 발명의 감지장치는 바람직하기로는 동압실에 수용된 기체의 압력을 조절하기 위한 압력조절수단을 더 구비한다. 이러한 동압실 압력 조절수단은 탄성수단의 길이를 변화시켜, 동압실에 걸리는 압력을 조절하는 장치로 이루어질 수도 있다. 감지장치의 막은 상기 탄성수단으로부터 힘을 받는 일부분의 둘레로부터 연장되는 주름진 측벽을 가지는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 바람직한 실시예로서 가정용 보일러의 연료 탱크에 있는 기름의 양을 측정하기 위한 것으로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 가정용 보일러 시스템을 도시하고 있다. 가정용 보일러 시스템은 기름 탱크(12), 보일러(14), 제어판(16)과 송유관(27)으로 이루어져 있다. 기름 탱크(12)에는 주유구(19)가 있다. 기름탱크(12)는 송유관(27)을 통하여 보일러(14)와 연결되어 있다. 보일러(14)내에는 기름을 연소하기 위한 버너(22)를 구비한다. 송유관(27)이 버너(22)까지 연장된다. 송유관(27)에는 밸브(29)가 부착되며, 버너(22)에 기름을 원활하게 공급하기 위한 펌프(24)가 구비된다. 또한, 송유관(27)에는 본 발명에 따른 감지 장치(25)가 설치된다. 보일러(14)를 제어하기 위한 제어판(16)에는 기름탱크에 남은 량을 표시하기 위한 표시부(32)가 부착된다. 감지 장치(25)와 제어판(16) 사이에는 감지장치(25)에 전기를 공급하고 감지 장치에서 생성된 신호를 전달하기 위한 전선(33)이 마련된다. 제어판(16)에는 감지장치(25)의 신호를 표시부(32)에 나타내는 회로가 내장된다. 표시부(32)는 아나로그 또는 디지털 방식이다.
도 2는 본 발명에 따른 감지 장치(25)를 도시한다. 감지 장치(25)는 하우징(50)을 구비한다. 하우징(50) 내부는 막(53)에 의해 정압실(56)과 동압실(58)로 나뉜다. 동압실(58)에는 공기가 들어 있다. 감지장치(25)에는 감지부(62)가 있으며, 막(53)의 상하 이동을 감지부(62)에 전달하는 구동기구(112)가 있다.
하우징(50)은 상부하우징(68)과 하부하우징(70)으로 구성된다. 하부하우징(70)은 원형의 바닥(71)과 바닥(71)의 원형 둘레로부터 위쪽으로 연장되는 원통형의 측벽(73)을 갖는다. 측벽(73)의 상단에는 플랜지(75)가 형성되어 있다. 바닥(71)의 중앙에는 개구(79)가 있는 보스(82)가 있다. 보스(82)의 외측에는 나사산이 형성된다.
하부하우징(50)의 보스(82)에는 정압실(56)과 송유관(27) 사이를 연통하도록 연결해 주는 연결관(66)을 부착된다. 연결관(66)의 상부 내측에 나사산이 있다. 연결관(66)의 나사산과 보스(82)의 나사산에 의해 연결관(66)이 하부하우징(70)에 결합된다. 연결관(66)과 하부하우징(70) 사이에는 밀봉을 위한 밀봉링(83)이 끼워진다. 연결관(66)의 하부에도 내측에 나사산이 형성되어 있다. 한편 송유관(27)에는 분기관(86)이 형성된다. 분기관(86)의 외측에는 나사산이 나있다. 분기관(86)의 나사산과 연결관(66) 하부에 있는 나사산의 결합에 의해 연결관(66)이 송유관(27)에 고정된다. 그러면 송유관(27)과 하우징(50)의 내부는 연통된다. 연결관(66)과 분기관(86) 사이에는 밀봉을 위한 밀봉링이 끼워진다. 연결관(66)의 중간부분까지 기름이 올라온다.
하부하우징(70)의 위에는 막(53)이 위치한다. 막(53)의 윗벽(88)은 편평하며 원통형이다. 윗벽(88)의 둘레로부터 주름진 측벽(90)이 아래로 연장된다. 측벽(90)의 맨 아래쪽에는 플랜지(92)가 형성되어 있다. 막(53)은 고무로 얇게 성형된 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
상부하우징(68)은 원통형 측벽(96)과 윗벽(98)으로 이루어진다. 상부하우징(68)의 중앙에는 원통형 보스(105)가 형성된다. 보스(105)의 내측에는 나사산이 형성되어 있다. 측벽(96)의 아래부분에는 플랜지(102)가 형성되어 있다. 상부하우징(68)의 플랜지(102)와 하부하우징(70)의 플랜지(75) 사이에 막(53)의 플랜지(92)가 끼워진다. 상부하우징(68)과 하부하우징(70)은 결합부재(104)에 의해 밀봉결합된다. 결합부재(104)로는 금속 심(Seam)이 사용되나, 이에 한정되지 않는다. 금속 심 대신에 볼트와 너트를 이용하여 결합할 수도 있다. 상부하우징(68)의 상부 구석에는 밀봉링(103)이 설치된다. 이 밀봉링(103)은 막(53)의 파손에 의해 기름이 유출되는 것을 후술하는 구동기구(112)의 원판(113)과 상호 작용하여 막는다.
구동기구(112)는 원판(113)과 원판(113)의 중앙에 부착된 막대(115)를 갖는다. 원판(113)의 아래는 동압실(58)의 압력을 받을 수 있도록, 막(53)의 윗판(88)과 접한다. 한편, 상부하우징(68)의 보스(105) 내측에는 안내부싱(118)이 삽입된다. 안내부싱(118)의 외측에는 나사산이 형성되어 있어, 보스(105) 내측에 나사결합에 의해 끼워진다. 부싱(118)의 내부 구멍에는 막대(115)가 상하운동 가능하게 삽입된다. 정압실(58)은 부싱(118)의 구멍을 통해 외부와 연통된다. 정압실(58)의 연통로를 상부하우징(68)의 적절한 위치에 별도로 설치할 수도 있다. 안내부싱(118)과 원판(113)의 윗면 사이에는 원판(113) 힘을 가하기 위한 스프링(121)이 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 압축 스프링(121)을 사용하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 탄성 수단도 사용할 수 있다. 막대(115)의 상단에는 막대(115)의 길이방향으로 연장된 홈(123)이 형성되어 있다. 홈(123)의 내부에는 나사산이 형성된다.
감지부(62)는 센서부(114)로 이루어진다. 센서부(114)는 기판(126)과 기판(126) 위에 고정된 발광소자(129) 및 수광소자(132)를 구비한다. 발광소자(129)로는 LED를 사용하는 것이 바람직하다. 수광소자(132)로는 CdS 셀을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 발광 및 수광소자의 재료는 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(126)에는 외부로부터 전원을 공급받고, 신호를 내보내기 위한 전선(130)이 연결된다. 전선(130)은 전선(33)에 연결되며 결국 제어판(16)(제 1 도 참조)에 연결된다.
발광소자(129) 및 수광소자(132)는 서로 마주보도록 기판(126) 위에 배치된다. 발광소자(129)와 수광소자(132) 사이에는 차단부재(134)가 끼워진다. 차단부재(134)는 발광소자(129)와 수광소자(132) 사이를 차단하기에 적합한 판형상의 차단부(135)를 갖는다. 결합부(139)가 차단부(135)의 상부 끝에서 차단부(135)와 수직을 이루며 연장된다. 결합부(139)의 단부에는 결합구멍이 형성된다. 결합구멍에 0점 조절 나사(142)가 삽입된다. 나사(142)의 아래쪽에는 차단부재(134)를 구속하기 위한 멈춤링(143)이 부착되어 있다. 나사(142)는 막대(115) 상부의 홈(123)에 삽입된다.
상부하우징(68)의 위에는 뚜껑(146)이 설치된다. 이 뚜껑(146)은 외부 광선을 차단하도록 불투명한 소재로 이루어진다. 뚜껑(146)에는 전선(130)이 통과할 수 있는 구멍(148)이 형성된다. 상기 구멍(148)은 공기의 통로가 된다. 뚜껑(146)은 상부하우징(98)의 상부에 착탈가능하게 설치된다.
이하 본 발명의 작용에 대하여 도 1 및 도 2을 참조하여 설명한다. 탱크(12)의 기름의 높이가 높아지면 동압실(58)에 가해지는 압력이 증가한다. 증가한 압력은 스프링(121)의 힘과 평형을 이루도록 막(53)의 윗벽(88) 및 원판(113)을 밀어올린다. 원판(113)의 상승과 함께 차단부재(134)도 상승한다. 그러면, 발광소자(129)에서 나와 수광소자(132)에 도달하는 빛의 양이 증가한다. 이에 따라, 수광소자(132)에서 증가한 빛의 양에 대응하는 전기적 신호가 발생하여 제어판(16)에 전달된다. 이것이 제어판(16)의 표시부에 표시된다. 한편, 기름을 사용하여 그 높이가 낮아지면, 동압실(58) 내의 압력이 떨어진다. 이에 따라 차단부재(134)가 아래로 이동하여 수광소자(132)에 전달되는 빛의 양이 줄어든다. 이러한 변화가 제어판(16)의 표시부(32)에 표시된다.
한편, 안내부싱(118)을 회전시키면 안내부싱(118)이 윗쪽 또는 아래쪽으로 이동한다. 안내부싱(118)의 이동에 따라 스프링(121)의 압축량이 변화한다. 이 변화에 따라, 동압실(58)의 압력이 변화하고, 이러한 작용에 의해 최고 액면과 최저 액면의 높이차가 다른 탱크에 수용된 기름의 높이도 측정할 수 있다. 또한, 안내부싱(118)을 회전시켜 빼내면 손쉽게 스프링(121)을 탄성계수가 큰 것으로 교환할 수 있다. 따라서, 최고 액면과 최저 액면의 높이차가 아주 큰 예를 들면, 저유조 등 대용량의 탱크에 저장된 액체의 양도 측정할 수 있다. 한편, 조절나사(142)를 회전시키면 나사의 회전에 따라, 차단부재(139)가 상하로 이동하므로 기름이 최저 상태일 때, 표시부의 바늘이 0의 눈금에 오도록 조절할 수 있다.
도 3은 기름의 높이 변화에 따라 수광소자에서 출력되는 전류가 어떻게 변화하는지를 보여주는 선도이다. 수광소자에서 출력되는 전류의 크기는 기름의 높이에 비례한다.
이제까지 본 발명을 하나의 바람직한 실시예를 인용하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예에서는 감지장치(25)를 기름탱크에 직접 삽입할 수도 있다. 이때에는 하부하우징(70) 아래에 부착된 연결관(66)은 길게 하여 기름탱크의 저면 또는 기름 배출구보다 낮은 위치까지 도달하게 하여야 한다.
또한 본 발명에 따른 감지장치는 보일러의 기름탱크에 수용된 기름의 높이만을 측정할 수 있는 것은 아니다. 세탁기의 수위 감지 장치로도 이용될 수 있으며, 어떠한 종류의 액체라도 저장조에 수용되는 양을 측정하는 데에 이용할 수 있다.
본 발명의 감지장치는 자동차의 연료탱크에 있는 연료의 잔량을 측정하는데에도 사용할 수 있다. 이때, 감지 장치는 연료 탱크의 상부에 위치시키는데, 자동차를 위에서 보았을 때, 연료탱크의 기하학적 중심에 연결관이 위치하도록 한다. 이렇게 위치시키면, 자동차의 기울기에 관계없이 연료탱크에 남아있는 연료의 양을 정확하게 표시할 수 있다.
본 발명에 따른 감지장치는 스프링의 길이를 조절하여 동압실에 걸리는 압력을 조절할 수 있고, 나아가 손쉽게 스프링을 교환할 수 있다. 따라서, 최고 액면의 높이가 다른 저장용기 또는 탱크에 저장된 액체의 높이를 측정할 수 있도록 조정이 용이하다.
또한, 발광소자와 수광소자를 일정한 거리에서 대향하도록 배치하고 차단부재가 그 사이에 끼워져 있다. 따라서, 차단부재의 이동에 따라 수광소자에 도달하는 빛의 양이 정확하게 제어되므로, 본 발명에 따른 감지장치는 그 감지장치로부터 출력되는 신호의 직선성이 우수하다.
본 발명에 따른 감지장치는 측벽의 주름진 막을 사용하므로 압력의 최고 부분에서도 정확한 측정이 가능하다.

Claims (6)

  1. 하우징과,
    기체가 수용되며 액체 저장조와 연통되는 동압실과, 외부와 연통되는 정압실로 상기 하우징 내부를 분리하는 막과,
    상기 동압실의 압력과 평형을 이루도록 막의 적어도 일부분에 힘을 가하기 위한 탄성수단과,
    상기 막의 적어도 일부분의 이동을 감지하는 광센서부로 이루어진 액체 저장조에 저장된 액체의 높이를 감지하는 감지장치에 있어서,
    상기 광센서부는 발광소자와 수광소자로 이루어지며,
    상기 광센서부는 발광소자와 수광소자 사이에 위치하며, 상기 막의 적어도 일부분의 이동에 따라 이동하는 차단부재를 갖는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 동압실에 수용된 기체의 압력을 조절하기 위한 압력조절수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 감지장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 막은 상기 탄성수단으로부터 힘을 받는 일부분의 둘레로부터 연장되는 주름진 측벽을 가지는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 저장조에 저장된 액체가 최저 높이에 있을 때, 상기 차단부재가 사전설정된 위치에 있도록 조정하는 0점 조정수단을 갖는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 막의 파손에 의한 액체의 누출을 방지하는 누출 방지 수단을 더 갖는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 발광소자는 LED로 이루어지며, 상기 수광소자는 CdS 셀로 이루어진 것을 특징으로 하는 감지장치.
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