KR20010087119A - 저항성 유체 레벨 감지 및 제어 시스템 - Google Patents

저항성 유체 레벨 감지 및 제어 시스템 Download PDF

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토마스 더블유. 버크맨
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Abstract

유체 레벨 감지 시스템은, 콘테이너의 상부에 배치된 상단부, 및 상기 콘테이너의 하부에 배치된 하단부를 구비하는 저항성 요소를 포함한다. 저항성 요소의 저항은 콘테이너의 상부와 하부 사이에서 변화한다. 저항성 요소와 실질적으로 동일한 길이를 갖는 적어도 부분적인 전도성 스트립은, 일반적으로 상기 저항성 요소와 평행하게, 저항성 요소와 대체로 동일한 콘테이너에서의 높이에서 배치된다. 입력 신호 소스는 직렬 저항기에 의해 저항성 요소에 연결된다.

Description

저항성 유체 레벨 감지 및 제어 시스템{RESISTIVE FLUID LEVEL SENSING AND CONTROL SYSTEM}
본 출원은, 이와 함께 공통적으로 양도되고, 본 명세서에 참조되어 병합된, "저항성 유체 레벨 감지 및 제어 시스템"이라는 제목인, 1998년 6월 4일에 출원된, 공동 계류 중인 미국 특허 출원 번호(제 09/090,439호)에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 비-부유성(non-floating) 유체 레벨(fluid level) 센서에 관한 것인데, 더 구체적으로, 콘테이너(container)내의 유체 레벨을 감지하고 제어하기 위한 전자 시스템에 관한 것이다.
전기적으로 저항성 유체 레벨 센서는, 일반적으로 전도성 및 부분적인 전도성 유체 레벨을 측정하는 것으로 공지되고, 부식되기 쉬운 부품의 실질적인 생략, 절감된 비용, 및 개선된 정밀도 및 신뢰도를 포함하여, 부유성 기계 센서에 비해 많은 이점을 제공한다.
"저항성 유체 레벨 감지 및 제어 시스템"이라는 제목인, 인용된 출원(제 09/090,439호)은, 유체 레벨 센서를 개시하는데, 상기 유체 레벨 센서는, 일반적으로, 예를 들어 세탁조와 같은 콘테이너에 배치된 한 쌍의 탄소 또는 중합 저항성 막 요소를 포함한다. 콘테이너내에 있는 전도성 또는 부분적인 전도성 유체는, 상대적으로 낮은 저항, 또는 단락, 저항성 요소 사이에 경로를 제공하여, 저항성 요소 사이의 직렬 연결을 형성한다. 저항성 요소의 저항은 콘테이너내의 변화하는 유체 레벨에 비례하여 연속적으로 변화된다. 직렬 저항성 요소 양단간에서 측정된 전압 출력의 해당 변화는 콘테이너내의 유체 레벨을 표시하고, 예시적인 세탁기 응용 장치(application)에서, 출력 전압은 상기 콘테이너로의 유체 공급을 제어하도록 사용된다. "레벨 센서"라는 제목의 미국 특허 번호(제 5,083,460호)를 또한 참조하라.
"콘테이너에 대한 분량 감지 시스템"라는 제목의 미국 특허 번호(제 4,169,377호)는 레벨 감지 시스템을 개시하는데, 상기 레벨 감지 시스템은, 저항성 요소의 저항이 변화하는 물질 레벨에 어느 정도 비례하여 불연속적으로 변화되도록, 유동가능(flowable) 물질 내에 배치된 한 쌍의 직렬로 연결된 저항성 요소를 구비한다. 저항성 요소 각각은 유동가능 물질로부터 전기적으로 절연되는 저항성 스트립(strip)을 포함한다. 각 스트립은, 일정 간격으로 떨어진 관계에 있고 유동가능 물질과 전기적으로 접촉한 상태로 상기 스트립에 배치된 다수의 전극을 구비하여, 변화하는 물질 레벨에 따라 저항성 요소의 저항에서의 불연속 변화를 제공한다.
"저항성/전도성 중합체를 갖는 비 부유성 게이지"라는 제목의 미국 특허 번호(제 5,626,053호)는 전기적으로 접지된 유체 탱크 안에 배치된 하나의 길다란 저항성 부재를 개시한다. 저항성 부재는, 저항성 요소와 전기적으로 접지된 탱크 벽면 사이의 거리 편차를 보충하기 위해 탱크의 단면에서의 편차에 해당하는 수직 길이에 따른 불규칙한 단면을 갖는다.
본 발명은 유체 레벨 감지의 관련 기술에서의 개선점을 얻는 것인데, 더 구체적으로 저항성 유체 레벨 센서 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 경제적이고, 관련 기술에서의 문제점을 해결하는 새로운 저항성 유체 레벨 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 정밀하고 신뢰성있는 새로운 저항성 유체 레벨 센서 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이중 안전 장치(fail safe)가 있는 새로운 저항성 유체 레벨 센서 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 변화하는 유체 레벨을 연속적으로 감지하는 새로운 저항성 유체 레벨 센서 및 시스템을 또한 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변화하는 불연속적으로 유체 레벨을 감지하는 새로운 저항성 유체 레벨 센서 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은, 콘테이너, 예를 들어 세탁조내의 유체 레벨을 감지하고, 상기 세탁조내의 유체 레벨이 지정된 레벨에 도달할 때 상기 세탁조로의 유체 공급을 중단시키기 위한 새로운 저항성 유체 레벨 센서 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기적으로 접지된 콘테이너, 예를 들어 몇몇 세탁조내의 유체 레벨을 감지하기 위한 새로운 유체 레벨 센서 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 더 특정한 목적은 일반적으로 저항성 요소를 포함하는 새로운 유체 레벨 감지 시스템을 제공하는 것인데, 상기 저항성 요소는, 콘테이너의 상부에 배치된 상단부, 및 콘테이너의 하부에 배치된 하단부를 갖되, 저항성 요소의 단위 길이 당 전기 저항은 콘테이너의 상부와 하부 사이에서 변화된다. 상기 시스템은, 저항성 요소와 실질적으로 동일한 길이를 갖는 전도성 또는 부분적인 전도성 스트립을 또한 포함한다. 상기 스트립은, 일반적으로 저항성 요소에 평행하고, 저항성 요소와 대체로 동일한 콘테이너내의 높이에서 배치된다.
본 발명의 또 다른 더 특정한 목적은, 일반적으로 저항성 요소를 포함하는 새로운 유체 레벨 감지 시스템을 제공하는 것인데, 상기 저항성 요소는, 콘테이너의 상부에 배치된 상단부, 및 콘테이너의 하부에 배치된 하단부를 갖되, 저항성 요소의 단위 길이 당 전기 저항은, 콘테이너의 하부를 향해 증가하고, 콘테이너의 상부를 향해 감소한다. 상기 시스템은, 저항성 요소와 실질적으로 동일한 길이를 갖는 전도성 또는 부분적인 전도성 스트립을 또한 포함한다. 상기 스트립은, 일반적으로 저항성 요소에 평행하고, 콘테이너내의 저항성 요소와 대체로 동일한 높이로 배치된다.
본 발명의 또 다른 목적은, 일반적으로 절연된 반-전도성 막 스트립을 포함하는 새로운 유체 레벨 감지 저항성 요소를 제공하는 것인데, 상기 스트립은 부 전도성 기판 상에 부착된 다수의 불연속 스트립 부분을 포함한다. 저항성 요소의 각 불연속 스트립 부분은 해당 폭 크기를 갖되, 부 전도성 기판의 제 1 단부에 대한 폭 크기는 상기 기판의 마주보는 제 2 단부에 대한 폭 크기보다 더 넓다. 다수의전극은, 부 전도성 기판의 일정 간격으로 떨어진 관계에서 배치되고, 저항성 요소의 불연속 스트립 부분의 해당 부분에 연결된다.
본 발명의 더 또 다른 목적은, 부 전도성 기판에 부착된, 일반적으로 절연된 반-전도성 막 스트립을 포함하는 새로운 유체 레벨 감지 저항성 요소를 제공하는 것인데, 반-전도성 막 스트립은 상기 스트립의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 연속적으로 좁아지는 테이퍼(taper) 형태의 폭 크기를 갖고, 반-전도성 막 스트립의 제 1 단부는 상기 스트립의 제 2 단부보다 더 넓은 폭 크기를 갖는다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 측면, 특성 및 이점은, 다음의 본 발명의 상세한 설명, 및 이해의 편의를 위해 비례하지 않을 수 있는 첨부 도면을 철저하게 고려하면 더욱 더 완전히 명백해질 것이고, 구성과 단계와 같은 것은 해당 번호와 표식에 의해 일반적으로 참조된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 유체 레벨 감지 및 제어 시스템.
도 2는 유체 레벨 변화를 연속적으로 측정하기 위한 예시적인 연장된 저항 막 요소.
도 3은 유체 레벨 변화를 불연속적으로 측정하기 위한 예시적인 연장된 저항 막 요소,
도 4는 교류 입력 전압을 갖는 예시적인 유체 레벨 감지 및 제어 시스템.
도 5는 유체 레벨 센서를 위한 예시적인 대안적인 DC 입력 회로.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 유체 레벨 감지 및 제어 시스템 20: 콘테이너
22: 하부 24: 상부
31: 상단부 33: 하단부
32: 반-전도성 막 스트립 34, 50: 부 전도성 기판
35, 37, 54, 56: 전기 접점 39: 부분적인 전도성 스트립
40: 반-전도성 막 스트립 41, 43, 45, 47: 불연속 스트립 부분
42, 44, 46, 48: 전극 53: 전도성 막 스트립
70: 입력 신호 소스 110: 변환기 회로
120: 비교기 회로
도 1은, 유체 레벨 감지 및 제어 시스템(10)인데, 상기 시스템은, 콘테이너(20)내의 전도성 또는 적어도 부분적인 전도성 유체의 레벨을 감지하기 위한 유체 레벨 감지 시스템 부분, 및 유체 레벨 감지 시스템 부분에 의해 제공된 신호에 기초하여, 콘테이너로의 유체 공급을 제어하기 위한 제어 시스템 부분을 포함한다.
본 발명의 예시적인 응용 장치에서, 아래에 추가로 설명된 바와 같이, 콘테이너(20)는 세탁조이고, 시스템(10)은 상기 세탁조내의 수위를 감지하고, 콘테이너내의 지정된 수위를 감지하자마자 세탁조로의 급수를 중단시킨다. 시스템(10)은,콘테이너내의 유체 레벨을 감지하거나 검출하는 것이 바람직하고, 또한 몇몇 실시예에서는 제어하는 것이 바람직한 임의의 응용 장치에서 더욱 일반적으로 사용될 수 있다.
콘테이너(20)는 일반적으로 하부(22) 및 상부(24)를 구비하고, 예시적인 세탁조 응용 장치에서, 콘테이너는 상부와 하부 사이에서 실질적으로 일정한 단면을 갖는다. 다른 콘테이너에서, 콘테이너의 상부 및/또는 하부는 정확히 일정한 단면을 갖지 않는데, 예를 들어 콘테이너의 측면 부분(21)과 바닥(23) 사이의 윤곽을 나타내는 곳이 그렇다. 다른 콘테이너는, 가늘어지는 상부 넥(neck), 또는 콘테이너의 상부 측면 부분으로부터 확장하는 덮개 부분을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 콘테이너는 임의의 단면 형태를 가질 수 있다.
유체 레벨 감지 시스템 부분은 일반적으로 콘테이너에 배치된 저항성 요소를 포함하되, 저항성 요소의 상단부는 콘테이너의 상부에 배치되고, 저항성 요소의 하단부는 콘테이너의 하부에 배치된다. 대부분의 응용 장치에서, 저항성 요소가 콘테이너에 수직으로 배치되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 입력 신호는 유체 콘테이너에 배치된 저항성 요소에 인가된다. 아래에 추가로 설명된 바와 같이, 저항성 요소를 통한 출력 신호는 콘테이너에서 변화하는 유체 레벨에 따라 변화되고, 콘테이너내의 유체 레벨을 표시한다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 입력 전압 신호(Vs)는, 도시된 바와 같이, 저항성 요소의 상단부에 연결된 제 1 단부를 갖는 직렬 저항기(R0)를 통해저항성 요소(RS)에 인가된다. 도 1에서, 콘테이너(20)에 배치되는 단일 저항성 요소(RS)만이 있고, 콘테이너는 점선 접지 기호(12)에 의해 나타난 바와 같이, 전기적으로 접지된다. 출력 신호는 콘테이너의 상부와 전기 접지 사이의 저항기(RS) 양단간에서 측정된다. 다른 실시예에서는, 어떠한 직렬 저항기도 없다. 몇몇 다른 실시예에서, 콘테이너는 전기적으로 접지되지 않고, 전기 직렬 구성으로 콘테이너내에 나란히 배치된 2개의 유사한 저항성 요소가 있다.
상기 하나 또는 그 이상의 저항성 요소의 단위 길이 당 저항이 콘테이너의 상부와 하부 사이에서 변화하는 것이 바람직하다. 콘테이너의 상부와 하부 사이에 있는 저항성 요소의 저항을 변화시키는 것은 저항성 요소의 저항 허용 오차 편차를 보충하는데 유용하다. 저항을 변화시키는 것은 또한 시스템에 불리하게 영향을 미치는 환경 변화를 보충하도록 사용될 수 있다.
일실시예에서, 저항성 요소의 단위 길이 당 저항은, 저항성 요소의 하단부를 향해 증가하고, 상단부를 향해 감소한다. 따라서, 도 1의 실시예에서, 저항성 요소(RS)의 저항은 콘테이너의 하부를 향해 증가하고, 상부를 향해 감소한다. 이러한 예시적인 방법으로 저항성 요소(RS)의 단위 길이 당 저항을 변화시키는 것은, 저항성 요소(RS) 양단간의 출력 전압 신호와 콘테이너의 유체 레벨 사이에 더 선형적인 관계를 제공한다. 그러나, 다른 실시예에서, 저항성 요소(RS)의 단위 길이 당 저항은, 특정 응용 장치의 요구조건에 따라, 몇몇 다른 비선형 관계를 제공하도록 변화될 수 있다.
일실시예에서, 저항성 요소의 단위 길이 당 저항은 상부와 하부 사이에서 연속적으로 변화한다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 저항성 요소는 부 전도성 기판(34)에 부착된 반-전도성 막 스트립(32)이다. 반-전도성 막 스트립(32)은, 상단부(31)와 하단부(33) 사이에서 연속적으로 좁아지는 테이퍼 형태의 폭 크기를 갖되, 상기 막 스트립의 상부는 하부보다 더 넓은 폭 크기를 갖는다.
도 2의 예시적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 접점(35 및 37)은 막 스트립(32)의 상부에 가까운 부 전도성 기판(34)의 상부에 배치된다. 제 1 및 제 2 전기 접점(35 및 37)이 부 전도성 기판(34)에 부착된 전도성 물질인 것이 바람직하다. 제 1 전기 접점(35)은 막 스트립(32)의 상단부에 직접 연결되고, 제 2 전기 접점(37)은 또 다른 전도성 또는 부분적인 전도성 스트립(39)에 의해 막 스트립의 하단부에 연결되는데, 상기 스트립(39)은 접점(37)과 동일한 전도성 물질 또는 반-전도성 막 스트립(32)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
전도성 또는 반-전도성 스트립(39)은 반-전도성 스트립(32)에 일반적으로 평행하게 배치된다. 상기 스트립(39)은, 또한 반-전도성 스트립(32)과 대체로 동일한 길이를 갖고, 부 전도성 기판(34)상의 대체로 동일한 높이에 위치한다. 예시적인 실시예에서, 스트립(39)은 반-전도성 막 스트립(32)의 하단에 직접 연결되지만, 그러한 직접적인 연결은 필요하지 않는데, 이는, 콘테이너의 전도성 또는 부분적인 전도성 유체가 콘테이너내의 유체 레벨에 따라 상이한 레벨에서 그것 사이에 전도성 경로를 제공할 것이기 때문이다.
하나의 예시적인 유체 레벨 감지 시스템 구성에서, 도 2의 저항성 요소(32)는 콘테이너에 수직으로 배치되고, 입력 신호는, 예를 들어, 부 전도성 기판(34) 상의 제 1 접점(35)에 연결된 도 1의 직렬 저항기(R0)를 통해 막 스트립(32)의 상단에 인가된다. 몇몇 세탁기 응용 장치를 대표하는 하나의 예시적인 회로 구성에서, 제 2 접점(37)은 전기 접지에 연결된다.
작동 중에, 콘테이너의 유체 레벨이 변화함에 따라, 막 반-전도성 스트립(32)의 부분들은 반-전도성 스트립(32) 및 전기적으로 접지된 스트립(39)에 접촉하는 유체에 의해 전기 접지에 단락된다. 저항성 요소 양단간의 출력 신호는 상기 접점(35 및 37) 사이에서 측정된다. 접지된 스트립(39)이 반-전도성 스트립(32)에 일반적으로 평행하고, 상기 반-전도성 스트립과 동일한 높이에 있기 때문에, 콘테이너의 단면에서의 변화량은 접점(35 및 37) 양단간에서 측정된 저항에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 따라서 출력 신호에 불리한 영향을 미치지 않는다.
막 스트립(32)을 통한, 더 구체적으로 접점(35 및 37) 사이의 출력 신호는 콘테이너내의 유체 레벨에 다소 연속적인 비율로 변화된다. 막 스트립을 통한 출력 신호가 콘테이너내의 변화하는 유체 레벨에 의해 실질적으로 선형으로 변화되도록, 테이퍼 형태인 폭 크기를 갖는 막 스트립(32)이 선택되는 것이 바람직하다. 반-전도성 막 스트립(32)의 특정한 테이퍼 형태의 폭 크기는, 일반적으로 특정한 전기 회로 구성에 달려있고, 실험을 과도하게 하지 않아도, 당업자에 의한 계산 또는 시행 착오에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 아래에 추가로 설명된 바와 같이, 연속적인 가변 출력 신호는, 콘테이너의 유체 레벨을 표시하도록 사용될 수 있고, 몇몇 응용 장치에서는 제어하도록 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 저항성 요소의 단위 길이 당 저항은 상기 저항성 요소의 상단부와 하단부 사이에서 불연속적으로 변화된다. 하나의 구성에서, 다수의 전극은 상단부와 하단부 사이의 일정 간격으로 떨어진 관계에서 저항성 요소에 배치된다. 다수의 각각의 전극이 상이한 저항을 갖는 저항성 요소의 해당 부분에 연결되는 것이 바람직하다. 저항성 요소는 유체로부터 전기적으로 절연되지만, 전극은 유체에 접하게 된다.
도 3의 예시적인 실시예에서, 저항성 요소는 부 전도성 기판(50)에 부착된 반-전도성 막 스트립(40)이다. 막 스트립(40)은 다수의 불연속 스트립 부분(41, 43, 45, 및 47)을 포함하는데, 상기 스트립 부분 각각은 상기 막 스트립의 상부와 하부 사이에서 감소하는 해당 폭 크기를 갖는다. 반-전도성 막 스트립(40)은, 예를 들어 도면에 도시되지 않은 또 다른 부 전도성 기판으로 막 스트립(40)을 덮음으로써 유체로부터 전기적으로 절연된다.
도 3에서, 다수의 전극은, 부 전도성 기판(50)에 부착되어 있고 해당 불연속 스트립 부분(41, 43, 45 및 47)에 연결된 해당 다수의 전도성 막 부분(42, 44, 46 및 48)이다. 다른 실시예에서, 막 스트립(40)은 불연속 스트립 부분 및 해당 전극을 다소 가질 수 있다. 바람직하게, 전극만이 콘테이너의 유체에 노출되지만, 몇몇 실시예에서, 반-전도성 스트립(40)도 또한 노출될 수 있다.
도 3에서, 직렬 저항기는 부 전도성 기판(50)에 부착된 제 2 반-전도성 막 스트립(52)으로 또한 형성된다. 제 2 반-전도성 막 스트립(52)은 유체로부터 전기적으로 절연되고, 부 전도성 기판(50)에 부착된 전도성 막 스트립(53)에 의해 제 1 반-전도성 막 스트립(40)의 제 1 단부에 연결된 제 1 단부를 갖는다. 또한, 전도성 막 스트립(53)은 유체로부터 전기적으로 절연된다. 도 3의 제 2 반-전도성 막 스트립(52)은 선택적이고, 도 1의 직렬 저항기(R0)에 해당한다. 다른 실시예에서, 직렬 저항기는 부 전도성 기판으로부터 분리될 수 있고, 다른 실시예에서, 직렬 저항기는 필요하지 않다.
도 3의 예시적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 접점(54 및 56)은 막 스트립(40)의 상부에 가까운 부 전도성 기판(50)의 상부에 배치된다. 제 1 전기 접점(54)은 막 스트립(40)의 상단에 직접 연결되고, 제 2 전기 접점(56)은, 접점(56)과 동일한 전도성 물질 또는 반-전도성 물질로 구성된 또 다른 막 스트립(51)에 연결된다. 막 스트립(51)은, 막 스트립(40)에 일반적으로 평행하고 동일한 높이로, 부 전도성 기판의 상부와 하부 사이에 걸쳐진다. 대안적으로, 막 스트립(51)은 도 2의 실시예에서와 같이 저항성 요소(40)의 하부에 연결될 수 있다.
도 3의 예시적인 실시예는, 부 전도성 기판(50)의 상부에 배치된 제 3 전기 접점(58)을 또한 포함한다. 제 3 접점(58)은, 또한 유체로부터 절연되는 것이 바람직한 전도성 스트립(60)에 의해 직렬 저항성 막 스트립(52)의 제 2 단부에 연결된다.
또 다른 예시적인 유체 레벨 감지 시스템 구성에서, 도 3의 저항성 요소는, 유체 콘테이너에 실질적으로 수직으로 배치되고, 입력 신호는, 직렬 저항기(52)를 통해 인가되도록 예를 들어 입력 신호 소스를 제 3 접점(58)에 연결함으로써, 막 스트립(40)의 상부에 인가된다. 세탁기가 전기적으로 접지되는 응용 장치에 적합한 하나의 예시적인 회로 구성에서, 제 2 접점(56)은 전기 접지에 연결된다.
작동 중에, 콘테이너의 유체 레벨이 변함에 따라, 막 스트립(40)의 부분은, 하나 이상의 전극 및 전기적으로 접지된 스트립(51)에 접촉하는 유체에 의해 전기 접지에 불연속적으로 단락되는데, 상기 스트립(51)은 또한 유체에 노출된다. 저항성 요소를 통한 출력 신호는 접점(54 및 56) 사이에서 또는 접점 양단간에서 측정된다. 콘테이너의 유체가 전극(42, 44, 46 및 48) 및 접지된 스트립(51)에서만 접촉하기 때문에, 반-전도성 저항성 요소(40) 양단간의 출력 신호는, 콘테이너의 유체 레벨이 인접 전극 사이의 거리에 해당하는 양에 의해 변화할 때만 변화한다.
저항성 요소에 의해 검출가능한 불연속 유체 레벨의 수량은 반-전도성 막 스트립(40)의 전극의 수량에 해당한다. 또한, 접지된 스트립(51)이 반-전도성 스트립(40)에 일반적으로 평행하고, 콘테이너의 대체로 동일한 높이에 있기 때문에, 콘테이너의 단면의 변화는 접점(54 및 56) 양단간에서 측정된 저항에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 이에 따라, 출력 신호에 불리하게 영향을 미치지 않는다.
전술한 바와 같이, 반-전도성 막 스트립(40)은, 각각 해당 폭 크기를 갖는 다수의 불연속 부분을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 반-전도성 막 스트립이 콘테이너내의 변화하는 유체 레벨에 의해 실질적으로 선형으로 변하도록, 불연속 막 부분(41, 43, 45 및 47)의 폭 크기가 선택된다. 일반적으로, 불연속 막 부분의 특정 폭 크기는, 입력 신호와 출력 신호 사이의 바람직한 관계에 따라, 특정 전기 회로 구성에 달려있고, 실험을 과도하게 하지 않고도 당업자에 의한 계산 또는 시행 착오에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 따라서, 아래에 설명된 바와 같이, 저항성 요소를 통한 출력 신호는 콘테이너의 유체 레벨을 표시하도록 사용될 수 있고, 몇몇 응용 장치에서는 제어하도록 사용될 수 있다.
가변 저항성 요소 및 더 구체적으로 도 2 및 도 3의 예시적인 반-전도성 스트립(32 및 40)은, 각각 부 전도성 기판에 형성된 각각 일정한 막 두께를 갖는 2차원 박막 저항기이다. 그러나, 다른 대안적인 실시예에서, 가변 저항기 요소는 3차원을 따라 두께에서의 변화를 갖는 3차원 저항기 요소로서 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3의 부 전도성 기판은, 폴리에스테르 물질, 또는 몇몇 다른 전기적으로 절연된 유체 저항 물질로 구성될 수 있는데, 상기 물질들은 상기 유체에 노출되는 실시예에서 콘테이너내의 환경 상태를 견디어 낸다. 반-전도성 저항성 스트립은, 탄소 또는 중합체 또는 폴리에스테르 베이스 물질, 또는 부 전도성 기판의 부착에 적합한 다른 공지된 저항 물질로 구성될 수 있다. 전도성 전극 및 접점은 주석 또는 은 페이스트, 또는 부 전도성 기판에 또한 부착될 수 있는 몇몇 다른 상대적으로 전도성의 물질로 구성된다.
하나의 예시적인 응용 장치에서, 저항성 스트립(32 및 40)은 상단과 하단 사이의 총 길이를 따라 약 100,000 Ω의 전기 저항을 갖는다. 직렬 저항이 사용되는응용 장치에서, 저항성 요소(RS)의 저항은 직렬 저항기(R0)의 저항보다 대략 2배 더 큰 것이 바람직하다. 그러나, 개시된 예시적인 저항 값과 관계는 다소 특정 응용 장치에 달려 있고, 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다.
부 전도성 기판(34 및 50)은 콘테이너의 내부 측면(21)에 장착하기 위해 기판의 한 측면에 접착제를 포함할 수 있다. 대안적으로, 반-전도성 스트립(32 및 40)은, 스트립이 임의의 전도성 표면으로부터 전기적으로 절연되는 것을 조건으로 하여 유체 콘테이너(20)의 내부 표면에 직접 장착될 수 있다.
도 2는 각각, 제 1 및 제 2 전기 접점(35 및 37)에 연결된 제 1 및 제 2 전도성 전기 커넥터(36 및 38)를 도시한다. 이와 유사하게, 도 3은, 제 1, 제 2 및 제 3 접점(54, 56 및 58) 중 해당 접점에 연결된 제 1, 제 2 및 제 3 전기 커넥터(55, 57 및 59)를 도시한다.
전기 커넥터는, 해당 접점, 및 전도성 리벳(rivet) 또는 다른 알려진 패스너(fastener)에 의해 부 전도성 기판에 연결될 수 있다. 예시적인 전극 커넥터는 회로의 전기 리셉터클(receptacle)에 접속하도록 연결하기 위한 블레이드 부재로서 구성된다. 다른 실시예에서, 커넥터는 상이하게 구성될 수 있다.
바람직하게, 적어도 2개의 전기 접점은 콘테이너에 가까운 저항성 요소의 상단부에 배치된다. 제 1 전기 접점은 저항성 요소의 상단부에 연결되고, 제 2 전기 접점은 저항성 요소의 하단부 또는 전기 접지에 연결된다. 콘테이너의 유체 레벨이 제 1 및 제 2 접점의 레벨에 도달할 때, 저항성 요소를 통한 출력 신호는 상대적으로 낮아지는데, 이는 저항성 막 요소가 콘테이너의 유체에 의해 효과적으로 단락되기 때문이다. 예시적인 세탁기 응용 장치에서, 상대적으로 낮은 출력 신호는, 제어하기 위해, 더 구체적으로 콘테이너에 공급된 물을 차단하기 위해 사용될 수 있어서, 물이 넘치는 것을 방지한다.
도 2의 예시적인 실시예에서, 전도성 접점(35 및 37) 및/또는 해당 전기 커넥터(36 및 38)가 콘테이너의 유체에 노출된 채로 남아있도록 하는 것이 바람직한데, 이에 따라 콘테이너의 유체에 의해 연결될 때 상기 접점과 커넥터 사이에 단락 경로를 제공하여, 저항성 요소(32) 양단간에 상대적으로 저 출력 신호를 발생시킨다. 이와 유사하게, 도 3에서, 전도성 접점(54 및 56) 및/또는 해당 전기 커넥터(55 및 57)는, 저항성 요소(40) 양단간에 상대적으로 저 출력 신호를 발생시키는 단락 경로를 허용하기 위해 콘테이너의 유체에 노출된 채로 남아있다. 이들 저 출력 신호는 전술한 바와 같이, 콘테이너에 공급된 유체를 제어하도록 사용될 수 있다.
도 1에서, 입력 신호 소스(70)는 직렬 저항기(R0)를 통해 저항성 요소(RS)에 전기적으로 연결된다. 일실시예에서, 입력 신호 소스는, 예를 들어 교류 5V 신호(VS)를 제 1 저항성 요소(RS)에 인가하는 교류 전압 소스를 발생시킨다. 대안적으로, 입력 신호 소스는 DC 전압 신호를 저항성 요소(RS)에 인가하는 DC 전압 소스일 수 있다. 그러나, 저항성 요소(RS) 상의 광물질의 축적물 또는 다른 침전물이 문제가 되는 응용 장치에서는, 교류 입력 신호 소스가 바람직하다.
입력 신호 소스(70)는 교류 입력 전원 전압(ACIN)을 강압하는 변압기를 포함할 수 있다. DC 신호가 바람직한 곳에서, 다이오드 브리지는 DC 전압 신호를 생성시키기 위해 변압기의 강압된 전압 측에 연결될 수 있는데, 상기 DC 전압 신호는 저항성 요소(RS)에 인가하기 전에 필터링되고 조절될 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 입력 신호 소스가 사용될 수 있다.
몇몇 응용 장치에서, 유체 레벨 센서를 사용하는데, 더 구체적으로 제어하기 위해 저항성 요소(RS) 양단간의 가변 출력을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 예시적인 세탁기 응용 장치에서, 가변 출력 신호는 세탁조로의 급수를 제어할 수 있다.
도 1에서, 저항성 요소(RS) 양단간의 가변 출력은 스위치(74), 예를 들어 솔레노이드를 제어하는 제어 장치(72)로 입력되는데, 상기 스위치는, 처음에 1차 스위치(SW)에 의해 제어되거나 개방되는 물 밸브(76)를 닫는다.
제어 장치(72)는 예를 들어, 콘테이너의 원하는 수위를 선택하기 위한 입력부(73)를 포함할 수 있다. 따라서, 저항성 요소(RS) 양단간의 가변 출력은, 스위치(74)를 작동하기 위한 제어 장치(72)에 의해 상기 제어 장치의 선택된 입력과 비교될 수 있어서, 물 밸브(76)를 제어할 수 있다.
도 4의 예시적인 시스템은, 유체 레벨 저항성 요소 회로(100)에 연결된 교류 입력 신호 회로(90)를 포함하고, 상기 유체 레벨 저항성 요소 회로는 차례로 변환기 회로(110)에 연결되는데, 상기 변환기 회로는 몇몇 다른 장치를 제어하도록 사용될 수 있는 변화하는 출력을 갖는 비교기 회로(120)에 연결된다.
도 4에서, 예시적인 교류 입력 신호 회로(90)는 구형파 발진기인데, 상기 발진기는 일반적으로 +V 및 -V로 나타나는, 양 전압 및 음 전압 공급을 갖는 연산 증폭기(U1)를 포함한다. R2및 R3은 연산 증폭기(U1)의 양의 입력에서 기준 입력 신호를 정한다. 커패시터(C1)는 저항(R1)을 통해 충전하고, 그 후에 커패시터(C1)는 일반적으로 연산 증폭기(U1)의 음 입력에서 3각형(triangular) 신호를 생성시켜 방전한다. 연산 증폭기(U1)의 출력은 양극과 음극을 갖는 발진하는 구형파이다. 다른 실시예에서, 다른 교류 입력 신호 회로가 사용될 수 있다.
도 4에서, 입력 신호 회로(90)에서 나온 입력 신호는 저항성 요소 회로(100)에 인가된다. 일실시예에서, 저항성 요소 회로(100)는, 유체 콘테이너내에 배치된 단일 저항성 요소(RS), 예를 들어 도 2 및 도 3의 예시적인 저항성 요소 중 하나를 포함한다. 다른 대안적인 실시예는 유체 콘테이너내에 배치된 평행한 저항성 요소를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 저항성 요소(RS)가 상부와 하부 사이에서 변화하는 저항을 구비하는 것이 바람직하다.
도 4에서, 저항성 요소(RS) 양단간의 교류 출력은 변환기 회로(110)에 인가되는데, 상기 변환기 회로는 일반적으로 정류 다이오드(D1), 및 방산용 저항기(R4)에 병렬로 연결된 필터링된 커패시터(C2)를 포함한다. 변환기 회로는 교류 신호를 DC 신호로 변환한다. 다른 실시예에서, 교류 변환기 회로는 저항성 요소 회로(100)를 통한 출력을 정류하도록 사용될 수 있다.
도 4에서, 변환기 회로(110)에서 나온 정류된 DC 신호는, 비교기 회로(120), 더 구체적으로 연산 증폭기(U2)의 음 입력에 인가된다. 연산 증폭기의 양 입력은, 저항기(R5) 및 가변 저항기(RREF)에 의해 부분적으로 확립된 연산 증폭기에 인가된 기준 신호 또는 DC 전압을 갖는다. 저항기(RREF)는 예를 들어, 사용자에 의해 조정가능한 수위 선택 입력에 연결될 수 있다. 저항기(R6)는 안정성을 제공하고, 저항기(R7)는 전류를 출력에 한정한다.
비교기 회로(120)의 출력은, 연산 증폭기(U2)의 음 입력에 인가된 저항성 요소(RS) 양단간으로부터의 정류된 입력 신호가 상기 연산 증폭기의 양 입력에 인가된 기준 신호에 의해 확립된 몇몇 임계치에 도달할 때 상태를 변화한다. 비교기 회로(120)의 출력은 몇몇 다른 장치, 예를 들어 도 4의 다이오드(D2) 또는 도 1의 스위치(74)를 작동하도록 사용될 수 있다.
도 5는 저항성 요소 회로(101)에 연결된 예시적인 DC 입력 신호 회로를 도시하는데, 상기 저항성 요소 회로의 출력은 제어 입력 회로, 예를 들어, 도 4의 비교기 회로(120)에 연결될 수 있다.
도 5의 예시적인 저항성 요소 회로(101)는 직렬 저항기(R0)를 포함하는데, 상기 저항기는 저항성 요소(RS) 양단간에 전압 디바이더(divider) 출력을 제공한다. 저항성 요소 회로는 예를 들어, 도 2 및 도 3의 예시적인 저항성 요소 중 하나를 포함한다. 다른 대안적인 실시예는 유체 콘테이너에 배치된 평행한 저항성 요소를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 회로의 저항성 요소(RS)가 상부와 하부 사이에서 변화하는 저항을 갖는 것이 바람직하다.
DC 입력 회로(130)는 일반적으로, 전압을 강압하는 변압기(T1), 널리 공지된 다이오드 브리지의 예시적인 형태인 정류기 회로를 포함한다. 정류 신호는, 전류 제한용 저항기(R8) 및 필터링된 커패시터(C3)에 의해 전압 조정기 회로(V_REG)에 연결되는데, 상기 전압 조정기 회로의 출력은 저항성 요소 회로(101)에 연결된다. 다른 DC 회로는 대안적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 전술한 설명이 당업자 중 한 명으로 하여금 현재 본 발명의 최상의 방법이 되도록 고려되는 것을 만들고 사용하게 하는 경우, 당업자는 본 명세서의 특정한 예시적인 실시예의 변경, 조합, 및 동등물의 존재를 이해하고 인식할 것이다. 그러므로, 본 발명은, 본 명세서의 예시적인 실시예에 의해서가 아니고, 첨부된 청구항의 범주와 사상 내의 모든 실시예에 의해 제한되는 것이다.

Claims (22)

  1. 유체 레벨 감지 시스템에 있어서,
    하부 및 상부를 갖는 콘테이너와,
    콘테이너내에 배치된 저항성 요소로서, 상기 저항성 요소는, 상기 콘테이너의 상부에 배치된 상단부, 및 상기 콘테이너의 하부에 배치된 하단부를 구비하는, 저항성 요소와,
    상기 콘테이너의 상부와 하부 사이에서 변화하는 상기 저항성 요소의 저항과,
    상기 저항성 요소에 일반적으로 평행한 상기 콘테이너내에 배치된 적어도 부분적인 전도성 스트립으로서, 상기 적어도 부분적인 전도성 스트립 및 상기 저항성 요소는, 대체로 동일한 길이를 갖고, 상기 콘테이너의 상기 저항성 요소와 대체로 동일한 높이에 위치하는, 적어도 부분적인 전도성 스트립과,
    상기 저항성 요소의 상기 상단부에 연결된 제 1 단부를 갖는 직렬 저항기와,
    상기 직렬 저항기의 제 2 단부에 연결된 입력 신호 소스를 포함하는, 유체 레벨 감지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 부분적인 전도성 스트립은 전기 접지에 연결되고, 상기 저항성 요소는 단일 저항성 요소인, 유체 레벨 감지 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 전기 접점은 상기 저항성 요소의 상기 상단부에 가까운 상기 콘테이너내에 배치되고, 상기 제 1 전기 접점은 상기 저항성 요소의 상기 상단부에 연결되고, 상기 제 2 전기 접점은 상기 적어도 부분적인 전도성 스트립에 연결되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 저항성 요소의 저항은 상기 저항성 요소의 상기 하단부를 향해 증가하고, 상기 저항성 요소의 상기 상단부를 향해 감소하는, 유체 레벨 감지 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 저항성 요소의 상기 저항은 상기 저항성 요소의 상단부와 하단부 사이에서 연속적으로 변화하는, 유체 레벨 감지 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 저항성 요소는 부 전도성 기판에 부착된 반-전도성 막 스트립이고, 상기 반-전도성 막 스트립의 폭 크기는 상기 반-전도성 막 스트립의 상부와 하부 사이에서 연속적으로 좁아지는 테이퍼(taper) 형태이고, 상기 반-전도성 막 스트립의 상부는 하부보다 더 넓은 폭 크기를 갖는, 유체 레벨 감지 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 입력 신호는 교류 전압 소스인, 유체 레벨 감지 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 적어도 부분적인 전도성 스트립은 전기 접지에 연결되고, 상기 저항성 요소는 단일 저항성 요소인, 유체 레벨 감지 시스템.
  9. 제 6항에 있어서, 제 1 및 제 2 전기 접점은 상기 부 전도성 기판의 상부에 배치되고, 상기 제 1 전기 접점은 상기 반-전도성 막 스트립의 상단부에 연결되고, 상기 제 2 전기 접점은 상기 적어도 부분적인 전도성 스트립에 연결되고, 상기 부 전도성 기판은 상기 콘테이너의 측면에 배치되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  10. 제 4항에 있어서, 상기 저항성 요소의 상기 저항은 상기 저항성 요소의 상기 상부와 상기 하부 사이에서 불연속적으로 변화하는, 유체 레벨 감지 시스템.
  11. 제 4항에 있어서, 상기 저항성 요소는 전기적으로 절연되고, 상기 저항성 요소의 상기 상단부와 상기 하단부 사이의 일정 간격으로 떨어진 관계에서 상기 저항성 요소 상에 배치된 다수의 전극을 구비하고, 상기 다수의 전극 각각은 상이한 저항을 갖는 상기 저항성 요소의 해당 부분에 연결되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 저항성 요소는 부 전도성 기판에 부착된 반-전도성 막 스트립이고, 상기 반-전도성 막 스트립은, 각각 해당 폭 크기를 갖는 다수의 불연속 스트립 부분을 포함하고, 상기 다수의 전극은 상기 부 전도성 기판에 부착된해당 다수의 전도성 막 부분이고, 각 전도성 막 부분은 해당 불연속 스트립 부분에 연결되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 직렬 저항기는 상기기판에 부착된 제 2 반-전도성 막 스트립에 있고, 상기 제 2 반-전도성 막 스트립은 전기적으로 절연되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 입력 신호는 교류 전압 소스인, 유체 레벨 감지 시스템.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 적어도 부분적인 전도성 스트립은 전기적으로 접지되고, 상기 저항성 요소는 단일 저항성 요소인, 유체 레벨 감지 시스템.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 적어도 부분적인 전도성 스트립은 전기적으로 접지되고, 상기 부 전도성 기판에 부착된 전도성 막 스트립인, 유체 레벨 감지 시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 제 1 및 제 2 전기 접점은 상기 부 전도성 기판의 상부에 배치되고, 상기 제 1 전기 접점은 상기 반-전도성 막 스트립의 상단부에 연결되고, 상기 제 2 전기 접점은 상기 전도성 스트립에 연결되고, 상기 부 전도성 기판은 상기 콘테이너의 측면 상에 배치되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 입력 신호는 교류 입력 전압 신호인, 유체 레벨 감지 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 변환기 회로는 입력 및 출력을 갖고, 상기 저항성 요소는 상기 변환기 회로의 상기 입력에 연결되고, 비교기 회로는 신호 입력을 갖고, 상기 변환기 회로의 상기 출력은 상기 비교기 회로의 상기 입력에 연결되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 신호 입력은 상기 비교기 회로의 음 입력이고, 가변 저항은 상기 비교기 회로의 기준 입력에 연결되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  21. 제 19항에 있어서, 전기적으로 작동가능한 유체 흐름 제어 밸브는 제어되는 입력을 갖고, 상기 비교기 회로의 출력은 상기 유체 흐름 제어 밸브의 상기 입력에 연결되는, 유체 레벨 감지 시스템.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 콘테이너는 세탁조인, 유체 레벨 감지 시스템.
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