KR200199331Y1 - 연료량 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 차량의 연료탱크 내의 연료량을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 종래의 연료량 측정장치에 있어서 센서부가 연료내에 침지되어 있는 구조로 인한 센서부의 오염 및 접촉방식에 의한 측정으로 장치가 열화되어 정확한 연료량의 표시가 불가능했던 문제점을 해결하기 위하여, 특히 플로우트의 상부에 복수의 볼록부를 형성하고, 상기 볼록부로부터 전해지는 플로우트의 부력을 복수의 감지부를 가지는 반도체 스트레인 게이지를 이용하여 감지할 수 있도록 한 연료량 측정장치에 관한 것이다.

Description

연료량 측정장치{device for measuring amount of fuel}

본 고안은 차량의 연료탱크 내의 연료량을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 플로우트의 상부에 복수의 볼록부를 형성하고, 상기 볼록부로부터 전해지는 플로우트의 부력을 복수의 감지부를 가지는 반도체 스트레인 게이지를 이용하여 측정함으로써, 탱크내의 연료량을 정확하게 측정할 수 있도록 한 연료량 측정장치에 관한 것이다.

종래의 대표적인 연료량 측정장치는 플로우트(float)와 퍼텐쇼미터(potentiometer)를 사용하여 연료탱크내의 잔류 연료량의 액위를 측정하는 방식을 취하고 있다. 구체적으로 이 방식은 탱크내의 연료에 플로우트를 띄우고 연료의 액위에 따라 퍼텐쇼미터에 플로우트의 아암이 접촉하는 부위가 달라지는 구조로 설계되어 있어, 저항의 변화를 발생시키고 이에 따른 회로내의 전류값을 연료량으로 환산하여 계기판에 나타내는 것이다. 즉 계기판의 지침은 계기판에 흐르는 전류에 따라 그 위치가 달라지는데, 계기판에 지침의 위치별로 연료량을 미리 표기해 두면 연료탱크내의 연료량을 알 수 있게 되는 것이다.

그러나 상기의 방식은 플로우트가 움직이는 공간이 연료탱크내에 확보되어야 하기 때문에 주어진 형상의 연료탱크에 적합한 플로우트 아암의 설계가 어려우며, 퍼텐쇼미터용 브러시의 조립, 배선 납땜, 플로우트 아암의 각도교정, 몰딩 등 제조공정을 자동화하기 어렵기 때문에 생산효율의 향상에 한계가 있을 뿐만 아니라, 연료탱크 내·외부의 이물에 의한 접촉 저항값의 변화 등으로 정확한 연료량의 측정이 어렵다는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 복수의 감지부를 가지는 반도체 스트레인 게이지로 그 상부에 상기 감지부와 대응하는 수의 복수의 볼록부를 가지는 플로우트의 부력을 측정하도록 함으로써, 구조가 간단하여 제조공정이 단순하고 이물질에 의한 감지부의 열화를 방지할 수 있으며 차체가 기울어져 있더라도 정확한 연료량의 측정이 가능한 연료량 측정장치를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 연료량 측정장치의 구조를 나타내는 도면,

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 연료량 측정장치가 연료탱크내에 설치된 상태를 나타내는 도면,

도 3은 경사진 연료탱크내의 플로우트에 작용하는 힘의 관계를 나타내는 도면,

도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 연료량 측정장치의 부력측정 다이어프램 구조를 나타내는 도면,

도 5는 본 고안의 일실시예에 따른 연료량 측정장치의 개략회로도,

도 6은 도 5의 신호연산부의 일실시예를 나타내는 개략블록도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 연료량 측정장치는 연료탱크내의 상면으로부터 저면을 향하여 수직으로 길게 위치하며, 상부에 복수의 볼록부를 가지는 플로우트와; 상기 플로우트 상부의 복수의 볼록부와 접하여 상기 플로우트의 부력을 감지하는 반도체 스트레인 게이지와; 상기 반도체 스트레인 게이지로부터의 복수의 출력신호를 증폭시키는 신호증폭부와, 상기 신호증폭부로부터의 복수의 출력신호를 입력받아 이들의 평균값을 계산하고, 상기 평균값에 대응하는 연료잔량을 표시장치에 표시하기 위한 제어신호를 출력하는 신호연산부를 포함하는 신호변환부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 설명으로 더욱 명백해진다.

도 1은 상부에 복수의 볼록부를 가지는 플로우트(40)와, 상기 볼록부와 대응하는 곳에 복수의 감지부가 마련되어 있는 부력측정 다이어프램(30)과 상기 감지부로부터의 감지신호를 변환하는 신호변환부(10)가 고정플레이트(20)에 고정되어 있는 구조로 되어 있는 본 고안의 일실시예에 따른 연료량 측정장치의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.

본 고안에서는 플로우트의 부력을 감지하는 센서로서 n-폴리실리콘을 이용한 스트레인 게이지를 사용하는 것을 그 특징으로 하고 있으며, 이는 폴리머 막 위에 피에조 저항 특성을 갖는 Au, Cu, Mn, Bi-Sb 등과 같은 단일 금속 또는 합금 막을 증착한 기존의 스트레인 게이지보다 감도가 훨씬 우수하다는 장점을 가진다. 또한 폴리실리콘은 MEMS공정에 의해 정밀 패터닝이 가능하고, 실리콘 기판위에 센서가 형성될 경우 지지대위에 부착하거나 하는 번거로움을 피할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리실리콘은 폴리머와 달리 고온에 안정하기 때문에 센서를 이용한 구조물의 제작에 있어서 고온을 요하는 공정이 있을 경우에도 사용할 수 있다는 장점이 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이 본 고안의 연료량 측정장치가 연료탱크내에 장착되어 연료에 잠기게 되는 경우, 플로우트는 그 표면에 작용하는 연료의 압력 때문에 전체로서 연직방향의 힘(부력)을 받게 된다. 도 3에서와 같이 연료탱크가 소정의 각도(i)로 기울어진 경우에는 탱크 저면으로부터의 연료의 액위가 일정하지 않기 때문에 플로우트 하부의 각 부분에 작용하는 연료의 압력이 부위마다 달라지게 된다. 종래의 플로우트가 사용되는 연료량 측정장치는 이와 같이 연료탱크가 경사각을 가지는 경우에도 플로우트의 어느 한 지점에서 감지되는 부력에 의해 퍼텐쇼미터나 센서등의 저항이 변화되는 구조로 되어 있었기 때문에 탱크내의 연료량이 실제와 다르게 표시되는 경우가 있었다. 이에 반해, 본 고안의 연료량 측정장치는 반도체 스트레인 게이지의 감지부를 복수지점에 구비하여 보다 정확한 연료량을 측정할 수 있도록 되어 있다.

보다 구체적으로, 본 고안의 일실시예에 따른 연료량 측정장치의 부력측정 다이어프램이 도 4에 나타내져 있다. 상기한 바와 같이 본 고안의 다이어프램은 폴리실리콘과 같은 반도체소자로 되어 있으며, 상기 다이어프램에는 플로우트의 복수의 볼록부에 대응하는 위치에 그 수에 상응하는 수의 감지부(S1∼S4)가 마련되어 있다. 따라서, 도 3에서와 같이 연료탱크가 소정의 각도로 기울어져 있는 경우에는, 상기 플로우트의 복수의 볼록부 각각으로부터 다이어프램 상의 감지부에 감지되는 부력의 크기가 달라지게 된다. 이러한 각각의 스트레인 게이지의 감지부로부터의 감지신호는 본 고안의 연료량 측정장치의 신호변환부에서 그 기운정도에 따른 보상을 행하는 연산처리를 하여 정확한 연료량을 차량의 운전자에게 보여줄 수 있도록 해준다.

본 고안의 연료량 측정장치에서 플로우트의 각 부에서 감지된 신호가 처리되는 회로의 개략도가 도 5에 나타나 있다. 먼저 다이어프램상에 소정의 간격을 가지고 배치되어 마련된 스트레인 게이지의 감지부(S1∼S4)에는 플로우트의 볼록부로부터의 압력이 각각 상이하게 가해지게 되고 이러한 압력들의 변화는 각각의 감지부에서의 저항값의 변화로 나타나게 된다. 이러한 저항값의 변화를 감지하기 위해 감지부의 입력부 각각에는 직류전원이 연결되어 있고, 출력부에는 직류증폭기(A1∼A4)가 연결되어 있다. 즉, 감지부에서의 저항변화는 증폭기에 입력되는 전압값을 변화시키고, 증폭부는 상기 변화된 전압값을 증폭한 후 출력시킨다. 증폭된 전압값(V_i1∼V_i2)은 신호연산부(12)로 입력되어 연료탱크의 경사각을 고려한 연료량을 산출하기 위하여 필요한 연산과정을 거치게 된다.

구체적으로 본 고안의 신호연산부는 연료탱크의 경사각을 보정하는 연산기능이 있는 회로를 가지는 커스터머 IC(customer integrated circuit)로서, 도 6에 나타난 바와 같은 구조가 될 수 있다. 즉 상기 신호증폭부(11)에서 증폭된 복수의 전압값은 A/D 변환부를 거쳐 연산에 필요한 데이터 형식인 디지털신호로 각각 변환된 후, 제어부로 입력되어 그 평균값이 계산된다. 한편 데이터저장부에는 이러한 평균값에 대응하는 연료량의 함수데이터가 미리 저장되어 있고, 상기 제어부는 그 계산한 평균값과 일치하는 값에 대한 연료량을 상기 데이터저장부의 테이블에서 검색하여 판독하게 된다. 그 다음 상기 연료량을 표시장치에 표시하기 위한 제어신호를 표시장치로 출력하게 된다. 표시장치는 디지털방식이나 아날로그방식 모두 가능하며, 아날로그 방식인 경우에는 상기 신호연산부로부터의 출력신호를 D/A 변환기를 거쳐 아날로그 신호로 변환하는 과정을 더 포함하도록 구성하면 된다. 또한 상기 데이터저장부의 데이터는 디지털신호로 변환된 증폭 전압값에 대한 연료량의 함수데이터 뿐만 아니라, 연료탱크의 모양에 따른 부피환산 프로그램으로 하여도 된다. 즉 상기 프로그램에 감지된 부력의 크기에 대응하는 신호가 입력되면 그에 해당되는 연료의 액위가 구해지고 탱크 모양에 따른 연료량이 구해지도록 할 수도 있다.

상기한 본 고안의 구성에 의하면, 상부에 복수의 볼록부를 가지는 플로우트의 부력을 복수의 감지부가 형성된 반도체 스트레인 게이지를 이용하여 측정할 수 있도록 하는 것에 의해, 연료량을 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 연료내에 센서가 침지되어 있는 종래의 측정장치에 비해 감지부의 오염 및 열화를 방지할 수 있고, 그 구조가 간단하여 제조공정의 자동화가 용이하며, 고온에 안정한 반도체 스트레인 게이지를 이용하기 때문에 구조물의 제작에 고온을 요하는 공정이 있는 경우라도 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 연료탱크내의 상면으로부터 저면을 향하여 수직으로 길게 위치하며, 상부에 복수의 볼록부를 가지는 플로우트와;

   상기 플로우트 상부의 복수의 볼록부와 접하여 상기 플로우트의 부력을 감지하는 반도체 스트레인 게이지와;

   상기 반도체 스트레인 게이지로부터의 복수의 출력신호를 증폭시키는 신호증폭부와,

   상기 신호증폭부로부터의 복수의 출력신호를 입력받아 이들의 평균값을 계산하여, 상기 평균값에 대응하는 연료잔량을 표시장치에 표시하기 위한 제어신호를 출력하는 신호연산부,

   를 포함하는 신호변환부;

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료량 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 스트레인 게이지는 반도체 다이어프램을 구비하며, 다이어프램이 상기 플로우트 상부의 복수의 볼록부와 접하는 지점에 복수의 감지부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료량 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 신호연산부는,

   상기 신호증폭부로부터의 복수의 출력신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환부와;

   상기 플로우트로의 부력에 대응하는 신호에 대한 연료량의 함수데이터가 저장되어 있는 데이터저장부와;

   상기 복수의 디지털신호의 평균값을 연산하고, 상기 데이터저장부에서 상기 평균값과 일치하는 신호에 대한 연료량을 판독하여, 그 연료량을 표시장치에 표시하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부;

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료량 측정장치.