KR20030006561A - 수위센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물의 전기전도도를 검출하여 수위를 감지할 수 있는 수위센서를 개시한다. 본 발명의 수위센서는, 수위 측정을 위한 기준값을 출력하기 위해 복수의 전극판으로 이루어진 기준전극과 수위에 따라 변화하는 측정값을 출력하기 위해 상기 기준전극의 전극판의 길이보다 길게 상기 수조의 길이방향으로 연장된 복수의 전극판으로 이루어진 측정전극을 포함한다. 본 발명은 수위를 정밀하게 감지할 수 있고 수위센서의 역할이 필요한 세탁기, 정수기, 가습기 등의 기기에 적용할 수 있다. 또, 전극 표면에 금속 코팅층을 형성하여 부식에 의한 손상을 방지할 수 있고, 특히 세탁기에 적용시 수조에 전극을 매입하여 전극 표면만이 노출되게 설치함으로써 탈수조와의 충돌 회피를 도모할 수 있다.

Description

수위센서{SENSOR FOR DETECTING WATER LEVEL}

본 발명은 수위센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기준전극과 측정전극으로 물의 전기전도도를 검출하여 수위를 감지할 수 있는 수위센서에 관한 것이다.

일반적으로 세탁기에서 사용되는 수위센서는 수조 내부로 공급되는 세탁수의 수위를 감지하는 역할을 수행하는 것으로, 대개 기계적인 압력스위치를 사용하거나 혹은 LC발진을 이용하여 수위를 감지하도록 되어 있다.

그 중 후자의 방식은 도 1에 도시한 바와 같이, 수위센서가 수조(1)와 그 내부에 설치된 탈수조(2) 사이에 마련된 공간(3)에 설치되며, 수조(1)에 급수되는 세탁수량에 따라 공기압이 변화하므로 그 공기압의 변화에 상응하는 수위감지신호를 발생하여 미도시한 마이컴으로 출력하고 이에 따라 마이컴이 수위감지신호에 의하여 수위를 감지하도록 되어 있다.

그런데, 기계적 압력스위치를 이용한 수위센서는 급수되는 세탁수에 의한 수압에 따라 수위를 측정하는 관계로 수위를 정밀하게 측정하기 어렵고, LC발진를 이용하는 수위센서는 외부 기온에 영향을 받거나 장기간 사용시 노후되는등 오차가 발생하는 관계로 수위를 정밀하게 감지할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 수조에 설치되는 기준전극과 측정전극을 이용하여 수위를 감지할 수 있도록 한 수위센서를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 세탁기의 종단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 수위센서의 구성도이다.

도3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 기준전극과 측정전극에 대하여 수위센서를 모델링한 회로도이다.

도 4a는 본 발명에 따라 세탁기의 수조에 전극이 매입된 상태를 보인 종단면도이다.

도 4b는 본 발명에 따라 세탁기의 수조의 내측면에 전극이 노출된 상태를 보인 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 기준전극 20 : 측정전극

10a, 10b, 20a, 20b : 전극판 10c, 20c : 출력회로

상기와 같은 본 발명의 목적은 물을 저수하기 위한 수조와, 상기 수조의 수위를 측정하기 위한 수위센서를 구비한 기기에 있어서, 상기 수위센서는, 복수의 전극판으로 이루어져 그 전극판 사이에 채워지는 물의 전기전도도를 검출하는 기준전극과, 상기 기준전극의 전극판의 길이보다 길게 상기 수조의 길이방향으로 연장된 복수의 전극판으로 이루어져 그 전극판 사이에 채워지는 물의 전기전도도를 검출하며 상기 기준전극과 떨어진 측정전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기준전극의 검출값은 수위 측정을 위한 기준값으로 제공되고 상기 측정전극의 검출값은 수위에 따라 달라지는 물과의 접촉면적에 대응하는 측정값으로 제공되며, 상기 기준값과 측정값의 차에 따라 수위를 감지할 수 있다.

상기 수위센서는 수조의 내측으로 전극 표면이 노출되게 설치하며, 상기 전극 표면에 금속을 도금하여 금속 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 수위센서의 구성도이고, 도3a 및 도 3b는 기준전극과 측정전극에 대하여 수위센서를 모델링한 회로도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 수위센서는 기준전극(10)과 측정전극(20)을 구비한다. 상기 기준전극(10)는 서로 떨어진 2개의 전극판(10a,10b)으로 이루어지며, 상기 측정전극(20)은 서로 떨어지고 상기 전극판(10a,10b)의 길이보다 길게 연장된 2개의 전극판(20a,20b)으로 이루어진다.

상기 기준전극(10)은 전극판(10a)(10b)에 도선으로 연결된 출력회로(10c)를 포함하여 폐회로를 구성하며, 상기 측정전극(20)은 전극판(20a)(20b)에 도선으로 연결된 출력회로(20c)를 포함하여 폐회로를 구성한다.

상기 출력회로(10c)(20c)는 소정 직류전원(DC)을 전극판 양측에 공급하는 역할과, 전극판 사이에 채워진 물의 전기전도도에 따른 출력신호를 미도시한 마이컴의 입력단자에 입력하는 역할을 수행한다.

이하에서는 본 발명에 따른 수위센서의 동작원리를 구체적으로 설명한다.

먼저, 물의 전기전도도(σ=S/1)는 전극판의 길이(l)에 반비례하고 물과 전극판과의 접촉면적(S)에 비례하는 성질을 가진다. 그러므로 수조에 급수되는 물의 양이 증가함에 따라 전극판과의 접촉면적이 늘어나면 그에 따른 전기전도도 역시 비례적으로 커지게 되므로 이를 전압으로 변환하여 전기적인 신호로 마이컴에 출력하고, 이 전기적인 신호에 의하여 마이컴이 수위를 측정할 수 있는 것이다.

그런데, 물의 전기전도도는 물의 혼탁도에 의해서도 변화하는 성질이 있기 때문에 위와 같이 전극판과의 접촉면적에만 의존하여 수위를 감지할 경우 실제 수위와 다르게 수위 측정되는 오동작을 일으킬 수 있다. 따라서, 물의 혼탁도를 함께 고려하는 것이 요구된다.

이를 위해 본 발명에서는 기준전극(10)의 검출값과 측정전극(20)의 검출값의 차에 의하여 수위를 측정하는 방식을 채택하고 있다.

상기 기준전극(10)은 길이를 짧게 형성하여 수조의 하부에 설치한다. 즉, 상기 기준전극(10)은 수조의 저부에 설치하여 수조내로 급수된 물속에 2개의 전극판(10a)(10b)이 잠겨지도록 설치하며, 이때 서로 떨어진 전극판(10a)(10b) 사이에 채워진 물의 전기전도도에 상응하는 출력신호가 수위측정을 위한 기준값으로 제공된다.

상기 측정전극(20)은 기준전극(10) 보다 길고 수조의 길이방향으로 수조의 하부에서 상부까지 연장 형성하여 설치하되, 낮은 수위부터 높은 수위까지의 측정범위를 고려하여 수위에 따라 전극판과의 접촉면적이 달라지게 설치한다.

상기 기준전극(10)은 수조 하부에 위치하여 물속에 잠겨지므로 전극판(10a)(10b)과 물의 접촉면적이 수위에 따라 변화하지 않고 일정하게 되는 반면에 측정전극(20)은 수조에 급수되는 물의 양에 따라 그 전극판(20a)(20b)의 접촉면적이 달라지게 된다.

도 3a를 참고하여, 상기 기준전극(10)은 출력회로(10c)로부터 소정의 직류전원(V)을 인가받아 물의 전기전도도를 검출하는 동작을 개시한다. 이때, 출력회로(10c)의 고유저항(Ro1)은 전극판(10a)(10b) 사이에 채워지는 물의 전기전도도에 따라 변화하며 그 고유저항(Ro1)에 상응하는 전압(Va)을 마이컴으로 출력하며, 마이컴은 전압(Va)을 입력받아 기준전극(10)에 의한 물의 전기전도도를 검출하게 된다. 여기서, 전극판(10a)(10b)이 물속에 잠겨진 상태에서 수조에 급수되는 물의 양이 변하더라도 그 접촉면적은 변하지 않기 때문에 일정한 전압(Va)이 마이컴으로 인가된다.

도 3b를 참고하여, 상기 측정전극(20)은 출력회로(20c)로부터 소정의 직류전원(V)을 인가받아 물의 전기전도도를 검출하는 동작을 개시한다. 이때, 출력회로(20c)의 고유저항(Ro2)은 전극판(20a)(20b) 사이에 채워지는 물의 전기전도도에 따라 변화하며 그 고유저항(Ro2)에 상응하는 전압(Vb)을 마이컴으로 출력하며, 마이컴은 전압(Vb)을 입력받아 측정전극(20)에 의한 물의 전기전도도를 검출하게 된다. 여기서, 전극판(20a)(20b)은 일부가 물에 잠겨지므로 그 접촉면적은 수조에 급수되는 물의 양에 따라 달라지므로 그에 상응하여 변화하는 전압(Vb)이 마이컴으로 인가된다.

마이컴에서는 기준전극(10)에 의해 검출된 전압(Va)과 측정전극(20)에 의한 전압(Vb)의 차에 따라 수조에 급수되는 수위를 감지할 수 있게 된다. 여기서 기준전극(10)과 측정전극(20) 모두 동일조건하에서 물의 전기전도도를 검출하기 때문에 수조에 급수되는 물의 혼탁도가 달라지더라도 수위 측정의 오차를 배제시킬 수 있다는 점에서 중요하다. 즉, 기준전극(10)과 측정전극(20)을 이용하여 상대적인 수위 측정 방식을 적용하여 측정 오차를 근원적으로 방지할 수 있는 것이다.

전술한 본 발명의 수위센서는 수위 측정이 요구되는 세탁기, 정수기 그리고 가습기 등에 적용할 수 있으며, 세탁기에 적용된 예를 중심으로 설명한다.

도4a 및 도 4를 참고하여, 수조(1)의 하부에 기준전극(10)이 설치되고 그 기준전극과 일정 거리 떨어져 측정전극(20)이 수조(1)의 길이 방향으로 설치된다. 상기 측정전극(20)은 수위 측정 범위를 고려하여 낮은 수위부터 높은 수위까지 측정가능하게 수조의 아래쪽에서 위쪽까지 연장 형성된다.

그리고 세탁을 수행하는 도중 특히 탈수시에는 언밸런스가 일어남에 따라 탈수조(3)가 요동하므로 상기 전극(1)(3)과의 충돌을 피할 수 있도록 수조(1)에 매입 설치하되, 상기 기준전극(10) 및 측정전극(20)은 그 전극판 표면이 물과 접촉되도록 저수 공간(3)에 노출되게 설치하고 도선를 비롯한 출력회로등의 기판은 수조외측에 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 수위 측정이 필요한 경우에만 상기 전극(10)(20)에 소정 직류전원을 공급하거나 혹은 일정 주기마다 전원을 공급하여 수위 측정하여 전력소모를 줄이는것이 바람직하다.

또한, 전극판이 물에 노출되는 관계로 이물질과의 전기화학 반응 등으로 인하여 전극판이 부식되는 것을 방지하기 위해 상기 전극(10)(20)의 전극판(10a)(10b)(20a)(20b)은 금속(금, 백금 등)으로 도금하여 표면에 금속 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 수조에 급수되는 물과 접촉하는 기준전극 및 측정전극의 검출값의 차에 따라 수위를 정밀하게 감지할 수 있어서 세탁기를 비롯하여 수위센서의 역할이 필요한 정수기, 가습기 등의 기기에 유용하게 적용할 수 있다. 본 발명의 수위센서는 기준전극과 측정전극의 상대 수위 측정 방식으로 수위를 감지하므로 물의 혼탁도에 구애됨이 없이 정밀한 수위 측정이 이루어진다. 또, 본 발명의 수위센서는 전극 표면에 금이나 백금으로 도금한 코팅층을 형성하여 부식에 의한 손상을 방지할 수 있고, 특히 세탁기에 적용시 수조에 전극을 매입하여 전극 표면만이 노출되게 설치함으로써 탈수조와의 충돌 회피를 도모할 수 있다.

Claims (5)

1. 물을 저수하기 위한 수조와, 상기 수조의 수위를 측정하기 위한 수위센서를 구비한 기기에 있어서,

   상기 수위센서는,

   복수의 전극판으로 이루어져 그 전극판 사이에 채워지는 물의 전기전도도를 검출하는 기준전극과, 상기 기준전극의 전극판의 길이보다 길게 상기 수조의 길이방향으로 연장된 복수의 전극판으로 이루어져 그 전극판 사이에 채워지는 물의 전기전도도를 검출하며 상기 기준전극과 떨어진 측정전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 수위센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 기준전극의 검출값은 수위 측정을 위한 기준값으로 제공되고 상기 측정전극의 검출값은 수위에 따라 달라지는 물과의 접촉면적에 대응하는 측정값으로 제공되며, 상기 기준값과 측정값의 차에 따라 수위를 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 수위센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 수위센서는 수조의 내측으로 전극 표면이 노출되게 설치하는 것을 특징으로 하는 수위센서.
4. 제3항에 있어서, 상기 전극 표면에 금속을 도금하여 금속 코팅층을 형성하는것을 특징으로 하는 수위센서.
5. 제1항에 있어서, 상기 수위센서는 세탁기, 정수기 그리고 가습기에 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수위센서.