KR200328796Y1

KR200328796Y1 - 정전용량방식을 이용한 정수기의 수위감지장치

Info

Publication number: KR200328796Y1
Application number: KR20030022676U
Authority: KR
Inventors: 박종원; 오주철; 김융기
Original assignee: 웅진코웨이주식회사
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2003-10-01

Abstract

본 고안은 정수기의 정수탱크내에 설치되어 탱크내의 수위에 따라서 물공급관의 밸브가 동작하여 원하는 수위를 조절하기 위한 정수기의 수위감지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수위에 따른 정전용량의 변화를 감지하여 전기적 신호로 바꾸어 수위를 제어하는 정전용량 방식의 수위감지장치에 관한 고안이다.

리드센서방식의 경우 외부충격이나 다른 외부요인에 의해 파괴되기 쉬운 문제점이 있고 홀센서방식에서는 자성체와의 거리 및 각도에 오차로 인한 제어능력이 떨어지는 문제가 있어서 정확한 제어가 어렵다. 또한 플로트등이 설치되기 때문에 청소하기가 어려워 위생상의 문제도 있다. 따라서 본 고안은 이러한 방식이 아닌 정전용량방식을 이용한 수위감지장치를 사용하여 이러한 문제를 해결하려고 한다. 한편 기존의 정전용량방식의 경우 정수탱크외부에 설치되고 있는데 이 경우 센서의 고정장치가 느슨해지는 문제와 물과 센서와의 거리가 멀어서 제품불량이 발생하는 문제등도 있어서 이를 해결하려고 한다. 이를 위해 본 고안의 수위감지장치는 PCB에 정전용량 감지면들을 설치하고 정전용량의 변화를 RC발진회로를 통하여 발진시키고 교류를 직류로 바꾸는 평활회로와 신호를 증폭시키는 증폭회로 및 마이콤 등으로 구성된다.

Description

정전용량방식을 이용한 정수기의 수위감지장치{CAPACITIVE TYPE LEVEL SENSOR FOR WATER PURIFIER SYSTEM}

본 고안은 정수기의 정수탱크내에 설치되어 탱크내의 수위에 따라서 물공급관의 밸브가 동작하여 원하는 수위를 조절하기 위한 정수기의 수위감지장치에 관한것으로서, 더욱 상세하게는 수위에 따른 정전용량의 변화를 감지하여 전기적 신호로 바꾸어 수위를 제어하는 정전용량 방식의 수위감지장치에 관한 고안이다.

수질오염 등으로 인해 정수기의 사용이 확산되고 있으며 일반적인 정수기는 정수를 저장하는 정수저장탱크를 가지고 있다. 정수기는 상기 탱크내의 정수 저장상태를 파악하기 위한 수위센서가 설치되어 있으며, 통상적으로 수위센서는 리드센서나 홀센서를 사용하여 정수수위를 감지하도록 하고 있다.

그런데 리드센서의 경우 유리구 내에 두 개의 금속제 리드단자가 설치되고, 금속제의 리드단자가 플로우트의 내부에 설치되는 자석에 의한 자력에 의하여 휘어져서 두 리드단자를 서로 접속하여 작동을 하기 때문에, 리드센서 자체의 불량률이 높고 이를 설치하는 과정에서 손상이 자주 발생하며 이로 인해서 사용수명이 짧아지게 되어 수위센서의 제조단가 및 정수기 유지비용이 상승되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 고려하여 등록실용신안 제0237681호에서는 홀센서를 사용하여 정수탱크내의 수위를 감지하는 장치를 제시하였다. 여기에서는 정수탱크내에 지면과 연직되는 관을 설치하고 상기 관의 외부에 정수의 상하 이동에 따라서 연동하는 다수개의 플로우트를 설치하되, 상기 플로우트 내부에 홀센서를 동작하게 하는 자성체를 구비하고, 상기 관의 내부에는 상기 플로우트 내부의 자성체에 의하여 동작하는 다수 개의 홀센서를 일정한 간격으로 이격하여 설치하는 것을 특징으로 하고 있어 정수기의 수명을 연장하고 제조원가를 절감할 수 있도록 하고 있다. 홀센서는 홀효과를 이용한 자기센서로서 전자회로에 고속도 단속(斷續)을 필요로 할 때나, 순전기적인 자기장이나 미소부분의 자기장을 측정할 수 있는 장점이 있어 작은 부품의전기적 장치에 이용되는 경우가 일반적이며, 거리와 자기력선의 각도에 영향을 많이 받으므로 정수기의 수위감지장치에서는 실질적으로 그 감도가 떨어지며, 또한 플로우트에 자성체가 설치되는 관계로 플로우트의 상하이동이 방해를 받거나 고장이 생기는 경우에는 문제가 되므로 반영구적이라고 말할 수 없다. 그리고 양자 모두 플로우트가 설치되는 관계로 청소가 용이하지 않아 위생상의 문제도 있다.

또한 정전용량방식의 수위감지장치의 경우에도 정수탱크외부에 설치되는 경우 센서의 고정장치가 느슨해지는 문제와 물과 센서와의 거리가 멀어서 제품불량이 발생하는 문제등도 있다.

본 고안은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 정확한 수위상태를 정전용량방식의 수위감지장치를 사용하여 감지하고 플로우트를 사용할 필요가 없는 구성이 간단한 장치를 제공하려는 것이다.또한 탱크내의 청소의 용이성이 제공되어 위생적으로도 안전할 수 있다. 이를 위하여 본 고안은 PCB에 정전용량 감지센서를 간격을 두고 설치하고 수위센서 하우징으로 이를 감싸고 에폭시로 이를 밀폐시키는 구조를 가지고 있어서 PCB가 안정적으로 고정되며, 정수는 수위센서 하우징의 외부로만 접촉하게 되어 정수가 침투하여 부품의 수명이 짧아지는 것을 막을 수 있고, 정수가 수위센서 하우징의 외부의 일정높이에 오면 PCB의 정전용량 감지센서와 정수사이의 유전율의 변화를 감지하여 이를 전기적인 신호로 바꾸어 수위제어를 할 수 있는 동작제어부에 보내 수위를 조절하게 된다. 정수가 PCB의 정전용량 감지센서위치에 올라오지 않는 경우의 정전용량감지센서에서의 공기와의 유전율과, 정수가 PCB의 정전용량 감지센서위치에 있을 때의 정전용량감지센서에서의 정수의 유전율의 차이는 매우 크기 때문에 이것의 변화를 이용할 경우 확실한 수위감지가 가능한 것이다.

도 1은 본 고안의 동작원리를 설명하는 블럭도.

도 2는 본 고안에 의한 정전용량방식을 이용한 수위감지장치의 구성도.

도 3은 본 고안의 수위감지센서의 구조와 단면을 나타내는 도면.

도 4는 PCB의 센서면을 보여주는 도면.

<도면의 부호에 대한 설명>

100 : 정수탱크 110 : 정수

120 : 수위센서 130 : 컨트롤러

140 : 디스플레이 150 : 정수공급밸브

160 : 수위센서 하우징 170 : PCB

171 : PCB의 정전용량 감지센서 180 : 에폭시

이하 첨부된 도면등을 참조하여 본 고안의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 고안의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 고안의 동작원리를 설명하는 블럭도이다. 정수탱크(100)에 정수가 PCB의 정전용량 감지센서(171)부까지 올라오지 않은 상태에서는 단지 공기가 매질일 뿐이며 공기의 유전율은 1정도이다. 먼저 정전용량을 설명하기 위해 정전용량에 영향을 미치는 요소를 알아본다.

C = εA/L [F]

C : 정전용량[F], ε: 유전율[F/m], A : 단면적[m²], L : 전도체간 간격[m]

정전용량은 유전율과 전도체의 단면적 그리고 전도체간 간격에 의해 영향을 받는다. 세탁기의 수위조절은 대개 수위에 따른 압력을 이용하여 전도체간의 간격을 변화시키는 방법을 쓰고 있으며 전자레인지의 경우에 올려놓는 물체의 중량을 감지하기 위하여 가동전극이 형성되어 있는 판스프링을 움직여 고정전극이 인쇄되어 있는 PCB기판과의 간격변화를 감지하는 방법을 사용하고 있다. 최근에는 기판을 슬라이드시켜 전도체간의 단면적의 변화를 이용하는 방법도 사용하고 있다. 정수기의 수위조절장치에서도 상기 슬라이드방식과 유사하게 플로우트등을 이용하여 가동전극이 상하이동하게 하여 전도체간의 단면적을 변화시겨 정전용량의 변화를 유도하여 이를 실행할 수도 있으나 이러한 방법은 플로우트유사의 구성요소가 필요한 방법으로서 구성이 복잡하고 굳이 정전용량 방식을 사용할 필요가 없게 되는 경우이다. 본 고안에서는 유전율의 변화를 이용하여 정전용량의 변화를 발생시켜 이를 감지하는 방법으로 실현한다.

단지 매질이 공기인 경우에는 정전용량이 작게 된다. 그러나 정수가 PCB의 정전용량 감지센서(171) 위치에 까지 올라오게 되면 매질이 물이 되며 물의 유전율은 약 80정도이다. 따라서 이 정도의 유전율의 변화는 정확하게 감지가 가능하다. 본 고안에서는 PCB의 정전용량 감지센서(171)의 단면적을 일정하게 할 수 있다. 한편 그 높이에서 공기에서 물로 매질이 바뀌는 경우 실질적으로는 단면적이 일정하다고 볼 수 없고 간격도 일정하다고 볼 수 없을 수도 있으나 공기와 물의 유전율의 차이가 상당하여 다른 인자의 문제는 무시가능하다고 볼 수 있다. 공기에 의한 유전율에서 정수가 도달하면 감지센서부의 정전용량이 변화하여 트랜지스터의 RC발진 조건이 형성되어 발진된다. 즉 유전율이 높은 정수가 인접하면 교류신호를 통과하여 트랜지스터를 발진시킨다. RC발진회로에서는 교류신호에서 트랜지스터의 출력을 피드백하여 자체 트랜지스터의 베이스에 입력하면 트랜지스터는 자체 발진한다. 평활회로에서는 교류신호를 직류신호로 바꾸며 증폭회로를 통하여 충분히 증폭시킨다. 이러한 신호가 마이콤에 입력되고 이를 적절한 수위로 환산하여 물의 공급이 이루어지게 동작을 제어하는 순서로 동작이 이루어진다. 가장 핵심적인 사항은 유전율의 변화를 이용하여 발진시키는 부분이다.

도 2는 본 고안에 의한 정전용량방식을 이용한 수위감지장치의 구성도이다. 수위센서(120)는 정수기 내부에 설치되어, 센서가 외부에 설치되었을 때의 센서의 고정불량이나 먼 간격으로 인한 문제를 발생시키지 않는다. 컨트롤러(130)은 신호를 수위로 환산하여 정수공급밸브의 개폐를 제어하는 기능등을 하는 부분을 총괄하여 나타낸 것이다. 디스플레이(140) 부분에서는 PCB의 정전용량 감지센서(171)의 작동높이에 따라 정수탱크(100)의 수위를 표시할 수 있게 할 수 있다. 컨트롤러(130)의 제어에 의하여 원수공급밸브(150)의 개폐를 조절하여 정수탱크의 수위를 조절할 수 있을 것이다.

도 3은 본 고안의 수위센서의 구조도(가)와 단면도(나)를 보여주고 있다. PCB(printed circuit board)(170)는 수위센서 하우징(160)에 의해 안전하게 보호되며 직접적으로 물과의 접촉도 없게 되며, 수위센서 하우징(160)의 둘레에 플로우트 등의 다른 장치가 설치되지 않으므로 청소가 용이한 점이 있다. 한편 에폭시(180)로 수위센서의 아래부분을 패킹하여 PCB(170)가 안정적으로 고정되게 할 수 있다.

도 4는 PCB기판에 정전용량 감지센서 부분을 보여주고 있다. 이 부분은 필요에 따라 일정한 간격을 두고 설치시킬 수 있으며 정수탱크내의 수위조절 뿐만 아니라 정수의 수위를 디스플레이하기 위한 목적으로도 사용할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

이상 기술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 정전용량방식의 수위감지장치를 정수기 내부에 설치하여 불량 및 고장의 원인을 근본적으로 해결하고 정확한 수위감지가 가능하며, 반영구적으로 사용이 가능하다. 그리고 상술한 리드센서나 홀센서에서의 문제점이 없는 장치로서 정확한 수위상태를 정전용량방식의 수위감지장치를 사용하여 감지하고 플로우트를 사용할 필요가 없는 구성이 간단한 장치를 제공되며 또한 탱크내의 청소의 용이성이 제공되어 위생적으로도 안전할 수 있다.

Claims

정수기의 정수탱크(100)의 수위를 측정하기 위한 정수기의 수위감지장치에 있어서,

공기와 물의 유전율 변화를 감지하는 PCB의 정전용량 감지센서(171);

PCB의 정전용량 감지센서(171), 유전율의 변화를 발진조건으로 하여 트랜지스터를 발진시키는 RC발진회로, 교류신호를 직류신호로 바꾸는 평활회로 및 신호를 증폭시키는 증폭회로가 있는 PCB(170);

상기 PCB(170)를 보호하여 정수와 직접 접촉하지 않도록 하는 수위센서 하우징(160);

증폭된 신호를 수위로 환산하여 정수의 수위에 따라 정수공급밸브(150)의 개폐의 신호를 제어하는 마이콤을 포함하며,

수위센서(120)부가 정수기 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 정전용량방식의 정수기의 수위감지장치.
제 1항에 있어서,

상기 PCB의 정전용량 감지센서(171)는 PCB(170)에 하나 이상 높이를 달리하여 설치되고,

각 높이에서의 유전율의 변화를 디스플레이 할 수 있는 디스플레이부(140)가 부가된 것을 특징으로 하는 정전용량방식의 정수기의 수위감지장치.
제 1항 또는 제2항에 있어서,

상기 수위센서하우징(160)의 하부를 에폭시(180)로 패킹하여 PCB(170)를 고정함으로써 충격에도 견딜 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 정수기의 수위감지장치.