KR200367640Y1 - 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 각종 오일류의 열화특성 및 산화정도를 자동으로 감지하여 운영자에게 신호를 보내는 장치로서, 보다 신뢰성 있는 시스템을 구축하고자 광학적 특성이나 전기적 특성 둘 중의 하나를 채택한 방법이 아니라 동일한 센서에 두 가지 모두를 수용하여 즉- 광학적 측정을 위한 적외선 송, 수광부와 전기적 특성을 측정하는 프로우브(PROBE)를 하나의 센서에 모두 장착하여, 광학적 특성 및 전기적 특성 모두를 판단하도록 고안된 것으로서 정확한 정도, 정확한 판단을 운영자 혹은 운전자에게 지령할 수 있도록 하는 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템을 제공한다. 그 시스템은, 기본적으로 센서부와 컨트롤러부 그리고 최종적으로 표시하는 인디케이터부 이렇게 크게 3개의 블록으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 센서부는 동일한 센서내에 전기적 특성을 감지하는 프로우브(PROBE)와 광학적 특성을 감지하는 적외선 발광부와 그 발광을 수신하는 수광부로 구성되어지고, 광학적 특성을 감지하기 위해 적외선 발광부에서 일정량의 발광선을 보내면 유체를 그 적외선이 통과할 때 그 광량의 변화가 수광부에 포착된다. 또, 전기적 특성을 위한 시스템의 구성중 발진 및 주파수 변환 컨버터는, 탐침, 즉 프로우브(PROBE)로 일정한 주파수를 보내고 유체가 열화되는 정도에 따라 수신측에는 변조되어 들어온 주파수를 감지하여 변환 출력하는 발진 및 주파수 변환 컨버터(23)를 포함하여 구성된다.

Description

유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템{system for detecting a deterioration and oxidization degree of a fluid}

본 고안은, 각종 오일류의 열화특성 및 산화정도를 자동으로 감지하여 운영자에게 신호를 보내는 장치에 관한 것으로, 보다 신뢰성 있는 시스템을 구축하고자광학적 특성이나 전기적 특성 둘 중의 하나를 채택한 방법이 아니라 동일한 센서에 두 가지 모두를 수용하여 즉- 광학적 측정을 위한 적외선 송, 수광부와 전기적 특성을 측정하는 프로우브(PROBE)를 하나의 센서에 모두 장착하여, 광학적 특성 및 전기적 특성 모두를 판단하도록 고안된 것으로서 정확한 정도, 정확한 판단을 운영자 혹은 운전자에게 지령할 수 있도록 하는 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템에 관한 것이다.

종래 자동차 오일류를 예로 들자면 현재의 자동차엔진오일은 주행거리에 의해서 즉-휘발유를 연료로 사용하는 자동차인 경우는 10,000KM를 주행 후에 교체하고, 디젤류를 연료로 하는 자동차인 경우에는 5,000KM의 주행 후에 엔진오일을 교체하도록 운용 매뉴얼에 지정되어 있다. 이는 운전자의 운전습관, 도로의 상태, 엔진의 상태, 오일 자체의 품질에 따라서 많은 차이점이 있다. 따라서 주행거리를 위주로 대략적인 판단을 결정짓는 것은 매우 비합리적이라 볼 수 있다.

또, 엔진오일의 레벨 게이지로 찍어서 점도와 색깔로 오일의 열화정도를 판단하는 것도 정확한 오일의 열화를 측정하는 방법이 아니다. 다만, 개략적인 판단일 뿐이다. 엔진오일을 좀 더 일찍 교환하면 운영자는 더 사용할 수 있는 충분한 점도의 오일을 일찍 교환하여 경제적인 손실이 초래되고 너무 늦게 판단하면 엔진의 윤활이 좋지 않아서 엔진의 운행에 부담을 초래하게 된다.

이는 다만 차량의 엔진오일에 국한된 설명이라고는 볼 수 없다. 같은 차량에서도 브레이크오일, 기어오일, 그리고 트랜스미션 오일에서도 다 같은 주행거리를 중심으로 교체의 매뉴얼을 정하고 있다.

비단 자동차의 오일만 한정된 것이 아니고 식용유의 산화정도와 일반 식품의 제조에 있어서 맛과 색깔을 매우 정확하게 측정하여 자동화 할 수 있다. 현재까지 세계적으로 출원된 혹은 발명이 완료된 기술을 살펴보면 대부분이 이런 판단은 광학적 특성을 이용한 센싱의 방법이거나, 아니면 전기적 특성을 이용한 방법 둘 중의 하나를 이용하여 계측제어하는 방법이다.

광학적인 특성을 이용하면 제품에 대한 색의 농도는 정확하게 판단하여 제품을 꼭 같은 색깔로 고르게 생산할 수 있다. 그러나, 산도는 전기적 특성을 감지하여야 하는 것이다. 이런 판단을 위해서 전기적 특성을 알 수 있는 센서를 다시 취부하고 있는 것이 현재의 실정이다.

종래의 기술에 등재된 문헌으로서는 아래와 같은 것들이 있다.

등록 실용신안 20-0292823의 기술은 연료소모량을 누적시켜 엔진오일 교환 시기를 알리는 장치이며 이는 또한 지금의 총 누적 길로미터를 보면서 차계부를 적요하는 것과 비슷하다. 단 차계부를 쓰지 않아도 연료의 소모량으로 감지하므로 편리한 점은 인정된다. 그러나, 운전자의 운전에 따라 즉- 저단기어를 많이 사용한 상태와 톱기어를 많이 사용한 상태가 다르므로 이 또한 정확한 계량이라고 볼 수 없다.

특허등록 1996-0005525 호는 오일의 점성이 달라짐을 이용한 검출장치이므로 이 고안과는 무관하다. 오일의 점성은 메이커에 따라서 아니면 계절에 따라 바뀌고 그 특성이 안정적이지 못하므로 오일의 점성에 의해서 열화를 판단하는 것은 합리적이지 못하다.

본 고안은 값이 비싼 센서와 복잡한 컨트롤러를 새롭게 디자인하여 보다 값싸고 누구라도 쉽게 유체의 특성변화에 재빨리 대응하고 고신뢰도와 고내구성을 향상시켜 산업 전반에 확산시키고 국가의 경쟁력을 높이는데 이 고안의 기술적인 과제이며 또한 목표이다.

본 고안의 요지는, 종래와 같이 대단히 불합리한 요소가 많은 교체 시기의 매뉴얼에 대해 이를 보다 정확하고 합리적으로 판단하기 위한 것에 있는 것이다. 보다 합리적 판단을 위해서는 오일 자체의 열화와 산화의 정도를 직접적으로 센서가 감지하여 이를 컨트롤러에 보내어 판정하도록 하는 것이 지극히 합리적이고 정확한 계측의 방법이라고 볼 수 있다.

본 고안에서는 보다 신뢰성 있는 시스템을 구축하고자 광학적 특성이나 전기적 특성 둘 중의 하나를 채택한 방법이 아니라 동일한 센서에 두 가지 모두를 수용하여 즉- 광학적 측정을 위한 적외선 송, 수광부와 전기적 특성을 측정하는 프로우브(PROBE)를 하나의 센서에 모두 장착하여, 광학적 특성 및 전기적 특성 모두를 판단하도록 고안된 것으로서 정확한 정도, 정확한 판단을 운영자 혹은 운전자에게 지령할 수 있도록 하는 이 핵심의 기술을 제공하는데 있다.

도1은 본 고안의 일실시예에 따라 동시에 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템의 블록다이어그램이다.

<도면에 사용된 주요부호의 설명>

10: 센서부 11: 송, 수광부

12: 프로우브(탐침) 13: 볼트머리

14: 나사산 20: 컨트롤러부

21: 정전압 전원부 22: 레퍼런스 전압발생부

23: 발진 및 주파수 변환 컨버터 24: 전압 비교 감지부

25: 광학적 전기신호의 증폭기 26: 메모리 수단

27: 비교검출부 SSR: 무접점 스위치

본 고안의 일실시예에 따른 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템은, 기본적으로 센서부와 컨트롤러부 그리고 최종적으로 표시하는 인디케이터부 이렇게 크게 3개의 블록으로 구성된다.

센서부는 동일한 센서내에 전기적 특성을 감지하는 프로우브(PROBE)와 광학적 특성을 감지하는 적외선 발광부와 그 발광을 수신하는 수광부로 구성되어진다.

광학적 특성을 감지하기 위해 적외선 발광부에서 일정량의 발광선을 보내면 유체를 그 적외선이 통과할 때 그 광량의 변화가 수광부에 포착된다. 좀 더 상세하게 기술하면 일정량의 빛이 발광부에서 발광하면 탁도가 심하지 않은, 즉, 새 엔진오일이면 많이 빛이 엔진오일(유체)를 통과하여 수광부 혹은 수신부에 많은 광량이 적용되게 된다. 이에 따라 수광부인 포토다이오드의 저항값은 줄어 들며 이 저항값의 줄어듬을 전류로 바꾸어서 최종의 인디케이터부에 표시할 수 있게 된다.

이와 같이 광학적 특성을 감지하기 위한 구성 부분은, 광학적 전기신호의 증폭기(OPTICAL SIGNAL AMP) 부분과 기준점을 정하는 전압의 메모리 수단(POTENTIAL MEMORY) 부분 그리고 비교차를 검출하고 그리고 비교하여 최종구동장치에 신호를 보내는 비교검출부(COMMPARE AND DETECTION) 부분을 포함하여 구성된다.

최종구동장치를 구동하기 위한 전치 증폭기인 SSR(SOLID STATE RELAY)는 무접점 릴레이로써 전기적 신호 출력과 광학적 신호 출력 모두에서 작동한다.

전기적 특성을 위한 시스템의 구성중 발진 및 주파수 변환 컨버터는, 탐침, 즉 프로우브(PROBE)로 일정한 주파수를 보내는 오실레이터 즉 OSC부분과 이를 수신하는 수신부를 포함하여 구성된다.

블록다이어그램에서는 송신부를 T(TRANSMITTER)로 명기했으며 수신부는 R(RECEIVER)로 표기하였다. 송신부에서 일정한 주파수를 보내면 산화도가 높던지 유체가 열화되면 수신측에는 다른 주파수가 변조되어 들어온다. 그 주파수를 주파수 변환 컨버터(F/V CONVERTOR)에 의해서 전압으로 변환된다. 주파수 변환 컨버터(F/V CONVERTOR)란 주파수를 전압으로 바꾸는 회로이다. 이 차의 전압을 비교전압 회로에서 생산된 전압을 검출과 비교블록인 전압 비교 감지부(COMPARE AND DETECTION) 블록에서 비교 검출한 다음, 검출된 출력신호를 무접점 릴레이로 보낸다.

회로 전체에 공급하는 정전압 전력 공급기(CONSTANT VOLTAGE POWER SUPPLY)는 회로 전체에 에너지를 고르게 공급하여야 함으로 높은 열적 특성과 안정성 특성을 동시에 요구한다. 왜냐하면 파워의 전압이 흔들리면 시스템 전체가 불안해지기 때문이다. 본 고안에서는 자동차를 기준으로 11.5 볼트를 예로 들었으나, 이 전압은 여기에 한정된 것은 아니다. 12볼트, 24볼트 또는 기타의 전압을 시스템에 맞추어 설계할 수도 있다.

최종의 구동장치인 인디케이터부로서 고휘도 발광다이오드(HIGH DENSITY LED) 및/또는 일반적으로 널리 쓰이고 있는 텅그텐(TUNGSTEN LAMP)를 예로 들었으나, 이 인디케이터부는 어디까지나 여기에 한정되지는 않는다. 램프 대신 음성으로 알려주는 여러 시스템도 이 고안에서 예외일 수는 없다. 왜냐하면 운영자에게 알려주는 하나의 인디케이터에 불과하기 때문이다. 디지털 디스플레이 또한 동일한 범주에 속한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안의 일실시예에 따라 동시에 유체의 열화 및 산화도를 감지하는시스템의 블록다이어그램으로서, 광학적 특성의 감지를 위한 적외선 송, 수광부(11)와 전기적 특성을 검지하는 프로우브(12)를 동시에 갖춘 센서부(10), 정전압 전원부(21), 발진 및 주파수 변환 컨버터(23), 전압 비교 감지부(24), 광학적 전기신호의 증폭기(25), 기초적 메모리 수단(26), 비교검출부(27), 그리고, 최종으로 운영자에게 지시하기 위한 무접점 스위치(SSR)를 포함하여 구성된다.

도 1에서 본 고안의 일실시예에 따른 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템은, 전기적 변화량과 광학적특성을 모두 이용한 시스템으로서, 먼저 센서부(10)의 구조를 살펴보면, 볼트 형식으로 취부가 되는 구조로서 볼트머리(13)와 그 아래의 원주에 나사산(14)이 나 있어서 오일 통로에 쉽게 장착할 수 있도록 하였다. 또, 코넥터의 위치가 현재 전선의 인출구가 메일(MALE)이든 피메일(FEMALE)이든 고정된다.

나사산(14)의 위쪽은 몰딩처리한 몰딩부(15)를 형성하여 절연과 고정의 위치를 단단히 하고 그 위에 광(光)센서, 즉 발광부와 수광부인 송, 수광부(11)를 위치시킨다. 도면의 오목한 부분에 발광부와 수광부에 각각 실리콘 포토다이오드와 발광다이오드를 함침시키며, 정 중앙부에 전기적 특성을 검지할 수 있는 핀형태의 프로우브(12)를 함침하고 그 프로우브(12)의 재질은 SUS 316 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이는 엔진 오일이나 기타의 오일에 수분이 침투하여 탐침 자체의 산화, 부식을 방지하는데 그 목적이 있다.

블록다이아그램에서 처럼 전기센서, 광센서의 각각 한극을 마이너스로 잡아서 외부 볼트에 취부하여 컴몬 그라운드(COMMON GROUND)를 잡는다. 이는 자동차의샤시가 컴몬 그라운드이기 때문이다. 정전압 전원부(21)는 고정도의 정전압 전원으로서 약 11.5 볼트에 고정시킨다.

이 안정화 전압은 고정밀도가 요구되며, 온도의 특성도 매우 우수하여야만 한다. 그 안정화된 정전압의 출력 전압이 11.5 볼트에 고정되기 때문에 14볼트 자동차나 42볼트 자동차나 그 입력에 상관없이 사용할 수 있다. 즉, 입력의 전원은 프리볼트이다.

이 안정화 전원은, 센서는 물론 메모리, 앰프, 파형비교기(COMPARATOR), 최종 인디케이터 램프를 구동하기 위한 무접점 스위치(SSR)(SOLID STATE RELAY)까지도 모두 공급되어진다.

열화도를 검지하는 센서의 제일 처음 위치한 좌측 하부의 인출선은 광학적 센서의 출구이다. 이는 수광부의 포토 실리콘다이오드에서 신호가 출력되어 나온다. 이 신호는 컨트롤러부(20)로 들어가게 되며, 컨트롤러부(20)에 들어 온 수광신호는, 광학적 전기신호의 증폭기(25)에서 파형이 정형되며 증폭되어져서 출력된다.

파형이 정형되어 데이터화된 신호는 비교검출부(27)에 들어가게 되며, 교체하여야 할 엔진오일(예, 5,000KM 이상을 주행하여 열화되어진 오일)의 상태에 대한 전기적 신호를 메모리 수단(26)으로부터 입력받아, 비교검출부(27)에서 서로 비교 검출하여 교체하여야 할 전기적 신호 이상(전기적 신호의 특성에 따라 약한 신호의 상태)이 되면 #2 LED를 거쳐 무접점 스위치(SSR)의 베이스로 입력하게 된다. 이 때는 #2 LED가 점등되며 무접점 스위치(SSR)가 활성화된다. 그 메모리 수단(26)에는 교체를 위한 차이값에 의해 교체여부를 위한 상태신호를 출력하기 위해서는 처음깨끗한 엔진오일의 상태의 전기적 신호값이 그 차이값과 함께 저장될 수도 있다.

정비사는 전기적 특성에 의해서 알람이 울린 것이 아니라 광학적특성에 의해서 오일 교체 지시가 내려진 것을 #2 LED가 점등을 통해서 알 수 있다.

전기적 특성의 변화로 알 수 있는 방법은 블록다이어그램에서 알 수 있는 바와 같이 두 개의 탐침 즉 전기적 센서의 프로우브(ELECTRIC SENSOR PROBE)에 의해서 이루어진다. 이 프로우브는 광학적 특성을 알 수 있는 센서 바로 윗 부분에 함침되어 있으며 컴몬 그라운드를 기점으로 한쪽은 송신부 다른 한쪽은 수신부가 된다.

발진 및 주파수 변환 컨버터(23) 블록에서 일정한 주파수를 프로우브(12)로 보낸다. 일정한 주파수를 보내는 방법은 플립플롭 타입이거나, 아니면 멀티바이브레이터 방식이라도 관계가 없다. 일정한 주파수만 탐침으로 보내주면 된다.

다른 한쪽의 프로우브에서는 오일을 개재하여 송신된 주파수를 수신한다. 새 엔진오일과 열화된 엔진오일은 유전율이 다르다. 따라서 주파수의 변동을 검출할 수 있다. 즉, 엔진오일 자체가 유전체(Dielectric Constant)인 것이다.

수신되어 들어온 주파수는 F/V CONVERTOR에 의하여 전압으로 변환된다.

이 전압을 COMPARE AND DETECTION에서 비교 검출하여 #1 LED를 통하여 무접점 스위치(SSR)를 트리거 시킨다. #1 LED의 점등을 통해서 정비사 혹은 운전자는 전기적 특성에 의해서 엔진오일 열화 지시가 내려졌음을 판정할 수 있다.

최종 램프 구동 무접점 스위치(SSR)는 전기적 특성과 광학적 특성 모두를 트리거한다. OR회로인 것이다. 어느 하나가 검지되어도 무접점 스위치(SSR)는 트리거되고 교체를 알리는 램프는 구동되어진다. 이 무접점 스위치(SSR)(SOLID STATE RELAY)를 사용한 이유는 반도체 스위피를 채용함으로 내구성과 신뢰도를 확보하기 위함이다. 일반적 접점이 있는 릴레이(계전기 RELAY)를 사용하면 수명에 한계점이 있기 때문이다. 이에 비해서 반도체 스위치를 사용하면 내구성과 신뢰도를 향상 시킬 수 있다.

이 SSR은 고휘도 LED나 일반 텅스텐 전구를 구동하여 운전자에게 엔진오일이 열화되었음을 알려서 운전자로 하여금 엔진오일을 교체할 수 있도록 유도한다.

현재까지는 자동차에 필수적으로 들어가는 엔진의 윤활장치 즉-엔진오일에 한정하여 설명하였지만 실제적 응용에서는 엔진오일에 한정된 것은 아니다.

기어오일이나, 브레이크오일 그리고 트랜스미션오일도 동일한 응용이 가능하다. 뿐만이니라 모든 유체에 그 응용이 가능하다. 자동차에서는 냉각수의 산화정도도 가능하며, 식품공장에서의 색도조절 및 산도 조절에 필수적이다.

그리고 전기적 특성을 위한 설명이 정전적 특성(The character Of Dielectric Constant), 즉, 유전체적 특성만이 이 탐침이 감지하는 한정적인 것이 아니다. 이 프로우브(12)는 단순한 전기적 저항의 변화량으로 산도나 기타의 분자 개수를 파악할 수 있다. 저항 변화량으로 산화도를 측정하기 위해서는 도 1의 블록다이아그램에서 발진 및 주파수 변환 컨버터(23)의 블록을 휘이스톤 브릿지 회로로 바꾸어 주므로 완벽한 저항값 측정에 의한 컨트롤러로서의 기능이 가능한 것이다.

이상에서 본 고안의 실시예에 따른 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템의 구성과 작용에 의하면, 다음과 같은 효과를 지닌다.

보다 유한한 석유자원을 가장 효율적으로 이용하고, 낭비를 줄이며 정밀한 제품의 수명을 연장하고 제품생산라인을 가장 값싸고 손쉽게 구성하도록 하는 기술이 제공된다는 효과가 있다.

또, 센서와 통합 컨트롤러와 연관된 기술로서 종래에는 유체를 측정하는 방법에서는 광학적 측정과 전기적 측정 두 개를 각각으로 측정하였던 것, 즉, 색깔은 광학적인 방법으로 산화도는 전기적 특성을 이용한 방법으로 각각 두 개의 센서와 두 개의 컨트롤러가 필요하였던 것을 각각 한 개로 만들면서 원가의 절감, 정도의 개선, 쉬운 컴퓨터 인터페이스로서 그 기능을 확대한 것을 제공하는 효과가 있다.

또한, 광학적 특성 및 전기적 특성 모두를 판단하여 정확한 정도와 정확한 판단을 운영자 혹은 운전자에게 지령할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 송, 수광부(11)에 의한 광학적 특성을 감지하는 센서와 한쌍의 프로우브(12)에 의해 전기적 특성을 검지하는 센서를 지니는 센서부(10);

   상기 송, 수광부(11)의 송광부(발광부)에 특정의 발광신호를 보내어 발광선을 발생시키며, 그 발광선이 유체를 통과한 후의 광량에 의한 수광부에서의 수광신호를 그 파형을 정형하고 증폭하여 출력하는 광학적 전기신호의 증폭기(25)와, 소정의 유체의 광학적 특성치의 측정을 위한 기준점들을 정하는 전압들을 메모리 수단(26)으로부터 입력받아 상기 증폭출력되는 수광신호와의 차이를 산출하여 인디케이터부를 구동시키기 위한 출력신호를 인디케이터부에 출력하는 비교검출부(27)와, 유체의 유전율에 의한 전기적 특성치를 검지하기 위한 일정한 주파수를 상기 프로우브(12)의 일측에 보내는 오실레이터(OSC)부분과 그 프로우브(12)의 일측으로부터 유체를 통과하여 수신된 프로우브(12)의 타측으로부터의 변화된 수신주파수를 전압으로 변환하기 위한 발진 및 주파수 변환 컨버터(23)와, 그 변환된 전압을 기준 전압과 비교하여 인디케이터부의 구동여부를 위한 출력신호를 출력하는 전압 비교 감지부(24)를 포함하여 구성되는 컨트롤러부(20);

   상기 비교검출부(27)와 전압 비교 감지부(24)로부터의 각 출력신호에 의해 유체의 열화 및 산화정도를 표시하는 인디케이터부(30)를 포함하여 구성됨으로써 동시에 광학적 특성과 전기적 특성에 의해 유체의 열화 및 산화정도를 측정하는 것을 특징으로 하는 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 전기적 특성으로서 유전율 대신 저항의 변화량으로 산화도를 측정하기 위해서는 발진 및 주파수 변환 컨버터(23) 대신 휘이스톤 브릿지 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 인디케이터부(30)는, 상기 전기적 특성에 의한 전압 비교 감지부(24)로부터의 출력신호에 의해 구동되는 제1인디케이터(#1 LED)와, 상기 광학적 특성에 의한 비교검출부(27)로부터의 출력신호에 의해 구동되는 제2인디케이터(#2 LED)와, 그 제1인디케이터(#1 LED)와 제2인디케이터(#2 LED)의 하나만의 구동에 의해서도 함께 구동되는 무접점 스위치(SSR) 및 제3인디케이터(LED,LAMP)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 열화 및 산화도를 감지하는 시스템.