KR20040073129A - Liquid level sensor using capacitance - Google Patents

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KR20040073129A
KR20040073129A KR1020030009110A KR20030009110A KR20040073129A KR 20040073129 A KR20040073129 A KR 20040073129A KR 1020030009110 A KR1020030009110 A KR 1020030009110A KR 20030009110 A KR20030009110 A KR 20030009110A KR 20040073129 A KR20040073129 A KR 20040073129A
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Abstract

PURPOSE: A liquid level sensor using capacitance is provided to prevent the liquid level sensor from malfunctioning by electrically separating a reservoir and an area having the liquid sensor. CONSTITUTION: A liquid level sensor using capacitance includes a sensor part, a reference capacitor, a variable capacitor, a signal part(100), a sensor part(111), a capacitance comparator(120), a housing(200), an internal sidewall(221) of the housing(200), and an outer sidewall(222) of the housing(200). The sensor part detects whether or not the liquid level reaches a desired position. The reference capacitor and the variable capacitor have two ports, respectively. The capacitance comparator receives capacitance values from the reference capacitor and the variable capacitor.

Description

정전용량을 이용한 수위센서{Liquid level sensor using capacitance}Liquid level sensor using capacitance

본 발명은 수위센서에 관한 것으로, 특히 정전용량을 이용한 수위센서에 관한 것이다.The present invention relates to a level sensor, and more particularly to a level sensor using a capacitance.

도 1은 종래의 정전용량을 이용하는 수위센서를 설명하기 위한 개략도이고, 도 1에서 화살표는 수조의 수위변화를 나타내는 것이다.1 is a schematic diagram for explaining a water level sensor using a conventional capacitance, the arrow in Fig. 1 shows the water level change of the tank.

도 1을 참조하면, 종래의 수위센서는 센서단자(11)가 있는 신호부(10)와 신호부(10)의 외장을 형성하는 하우징(20)으로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the conventional water level sensor includes a signal unit 10 having a sensor terminal 11 and a housing 20 forming an exterior of the signal unit 10.

센서단자(11)에는 수조의 수위에 따라 물이 접촉 또는 비접촉 된다. 신호부(10)에서는 '물공급차단신호발생위치'를 기준으로 하여 수조내의 수위가 '물공급차단신호발생위치'보다 낮으면 물공급신호를 물공급장치로 출력하고, 수조내의 수위가 '물공급차단신호발생위치'에 도달하면 물공급차단신호를 물공급장치로 출력한다.Water is in contact or non-contact with the sensor terminal 11 according to the water level of the tank. The signal unit 10 outputs a water supply signal to the water supply device when the water level in the tank is lower than the 'water supply blocking signal generation position' based on the 'water supply blocking signal generation position', and the water level in the tank is 'water'. When the supply cutoff signal generation position is reached, the water supply cutoff signal is output to the water supply device.

그런데, 수위센서 및 수조의 사용 개시 후 장시간이 흐르면 수조의 내벽과 수위센서의 하우징(20) 주위에 전도성 물질이 주를 이루는 용착물이 달라붙게 되고, 센서단자(11)에도 용착물이 달라붙게 된다. 그 용착물에 의하여 수조의 내벽과 하우징(20)이 전기적으로 연결됨으로써, 종국적으로는 수위센서의 센서단자(11)와 수조의 내벽이 전기적으로 연결되게 된다. 따라서, 용착물에 의한 수위센서의 센서단자(11)와 수조 내벽의 전기적인 연결로 인하여 수조 내의 수위가 변동되어도 수위센서의 센서단자(11)에서는 그 변동을 감지하지 못하게 되므로 수위센서가 오작동하게 되는 원인이 된다.However, when a long time passes after the use of the water level sensor and the water tank, a deposit made of a conductive material mainly adheres to the inner wall of the water tank and the housing 20 of the water level sensor, and the weld material also adheres to the sensor terminal 11. do. The inner wall of the water tank and the housing 20 are electrically connected by the deposit, so that the sensor terminal 11 of the water level sensor and the inner wall of the water tank are electrically connected. Therefore, even if the water level in the water tank is changed due to the electrical connection between the sensor terminal 11 of the water level sensor and the inner wall of the water tank due to the deposit, the water level sensor may malfunction because the sensor terminal 11 of the water level sensor does not detect the change. It becomes the cause.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수위센서의 센서단자와 수조의 내벽이 전기적으로 분리되어 안정된 센서동작을 할 수 있는 정전용량을 이용한 수위센서를 제공하는 데 있다.Accordingly, a technical object of the present invention is to provide a water level sensor using a capacitance capable of performing stable sensor operation by electrically separating the sensor terminal of the water level sensor and the inner wall of the water tank.

도 1은 종래의 정전용량을 이용하는 수위센서를 설명하기 위한 개략도;1 is a schematic diagram for explaining a water level sensor using a conventional capacitance;

도 2a는 본 발명에 따른 정전용량을 이용한 수위센서를 설명하기 위한 사진;Figure 2a is a photograph for explaining the water level sensor using the capacitance according to the present invention;

도 2b는 도 2a에 따른 수위센서가 수조에 설치된 일 예를 나타내는 개략도; 및Figure 2b is a schematic diagram showing an example in which the water level sensor according to Figure 2a is installed in the water tank; And

도 3은 도 2a 및 도 2b에 따른 정전용량을 이용한 수위센서에서 신호부를 설명하기 위한 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a signal unit in the water level sensor using the capacitance according to FIGS. 2A and 2B.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10, 100: 신호부 110: 센서부10, 100: signal unit 110: sensor unit

Cref: 기준커패시터 C: 가변커패시터C ref : reference capacitor C: variable capacitor

11, 111: 센서단자 120: 정전용량 비교기11, 111: sensor terminal 120: capacitive comparator

20, 200: 하우징20, 200: housing

221: 하우징의 내측벽 222: 하우징의 외측벽221: inner wall of the housing 222: outer wall of the housing

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수조내의 수위에 따라 특성이 다른 두 가지의 신호를 물공급장치로 출력하는 수위센서는: 수위에 따라 액체와 접촉 또는 비접촉되는 단자가 있는 센서부, 각각 두 개의 단자를 가지는 기준커패시터 및 가변커패시터, 상기 기준커패시터 및 상기 가변커패시터로부터 각각 정전용량값을 입력받아 비교하여 특성이 다른 두 가지의 신호를 출력하는 정전용량 비교기를 포함하는 신호부와, 상기 신호부의 외장을 형성하는 하우징으로 이루어지되; 상기 하우징은 모세관 현상이 발생하지 않는 소정간격이 이격되어 있는 내측벽 및 외측벽으로 이루어지는 이중측벽을 가지되, 상기 내측벽 및 외측벽의 사이에 형성된 상기 간격의 하단은 개방되며 상단은 폐쇄된 형상이며; 상기 센서부는 상기 수조내의 수위가 원하는 수위가 되면 상기 센서단자와 액체의 접촉여부에 따라 서로 다른 정전용량을 상기 가변커패시터에 전달하게 되고; 상기 기준커패시터에 마련된 한쪽 단자는 상기 정전용량 비교기에 연결되고 다른쪽 단자는 접지되며; 상기 가변커패시터에 마련된 한쪽 단자는 상기 정전용량 비교기에 연결되고, 다른쪽 단자는 상기 센서부와 연결되는 것을 특징으로 한다.Water level sensor for outputting two signals having different characteristics according to the water level in the water tank according to the present invention for achieving the above technical problem to the water supply device: a sensor unit having a terminal in contact or non-contact with the liquid according to the water level, respectively A signal part including a reference capacitor and a variable capacitor having two terminals, a capacitance comparator for receiving two capacitances having different characteristics by receiving the capacitance values from the reference capacitor and the variable capacitor, and comparing the capacitance values with each other; Consisting of a housing forming a sheath of the part; The housing has a double side wall consisting of an inner wall and an outer wall spaced apart by a predetermined interval where no capillary phenomenon occurs, wherein a lower end of the gap formed between the inner wall and the outer wall is open and an upper end thereof is closed; The sensor unit transmits different capacitances to the variable capacitor depending on whether the sensor terminal and the liquid contact each other when the level in the tank reaches a desired level; One terminal provided in the reference capacitor is connected to the capacitance comparator and the other terminal is grounded; One terminal provided in the variable capacitor is connected to the capacitive comparator, and the other terminal is connected to the sensor unit.

이하에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명에 따른 수위센서의 용도를 물이 담기는 수조를 예로 들어 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 수위센서는 모든 액체와 그 액체가 담겨지는 용기에 적용된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the present embodiment, a water tank containing water is described as an example of the use of the water level sensor according to the present invention, but is not necessarily limited thereto. That is, the water level sensor according to the present invention is applied to all the liquid and the container in which the liquid is contained.

도 2a는 본 발명에 따른 정전용량을 이용한 수위센서를 설명하기 위한 사진이고, 도 2b는 도 2a에 따른 수위센서가 수조에 설치된 일 예를 나타내는 개략도이며, 도 3은 도 2a 및 도 2b에 따른 정전용량을 이용한 수위센서에서 신호부를 설명하기 위한 회로도이다.Figure 2a is a photograph for explaining the water level sensor using the capacitance according to the present invention, Figure 2b is a schematic diagram showing an example in which the water level sensor according to Figure 2a is installed in the water tank, Figure 3 is according to Figures 2a and 2b This is a circuit diagram for explaining a signal part in a water level sensor using capacitance.

도 2a 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 정전용량을 이용한 수위센서는 신호부(100) 및 신호부(100)에 외장을 형성하는 하우징(200)으로 이루어진다.2A to 3, the water level sensor using the capacitance according to the present invention includes a signal part 100 and a housing 200 forming an exterior of the signal part 100.

하우징(200)은 내측에는 공간이 있으며, 모세관 현상이 발생하지 않도록 서로 소정간격으로 이격되어 있는 내측벽(221) 및 외측벽(222)으로 이루어지는 이중측벽을 가진다. 따라서, 내측벽(221)에 의하여 형성되는 내측의 공간에 신호부(100)가 설치된다. 내측벽(221) 및 외측벽(222)의 사이에 형성된 간격은 0.5∼200mm이다. 내측벽(221) 및 외측벽(222)의 사이에 형성된 간격의 하단은 개방되고 상단은 폐쇄된다. 따라서, 내측벽(221) 및 외측벽(222)의 사이에 형성된 간격의 하단이 수조내의 물과 접촉되면, 내측벽(221) 및 외측벽(222)의 간격에는 유입된 공기에 의하여 소정의 압력실이 형성되게 된다. 한편, 외측벽의 길이는 내측벽의 길이보다 짧다.The housing 200 has a space inside, and has a double side wall including an inner wall 221 and an outer wall 222 spaced apart from each other by a predetermined interval so that a capillary phenomenon does not occur. Therefore, the signal unit 100 is installed in the inner space formed by the inner wall 221. The gap formed between the inner wall 221 and the outer wall 222 is 0.5 to 200 mm. The lower end of the gap formed between the inner wall 221 and the outer wall 222 is open and the upper end is closed. Therefore, when the lower end of the gap formed between the inner wall 221 and the outer wall 222 is in contact with the water in the water tank, a predetermined pressure chamber is introduced into the gap between the inner wall 221 and the outer wall 222 by the introduced air. Will be formed. On the other hand, the length of the outer wall is shorter than the length of the inner wall.

이와 같이, 하우징(200)의 내측벽(221)과 외측벽(222) 사이가 이격되어 있으므로, 수위센서를 장시간 사용하여 용착물이 수조 내벽 및 하우징(200)의 외측벽(222)을 포함한 외면에 달라붙어 띠를 이루어도, 내측벽(221) 및 외측벽(222)의 간격에는 소정의 압력실이 형성되어 물이 유입되지 못하므로, 용착물이 형성하는 띠는 내측벽(221)과 외측벽(222) 사이의 간격만큼은 이격되게 되어 수조 내벽과 내측벽(221)의 내측, 즉 신호부(100)가 설치된 영역과는 전기적으로 분리되게 된다.As such, since the inner wall 221 and the outer wall 222 of the housing 200 are spaced apart, the deposit is different from the outer surface including the tank inner wall and the outer wall 222 of the housing 200 by using the water level sensor for a long time. Even if a band is formed, a predetermined pressure chamber is formed at a gap between the inner wall 221 and the outer wall 222 so that no water flows into the strip. Thus, the strip formed by the weld is formed on the inner wall 221 and the outer wall 222. The interval between them is spaced apart so as to be electrically separated from the inner side of the tank inner wall and the inner wall 221, that is, the area where the signal unit 100 is installed.

신호부(100)는 센서부(110), 기준커패시터(Cref), 가변커패시터(C) 및 정전용량 비교기(120)를 포함하여 이루어진다.The signal unit 100 includes a sensor unit 110, a reference capacitor C ref , a variable capacitor C, and a capacitance comparator 120.

센서부(110)에는 수위에 따라 액체와 접촉 또는 비접촉되는 단자(이하, 센서단자라 한다.)(111)가 있어, 수조내의 수위가 원하는 수위가 되면 센서단자(111)와 액체의 접촉여부에 따라 서로 다르게 생성된 정전용량을 가변커패시터에 전달한다.The sensor unit 110 has a terminal (hereinafter referred to as a sensor terminal) 111 in contact with or in contact with the liquid depending on the water level. When the water level in the water tank reaches a desired level, the sensor terminal 110 is in contact with the liquid. Therefore, differently generated capacitance is transferred to the variable capacitor.

정전용량 비교기(120)는 기준커패시터(Cref) 및 가변커패시터(C)로부터 각각 정전용량값을 입력받아 비교하여 특성이 다른 두 가지의 신호를 물공급장치로 출력한다.The capacitance comparator 120 receives capacitance values from the reference capacitor C ref and the variable capacitor C, respectively, and outputs two signals having different characteristics to the water supply device.

기준커패시터(Cref)는 외부 환경의 변화에 상관없이 일정한 정전용량값을 정전용량 비교기(120)로 출력하는 것으로, 기준커패시터(Cref)에 마련된 한쪽 단자는 정전용량 비교기(120)에 연결되고, 다른쪽 단자는 접지된다.The reference capacitor C ref outputs a constant capacitance value to the capacitance comparator 120 regardless of a change in the external environment. One terminal of the reference capacitor C ref is connected to the capacitance comparator 120. The other terminal is grounded.

가변커패시터(C)는 센서부의 정전용량값에 따라서 변화된 정전용량값을 정전용량비교기(120)로 출력하는 것으로, 가변커패시터(C)에 마련된 한쪽 단자는 정전용량 비교기(120)에 연결되고, 다른쪽 단자는 센서부(110)에 연결된다. 즉, 수조내의 수위에 따라서 센서부(110)는 변화된 정전용량값을 전달하게 되고, 그에 따라서 가변커패시터(C)는 변화된 정전용량값을 정전용량 비교기(120)로 각각 출력한다.The variable capacitor C outputs the capacitance value changed according to the capacitance value of the sensor unit to the capacitance comparator 120. One terminal provided in the variable capacitor C is connected to the capacitance comparator 120, and the other. The side terminal is connected to the sensor unit 110. That is, the sensor unit 110 transmits the changed capacitance value according to the water level in the tank, and accordingly, the variable capacitor C outputs the changed capacitance value to the capacitance comparator 120, respectively.

따라서, 수조 내의 수위가 원하는 수위인지 아닌지에 따라 가변커패시터(C)에서는 두 가지의 정전용량값을 출력하고, 정전용량비교기(120)는 그 두 가지 정전용량값과 기준커패시터(Cref)에서 출력된 정전용량값을 비교하여 물공급신호 또는 물공급차단신호를 물공급장치로 각각 출력하게 된다.Therefore, the variable capacitor C outputs two capacitance values according to whether the water level in the tank is a desired level, and the capacitance comparator 120 outputs the two capacitance values and the reference capacitor C ref . By comparing the capacitance values, the water supply signal or the water supply shutoff signal is output to the water supply device, respectively.

즉, 수조 내의 수위가 원하는 수위로 되면 상술한 바와 같이 센서부(110)는 그에 따른 정전용량값을 전달하게 된다. 이 경우에는, 정전용량비교기(120)로 입력된 기준커패시터(Cref)의 정전용량값과 가변커패시터(C)의 정전용량값이 같아지는 시점에 정전용량 비교기(120)에서는 물공급차단신호를 물공급장치에 출력한다.That is, when the water level in the tank reaches the desired level, as described above, the sensor unit 110 transmits the capacitance value accordingly. In this case, when the capacitance value of the reference capacitor C ref input to the capacitance comparator 120 is equal to the capacitance value of the variable capacitor C, the capacitance comparator 120 generates a water supply blocking signal. Output to the water supply.

반대로, 수조 내의 수위가 원하는 수위보다 낮아지면 센서부(110)는 수조 내의 수위가 원하는 수위로 되었을 때의 정전용량값보다 작은 정전용량값을 전달하게된다. 이 경우에는, 정전용량비교기(120)로 입력된 기준커패시터(Cref)의 정전용량값 보다 가변커패시터(C)의 정전용량값이 작아지는 시점에 정전용량비교기(120)에서는 물공급신호를 물공급장치에 출력한다.On the contrary, when the water level in the water tank is lower than the desired water level, the sensor unit 110 delivers a capacitance value smaller than the capacitance value when the water level in the water tank reaches the desired water level. In this case, when the capacitance value of the variable capacitor C becomes smaller than the capacitance value of the reference capacitor C ref input to the capacitance comparator 120, the capacitance comparator 120 receives a water supply signal. Output to the supply.

본 발명에 따른 수위센서는 볼트(310)를 이용하여 수조에 설치되고 수위센서와 수조의 접촉면에는 O-Ring(320)이 삽입된다.The water level sensor according to the present invention is installed in the tank using the bolt 310 and the O-ring 320 is inserted into the contact surface of the water level sensor and the tank.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 정전용량을 이용한 수위센서에 의하면, 센서부가 설치된 영역과 그 이외의 영역이 이격되어 있으므로, 수위센서를 장시간 사용하여 용착물이 수조 내벽 및 하우징의 외측벽을 포함한 외면에 달라붙어 띠를 이루어도, 수조 내벽과 센서부가 설치된 영역과는 전기적으로 분리되어 수위센서의 오작동이 방지된다.As described above, according to the water level sensor using the capacitance according to the present invention, since the area in which the sensor unit is installed and other areas are spaced apart, the deposit is formed on the outer surface including the tank inner wall and the outer wall of the housing by using the level sensor for a long time. Even if the band is attached, the inner wall of the tank and the area where the sensor unit is installed are electrically separated to prevent malfunction of the water level sensor.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

Claims (2)

수조 내의 수위에 따라 특성이 다른 두 가지의 신호를 물공급장치로 출력하는 수위센서에 있어서,In the water level sensor which outputs two signals with different characteristics according to the water level in the tank, 수위에 따라 액체와 접촉 또는 비접촉되는 단자가 있는 센서부, 각각 두 개의 단자를 가지는 기준커패시터 및 가변커패시터, 상기 기준커패시터 및 상기 가변커패시터로부터 각각 정전용량값을 입력받아 비교하여 특성이 다른 두 가지의 신호를 출력하는 정전용량 비교기를 포함하는 신호부와, 상기 신호부의 외장을 형성하는 하우징으로 이루어지되;Sensor part having terminals that are in contact or non-contact with liquid according to the water level, reference capacitor and variable capacitor each having two terminals, respectively, and the capacitance values from the reference capacitor and the variable capacitor are respectively compared and compared A signal portion including a capacitance comparator for outputting a signal, and a housing forming an exterior of the signal portion; 상기 하우징은 모세관 현상이 발생하지 않는 소정간격이 이격되어 있는 내측벽 및 외측벽으로 이루어지는 이중측벽을 가지되, 상기 내측벽 및 외측벽의 사이에 형성된 상기 간격의 하단은 개방되며 상단은 폐쇄된 형상이며;The housing has a double side wall consisting of an inner wall and an outer wall spaced apart by a predetermined interval where no capillary phenomenon occurs, wherein a lower end of the gap formed between the inner wall and the outer wall is open and an upper end thereof is closed; 상기 센서부는 상기 수조내의 수위가 원하는 수위가 되면 상기 센서단자와 액체의 접촉여부에 따라 서로 다른 정전용량을 상기 가변커패시터에 전달하게 되고;The sensor unit transmits different capacitances to the variable capacitor depending on whether the sensor terminal and the liquid contact each other when the level in the tank reaches a desired level; 상기 기준커패시터에 마련된 한쪽 단자는 상기 정전용량 비교기에 연결되고 다른쪽 단자는 접지되며;One terminal provided in the reference capacitor is connected to the capacitance comparator and the other terminal is grounded; 상기 가변커패시터에 마련된 한쪽 단자는 상기 정전용량 비교기에 연결되고, 다른쪽 단자는 상기 센서부와 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량을 이용한 수위센서.One terminal provided in the variable capacitor is connected to the capacitance comparator, the other terminal is a water level sensor using a capacitance, characterized in that connected to the sensor unit. 제 1항에 있어서, 상기 내측벽과 외측벽 사이의 간격은 0.5∼200mm인 것을 특징으로 하는 정전용량을 이용한 수위센서.The water level sensor using a capacitance according to claim 1, wherein a distance between the inner wall and the outer wall is 0.5 to 200 mm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100695630B1 (en) * 2005-08-31 2007-03-16 동명대학교산학협력단 Intelligent level measurement system and method with self-tuning ability
WO2013089316A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 에이디반도체(주) Electrostatic capacitance type level sensor and level sensing method

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