KR20060098386A - 유체 수위 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탱크(18) 내의 유체(16) 수위를 기체 조성 보상 음향 측정하는 장치(10)에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 유체의 외부에 배치되어 음향 신호를 송수신하는 변환기(14) 및 상기 변환기에 연결되어 유체 속으로 연장된 도파관(12)을 포함한다. 상기 장치는 상기 유체 수위 위에 위치된 상기 도파관의 부분으로 상기 탱크로부터 발생된 유체 유동을 공급하는 수단을 더 포함한다. 그 결과, 상기 유체 수위 위에 위치된 전체 도파관에서 기체 조성이 본질적으로 유사하게 되며, 기체 조성에 따라 좌우되는 도파관 내의 음속을 이용한 수위 측정이 매우 정확해진다.

Description

유체 수위 측정 장치 {FLUID LEVEL MEASUREMENT DEVICE}

본 발명은 탱크 내의 유체 수위를 음향 측정하기 위한 개선된 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 상기 유체의 외부에 배치되어 음향 신호를 송수신하는 변환기(transducer) 및 상기 변환기에 연결되어 유체 속으로 연장된 도파관을 포함한다. 또한, 본 발명은 탱크 내의 유체 수위를 음향 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.

음향 신호를 이용한 측정 장치 및 방법은 종래 기술로서 공지되어 있다. 예를 들면, 음향 측정은 거리, 깊이, 체적, 유량, 또는 감쇠(attenuation) 등과 같은 측정 대상물의 음향 특성을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 때때로, 매질에서의 음향 펄스의 이동 시간 또는 반사 측정 대상물에 대하여 전ㆍ후진하는 음향 펄스의 이동 시간이, 예를 들면, 상기 측정 대상물까지의 거리 계산의 기준으로서 사용되었다. 거리는 공지된 공식(거리=속도*시간)에 의해 근본적으로 계산된다.

그러나, 음속은 예를 들면 온도에 따라 좌우되며, 이는 측정 오류를 유발할 수 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 많은 음향 측정 시스템들은 기준 시스템을 포함하며, 이 기준 시스템에서는 현재의 음속을 결정하기 위해 음향 펄스가 알려진 거리를 이동하게 되고, 현재의 음속은 미지의 거리 또는 측정 대상물의 체적 등을 계산하기 위해 이용된다. 기준 시스템은 예를 들면 영국특허출원 제GB2 164 151호에 개시되어 있다.

그러나, 음속은 또한 신호가 통과하는 기체의 조성에 따라 좌우된다. 때때로, 기체의 조성이 측정 장치 전체에서 상이함에 따라, 음속이 측정 장치의 여러 부분에서 상이하게 되고, 이는 측정의 정확도에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 목적은 공지의 음향 측정 장치에 비해 향상된 음향 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특수한 목적은 기체의 조성과 관련하여 측정이 보정(compensated)되는 음향 측정 장치를 제공하는 것이다.

하기의 설명으로부터 명백해지는 여타 목적들은, 탱크로부터 유체 수위 위에 위치한 도파관 부분으로 유체를 공급하는 수단을 더 포함하는, 서두에 언급한 유형의 음향 측정 장치에 의해 달성된다.

본 발명은, 탱크로부터 도파관을 통하여 유체를 공급함으로써, 유체 수위 위의 전체 도파관에서 본질적으로 동일한 도파관 내의 대기(atmosphere)를 얻을 수 있다는 이해에 기초한다. 그 결과, 기체 조성에 따라 좌우되는 도파관 내에서의 음속이 기체 조성과 관련하여 보정된다. 따라서, 탱크 내의 유체 수위를 결정하기 위해 유체 수위 위에 위치한 도파관 부분과 관련하여 계산된 기체 조성 보정 음속(gas composition compensated speed of sound)을 이용하는 경우, 전체 수위 측정이 매우 정확해진다.

탱크로부터 도파관으로 유체를 공급함에 따른 또 다른 장점은 도파관 내의 온도가 유체 수위 위의 도파관 전체에서 유사해질 수 있다는 것이다. 따라서, 도파관 내에서의 음속은 온도와 관련하여 추가적으로 보정되며, 이 또한 전체 유체 수위 측정을 개선한다.

본 발명의 일 실시예에서, 유체가 탱크로부터 도파관의 기준부로 공급된다. 상기 기준부는 변환기와 기준 요소 사이의 도파관 부분으로 한정된다. 상기 기준 요소는 예를 들면 도파관 내에 배치된 돌기일 수 있다. 상기 기준부로 공급된 유체는 유체면 위에 위치한 도파관 전체를 통하여 유동할 수 있다. 유체 유동의 결과, 나머지 도파관과 기준부 전체에서의 기체 조성이 일정하게 되며, 그에 따라, 다른 것들과 마찬가지로 음속 또한 일정하게 된다. 이는 탱크 내의 유체 수위에 대한 매우 정확한 측정을 가능하게 한다.

바람직하게, 측정 장치의 도파관을 통해 공급되는 유체 유동은 상기 도파관 내에서 음향 신호, 예를 들면 음향 펄스의 이동을 허용할 수 있을 정도로 충분히 작다. 따라서, 도파관을 통해 전파하는 음향 펄스가 유동 유체에 의해 상당한 영향을 받지 않는 반면, 이와 동시에, 증기가 유체로부터 방출되어 도파관 전체에서 유사한 기체 조성을 생성할 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 매우 정확한 측정을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 탱크로부터 도파관으로 공급되는 유체는 액체이다. 액체 사용에 따른 장점은 액체가 탱크로부터 용이하게 도파관으로 공급될 수 있다는 것이다. 선택적으로, 탱크로부터 도관관으로 공급되는 유체는 기체이며, 상기 기체는 예를 들면 탱크 내의 유체면 위의 대기로부터 얻을 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 측정 장치는 자동차의 연료 탱크와 같이 연료 펌프를 더 포함하는 탱크 내에 배치되며, 따라서 도파관 내의 유체 유동은 상기 연료 펌프에 의해 공급된다. 예를 들면, 연료 펌프로부터 생성된 연료 리플럭스(reflux)의 일부가 도파관으로 유입될 수 있다. 이는 도파관에서 연료의 정상 유동(steady flow)을 가능하게 하며, 따라서 전술한 바와 같이 정확한 측정이 가능하게 된다. 연료 펌프 사용에 따른 장점은 특수한 공급 장치가 필요하지 않다는 것이며, 이는 측정 장치의 제조를 용이하게 한다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 서두에 언급한 유형의 측정 장치의 기준부는 다수의 배출구를 더 포함한다. 배출구 사용에 따른 하나의 장점은, 예를 들면 측정하고자 하는 유체를 수용하고 있는 탱크가 기울어지는 경우, 측정 장치의 기준부로 의도하지 않게 유입되는 과잉 유체를 제거할 수 있다는 것이다. 배출구 사용에 따른 다른 장점은 도파관으로 공급된 유체 유동으로부터 생성되는 과잉 유체가 배출될 수 있다는 것이다. 또한, 도파관 내에서의 응축으로 인해 발생된 과잉 유체가 배출구를 통해 동일하게 배출될 수 있다.

배출구를 포함하는 본 발명의 이러한 양태는 임의의 특수한 유형의 측정 장치에 제한될 필요가 없으며, 유체면 위에 도파관의 일부가 위치되는 임의의 측정 장치에 적용가능하다.

본 발명의 이러한 제 2 양태의 일 실시예에서, 측정 장치는 배출구에 인접하여 배치된 흡수 구조물을 더 포함한다. 상기 흡수 구조물은 예를 들면 흡수포(absorbing cloth)일 수 있다. 상기 배출구와 함께 흡수 구조물을 사용함으로써, 배출구에 의해 야기될 수 있었던 도파관 내에서의 음향 펄스의 교란을 줄일 수 있으며, 그에 따라 보다 확실한 측정이 가능하다.

상기 흡수 구조물은 주요부와 하나 이상의 단부를 포함할 수 있으며, 상기 단부는 주요부 아래에 위치하게 된다. 이는 흡수 구조물에 의해 흡수된 유체가 사이펀 효과(siphon effect)로 인하여 상기 단부에 축적될 수 있도록 한다. 그 후, 축적된 유체는 흡수 구조물의 단부로부터 예를 들면 탱크 속으로 떨어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 유체 수위 위에 위치하는 도파관의 부분, 예를 들면, 기준부는 탱크의 외부에 배치된다. 또한, 상기 측정 장치는 깔대기 구조물을 포함하며, 상기 깔대기 구조물은 탱크와 연결된 개구를 그 바닥 단부에 갖는다. 상기 깔대기 구조물은 측정 대상물의 도파관이 상기 개구를 통하여 탱크로 연장하도록 배치된다. 작동시, 상기 깔대기 구조물은 도파관의 배출구로부터 배출되는 유체를 수집하고, 깔대기 구조물 바닥의 개구를 통하여 탱크로 유체를 유도한다.

상기 깔대기 구조물은, 수평면으로부터 본 깔대기 구조물의 내벽의 각도가 선택된 최대 허용 탱크 경사각보다 더 크도록, 설계될 수 있다. 이는 탱크가 최대 허용 탱크 경사각 이하로 기울어지는 한, 상기 깔대기 구조물의 측벽은 기준부로부터의 유체가 상기 내측벽을 따라 하방으로 흘러 탱크로 다시 전달되도록 하는 기울기를 갖는다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 측정 장치는 탱크가 (소정의 한도까지) 기울어진 경우에도 적절하게 작동되며, 이는 측정 장치의 신뢰도를 개선한다. 바람직한 최대 허용 탱크 경사각의 범위는 10°내지 35°이다.

도 1은 도파관으로 유체 유동을 공급하는 수단을 포함하는 본 발명의 실시예의 개략 측면도이고,

도 2는 기준부가 깔대기 형상의 구조물 내에 위치된 본 발명의 실시예의 개략 부분 측면도이며,

도 3은 사이펀 기능을 포함하는 본 발명의 다른 실시예의 개략 부분 측면도이고,

도 4는 평평한 나선형 기준부를 포함하는 본 발명의 실시예의 개략 사시도이며,

도 5는 나선형 기준부를 포함하는 본 발명의 실시예의 개략 측면도이고,

도 6a 내지 도 6c는 도 1 또는 도 2의 장치와 관련된 음향 펄스의 시퀀스를 도시한 그래프이며,

도 7은 제 2 도파관 및 공통 기준부를 갖춘 본 발명의 실시예의 개략 측면도이고,

도 8a 및 도 8b는 제 2 도파관 및 공통 변환기를 갖춘 본 발명의 실시예의 개략 측면도이며,

도 9는 제 2 도파관 및 제 2 변환기를 갖춘 본 발명의 실시예의 개략 측면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 현재 바람직한 실시예에 대해 보다 상 세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 장치의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 상기 측정 장치는 탱크 내의 유체 수위를 결정하기 위해 배치된다. 상기 탱크는 예를 들면 보트, 또는 승용차 또는 트럭과 같은 자동차의 연료 탱크일 수 있다. 측정되어지는 상기 유체는 예를 들면 물, 휘발유 또는 디젤유 등일 수 있다. 도 1에 도시된 탱크는 또한 연료 펌프(11)를 포함한다.

도 1에서, 본 발명에 따른 측정 장치(10)는 도파관(12)을 포함하며, 상기 도파관의 일단부는 변환기(14)에 연결되고, 타단부는 탱크 내에 수용된 유체(16) 속으로 연장된다. 유체(16) 속으로 연장된 도파관(12)의 단부(20)는 도파관 내로 유체가 유입될 수 있도록 하는 개구를 갖는다. 또한, 바람직하게, 유체 속으로 연장된 도파관의 단부(20)는 탱크(18)의 바닥부에 부분적으로 고정된다. 이는 도파관(12) 단부(20)의 위치를 보장하고, 탱크의 가장 밑바닥으로부터의 유체 수위 측정을 가능하게 한다.

전술한 변환기(14)는 예를 들면 저렴한 압전 소자이거나, 분리된 음성 송신기 및 수신기로 구성될 수 있다. 상기 변환기는 전자 제어 장치(22)와 접속되도록 배치되며, 상기 전자 제어 장치는 변환기를 제어하고, 변환기에 의해 송수신된 신호에 기초하여 유체 수위를 연산하도록 배치된다.

또한, 상기 도파관(12)은 기준 요소(26), 예를 들면 도파관 내에 배치된 돌기를 포함한다. 상기 기준 요소(26)는 예를 들면 환형으로 형성되거나, 도파관의 벽체에 배치된 핀을 포함할 수 있다. 이하, 상기 변환기(14)와 연결된 단부로부터 기준 요소(26)까지 연장된 도파관(12) 부분을 도파관의 기준부(28)라 한다. 이하, 상기 탱크(20)의 바닥으로부터 최대 탱크 높이(30), 즉 최고 가능 유체 수위까지 연장된 도파관(12) 부분을 도파관(12)의 측정부(32)라 한다. 상기 기준부와 측정부 사이의 도파관(12) 부분을 "사부(dead part: 34)"라 한다.

도 1의 기준부는 나선형이지만, 상기 기준부는 평평한 나선형 또는 보다 긴 형상과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다.

유체 수위를 측정할 때, 음성 펄스를 발생시키기 위하여, 상기 제어 장치(22)로부터 변환기(14)로 전기 신호가 공급된다. 상기 변환기(14)로부터 송신된 음성 펄스는 도파관(12)을 통하여 유체면(36)을 향해 안내된다. 상기 음성 펄스는 도파관 기준부(28)의 단부에서 기준 요소(26)에 의해 부분적으로 반사된다. 나머지 음성 펄스는 사부(34)를 통과하여, 유체면(36)에 의해 반사될 때까지, 측정부(32)를 통해 이동하게 된다. 따라서, 2개의 반사된 펄스가 변환기(14)로 복귀하게 된다. 하나의 반사된 펄스는 상기 기준 요소와 연관되며, 다른 하나의 반사된 펄스는 유체면과 연관된다. 수신된 음성 펄스에 대한 응답으로서, 상기 변환기(14)는 그에 상응하는 전기 신호를 발생시키고, 이 전기 신호를 제어 장치(22)로 피드백시킨다.

상기 탱크가 상단까지 충만되고, 그에 따라 펄스들이 상대적으로 매우 근접하여 변환기(14)에 복귀하는 경우에도, 상기 기준 요소(26)와 유체면(36)으로부터 각각 반사된 2개의 펄스가 구별가능하게 충분히 분리될 수 있도록 보장할 만큼 상기 도파관(12)의 사부(34)는 충분히 길다.

각 펄스 사이의 시간 간격, 즉 각 음향 펄스의 통과 시간, 기준부(28), 사부(34) 및 측정부(32)의 길이를 알면, 하기의 수식에 따라 탱크 내의 유체 수위 또는 유체 체적을 제어 장치(22)가 계산할 수 있다.

수위=(기준부+사부+측정부)-(기준부/REF) * SURF

여기서, "기준부", "사부" 및 "측정부"는 각 부분의 길이를 의미하며, REF와 SURF는 각각 기준 요소와 유체면에 의해 반사된 펄스의 통과 시간을 의미한다.

따라서, 유체 수위는 도파관의 전체 길이에서 유체면 위의 도파관 길이를 차감함으로써 계산되며, 상기 유체면 위의 도파관 길이는 음속(=기준부/REF)과 SURF 시간의 곱으로 계산된다.

위 계산은 제어 장치(22)에 의해 수행된다.

상기 측정 장치는 연료 펌프(11)로부터 시작되는 연료 리플럭스(40)와 도파관의 기준부(28) 사이의 연결부(38)를 더 포함한다. 상기 연결부(38)는 휘발유와 같은 유체를 유도할 수 있는 튜브이다. 또한, 상기 기준부(28)는 다수의 배출구(42)를 포함한다. 바람직하게, 상기 기준부(28)는 나선당 약 8개의 배출구를 갖는다.

전술한 바와 같이 도파관(12)을 통하여 음성 펄스가 이동함과 동시에, 유체, 이 경우에서는 연료가 연료 펌프(11)에 의해 탱크로부터 펌핑되어 연결부(38)를 통해 기준부(28)로 유도된다. 따라서, 연료의 유동은 측정 프로세스 동안 도파관(12)을 통해 연속적으로 펌핑된다. 상기 도파관(12)을 통해 이동하는 연료는 배출구(42)를 통해 그리고 도파관(12) 자체를 통해 탱크(18)로 복귀하게 된다.

한편, 도파관(12)을 통한 연속 유동의 크기는 기체가 연료 유동으로부터 방출될 수 있을 만큼 충분히 크며, 따라서 측정 장치에서의 기체 조성은 도파관 전체에서 본질적으로 동일하게 된다. 이에 반하여, 상기 연속 유동의 크기는 기준부(28)에서의 음성 펄스가 유체 자체에 의해 상당한 영향을 받지 않을 만큼 충분히 작다.

상기 도파관과 기준부를 통한 유체의 진보적인 동시 유동 때문에, 기준부(28)에서의 기체 조성은 유체 수위 위에 위치한 도파관 전체에서 본질적으로 유사하다. 이는 기체 조성에 따라 좌우되는 도파관 내에서의 음속이 기체 조성과 관련하여 보정됨을 의미한다.

위 수식은 탱크(18) 내의 유체 수위를 계산하기 위하여 기준 측정에 따른 음속을 이용하기 때문에, 매우 정확한 기체 조성 보정 유체 수위 측정이 이루어진다.

전술한 실시예에서, 상기 측정부(32)는 본질적으로 수직하며, 유체 수위의 절대측정이 이루어진다. 그러나, 다양한 높이를 갖는 다양한 탱크에 측정부를 결합시키기 위하여, 상기 측정부를 경사지게 할 수도 있다. 그 경우, 추가 보정을 피하기 위하여, 탱크의 최대 높이와 유체 수위 간의 관계를 계산하는 것이 유리하다.

관계= 수위/측정부

도 1에 도시된 본 발명의 실시예에서, 평면파 전파(plane wave propagation)가 이용된다. 평면파 전파를 실현하기 위해, 파장은 도파관의 직경보다 훨씬 더 크다. 파장은 거의 직경의 두배보다 더 길어야 한다. 바람직하게, 음향 펄스의 파장은 약 2 내지 10㎝이며, 이는 약 3,4 내지 17㎑의 주파수에 해당한다. 즉, 초음파가 아니다. 상대적으로 긴 파장 때문에, 상기 도파관 또한 길어야 한다. 바람직하게, 상기 기준부의 길이는 최대 약 70㎝이며, 상기 사부의 길이는 최대 약 30㎝이다.

또한, 도 1의 도파관(12)은 제 1 기준 요소(26)로부터 알려진 거리에 위치한 추가의 기준 요소를 포함한다. 예를 들어, 하나의 추가 기준 요소를 사용하는 경우, 하나의 추가의 음성 펄스가 송수신기로 복귀하게 되며, 따라서 상기 펄스의 통과 시간이 현재 음속의 계산을 위해 이용된다. 예를 들어, 추가의 기준 요소는 측정부 내에 위치되거나, 상기 변환기와 제 1 기준 요소 사이에 위치될 수 있다. 전자의 경우, 유체 수위가 낮으면, 기준부가 유체에 더 가깝게 된다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예를 도시하고 있으며, 여기서 기준부(28)는 탱크의 외부에 배치된다. 도 2 및 도 3의 장치는 도 1에 도시된 장치와 동일한 기본 구성 및 특징을 가지며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였다.

도 2는 예를 들면 보트에서 기준부(28)가 탱크(18)의 외부에 위치된 측정 장치를 도시하고 있다. 상기 기준부(28)는 다수의 배출구(42)를 포함한다. 상기 측정 장치는 기준부(28)가 내부에 배치되는 깔대기형 구조물(44)을 더 포함한다. 상기 기준부(28)는 나선형이며, 도 2에서는 깔대기형 구조물(44)의 내벽(46)에 대해 정렬되어 있다. 대안적으로, 상기 기준부는 깔대기형 구조물(44) 내에 위치한 평평한 나선으로 형성될 수도 있다. 상기 깔대기형 구조물(44)의 바닥 단부 개구 (48)는 탱크(18)에 연결되며, 상기 개구(48)를 통해 도파관(12)이 탱크(18)로 유입된다.

탱크 내의 유체 수위에 대한 측정은 도 1을 참조하여 설명한 바와 유사한 방식으로 이루어진다.

도 2에 도시된 장치에서, 기준부(28) 내의 유체 유동으로부터 과잉 유체는 배출구(42)를 통해 배출되고, 깔대기형 구조물(44)을 경유하여 탱크(18)로 복귀된다. 또한, 탱크가 기울어지는 경우, 탱크(18)로부터 기준부(28)로 유입된 유체 및/또는 예를 들면 응축으로 인해 발생된 과잉 유체가 상기 배출구(42) 및 깔대기형 구조물(44)을 통해 배출될 수 있다. 상기 깔대기형 구조물의 각도(A)가 탱크의 경사각(B) 보다 더 큰 경우라면, 유체는 깔대기형 구조물(44)에 의해 탱크(18)로 역류하게 된다. 따라서, 탱크 측정 장치가 미리 결정된 탱크의 최대 허용 경사각까지 측정을 계속할 수 있도록, 측정 장치 설계시, 깔대기형 구조물(44)의 기울기가 선택될 수 있다. 예를 들면, 보트에서, 최대 허용 경사각은 약 25°이며, 깔대기형 구조물의 각도(A)는 선택된 상기 최대 허용 경사각을 약간 상위하도록 설정된다.

본 발명의 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서, 측정 장치의 기준부(28)는 평평한 나선형이며, 탱크의 외부에 배치된다. 상기 측정 장치는 평평한 나선형 기준부가 내부에 위치되는 용기(50)를 더 포함한다. 상기 용기(50)는 본질적으로 원형인 기저판(base plate: 52)과, 상기 기저판의 에지로부터 상방향으로 연장된 벽체(54)를 갖는다. 상기 용기(50)는 기저판(52)의 개구(56)를 통해 탱 크에 연결되며, 상기 개구(56)를 통과하여 도파관(12)이 탱크로 연장된다. 상기 용기(50)는 용기의 기저판(52) 위로 연장되고 개구(56) 및 탱크로 하향 연장된 흡수층(58)을 더 포함한다. 상기 흡수층(58)의 하단(60)이 탱크에 대한 통로 내에 위치하고 있음을 주의하여야 한다. 상기 흡수층(58)은 예를 들면 스폰지 천(sponge cloth)과 같은 흡수포일 수 있다.

측정 과정에서, 예를 들면, 응축 및/또는 기준부(28)를 통한 유동으로부터 발생된 과잉 유체는 배출구(42)로부터 배출되어 흡수포(58)에 의해 흡수된다. 상기 흡수포(58)의 하단(60)이 용기(50)의 기저판(52)에 있는 흡수포 부분보다 더 낮은 높이에 위치하기 때문에, 사이펀 원리로 인하여, 유체는 하단(60)에 축적되어 탱크(18) 속으로 떨어지게 된다. 또한, 탱크(18)의 상부면으로부터 거리(C)만큼 용기(50)를 상승시킴으로써, 도 3에 D로 표시된 거리가 제로보다 크다면, 전체 탱크가 기울어지는 경우에도, 사이펀 효과와 측정 장치를 이용할 수 있다. 따라서, 탱크 측정 장치가 소정의 탱크 경사각까지 측정을 계속할 수 있도록, 측정 장치 설계시, 용기(50)의 높이가 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 탱크, 특히 예를 들면 자동차 또는 보트의 연료 탱크 내의 유체 수위를 음향 측정하는 장치는 당업계에 공지되어 있다. 그러한 장치중 하나가 영국특허출원 제GB2 164 151호에 개시되어 있으며, 이는 탱크 내의 유체 수위를 결정하기 위한 음향 유체 수위 측정 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 튜브를 포함하며, 상기 튜브의 일단부는 유체 내에 침지되고, 타단부는 변환기와 함께 배치된다. 또한, 상기 튜브는 튜브의 양단부 사이에서 튜브를 따라 배열된 2개의 기준 수단과 함께 배치된다. 상기 변환기는 음성 펄스를 발생시키며, 상기 음성 펄스는 기준 수단에 의해 부분적으로 반사되고, 나머지 펄스 에너지는 유체면에 의해 반사되며, 에코들간의 시간 지연이 탱크 내의 유체 수위 계산을 위해 이용된다.

도파관 내의 음향 신호로 측정할 때, 예를 들면 교란을 줄일 수 있도록, 평면파 전파를 이용하는 것이 유리하다. 도파관 내에서 음향 신호의 평면파 전파를 위한 하나의 조건은 신호의 파장이 도파관의 직경보다 훨씬 더 커야한다는 것이다. 아울러, 반사된 신호의 분리가 가능하도록, 상기 도파관은 파장의 수배만큼 길어야 한다. 따라서, 통상적으로 도파관은 약 1㎝의 직경을 갖는 바, 평면파 전파를 이용하는 측정 장치의 도파관은 매우 길어야 하며, 수데시미터 내지 약 1m의 길이를 갖는다.

그러나, 이러한 장치는 길이가 매우 길고 상대적으로 큰 공간이 필요하다는 단점이 있다. 유체 수위 측정 장치가 예를 들면 자동차의 연료 탱크 내의 연료 수위를 결정하기 위해 승용차 또는 트럭에 통합되는 경우, 측정 장치가 너무 많은 공간을 점유하지 않는 것이 극히 중요하다. 예를 들면, 승용차에서 연료 탱크 주변 공간은 통상적으로 매우 한정되어 있다.

따라서, 본 발명의 다른 양태의 목적은 공지의 유체 수위 측정 장치와 비교하여 개선된 유체 수위 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이와 같은 양태의 특수한 목적은 소형이면서 저렴하게 실현할 수 있는 유체 수위 측정 장치를 제공하는 것이다.

하기의 설명으로부터 명백해지는 여타 목적들은 저주파 음향 펄스를 이용하 여 탱크 내의 유체 수위를 측정하는 장치에 의해 달성되고, 상기 장치는 음향 펄스를 송수신하는 변환기와, 상기 변환기에 일단부가 연결되고 타단부가 유체 속으로 연장된 도파관을 포함하며, 상기 도파관은 유체면 위에 위치한 기준부를 갖는다. 상기 도파관 기준부는 유체면에 대해 본질적으로 평행한 평면에 하나 이상의 절곡부(bend)를 갖는다.

본 발명의 이러한 양태는, 도파관 내에서 저주파 펄스와 평면파 전파를 이용하는 경우, 도파관 내에서의 펄스 전파에 악영향을 미치지 않고, 소정의 한도 내에서 도파관을 휘거나 및/또는 절곡하는 것이 가능하다는 이해에 기초한다.

도파관 기준부의 절곡에 따른 하나의 장점은, 측정 장치를 매우 소형으로 구현하는 것이 가능하도록 한다는 것이다. 통상적으로 연료 탱크 주변 공간이 매우 한정된 예를 들면 승용차에서 상기 유체 수위 측정 장치가 사용되는 경우, 소형화는 필수적이다.

평면파 전파와 저주파 신호를 이용함에 따른 또 다른 장점은, 저렴한 표준 전자 소자들이 장치에 사용될 수 있다는 것으로, 이는 제조비용의 절감을 가능하게 한다.

상기 측정 장치의 기준부는 측정하고자 하는 유체가 수용되어 있는 용기 또는 탱크의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 측정 장치의 기준부는 탱크의 상부면과 함께 배치된다. 상기 측정 장치에 의해 측정되는 유체는 기체, 디젤유 또는 물을 포함하는 임의의 유체일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

일 실시예에서, 상기 측정 장치의 도파관 기준부는 측정하고자 하는 유체의 표면에 대해 본질적으로 평행한 평면에 다수의 절곡부를 갖는다. 예를 들면, 상기 기준부는 왕복운동하는 형상(reciprocating shape)을 가질 수 있으며, 유체에 대해 평행한 평면을 따라 상기 절곡부에서 전후로 연장될 수 있다. 이는 측정 장치의 소형화를 가능하게 한다.

다른 실시예에서, 상기 도파관 기준부는 유체면에 대해 본질적으로 평행한 평면에 다수의 360°선회부(turns)를 갖는다. 바람직하게, 상기 선회부는 동축이며, 예를 들면, 나선형 또는 평평한 나선형을 이룬다. 기준부를 나선형으로 배열함으로써, 유체면에 대해 평행한 평면에 크기가 제한된 상대적으로 평평한 기준부가 얻어진다. 이러한 나선형 기준부는 연료 탱크의 연료 펌프 주위에 유리하게 배치될 수 있다. 평평한 나선 형상인 경우, 기준부의 높이는 오직 도파관의 직경에 의해서만 제한된다. 이는 매우 평평한 기준부의 설계를 가능하게 하며, 측정 장치가 예를 들어 자동차의 연료 탱크에 연결되어 배치되는 경우, 주요한 장점이 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 측정 장치는 일단부가 유체 속으로 연장된 제 2 도파관을 포함한다. 이는 탱크 내의 서로 다른 2개의 위치에서 유체 수위의 측정을 가능하게 하며, 이에 따라 불규칙적이거나 제한된 외형을 가진 탱크 내에서 유체 수위에 대한 보다 정확한 측정이 가능하다. 이러한 탱크는, 탱크 바닥 단부의 만입부(indentation)에 의해 탱크 공간이 2개의 부분으로 분할된 예를 들어 소위 "새들 탱크"일 수 있다. 상기 측정 장치의 도파관은 예를 들면 이러한 탱크의 보다 소형이면서 제한된 부분으로 용이하게 연장될 수 있으며, 따라서 측정 점(measuring points)의 위치 결정이 매우 유연하게 된다. 예를 들면, 통상적으로 연료 펌프를 둘러싸고 있으면서 탱크의 최종 연료가 수용되어 있는 용기 내에 하나의 측정점을 위치시키는 것이 가능한 바, 이에 따라 탱크 내의 마지막 연료의 수위 측정이 가능하게 된다.

본 발명의 이러한 양태는 임의의 특수한 유형의 기준부에 제한될 필요가 없으며, 임의의 측정 장치에 적용가능하다.

상기 제 2 도파관은 예를 들어 제 1 도파관의 변환기에 연결될 수 있다. 이 경우, 공통 변환기가 사용된다. 이러한 구성의 또 다른 장점은 탱크 외부의 전자장치와 측정 장치를 연결함에 있어서 오직 하나의 탱크 개구만이 필요하다는 것이다. 이는, 세계 일부 국가에서 자동차의 연료 탱크가 오직 하나의 개구를 가져야 하는 것으로 법제화되어 있으므로, 유리하다. 이 경우, 변환기가 양 방향으로 펄스를 송수신하도록 배치된다면, 제 1 도파관과 동일한 변환기의 측부 또는 변환기의 대향 측부에 제 2 도파관을 위치시킬 수 있다. 이는 변환기에 대한 2개의 도파관의 부착을 용이하게 할 수 있다.

대안적으로, 제 2 도파관과 제 1 도파관은 공통 기준부를 가질 수 있다. 위에서와 같이, 이러한 구성은 탱크에 오직 하나의 개구를 필요로 한다. 또 다른 장점은 공통 변환기 및 기준부의 사용이 가능하다는 것이며, 이는 제조비용을 절감하고, 탱크 내부 또는 주변의 공간을 절약할 수 있도록 한다.

제 3 대안으로서, 상기 제 2 도파관이 제 2 변환기에 연결될 수 있다. 이러한 구성에서, 변환기 및 기준부와 같이 상대적으로 더 큰 측정 장치의 부품들이 부 피가 더 큰 탱크의 부품 내에 유리하게 함께 배치될 수 있는 한편, 오직 도파관만이 보다 소형이면서 제한된 탱크 부품 속으로 연장된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 2개의 실시예에 따른 유체 수위 측정 장치를 도시하고 있다. 이들 도면에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였다.

측정 장치는 용기 또는 탱크와 연관되도록 배치된다. 상기 탱크는 예를 들면 승용차 또는 트럭과 같은 자동차 또는 보트의 연료 탱크일 수 있다. 측정되는 유체는 예를 들면 휘발유, 디젤유 또는 물 등과 같은 액체일 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 탱크는 또한 연료 펌프(111)를 수용하고 있다.

도 4에서, 본 발명에 따른 측정 장치(110)는 도파관(112)을 포함하며, 상기 도파관의 일단부는 변환기(114)에 연결되고 타단부는 탱크(118) 내에 수용된 유체(116) 속으로 연장된다. 상기 유체(116) 속으로 연장된 도파관(112)의 단부(120)는 도파관으로 유체가 유입될 수 있도록 하는 개구를 갖는다. 또한, 상기 유체 속으로 연장된 도파관의 단부(120)가 탱크(118)의 바닥부에 부분적으로 고정됨이 바람직하다. 이는 도파관(112) 단부(120)의 위치를 보장하고, 탱크의 가장 밑바닥으로부터의 유체 수위 측정을 가능하게 한다.

도 4의 도파관은 변환기로부터 탱크를 통하여 본질적으로 직선으로 하향 연장한다. 그러나, 탱크의 임의의 장소에 측정점, 즉 도파관의 단부(120)를 위치시키는 것이 가능하다. 변환기가 예를 들어 탱크의 상부 모서리에 위치될 수 있을지라도, 측정점은 예를 들어 탱크 바닥의 중심에 위치될 수 있다.

전술한 변환기(114)는 예를 들면 저렴한 압전 소자이거나, 분리된 음성 송신기 및 수신기로 구성될 수 있다. 상기 변환기는 전자 제어 장치(122)와 접속되도록 배치되며, 상기 전자 제어 장치는 변환기를 제어하고, 변환기에 의해 송수신된 신호에 기초하여 유체 수위를 연산하도록 배치된다.

또한, 상기 도파관(112)은 기준 요소(126), 예를 들면 도파관 내에 배치된 돌기를 포함한다. 상기 기준 요소(126)는 예를 들면 환형으로 형성되거나, 도파관의 벽체에 배치된 핀을 포함할 수 있다. 이하, 상기 변환기(114)와 연결된 단부로부터 기준 요소(126)까지 연장된 도파관(112) 부분을 도파관의 기준부(128)라 한다. 이하, 상기 탱크(120)의 바닥으로부터 최대 탱크 높이(130), 즉 최고 가능 유체 수위까지 연장된 도파관(112) 부분을 도파관(112)의 측정부(132)라 한다. 상기 기준부와 측정부 사이의 도파관(112) 부분을 "사부(dead part: 134)"라 한다.

유체 수위를 측정할 때, 음성 펄스를 발생시키기 위하여, 상기 제어 장치(122)로부터 변환기(114)로 전기 신호가 공급된다. 도 6a를 참조하면, 상기 변환기(114)로부터 송신된 음성 펄스(A)는 도파관(112)을 통하여 유체면(136)을 향해 안내된다. 그 다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 음성 펄스(A)는 기준 요소(126)에 의해 부분적으로 반사되며, 반사된 펄스(B)는 변환기를 향하여 복귀된다. 나머지 펄스(A′)는 사부(134)를 통과하여, 유체면(136)에 의해 반사될 때까지, 측정부(132)를 통해 이동하게 된다. 따라서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 2개의 반사된 펄스(B,C)가 변환기(114)로 복귀하게 된다. 하나의 반사된 펄스(B)는 상기 기준 요소와 연관되며, 다른 하나의 반사된 펄스(C)는 유체면과 연관된다. 수신된 음성 펄스에 대한 응답으로서, 상기 변환기(114)는 그에 상응하는 전기 신호를 발생시키고, 이 전기 신호를 제어 장치(122)로 피드백시킨다.

상기 탱크가 상단까지 충만되고, 그에 따라 펄스(B,C)들이 상대적으로 매우 근접하여 변환기(14)에 복귀하는 경우에도, 상기 2개의 펄스(B,C)가 구별가능하게 충분히 분리될 수 있도록 보장할 만큼 상기 사부(134)는 충분히 길다.

각 펄스 사이의 시간 간격, 즉 각 음향 펄스의 통과 시간, 기준부(128), 사부(134) 및 측정부(132)의 길이를 알면, 하기의 수식에 따라 탱크 내의 유체 수위 또는 유체 체적을 제어 장치(122)가 계산할 수 있다.

수위=(기준부+사부+측정부)-(기준부/REF) * SURF

여기서, "기준부", "사부" 및 "측정부"는 각 부분의 길이를 의미하며, REF와 SURF는 각각 기준 요소와 유체면에 의해 반사된 펄스(A,B)의 통과 시간을 의미한다.

위 수식에서, 유체 수위는 도파관의 전체 길이에서 유체면 위의 도파관 길이를 차감함으로써 계산된다. 상기 유체면 위의 도파관 길이는 음속(=기준부/REF)과 SURF 시간의 곱으로 계산된다. 일반적으로, 음속은 온도와 기체 조성에 따라 변한다. 그러나, 위 수식이 기준 측정에 따른 음속을 사용하기 때문에, 전체 측정은 온도 및 기체 조성에 대하여 상대적으로 민감하지 않다.

전술한 실시예에서, 상기 측정부(132)는 본질적으로 수직하며, 유체 수위의 절대측정이 이루어진다. 그러나, 다양한 높이를 갖는 다양한 탱크에 측정부를 결합시키기 위하여, 상기 측정부를 경사지게 할 수도 있다. 그 경우, 추가 보정을 피하기 위하여, 탱크의 최대 높이와 유체 수위 간의 관계를 계산하는 것이 유리하다.

관계= 수위/측정부

본 발명에 따르면, 상기 도파관의 기준부(128)는 유체면(136)에 대해 본질적으로 평행한 평면에서 휘어져 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 기준부(128)는 평평한 나선형이다. 이는 측정 장치가 탱크와 관련하여 가능한 한 적은 공간을 점유하도록 보장한다. 도 4에서, 상기 도파관의 기준부(128)는 변환기(114)와 함께 탱크(118)의 벌지(bulge: 138) 내에 수용되는 반면, 전자 제어 장치(122)는 탱크의 외부에 배치된다.

대안적으로, 상기 도파관의 기준부는 도 5에 도시된 바와 같이 나선형일 수 있다. 도 5에서, 상기 기준부(128)는 연료 펌프(111) 주위에 배치되며, 따라서 연료 펌프 주변의 공간을 이용하게 된다. 대안적으로, 상기 나선형 기준부(128)는 평평한 나선형 기준부와 관련하여 전술한 것과 유사하게 배치될 수 있다. 즉, 연료 펌프와는 독립적으로 탱크의 내부, 예를 들어, 탱크 지붕의 벌지 내에 또는 탱크 외부에 배치될 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에서, 평면파 전파가 이용된다. 평면파 전파를 실현하기 위해, 파장은 도파관의 직경보다 훨씬 더 크다. 파장은 거의 직경의 두배보다 더 길어야 한다. 바람직하게, 음향 펄스의 파장은 약 2 내지 10㎝이며, 이는 약 3,4 내지 17㎑의 주파수에 해당한다. 즉, 초음파가 아니다. 상대적으로 긴 파장 때문에, 상기 도파관 또한 길어야 한다. 바람직하게, 상기 기 준부의 길이는 최대 약 70㎝이며, 상기 사부의 길이는 최대 약 30㎝이다.

도 4 및 도 5의 실시예를 다시 참조하면, 상기 도파관의 기준부(128)는 변환기(114)와 함께 탱크(118) 내에 수용되는 반면, 전자 제어 장치(122)는 탱크의 외부에 위치하게 된다. 대안적으로, 상기 제어 장치가 변환기와 함께 탱크의 내부에 위치될 수 있다. 그러나, 변환기와 제어 장치를 함께 탱크 외부에 배치하거나, 기준부와 그에 따른 변환기 및 제어 장치를 모두 함께 탱크 외부에 배치할 수도 있다.

도 4 및 도 5의 도파관(112)은 제 1 기준 요소(126)로부터 알려진 거리에 위치한 추가의 기준 요소를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 추가 기준 요소를 사용하는 경우, 하나의 추가의 음성 펄스가 송수신기로 복귀하게 되며, 따라서 상기 펄스의 통과 시간이 현재 음속의 계산을 위해 이용된다. 예를 들어, 추가의 기준 요소는 측정부 내에 위치되거나, 상기 변환기와 제 1 기준 요소 사이에 위치될 수 있다. 전자의 경우, 유체 수위가 낮으면, 기준부가 유체에 더 가깝게 된다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 제 2 양태의 실시예를 도시하고 있으며, 유체 수위가 탱크 내의 서로 다른 2개의 위치에서 측정될 수 있다. 도 7 내지 도 9의 측정 장치는 도 4 및 도 5에 도시된 장치와 동일한 기본 구성 및 특징을 가지며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였다.

도 7은 도 5와 유사한 측정 장치(110)를 도시하고 있으며, 상기 측정 장치는 사부(134)의 단부에 연결되고 유체(116) 속으로 연장된 제 2 도파관(140)을 더 포함한다. 유체 속으로 연장된 제 2 도파관의 단부(142)는 도파관(140)으로 유체가 유입될 수 있도록 하는 개구를 갖는다. 또한, 상기 단부(142)는 제 1 도파관(112)의 단부(120)와 비교하여 상이한 위치에 배치됨이 바람직하며, 상기 도파관 단부의 위치를 보장하기 위해 탱크(118)의 바닥부에 부분적으로 고정됨이 바람직하다.

도 7의 탱크(118)는 탱크 바닥에 만입부(144)를 포함하는 소위 새들 탱크이며, 상기 만입부(144)의 각 측부에 하나의 도파관(112,140)이 배치된다. 따라서, 탱크 내의 유체 수위에 대한 보다 정확한 측정이 이루어진다. 또한, 상기 측정 장치는 오직 단일 기준부(128)와, 단일 변환기(114) 및 제어 장치(122)를 중심으로 구성되는 바, 이는 보다 저렴한 장치의 제조를 가능하게 할 뿐만 아니라, 상기 측정 장치가 분리된 2개의 측정점을 특징으로 하고 있을지라도, 측정 장치를 위해 오직 하나의 탱크(118) 개구만이 필요하도록 할 수 있다.

유체 수위 측정시, 전술한 바와 같이 변환기(114)로부터 음성 펄스가 송신된다. 상기 기준 요소(126)에 의해 부분적으로 반사되어 사부(134)를 통과한 후, 상기 펄스는 분할되어 각각 측정부(132)와 제 2 도파관(140)을 통해 이동하게 되며, 각각의 가이드(132,140)에서 유체면(136)에 의해 반사된다. 따라서, 3개의 반사된 펄스가 변환기(114)로 복귀하게 된다. 하나의 반사된 펄스는 상기 기준 요소(126)와 연관되며, 하나의 반사된 펄스는 측정부(132)의 유체면과 연관되고, 다른 하나의 반사된 펄스는 제 2 도파관(140)의 유체면과 연관된다. 상기 측정부(132)와 제 2 도파관(140)은, 2개의 에코를 서로 구별할 수 있도록, 길이가 상이하여야 한다.

각 펄스의 시간 간격, 기준부, 사부 및 유체 속으로 연장된 도파관의 길이를 알면, 탱크 내의 유체 수위 또는 유체 체적을 계산할 수 있다. 계산은 상기 전자 제어 장치(122)에 의해 이루어진다.

도 7의 대안으로서, 제 2 도파관(140)이 변환기(114)에 연결될 수 있으며, 이는 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 도 8a 및 도 8b에서, 상기 제 2 도파관(140)은 제 1 도파관(112)과 유사하게 기준부(148), 사부(150) 및 측정부(152)를 포함한다. 상기 제 2 도파관(140)은 제 1 도파관(112)과 같이 변환기(114)의 동일한 측부에 위치되거나(도 8a), 변환기(114)의 대향 측부에 위치될 수 있다(도 8b). 도 8b에서, 상기 변환기(114)는 양 방향으로 펄스를 송신하도록 배치된다.

도 8a 및 도 8b에서 수위를 측정할 때, 변환기(114)로부터 송신된 음성 펄스는 도파관(112,140)을 통하여 유체면(136)을 향해 안내된다. 상기 음성 펄스는 도파관의 각 기준부(28)의 단부에서 기준 요소(126,154)에 의해 부분적으로 반사된다. 상기 기준 요소와 연관되어 변환기(114)로 복귀하는 에코들이 분리될 수 있도록, 상기 기준부(128,148)가 배치된다. 나머지 음성 펄스는 사부(134,150)를 통과하여, 제 1 및 제 2 도파관의 각 측정부(132,152)를 통해 이동하며, 유체면에 의해 반사된다.

따라서, 4개의 반사된 펄스가 변환기(114)로 복귀하게 된다. 하나의 반사된 펄스는 상기 제 1 도파관의 기준 요소(126)와 연관되며, 하나의 반사된 펄스는 상기 제 2 도파관의 기준 요소(154)와 연관되고, 하나의 반사된 펄스는 상기 제 1 도파관의 측정부(132)의 유체면과 연관되고, 다른 하나의 반사된 펄스는 상기 제 2 도파관의 측정부(152)의 유체면과 연관된다. 상기 제 1 및 제 2 도파관의 측정부는, 2개의 에코를 서로 구별할 수 있도록, 길이가 상이하여야 한다.

각 펄스의 시간 간격, 기준부, 사부 및 유체 속으로 연장된 도파관의 길이를 알면, 탱크 내의 유체 수위 또는 유체 체적을 계산할 수 있다. 계산은 상기 전자 제어 장치에 의해 이루어진다.

제 3의 대안으로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 도파관(140)이 제 2 변환기(156)에 연결될 수 있다. 제 2 도파관(140) 및 제 2 변환기(156)는 도 4의 제 1 도파관(112) 및 제 1 변환기(114)와 동일한 구성 및 작동을 갖는다. 상기 측정부는 보다 정확한 유체 수위 측정을 위하여 탱크의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 변환기들은 탱크의 동일한 영역에 배치될 수 있으며, 단일의 전자 제어 장치(122)에 연결되고, 상기 전자 제어 장치는 제 1 및 제 2 변환기(114,156)와 도파관(112,140)의 개별 측정값에 기초하여 전체 유체 수위를 계산하게 된다.

도 7 내지 도 9에 도시된 실시예에서, 2개의 측정점을 이용함으로써, 탱크의 기울기와는 독립적으로 수위 측정이 가능하다. 단일 축선을 중심으로 한 탱크의 회전 운동에 있어서, 탱크의 각 측부에 하나의 도파관이 위치되며, 경사 보정 유체 수위 측정을 위하여, 에코 펄스의 수신 시간차가 계산된다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 당업자는 첨부된 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 변형과 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들면, 배출구의 양태는 도파관으로부터 과잉 유체가 배출될 필요가 있는 임의의 측정 장치와 결합될 수 있다.

또한, 추가의 측정 도파관이 측정 장치에 연결될 수 있으며, 이는 탱크의 여러 부분에서 측정이 가능하게 한다. 이 경우, 공통 변환기 및 기준부가 이용될 수 있다.

또한, 상기 흡수포는 전술한 깔대기형 구조물과 같은 임의의 구조물과 함께 사용될 수 있다.

전술한 실시예에서는 음향 펄스가 사용되었으나, 본 발명에 따른 장치는 정상파 측정(standing wave measurement)과 같은 다른 측정법과 함께 사용될 수도 있다.

또한, 도 7 내지 도 9의 측정 장치의 기준부(28,48)는 나선형이며, 탱크(18)의 연료 펌프(11) 주위에 배치된다. 그러나, 대안적으로, 상기 기준부는 연료 펌프와 독립된 위치에 배치될 수 있으며, 탱크의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 상기 기준부는 다른 형상, 예를 들면 도 4에서와 같이 평평한 나선형상을 가질 수도 있다.

예를 들면, 도 7 내지 도 9의 측정 장치에는 2개의 도파관이 사용되었으나, 측정점의 수를 증가시키기 위해 추가의 도파관이 사용될 수 있다.

또한, 수개의 도파관의 양태가 임의의 종래의 장치와 함께 결합될 수 있다.

또한, 도파관 단부의 바닥 직경이 도파관 상부의 직경보다 더 크도록, 상기 유체 속으로 연장된 도파관이 원뿔형으로 형성될 수 있다. 이는 보다 양호한 여유각을 가능하게 한다.

또한, 상기 도파관은 전체적으로 또는 부분적으로 원형, 직사각형 또는 평평 한 단면 형상을 가질 수 있다.

Claims (27)

1. 탱크(18) 내의 유체(16) 수위를 기체 조성 보정 음향 측정하기 위한 장치로서,

   상기 유체(16)의 외부에 배치되어 음향 신호를 송수신하는 변환기(14); 및

   상기 변환기(14)에 연결되고 상기 유체 속으로 연장된 도파관(12);을 포함하는 측정 장치에 있어서,

   상기 유체 수위 위에 위치된 상기 도파관(12)의 부분으로 상기 탱크(18)로부터 발생된 유체 유동을 공급하는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

   측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도파관(12)이 기준 요소(26)를 더 포함하며, 상기 변환기(14)와 상기 기준 요소(26) 사이의 도파관(12)의 부분이 기준부(28)로서 한정되고, 상기 유체가 상기 기준부로 공급되는,

   측정 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 음향 신호가 상기 도파관 내에서 이동할 수 있도록, 상기 도파관(12) 내에서의 유체 유동이 충분히 작은,

   측정 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 탱크로부터 공급되는 상기 유체가 액체인,

   측정 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 탱크로부터 공급되는 상기 유체가 기체인,

   측정 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 측정 장치가 연료 펌프(11)를 갖춘 탱크(18)와 연관되도록 배치되고, 상기 도파관(12) 내에서의 유체 유동이 상기 연료 펌프(11)로부터 공급되는,

   측정 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도파관(12)이 도파관으로부터 과잉 유체가 배출될 수 있도록 하는 다수의 배출구(42)를 더 포함하는,

   측정 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 배출구(42)에 인접하게 배치된 흡수 구조물(58)을 더 포함하는,

   측정 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 흡수 구조물(58)이 나머지 흡수 구조물 아래에 위치한 하나 이상의 단부(60)를 가짐으로써, 흡수된 유체가 상기 단부에 축적되도록 하는 사이펀 효과를 발생시키는,

   측정 장치.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유체(16) 수위 위에 위치한 상기 도파관의 부분이 탱크(18)의 외부에 배치되며, 상기 측정 장치가 깔대기형 구조물(44)을 더 포함하고, 상기 깔대기형 구조물은 바닥 단부와 상기 탱크(18)에 연결된 개구(48)를 가지며, 상기 깔대기형 구조물(44)은 상기 도파관(12)이 상기 개구(48)를 통과하도록 배치된,

    측정 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 깔대기형 구조물(44)의 내벽(46)의 각도가 수평면으로부터 보았을 때 상기 탱크의 최대 경사각보다 더 큰,

    측정 장치.
12. 탱크(18) 내의 유체(16) 수위를 기체 조성 보정 음향 측정하기 위한 방법으로서,

    상기 탱크(18)의 외부에 배치된 변환기(14)로부터 상기 유체(16) 속으로 연장된 일단부를 가진 도파관(12)으로 음향 신호를 송신하는 단계;

    상기 도파관(12)으로부터 상기 변환기(14)로 반사된 음향 신호를 수신하는 단계;를 포함하는 측정 방법으로서,

    상기 탱크(18)로부터의 유체 유동을 상기 유체 수위 위에 위치한 상기 도파관(12)의 부분으로 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

    측정 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 도파관(12)이 기준 요소(26)를 더 포함하며, 상기 변환기(14)와 상기 기준 요소(26) 사이의 도파관의 부분이 기준부(28)로서 한정되고, 상기 유체가 상기 기준부로 공급되는,

    측정 방법.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 음향 신호가 상기 도파관(12) 내에서 이동할 수 있도록, 상기 유체 유 동이 충분히 작은,

    측정 방법.
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 탱크(18)에 연료 펌프(11)가 제공되며, 상기 도파관(12) 내의 유체 유동이 상기 연료 펌프로부터 공급되는,

    측정 방법.
16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 도파관 내에 배치된 다수의 배출구(42)에 의해 상기 도파관(12)으로부터 과잉 유체를 배출시키는 단계;를 더 포함하는,

    측정 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 배출구(42)에 인접하여 배치된 흡수 구조물(58)에 의해 상기 과잉 유체를 배출시키는 단계;를 더 포함하는,

    측정 방법.
18. 저주파 음향 펄스를 이용하여 탱크(118) 내의 유체(116) 수위를 측정하는 장치로서,

    음향 펄스를 송수신하는 변환기 수단(114); 및

    상기 유체의 표면 위에 위치한 기준부(128)를 갖고, 상기 변환기 수단(114)에 연결되며 상기 유체(116) 속으로 연장된 도파관(112);을 포함하는 측정 장치에 있어서,

    상기 도파관의 기준부(128)가 상기 유체(116)의 표면에 대해 본질적으로 평행한 평면에 하나 이상의 절곡부를 갖는,

    측정 장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 도파관의 기준부(128)가 상기 평면에 다수의 절곡부를 갖는,

    측정 장치.
20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

    상기 도파관의 기준부(128)가 상기 평면에 다수의 360°선회부를 갖는,

    측정 장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 도파관의 기준부(128)가 나선형인,

    측정 장치.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 도파관의 기준부(128)가 평평한 나선형인,

    측정 장치.
23. 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유체(116) 속으로 연장된 제 2 도파관(140)을 더 포함하는,

    측정 장치.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 도파관(112)과 상기 제 2 도파관(140)이 각각 상기 변환기의 대향 측부에서 상기 변환기(114)에 연결된,

    측정 장치.
25. 제 23 항에 있어서,

    상기 도파관(112)과 상기 제 2 도파관(140)이 공통 기준부(128)를 갖는,

    측정 장치.
26. 제 23 항에 있어서,

    제 2 변환기(156)를 더 포함하고, 상기 제 2 도파관(140)이 상기 제 2 변환기에 연결된,

    측정 장치.
27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 탱크의 외부에 배치된 전자 제어 장치(122)를 더 포함하고, 상기 변환기(들)가 상기 탱크 내부에 배치된,

    측정 장치.

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