KR20070086201A - 가정 기기용 유체 특성의 결정 방법 - Google Patents

가정 기기용 유체 특성의 결정 방법 Download PDF

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요한 쉔클
헤르베르트 알텐호퍼
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이엠젯-하나우어 게엠베하 운트 체오. 카게아아
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Abstract

물리적 변수에 영향을 미치는 제 1 파라미터가 적어도 2개의 미리 결정된 값들 중 하나를 가지는 각각의 경우에, 상기 제 1 파라미터에 대한 적어도 2개의 측정값들을 얻기 위해서 유체의 특성에 관련된 유체의 물리적 변수를 측정하는 단계와, 유체 특성의 특징을 나타내는 제 1 특징값을 얻기 위해서 상기 제 1 파라미터의 적어도 2개의 측정값들을 상관(correlation)시키는 단계를 포함하는 가정 기기용 유체의 특성 결정 방법
가정 기기, 유체, 특성 결정, 물리적 변수, 상관.

Description

가정 기기용 유체 특성의 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING A PROPERTY OF A FLUID FOR A HOUSEHOLD DEVICE}
본 발명은 대체로 유체의 특성에 관한 것으로, 특히 물리적 변수를 측정함으로써 가정 기기에서 이용되거나 이용될 수 있는 유체의 특성을 보고하는 방법에 관한 것이다.
가정 기기들의 작동을 신뢰성 있게 자동으로 제어하기 위해서는, 이들 가정 기기들의 작동 상태들을 신뢰성 있고 정확하게 결정하는 것이 필요하다. 따라서, 예컨대 세탁기, 식기세척기 및 건조기와 같은 가정 기기에서 이용되는 유체의 실제 특성을 감시하는 것이 알려져 있다. 세탁기와 식기세척기의 경우에 있어서, 세척 대상물의 실제 세척된 정도를 결정하고 적절히 작동을 제어하기 위해서 예컨대 세척액의 광 투과도가 측정된다. 동일한 방법이 건조기에 있어서 사용되는 건조공기에도 적용된다.
또한, 유체 온도와 전기적 도전성의 측정은 실제 작동 상태에 대한 정보를 제공할 수 있고 예컨대 최적의 세척 결과를 얻기 위해서 후속하여 작동이 어떻게 제어되어야 하는지에 관한 기준을 설정해준다.
그러나 알려진 방법들은 측정의 정확도 및 신뢰성 측면에서 문제점들을 가진 다. 따라서, 예컨대 측정은 가정 기기의 동작과 이용되는 측정 방법에 기인한 영향을 받을 수 있으며, 결과적으로 측정 결과는 부정확하고 신뢰성이 부족해질 수 있다. 또한, 측정값을 평가하기 위하여 시간소모적이고 복잡한 방법들이 통상적으로 요구된다.
본 발명의 목적은, 가정 기기들에 사용되는 유체에 대해서 더욱 신뢰성 있고 정확한 보고(statement)가 이루어질 수 있고, 특히, 상기 종래기술의 문제점들을 극복하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 가정 기기용으로 유체의 특성을 결정할 수 있는 청구항 제1항에 따른 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 이용은 세탁기, 식기세척기 및 건조기에 이용되거나 이용될 수 있는 유체(예컨대 부가된 신선한 물, 세척액, 폐수, 유입공기, 건조공기, 폐 공기)의 감시를 포함한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 유체의 물리적 변수가 측정되며, 이 물리적 변수는 유체의 특성에 관계되고 직접 및 간접적으로 특성에 관하여 말할 수 있게 해준다. 물리적 변수에 영향을 주는 제 1 파라미터(parameter)가 적어도 2개의 미리 결정된 값 중 하나를 가질 때마다 물리적 변수를 측정하여, 상기 제 1 파라미터에 대한 적어도 2개의 측정값을 얻는다.
물리적 변수는 예컨대 개개의 또는 복수의 물리적 및/또는 화학적 특성들 즉 유체의 도전성, 광 투과도(optical transmission), 온도, 흐름 거동(flow behaviour), 흡수도 및 열 소산도(thermal dissipation), 열 전도성(thermal conductivity)을 포함한다.
이러한 관계에 있어서, 상기 제 1 파라미터의 제 1 측정값을 얻기 위해서 상기 제 1 파라미터가 제 1 미리 결정된 값을 가질 때 상기 물리적 변수가 측정되고, 상기 제 1 파라미터의 제 2 측정값을 얻기 위해서 상기 제 1 파라미터가 제 2 미리 결정된 값을 가질 때 상기 물리적 변수가 측정되며, 선택적으로 상기 제 1 파라미터 등의 제 3 측정값을 얻기 위해서 상기 제 1 파라미터가 제 3 미리 결정된 값을 가질 때 상기 물리적 변수가 측정되는 것으로 이해될 수 있다.
결정할 유체 특성의 특징을 나타내는 유체의 제 1 특징값을 얻기 위해서 상기 제 1 파라미터에 대한 적어도 2개의 측정값을 서로 상관시킨다.
상기 개별 측정값들은, 결정되어야 하는 특성에 대하여 정확하고 그리고/또는 신뢰할 수 있는 보고 또는 진술이 이루어질 수 없도록 하는, 예컨대 상기 제 1 파라미터를 포함할 수도 있는 가정 기기의 동작 상태, 외부적 영향요인들, 상기 물리적 변수 자체에 영향을 주는 변수들에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기 제 1 파라미터에 대한 적어도 2개의 측정값을 상관시킴으로써, 그러한 영향요인들은 회피될 수 있고 유체의 특성에 관한 더욱 정확하고 신뢰성 있으며 더욱 신속한 보고가 이루질 수 있게 하는 특징값을 얻을 수 있다.
상기 적어도 2개의 측정값들은 동일한 측정 장치를 사용하거나 또는 동일하거나 다른 측정 장치들을 사용해서 얻어질 수 있다. 이후에서 기술되는 바와 같이 추가적 파라미터들이 사용되고 그리고/또는 유지되어야 하는 경우에도 이러한 점이 마찬가지로 고려된다.
따라서, 예컨대 측정 장치의 동일한 전극들 또는 센서들(sensors)을 써서 측정값들을 결정하거나 한 측정 장치의 하나의 전극 또는 센서의 조합을 써서 적어도 하나의 측정값을 결정하고 추가적 측정값들은 측정 장치의 다른 전극 또는 센서 조합을 써서 얻거나 다른 측정 장치의 전극들 또는 센서들을 써서 얻는 것이 가능하다.
상기 제 1 특징값을 이용하거나 기초로 하여, 유체의 특성 및/또는 가정 기기들의 동작 상태 및/또는 공정 변수에 대한 보고가 제공될 수 있다.
이러한 관계에서 상기 제 1 특징값을 기초로 하여 상기 특성뿐 아니라 상기 특성에 의존하는 유체의 적어도 몇 가지 특성들에 대한 보고가 제공될 수 있다. 따라서, 예컨대 상기 제 1 특징값을 기초로 하여 유체의 도전성에 관한 보고가 이루어진다면, 이를 근거로 또는 결정된 도전성에 관련하여 유체 내에 존재하는 성분, 물질 등(예컨대 추가된 세제 액 또는 세제의 특성 및/또는 양)에 관한 보고가 이루어진다. 또 다른 예는 유체의 온도 또는 혼탁도(광 투과도)를 기초로 하여 가정 기기의 동작 상태를 결정하는 것이며 이것에 의해서 예컨대 가열 사이클 또는 냉각 사이클이 얼마나 진행되었는지 충분히 신선한 물 또는 공기가 추가되었는지 또는 충분한 폐수 또는 폐 공기가 배출되었는지에 대한 보고가 가능해진다.
일 실시예에 따라서, 상기 물리적 변수에 영향을 주는 적어도 하나의 제 2 파라미터가 미리 결정된 제 1 상수 값을 동시에 가진다면 상기 제 1 파라미터에 대한 적어도 2개의 측정값들이 측정된다. 이러한 실시예는 특히 2개 파라미터들의 물리적 크기의 의존성이 감안되는 이점을 가진다.
다른 실시예에 따르면 상기 제 1 파라미터가 적어도 2개의 미리 결정된 값들중 하나를 가지고 제 2 파라미터는 미리 결정된 제 2 상수 값을 가질 때마다 상기 물리적 변수가 측정되어, 상기 제 1 파라미터에 대한 적어도 2개의 추가적 측정값을 얻는다.
제 1 파라미터에 대한 상기 적어도 2개의 추가적 측정값의 상관도(correlation)에 의해서 유체의 특성을 나타내는 제 2 특징값을 얻을 수 있게 된다. 제 2 특징값은 상기 제 1 파라미터에 대한 상기 두 측정값들 중 적어도 하나와 적어도 2개의 추가 측정값들 중 적어도 하나를 상관시킴으로써 결정될 수도 있다.
이러한 실시예에서 고려된 단계들은 상기 제 2 파라미터에 대한 미리 결정된 추가 상수 값들에 대해서 실행될 수도 있다.
추가적 실시예에 있어서 상기 물리적 변수는 상기 물리적 변수에 영향을 주는 제 3 파라미터가 적어도 2개의 미리 결정된 값들 중 하나를 가질 때마다 측정되어, 상기 제 3 파라미터에 대한 적어도 2개의 측정값들을 얻는다. 상기 제 3 파라미터에 대한 적어도 2개의 측정값들의 상관도(correlation)에 따라서 상기 유체의 특성을 특징화하는 제 3 특징값을 얻을 수 있게 된다.
하나 이상의 특징값이 산출되는 실시예들에 있어서, 적어도 2개의 특징값들(예컨대 상기 제 1 및 제 3 특징값)을 기초로 하여 상기 유체의 특성 및/또는 상기 가정 기기의 동작 상태 및/또는 공정 변수에 대한 보고를 제공하는 것이 가능하다. 전술한 관련 코멘트는 여기에도 적절하게 적용된다.
상기 물리적 변수의 측정은 연속적으로 또는 실질적으로 동시에 파라미터 관계 방법으로 실행될 수 있다.
동시 실행으로 모든 측정들이 실질적으로 같은 시점 또는 같은 시간기간에 걸쳐 시행될 수 있으므로, 측정에 영향을 주는 시간 의존적인 효과 및/또는 동적인 효과가 없는 것으로 간주될 수 있다. 동시 실행이란 상기 제 1 파라미터의 제 1 미리 결정된 값에 대한 측정과 상기 제 3 파라미터의 제 1 미리 결정된 값에 대한 측정이 동시에 실행되고, 상기 제 1 파라미터의 제 2 미리 결정된 값과 상기 제 3 파라미터의 제 2 미리 결정된 값에 대한 측정이 동시에 실행되는 것 등을 의미하는 것으로도 이해될 수 있다. 또한, 2개 이상의 측정이 동시에 실행될 수 있고 나머지 측정들은 시차를 둔 방식(time-staggered manner) 및/또는 연속적으로 실행될 수 있다.
상기 유체의 제 2 또는 추가적 특성을 결정하기 위해서, 전술한 청구범위들 중 하나에 따라 제 2 또는 추가적 물리적 변수 또는 변수들에 관한 단계들이 실행될 수 있고 이들 단계들에 의해서 상기 제 2 특성 또는 추가적 특성들에 관한 보고가 이루어질 수 있다. 이러한 실시예는 본 발명에 따른 방법의 "반복"으로서 간주될 수 있고, 여기서 "반복"은 시차를 둔 방식으로 또는 적어도 어느 정도까지 동시에 실행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 적어도 물리적 변수의 측정중 일어나는 소음이 결정되고 평가된다. 해당 측정에 대한 측정기술 평가뿐 아니라 추가하여 소음은 상기 유체와 및/또는 상기 가정 기기의 동작 상태에 대한 추가 정보를 제공해줄 수 있다. 예컨대, 소음은 예컨대 마찰 그리스(grease)가 유체 내에 존재하는지 및/또는 세척할 대상물들이 식기세척기의 어느 영역에 위치하는 지에 대한 정보를 제공할 수 있다.
제 1 파라미터는 다음 종류의 파라미터들 즉,
주파수, 또는
전기적 측정 전압, 또는
전기적 측정 전류, 또는
전기적 측정 전류 또는 전기적 측정 전압의 파형, 또는
측정 위치들, 또는
측정 경로들, 또는
물리적 변수의 측정에 사용되는 센서들, 검출기들, 송신기들 및/또는 전극들의 서로에 대한 배치, 또는
센서들, 검출기들, 송신기들 및/또는 전극들의 유체에 대한 배치, 또는
센서, 검출기, 송신기 및/또는 전극 구조, 또는
센서, 검출기, 송신기 및/또는 전극 재료, 또는
광 격막들(optical diaphragms)의 특성, 또는
계선 격막들(field line diaphragms)의 특성, 또는
가정 기기의 동작 상태들, 또는
물리적 변수의 측정중 일어나는 소음중 하나를 포함할 수 있다.
상기 파라미터 종류 중 "가정 기기의 동작 상태"에 있어서 예컨대 상기 가정 기기가 제어가능하게 미리 결정된 동작 상태들을 갖는 것이라면 미리 결정된 파라미터 값들을 얻는 것이 가능하다. 예컨대, 특별히 동작 상태들을 달성하기 위해서 세탁기의 펌프는 최고 용량(full capacity)으로, 절반의 용량(half capacity)으로 작동하거나 전혀 작동하지 않을 수도 있다. 같은 방법이 유체, 물질 등이 추가되거나 및/또는 유체, 물질 등이 제거되는 가정 기기의 부품들, 발열 부품들, 가동 부품들에 적절히 적용될 수 있다.
"물리적 변수의 측정중 일어나는 소음"의 파라미터 종류에 있어서 미리 결정된 파라미터 값들을 파악할 수 있기 위해서, 예컨대 식기세척기의 경우에 있어서 세척 유체가 세척실 내에서 분배됨에 의해서 미리 결정된 방식으로 부품들을 동작시키는 것(예컨대 식기세척기의 상부 및/또는 하부 분사 암(arm)의 미작동 및/또는 작동)이 파악된다.
상기 제 1 파라미터는 또한 전술한 파라미터들의 조합을 나타내는 것일 수 도 있다. 예컨대, 제 1 파라미터는 "주파수-측정 전압", "파형-측정 경로", "광학 격막들의 특성-측정 전압", 등과 같은 파라미터 종류 조합들을 포함할 수 있다. 이것은 선택적으로 제 2 파라미터와 제 3 파라미터에도 적용될 수 있다.
제 2 및/또는 제 3 파라미터를 사용할 때, 2개 또는 3개의 파라미터들이 각각 오직 한 파라미터 종류만을 가질 때, 파라미터 종류가 다른 것이 바람직하다. 하나 또는 그 이상의 파라미터 종류 조합의 경우에 있어서, 2개 또는 3개 파라미터들은 적어도 한 파라미터 종류에 있어서 다른 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 따라서 상기 물리적 변수는 유체의 전기적 도전성, 광 투과도, 광 흡수율, 광 산란도 및/또는 온도를 의미하는 것이다.
전기적 도전성은 특히 유체의 옴 및/또는 용량 도전성 또는 옴 및/또는 용량성 저항의 역수(reciprocal value)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
이러한 점에서 상기 물리적 변수는 유체에 의해서 야기되는 도전 전극 간의 임피던스를 측정하는 임피던스(impedance) 측정 방법을 사용해서 측정되거나, 적어도 하나의 광 측정 빔(beam)을 유체를 통해 전송하는 광학 측정 방법에 의해서 측정되거나, 온도 측정 방법{예컨대 열량 측정법(calorimetric method)}에 의해서 측정되는 것으로 이해될 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 제 1 파라미터는 적어도 2개의 파라미터 종류의 조합 중 하나의 파라미터 종류를 포함할 수 있다. 따라서, 후술하는 실시예들은 상호 배타적인 것이 아니고 서로 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제 1 파라미터는 전류, 전압 또는 측정 방법의 실시에서 이용되는 광 측정 빔의 주파수를 표시하는 것일 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 주파수를 나타내는 것일 수 있고 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 주파수를 나타내는 것일 수 있다.
제 1 파라미터는 상기 측정 방법을 실시하는 데에 사용되는 전류 또는 전압을 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 전류 또는 제 1 전압을 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 전류 또는 제 2 전압을 나타낼 수 있다.
제 1 파라미터는 측정 방법을 실시하는 데 이용되는 전극들, 검출기들, 송신기들, 광 부품들 또는 센서들 사이의 거리를 표시하는 것일 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 거리를 표시하는 것일 수 있고 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 거리를 표시하는 것일 수 있다.
제 1 파라미터는 전류, 전압 또는 측정방법의 실시에 이용되는 광 측정 빔의 파형을 표시할 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 파형을 표시할 수 있고 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 3 파형을 표시할 수 있다.
제 1 파라미터는 임피던스 측정이 실행되는 실시예에 있어서 전자계(elecromagnetic fields)용으로 효과적인 계선 격막(field line diaphragm) 구조를 의미하는 것일 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 계선 격막 구조를 의미하는 것이고 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 계선 격막 구조를 의미하는 것일 수 있다.
제 1 파라미터는 광 측정 빔이 사용되는 실시예에서 광 측정 빔의 강도(intensities)를 의미할 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 강도를 의미하고 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 강도를 의미할 수 있다.
제 1 파라미터는 광 측정 빔이 사용되는 실시예에 있어서 광 측정 빔에 효과적인 격막 구조를 의미하는 것일 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 격막 구조이고 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 격막 구조일 수 있다.
제 1 파라미터는 온도 측정 방법의 실시에 이용되는 온도 센서와 유체의 열 접속(thermal couplings)을 의미할 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 유체 및 제 1 온도 센서의 제 1 열 접속을 의미할 수 있고, 제 1 파라미터의 제 2 값은 유체 및 제 2 온도 센서의 제 2 열 접속을 의미할 수 있다.
제 1 파라미터는 온도 측정이 사용되는 실시예에 있어서 온도 센서들의 열 접속을 나타내는 것일 수 있고, 여기서 제 1 파라미터의 제 1 값은 온도 센서들의 제 1 열 접속을 나타내고 제 1 파라미터의 제 2 값은 온도 센서들의 제 2 열 접속을 나타내는 것일 수 있다.
2개 이상의 파라미터가 사용되는 경우, 실시예와 적용되는 파라미터의 개수에 의존해서, 제 2 파라미터는 파라미터 종류가 제 1 파라미터의 파라미터 종류와 다르거나, 또는 제 3 파라미터는 파라미터 종류가 제 1 파라미터의 파라미터 종류와 다르거나, 또는 제 2 파라미터는 파라미터 종류가 제 1 파라미터의 파라미터 종류와 다르거나, 또는 제 3 파라미터는 파라미터 종류가 제 2 파라미터의 파라미터 종류는 물론 제 1 파라미터의 파라미터 종류와 다른 것으로 이해될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명을 실시하는 장치에 대한 개략도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명을 실시하는 다른 장치에 대한 개략도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명을 실시하는 다른 장치에 대한 개략도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명을 실시하는 다른 장치에 대한 개략도이다.
도 9 및 도 10은 도전성 측정을 위한 도전 전극들의 종래 장치에 대한 개략도이다.
도 11 및 도 12는 도전성을 결정하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 실시 하기 위한 도전 전극들의 장치를 나타내는 개략도이다.
도 13 및 도 14는 도전성을 결정하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 실 시하기 위한 도전 전극들의 다른 장치를 나타내는 개략도이다.
도 15는 도 9 및 도 10의 장치에 대한 대체 언결도이다.
도 16은 도 11과 12 및 도 13과 14의 장치에 대한 대체 연결도이다.
도 17 및 도 18은 가능한 누설 경로들의 도전성 측정에 관한 대체 연결도이다.
도 19는 도전성을 결정하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예의 실시를 보여주고자 하는 개략도이다.
도 20 및 도 21은 도 1 내지 도 8의 실시예들에 대한 대체 연결도이다.
도 22는 4 극 도전성 측정을 위한 알려진 도전 전극 장치의 개략도이다.
도 23은 슬림화한 4극 도전성 측정에 있어서 본 발명의 바람직한 실시예를 실시하는 도전 전극 장치의 개략도이다.
도 24는 도전성을 결정하기 위한 본 발명에 따른 실시예를 위한 대체 연결 도이다.
도 25는 다른 전압들과 다른 주파수들에서 도전성을 결정하기 위한 본 발명에 따른 실시예의 예시적인 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 26 및 도 27은 다른 주파수들과 다른 유체 특성들에서 도전성을 결정하기 위한 본 발명에 따른 실시예의 예시적인 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 28은 혼탁도와 광 투과도를 결정하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예의 예시적인 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 29는 온도를 측정하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예의 대체 연결도이 다.
이하에서 기술되는 실시예들에 있어 공통적인 점은, 일 유체의 특성에 영향을 줄 수 있는 물리적 변수에 대한 측정들이 이루어졌으며, 이들 측정들은 제 1 파라미터의 함수로서 측정되었고, 여기서 상기 물리적 변수들은 다른 파라미터 값들에 대해 결정되었다는 점이다. 또일 실시예들에 공통적인 점은 제 2 파라미터가 적어도 하나의 상수 값(constant value)을 가질 때 제 1 파라미터의 함수로서 물리적 변수의 측정이 이루어졌다는 점이다. 몇 실시예들에 있어서 상기 제 2 파라미터가 제 2의 다른 상수 값을 가질 때 상기 물리적 변수의 측정들도 이루어졌다는 점이다.
상기 제 1 파라미터의 변화에 따른 상기 물리적 변수의 측정값들은, 상기 제 2 파라미터가 제 1 상수 값 또는 제 2 상수 값을 가질 때 만들어지고, 감시할 유체의 특성을 특징화하기 위해서 또는 유체의 특성에 관한 정보를 얻기 위해서 한편으로 이용되었다. 측정 결과들 자체에 추가하여 및/또는 측정 결과들로부터 얻어지는 유체에 관한 보고들은 상기 유체를 이용하는 가정 기기의 작동 상태들 및/또는 처리 변수들에 관한 보고를 제공하기 위해 사용되었다.
다음 설명에 있어서, 장치는, 본 발명을 실시하기 위해 설계되고 구성된 측정 장치들 및 부품들 자체를 무엇보다 먼저 기술한다.
이것에 후속하여 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들이 물리적 변수들에 따라서 그리고 파라미터들에 따라서 개별적으로 논의될 것이다. 상기 서두에서 기술된 의미에 있어서 동시 실행은, 이하 실행에 의존하는 보고들을 허용하는 것은 별문제로 하고, 특히 물리적 변수들 사이의 상호작용들(interactions)을 감안하는, 감시할 유체에 관한 보고를 또한 가능케 한다.
도 1 및 2의 단면도와 같이 개략 도시된 장치는 유체의 다수의 물리적 변수들을 결정할 수 있게 하며, 다양일 실시예들의 실시를 허용한다. 장치는 제 1 하우징 핑거(housing finger)(102) 및 제 2 하우징 핑거(104)를 구비하는 하우징(100)을 포함한다. 베이스 면(base plane)(106)에 대해서, 제 2 하우징 핑거(104)는 베이스 면(106)으로부터 제 1 하우징 핑거(102)보다 더욱 연장한다. 조립된 상태에서 이것은 제 2 하우징 핑거(104)가 측정될 유체 내로 더욱 돌출한다는 것을 의미한다.
하우징(100)은 전체가 투명한 재료, 예컨대 유리 및/또는 플라스틱으로 제작될 수 있다. 하우징(100)에서는 적어도 광 측정 빔이 하우징(100)으로부터 출입하는 제 1 하우징 핑거(102) 및 제 2 하우징 핑거(104)의 부위들이 투명하다.
하우징(100) 내에는 광-안내체(light-conducting body)(108)가 설치되며, 광-안내체(108)는 제 1 광-안내체 핑거(110)와 제 2 광-안내체 핑거(112)를 포함한다. 제 1 및 제 2 광-안내체 핑거들(110, 112)은 제 1 하우징 핑거(102) 및 제 2 하우징 핑거(104) 내로 연장한다. 광-안내체(108)는 바람직하게 일체로 형성된다. 그러나 광-안내체(108)를 2 부분으로 형성하는 것도 가능하며, 이 경우 광-안내체(108)를 기본적으로 제 1 및 제 2 광-안내체 핑거들(110) 및 (112)로 제한하는 것이 가능하다.
제 1 및 제 2 광-안내체 핑거들(110, 112)은 제 1 하우징 핑거(102) 및 제 2 하우징 핑거(104)의 자유 단부들을 향해 마주하는 단부들에 반사 면(114, 116)을 포함한다. 반사 면(114, 116)은 광-안내체 핑거들(110, 112) 내에서 측정 빔을 내측으로 반사하는 역할을 수행, 즉 제 1 및 제 2 광-안내체 핑거들(110, 112) 내에서 광 측정 빔의 반사 역할을 한다.
반사 면(114)에서 반사된 광이 제 1 및 제 2 수신기들(118, 120)에 도달할 수 있도록, 광 측정 빔의 제 1 및 제 2 수신기들(118, 120)이 반사 면(114)을 마주보는 광-안내체 핑거(110)의 단부에 인접하게 설치된다.
광 측정 빔의 송신기(122)는 반사 면(116)을 마주보는 제 2 광-안내체 핑거(112)의 단부에 인접하게 설치되어, 송신기(122)에 의해 방사된 측정 빔은 제 2 광-안내체 핑거(112)를 통해 전달될 수 있고 반사 면(116)에서 반사될 수 있다.
송신기(122)로부터 방사된 광 측정 빔이 제 2 광-안내체 핑거(112)를 통해 반사 면(116)으로 전달되고 여기서 반사되어, 제 2 하우징 핑거(104)로부터 나온 측정 빔이 제 1 및 제 2 하우징 핑거(102) 및 (104)사이에 존재하는 유체를 통해 전달되고, 제 1 하우징 핑거(102)로 들어가서 반사면(114)에서 반사되고, 거기서 제 1 광-안내체 핑거(110)에 의해 제 1 및 제 2 수신기(118, 120)로 반사되도록, 광-안내체(108)(특히 반사면 114 및 116)에 대한 제 1 및 제 2 수신기(118) 및 (120)와 송신기(122)의 상대적인 배치와 광-안내체(108)(특히 반사면 114 및 116)의 구성이 제공된다.
특히 광-안내체(108)는 한편으로 빔 경로가 송신기(122)로부터 제 1 수신 기(118)로 형성될 수 있고 다른 한편으로 빔 경로가 송신기(122)로부터 제 2 수신기(120)로 형성될 수 있도록 구성된다. 이것은 예컨대 반사면(114) 및/또는 반사면(116)의 구성이 반사뿐 아니라 측정 빔과 반사 면(114, 116)과의 상호작용들(예컨대 빔 분열, 집중)이 거기서 일어나도록 구성됨으로써 얻어질 수 있으며, 따라서 원하는 빔 경로가 얻어질 수 있다.
송신기(122), 제 1 및 제 2 수신기(118, 120) 및 광-안내체(108)는 유체의 광 투과도를 검출하기 위한 장치의 일부를 구성한다.
제 1 온도 센서(124)는 그의 자유 단에 인접한 제 2 하우징 핑거(104)의 부위 내에 설치된다. 제 1 하우징 핑거(102)에 비해서 제 2 하우징 핑거(104)의 길이가 더 긴 점을 감안하면, 도시된 장치의 설치상태에서 제 1 온도 센서(124)는 온도 측정을 왜곡하는 폐열(waste heat)을 발생시킬 수 있는 추가적 부품들로부터 이격되어 있고, 측정할 유체 내로 "멀리" 돌출하게 구성된다. 제 2 온도 센서(128)는 베이스 면(106)에 설치된다.
추가하여, 제 1 도전 전극(128), 제 2 도전 전극(130) 및 제 3 도전 전극(132)이 전기적 도전성을 결정하기 위해서 존재한다. 제 1 및 제 2 도전 전극(128, 130)은 단면이 둥근 타원형 전극들로서 도 1에 따른 베이스 면(106)에 대해서 좌측으로 연장하게 설계되었다.
제 1 및 제 2 도전 전극들(128, 130)이 측정할 유체와 접촉하게 되는 정도에 무관하게, 제 1 및 제 2 하우징 핑거(102, 104)는 길이방향 중단부{슬릿(slits)}(134, 136)들을 포함한다. 조립된 상태에서 도전 전극들(128, 130)의 해 당 부위들은 중단부(슬릿)(134, 136)들을 통해서 상기 유체 내로 연장한다. 유체가 하우징(100) 내로 침투하는 것을 방지하기 위해서, 중단부(슬릿)(134, 136)과 제 1 및 제 2 도전 전극(128, 130)은 밀폐되고, 연동하고 바람직하게 마찰방식으로 서로에 접속되게 설계된다. 추가로 또는 대안적으로, 제 1 및 제 2 도전 전극(128, 130)은 중단부(슬릿)(134, 136) 내에서 접착되거나 다른 방법으로 밀봉 방법으로 고정된다.
제 3 도전 전극(132)은 하우징(100)으로부터 제 1 및 제 2 하우징 핑거(102, 104)사이의 부위 내에서 연장한다.
도 1 및 도 2에 따른 장치와 달리 도 3 및 4에 도시된 장치는 제 3 도전 전극(132)이 삭제되고, 제 4 및 제 5 도전 전극(138, 140)이 마련된다. 제 1 및 제 2 도전 전극(128, 130)에 관한 상기 설명은 제 4 및 제 5 도전 전극(138, 140)에 대응되게 적용된다.
도 1 및 2와 도 3 및 4에 따른 장치의 조합으로 간주될 수 있는 변형 장치(미 도시)에 있어서, 제 1 내지 제 5 도전 전극들(128, 130, 132, 138, 140)이 마련된다.
송신기(118, 120), 수신기(122), 대응하는 도체 구조를 사용하여, 온도 센서(124), 온도 센서(126) 및 상기 도전 전극들을 고정하기 위해서, 인쇄 회로 기판(142)이 사용된다. 인쇄 회로 기판(142)은 광-안내체(108)의 고정을 위한 기능도 수행한다. 이와 같이 미리 조립되고 유리하게 완성된 유닛(unit)이 제작될 수 있으므로, 조립 목적상 예컨대 배선과 같은 추가적 수단이 필요 없이 하우징(100) 내로 간단히 내장시킬 수 있다.
"프리-스탠딩(free-standing)" 센서 유닛들로서 설계된 장치들을 사용하려는 의도가 있다. 이러한 점에서, 한편으로 동작을 제어하고 다른 한편으로 다양한 부품들에 의해 제공된 신호들을 평가하는 제어 및 평가 장치들은 하우징(100) 내로 집적되어 측정으로부터 정보를 제공하도록 할 수 있다. 예컨대, 유체의 전기적 도전성, 광 투과도 및 온도는 이러한 방법으로 신호 기술에 의해 출력될 수 있다.
도 5 내지 8에 도시된 그러한 제어 및 평가 유닛들을 포함하는 장치들은 앞서 도면을 참조하여 이미 그 환경 또는 부품들이 논의된 바 있으므로 이후 더 이상 기술되지 않고, 몇몇 경우에는 더 이상 참조 번호도 부여되지 않을 것이다.
도 5 및 6에 따라서, 인쇄 회로 기판(142)에 추가하여 부품(146, 154)을 설치한 추가 인쇄 회로 기판(144)이 상기 하우징 내에 설치된다. 인쇄 회로 기판(144)은 도 5에 있어서 오른 쪽 끝에 예컨대 세탁기 또는 헹굼기(rinsing machine)에 접속을 위한 인쇄 회로 기판 플러그(printed circuit board plug)(156)를 가지며, 인쇄 회로 기판 플러그(156) 대신에 전기적 및 광학적 접속의 조합으로서 버스 접속(bus connection), 납땜 접속 또는 스프링 접촉들도 대체 구성될 수 있다.
도 5에 있어서 참조 번호 158로서 식별되는 접속부는 인쇄 회로 기판(144)과 그 위에 설치되는 특정 부품들(146 내지 154)의 접속을 위해 마련되었다. 접속부(158)는 또한 납땜 포인트(soldered points), 플러그-소켓 접속부(plug-and-socket connections), 버스 접속부(bus connections), 전기 및 광학 접속의 조합, 스프링 접촉 등에 의해 구현될 수도 있다.
도 7 및 8에 따라서 그 위에 부품들(164 내지 172)이 설치된 오직 하나의 인쇄 회로 기판(162)만이 사용되었다. 인쇄 회로 기판 플러그(156)에 관한 상기 설명은 인쇄 회로 기판(162)상에 마련되는 인쇄 회로 기판 플러그(174)에 상응하게 적용된다.
상기 하우징 내의 추가 부품들은, 예컨대 전기적 도전성 센서들, 광 송신기들, 광 수신기들 및 온도 센서들이 하우징(100)에 고정될 수 있고 전기적 도전 리드(leads)(예컨대 배선 접속, 도전 플라스틱)를 통해 인쇄 회로 기판(162)에 접속된다.
도 9 및 10은 2개의 도전 전극들(A) 및 (B)을 도시하고 있고, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 도전 전극들(A) 및 (B)이 공통 베이스로부터 유체 내로 자유로이 연장하게 종래기술 방식으로 설치되었을 때 측정 모드에서 측정할 유체 내의 2개의 도전 전극(A) 및 (B)과 도전 전극(A) 및 (B)사이에서 발생하는 전계선 분포(electric field line distribution)를 개략적으로 도시하고 있다. 도전성을 계산하거나 근사 계산을 할 때 도 9 및 10에 도시된 계선 분포에 의해서 발생하는 문제들은 전극과 연관된 계선 격막 장치에 의해서 방지된다.
도 11과 12는 2개의 도전 전극(200, 202)과 2개의 계선 격막 장치(204, 206)의 구성을 도시하고 있다. 상기 계선 격막 장치(204, 206)는 전기적으로 절연하는 전기적 부도체 재료, 예컨대 유리, 플라스틱, 세라믹(ceramic) 등으로 제작된다. 유체, 특히 물의 흡수를 완전히 방지하거나 최소 흡수율을 유지하도록 소수성(疏水 性), 내화학성 및 온도 둔감성이 있는 전기적 부도체 재료가 바람직하다. 또한 재료들은 그 표면상태가 적어도 부분적으로 먼지 입자, 미소 물체 등의 퇴적 및 침착을 방지하는 것이 바람직하다.
계선 격막 장치(204, 206)는 각각 중단부(208, 210)를 포함한다. 중단부(208, 210)는 타원, 사각 슬릿(slits)과 같이 형성된다. 따라서 계선 격막 장치(204, 206)는 그 디자인이 광 슬릿 격막(optical slit diaphragms)에 비견될 수 있다.
계선 격막 장치(204, 206)의 사용에 의해서 유체 내에 사용되었을 때 도전 전극(200, 202) 사이에 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 계선 분포가 나타난다. 계선들은 도전 전극들(200, 202)의 사이에만 실질적으로 있는 영역 내에서 도전 전극들(200, 202) 사이를 연장한다. 따라서 도전 전극들(200, 202) 사이에서 발생한 전류 흐름은 실질적으로 이 부위 내에서만 상응하게 발생한다.
예컨대 중단부들(208, 210)의 도 11에 도시된 바와 같은 치수를 감축함에 의해서, 도 11에 도시된 바와 같이 실질적으로 직선인 도전 전극들(200, 202) 사이의 계선 전송이 얻어질 수 있다. 해당 설명은 중단부들(208, 210)의 도 12에 도시된 치수에 대해서도 적용된다.
계선 격막 장치(204, 206)는 도전 전극들(200, 202) 사이에 놓인 영역으로 액체를 통한 전류 흐름을 "집중"시킨다. 따라서 유체의 도전성 측정은 간단해진다. 또한, 압축되어 집중된 계선 분포에 의해서, 도전성 측정에 대한 간섭 영향들, 예컨대 전기적 도전성 재료 및/또는 자성(magnetically conducting) 재료에 인접함에 따른 간섭 영향이 회피된다.
도 13 및 14에 도시된 장치는 계선 격막 장치(204, 206)가 어떤 중단부들을 포함하지 않는다는 사실에서 도 11 및 도 12의 계선 격막 장치(204, 206)와 비견될 수 있다. 대신에, 이 실시예에 있어서 도전 전극(200, 202)은 예컨대 열 접속(thermal connection), 압착(pressing) 또는 접착에 의해 계선 격막 장치(204, 206)상에 설치된다.
도 13 및 14에 따른 계선 격막 장치(204, 206)상에 도전 전극(200, 202)을 설치하는 것에 대한 다른 선택으로서, 도전 전극(200, 202)은 계선 격막 장치(204, 206) 내에 매설될 수도 있으며 이 경우 서로 대향하는 도전 전극(200, 202)의 표면만이 기본적으로 자유롭게 남는다. 도 11 및 12의 실시예에 있어서 중단부(208, 210)가 도전 전극(200, 202)을 둘러싸거나 테두리에 가두는 식으로 중단부(208, 210)와 도전 전극(200, 202)이 상응 크기를 갖고 구성된다면, 비견할만한 결과를 얻을 수 있다.
도 9와 10에 따른 장치에 비교해서 도 11과 12, 도 13과 14에 따른 장치에 대한 추가적 설명으로서, 이들 장치용 회로 도를 대체하여 보여주는 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한다.
도 15는 도전 전극(A) 및 (B)사이에서 효과적인 이들 전극들 사이에 존재하는 유체의 임피던스(impedances)를 간단히 도시하고 있다. 도전 전극(A) 및 (B)사이의 유체를 통해 "직접적으로, 직선적으로" 전달되는 전류로 인해서, 비교적 최소 임피던스(Z1)이 효과적이다. 이러한 전류는 도전 전극(A) 및 (B)사이에서 "직접적으로, 직선적으로" 전달되는 계선들로 인해 발생한다. 유체를 통해 더욱 먼 거리를 이동하고 빗나가는 계선들을 기초로하는 전류에 대해서는, 큰 유체 임피던스(Z2, Z3, ... Zn)가 효과적이다. 이러한 점에서 효과적인 임피던스가 더 커질수록 전류 경로가 더욱 길어지고, 도 7을 참조했을 때 이것은 도 7에서 최상위 계선으로 인한 전류에 대한 임피던스가 그 아래에 놓인 계선으로 인한 전류에 대한 임피던스보다 크다는 것을 의미한다.
도 16은 도전 전극(200, 202) 사이의 임피던스 관계를 간단한 방법으로 보여주고 있다. 계선 격막 장치(204, 206)로 인해서, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 도 7 및 도 8에 비교해서 더 작은 영역으로 제한된다. 이것은 도 16에 도시되었고, 여기서 도 9 및 10의 장치에 존재하지 않는 "여과된(filtered-out)" 계선(예: Z3, ... Zn)에 대한 임피던스가 도시되지 않았다. 결과적으로 도 9 내지 14의 장치는 저항의 증가를 일으키고 일정한 것으로 간주될 수 있는 도전성으로 인해서 도전 전극(200, 202) 사이의 도전성 측정에 전반적으로 효과적이다. 이것은 또한 도 7 및 8의 장치에 비교해서 도전성의 변화(예컨대 상기 도전 전극의 영역내에서 도전성의 부분적 변화와 같은)가 결과적으로 도전 전극(200, 202) 사이에 흐르는 전류에 있어 비교적 큰 변화를 일으키게 된다. 도전성 측정은 따라서 더욱 정확하고 더욱 높은 정밀도를 갖게 수행될 수 있다.
도 9 내지 14에 따른 장치에 추가하여, "외부 유체 임피던스"는 역할을 하지 않거나 비교적 적은 역할을 한다. 이러한 "외부 유체 임피던스"는 상응하는 계선들이 상기 도전 전극들까지 더욱 먼 거리를 이동해야 하므로 전기적 및/또는 자성 물질과의 상호 작용으로 인해서 측정 오류를 일으킬 수 있기 때문에 도전성 측정에 악영향을 미칠 수 있다.
이후 기술하는 도면들은 세탁기 또는 식기 세척기용의 센서 유닛으로서 설계된 실시예들을 도시하고 있다.
도전성 측정에 영향을 미칠 수 있는 누설 경로의 영향을 회피하거나 감소시키기 위해서, 개별적으로 및 조합적으로 이용될 수 있는 다음의 해결책이 제시되었다.
도 17은 두개의 도전 전극들, 이 경우에 도전 전극(128, 130) 사이에 유효한 임피던스 관계용 대체 회로 도를 도시하고 있다. 임피던스(ZK)는 누설 경로, 예컨대 도전 전극(128, 130) 사이의 하우징(100)의 표면 부위에 대한 임피던스를 나타낸다. 임피던스(ZF)는 도전 전극(128, 130) 사이의 유체의 전체 유효 임피던스를 나타낸다. 누설 경로의 영향을 감소시키기 위해서, 임피던스들(ZK, ZF)의 비율은 도전성 측정을 위해 더욱 중요한 임피던스의 비율이 유체 임피던스에 의해 제공되도록 변화되어야 한다.
이것은 임피던스(ZK)를 증가시킴으로써 얻어질 수 있다. 임피던스(ZK)의 증가는 임피던스(ZF)를 통해 비교적 큰 전류를 유도한다. 이러한 전체 전류로 인해서 유체의 도전성에 대한 정확한 보고가 가능하게 된다. 임피던스(ZF)로 인한 전류의 비율 증가와 임피던스(ZK)로 인한 전류의 비율 감소로 인해서, 도전성을 허용하는 전류에 대한 보고에 의해 제시되는 도전 전극(128, 130) 사이에 전체적으로 흐르는 전류의 비율은 증가된다. 반면에 누설 경로로 인해 발생하는 전류로 인한 영향은 감소된다.
임피던스(ZK)의 증가는 도전 전극(128, 130) 상에 입히는 전기적 절연 외피(jackets), 외장(sheathings) 또는 코팅(coating)에 의해서 얻어질 수 있다. 비록 이제까지 이러한 점에서 도전 전극(128, 130)에 참조해 왔지만, 제 3 도전 전극(132)의 경우에 있어서 특히 기본적으로 자유 단 또는 그에 인접한 부위만 유체와 접촉할 수 있도록 이에 그러한 외피, 피복 또는 코팅을 제공하는 것을 생각할 수 있다. 제 1 및 제 2 도전 전극들(128, 130)의 경우에 있어서, 도전 전극들(128, 130)의 작은 영역(예컨대 단부들, 측면들)이 (부분적으로) 유체에 접촉할 수 있도록 중단부들(134, 136)이 구성된다면, 이것이 또한 얻어질 수 있다.
또한 누설 영역들이 형성될 수 있는 도전 전극들 사이의 표면영역을 연장시킴으로써 임피던스(ZK)를 증가시키는 것이 가능하다. 이것은 예컨대 하우징(100)의 상응 표면 영역들에 홈, 주름, 채널(channels), 또는 함몰 부를 제공하면 얻어질 수 있다.
누설경로의 영향은 또한 상기 도전 전극들이 길어진다면 적어도 감소될 수 있다. 이러한 절차는 도 18의 대체 회로 도에 의해서 도시되었다. 만일 도전 전극 들(128, 130)이 도 17에 따른 도전 전극들에 비해서 예컨대 길이가 2배가 되도록 길다면, 도전 전극(128, 130) 사이의 유체로 인해 전체적으로 유효한 임피던스는 감소하며 예컨대 반으로 된다. 이것은 도전 전극(128, 130) 사이의 유체를 통해 흐는 전류는 증가하는 반면 임피던스(ZK)를 통한 전류는 감소하는 사실에 기인한다. 그 결과가 누설 경로 저항에 대한 유체의 비율의 변화이며, 도 17을 참조하여 설명된다. 이러한 공정에 따라서 도전 전극(128, 130) 사이의 누설 경로로 인한 영향도 감소된다. 이러한 점에서 주목할 점은 집중이 적어지면 이전 공정에 비해서 더 넓은 계선 분포가 만들어진다는 것이다. 따라서, 이러한 공정으로 적용되었을 때 계선 격막 장치를 사용함으로써 얻어지는 이점은 수용할 수 없는 방법으로 보상되지 않는다는 것을 보증하기 위해서 주의가 기울여져야 한다.
상술한 바와 같은 제 1 및 제 2 도전 전극(128, 130)과 중단부(134, 136)의 배치와 구성에 대한 다른 선택으로서, 제 1 및 제 2 하우징 핑거(102, 104)의 자유 단에 제 1 및 제 2 도전 전극(128, 130)이 상기 유체 내로 연장할 수 있도록 단면이 예컨대 둥근 중단부들을 마련하는 것이 가능하다.
3 개 또는 그 이상의 도전 전극들을 사용하는 바람직한 실시예가 도 19 내지 23을 참조하여 논의될 것이다.
2개의 전극들 사이의 거리는 소위 셀-상수(cell-constant)를 정의하고 그 접속부에서 유체와 도전 전극의 금속 접촉 면이 출구 면으로서 간주될 수 있는 그러한 출구 면에 의해 분할된다. 도전성 측정 부위에 의존해서, 특정 셀-상수가 추천 된다. 다른 거리로 배치되는 2 이상의 도전 전극의 사용은 다른 도전 부위 상에 최적인 다수의 셀-상수를 허용한다. 이것은 상술일 실시예의 경우에 3 또는 그 이상의 도전 전극들로 가능해 진다.
다른 거리로 배치된 2개 이상의 도전 전극들은 동일한 동작 전압에서 동작될 수 있다. 따라서 상호 거리가 작을수록 더 높은 전계 강도와 더 많은 전류가 발생된다. 따라서, 예컨대, 도 3 및 4의 실시예에 있어서 도전 전극(128, 130)과 도전 전극(138, 140)은 동일한 동작 전압에서 동작될 수 있고 따라서 2개의 서로 다른 긴 측정 경로에 대해서 측정 보고가 이루어질 수 있다. 이러한 점에서 도전 전극(128, 130)과 도전 전극(138, 140)으로 동시에 또는 2 측정 전계들 간의 상호 작용을 회피하기 위해서 단속적으로 측정하는 것이 가능하다.
또한, 이러한 장치로 실질적으로 동일하지만 다른 큰 측정 경로들에 걸쳐 연장하는 전계들을 발생시키는 것이 가능하다. 이러한 방법으로 예컨대 도전 전극 상에 퇴적물 및/또는 침착물들 같이 도전성 측정에 오류를 일으킬 수 있는 영향이 적어도 근사하게 결정되도록 그리고 도전 전극에 관한 적절한 교정과 더욱 정밀한 정보를 얻어서 측정이 수행된다.
각 경우에 2개의 도전 전들이 서로 인접하고 다른 도전 전극의 쌍들로부터 같은 거리에 있는 식으로 4개의 도전 전극들을 배치하는 것은, 하나 또는 두 쌍의 도전 전극들의 병렬 접속에 의해서 각각의 도전성 측정 영역에 대한 최적 셀-상수를 조정할 수 있게 한다.
예컨대 세탁기 또는 헹굼기 내에 설치할 때 도전 전극 설치 방향을 적절히 선택함에 의해서, 유체를 채우는 정도 또는 수위는 도전 전극들에 의해서 결정될 수 있다. 만일 예컨대 도 19에 도시된 것과 같이 도 1 및 2의 실시예가 설치된다면, 도전 전극들(128, 132 및 130)에 의해서 유체 수위의 측정이 가능해진다. 도 19에 따라서 유체 수위(174)가 도전 전극(126) 아래인지, 도전 전극(128,132) 사이인지, 도전 전극(132,130) 사이인지, 또는 도전 전극(130) 위인지가 결정될 수 있다. 동일한 방법이 4 개 또는 그 이상의 도전 전극들로 구성하는 것에 적절히 적용될 수 있다.
다양하게 긴 측정 경로들을 얻는 도전 전극들의 배치에 따라서, 예컨대 주파수 및/또는 전압에 의존하고 도전성 측정에 영향을 미칠 수 있는 도전 전극에 인근에서 발생할 수 있는 화학적 효과, 상호 작용 및/또는 공정들이 결정될 수 있다.
예컨대 도 3 및 4의 실시예에 따라서 다양하게 긴 측정 경로가 도전 전극들(128, 132) 및 도전 전극(128, 130)에 대해서 얻어질 수 있다. 도전 전극들(128, 132) 사이의 측정 경로가 도전 전극(128, 130) 사이의 측정 경로의 1/2인 것으로 가정하면, 도 20 및 21에 도시된 임피던스 관계를 얻는다.
도전 전극들(128, 132 및 130)에서 화학적 효과 등에 기인한 임피던스는 각 경우에 있어서 임피던스(ZCH1, ZCH2 및 ZCH3)에 의해서 약칭 형태로 표시된다. 유체로 인한 도전 전극(128, 132)에 대해서 효과적인 임피던스는 임피던스(ZF) 로 표시된다. 여기서 가정된 측정 경로 비에 기초하여, 도전 전극들(128, 130)간의 임피던스의 2배가 효과적인 것으로 사료되며, 이것은 도 21에서 두 개의 임피던스(ZF)로 표 시된다. 만일, 여기서 동일한 재료로 만들어지고 동일한 크기를 가진 도전 전극들(128, 132) 및 도전 전극(128, 130)에 대칭적 교류 전압이 인가된다면, 임피던스(ZCH1, ZCH2 및 ZCH3)는 동일하게 큰 것으로 추정될 수 있다.
그러면 도 20 및 21에 도시된 장치의 임피던스 관계에 대해서 2개의 미지수를 가진 2개의 방정식이 존재한다. 임피던스(ZCH1, ZCH2 및 ZCH3)와 이들 임피던스에 대해 원인이 되는 상태들 및/또는 공정들의 영향이 결정될 수 있고 도전성을 산출하는 데 고려될 수 있다.
3개의 도전 전극들은 또한 "감축 4극 측정"("slimmed-down 4-pole measurement")을 허용한다. 종래의 4극 도전성 측정 장치는 도 22에 도시된 바와 같이 전기적 전압 원(182)에 접속된 2개의 전극(178, 180)을 채용해서 거의 균일한 전계(184)를 발생시킨다. 2개의 전극들(186, 188)은 전계(184) 내에 배치되고, 전기적 전압 장치(190)을 통해 서로 접속되며 도전성 측정을 위한 수동 전극으로서 동작한다.
종래의 4극 도전성 측정 장치는 여러 가지 문제점을 가진다. 전계(184)를 발생시키기 위해서 전극들(178, 180)은 적절한 크기로 마련되어야 한다. 이로 인해서 상응하는 큰 제조 경비를 소요할 뿐 아니라 상당히 큰 설치 공간을 요구하게 된다. 또한 전극들(178, 180)에 상대적인 전극들(186, 188)의 배치는 정확하게 수행되어야하고, 따라서 서로에 대해 상대적인 전극들의 바람직한 위치가 얻어진다.
반면에 본 발명은 상당히 작은 전계들을 가지고 비견될 만한 측정이 수행될 수 있다. 이것은 전극들(128, 130 및 132)에 대해서 도 23에 도시되었고, 여기서 간결성을 위해서 계선 격막 장치는 도시되지 않았다. 도전 전극들(128, 130)에 의해서 균일한 "좁은" 전계가 발생되고, 측정은 도전 전극(132)에 의해서 수행될 수 있다. "감축 4극 측정(slimmed-down four-pole measurement)"을 위해서 도전 전극(132)이 전기적 전압계(192)에 접속되고, 전압계(192)는 도전 전극(128)에 접속된다. 전계(194)를 발생시키기 위해서, 도전 전극들(128, 130)은 전기적 전압 원(196)에 접속된다. 전계(194)의 작용으로 인해서 전위차가 도전 전극들(128, 132) 사이에 발생하며, 이러한 전위차가 전압계(192)에 의해 검출될 수 있고 유체의 도전성을 측정하는 데 이용될 수 있다. 대안적으로, 도전 전극들(132, 130)도 이러한 목적으로 이용될 수 있다.
세탁기 또는 식기 세척기에 있어서 예컨대 세탁 목적으로 사용되는 유체의 전기적 도전성에 대한 보고가 이루어지는 실시예들을 이하 기술하기로 한다. 이를 위해서, 예컨대 도 1 내지 6에 도시된 바와 같은 3개의 도전 전극들을 가진 센서 장치가 이용된다.
이 경우에 도전 전극들 사이의 거리, 측정 주파수 및 측정 전압이 파라미터로 사용된다. 유체의 전기적 도전성에 대한 보고는 적어도 2개의 다른 거리 및/또는 적어도 2개의 주파수 및/또는 적어도 2개의 전압에서 측정이 수행됨으로써 이루어질 수 있다.
EN 27 888 "도전성의 결정"에 따라서 셀-상수는 2차원 모델(model)로 다음 식으로 주어진다.
Figure 112007043230913-PCT00001
여기서 K는 셀-상수이고, s는 상기 셀-상수를 측정하는 데 사용되는 2개의 도전 전극들 사이의 거리이며, d는 도전 전극들의 직경이고, l은 도전 전극들의 길이이다.
도 24는 3개의 도전 전극들(LW1, LW2 및 LW3)을 갖는 측정 장치의 대체 회로도을 개략 도시하는 것으로서, 도 1에 도시된 장치에서는 도전 전극(128, 130, 132)에 의해 마련될 수 있다. 도전 전극들(LW1, LW2 및 LW3)의 저항은 참조 번호 (RL1, RL2 및 RL3)로 표시된다.
개별 도전 전극들로부터 유체까지의 전이 저항(transition resistance) 또는 측정 장치 주위의 매체는 저항들(RU1, RU2 및 RU3)로 표시되었다. 측정 장치 주위의 유체로 인해 발생하는 도전 전극 사이의 저항은 저항(RM12, RM23)으로 표시되었다.
장치에 대한 이해를 돕기 위해서, 간략화 목적상 도전 전극(LW1)의 접속이 이 경우에는 기준 전위로서 도시되었으며 이러한 목적으로 도전 전극(LW1)을 접지시키는 것도 고려될 수 있다.
측정에 있어서 도전 전극(LW1)의 접속점과 도전 전극(LW2)의 접속점 또는 도전 전극((LW3)의 접속점 간 전위차가 측정되며, 이들 전위차는 예컨대 도전 전극들(LW2 및 LW3)에 하나 또는 그 이상의 전원(미 도시)을 통해 전원이 공급되면 발생된다. 도전 전극들(LW2 및 LW3)을 통해 흐르는 전류들(S12, S13)의 합에 상당하 는 전류(S123)가 도전 전극(LW1)을 통해 흐른다. 본 경우에 3개의 도전 전극들(LW1, LW2 및 LW3)이 사용되었기 때문에, 3개의 다른 전기적 셀-상수들이 존재하며, 즉,
- 도전 전극들(LW1 및 LW2)에 대한 전기적 셀-상수,
- 도전 전극들(LW1 및 LW3)에 대한 전기적 셀-상수,
- 도전 전극들(LW2 및 LW3)에 대한 전기적 셀-상수,
- 한편으로 도전 전극(1)에 대한 전기적 셀-상수이며 다른 한편으로 브리지(bridged) 장치의 경우(즉, 도전 전극들(LW2 및 LW3)이 서로 연결된 경우)에 도전 전극(LW2 및 LW3)에 대한 전기적 셀-상수이고,
- 한편으로 도전 전극(2)에 대한 전기적 셀-상수이며 다른 한편으로 브리지 장치의 경우에 도전 전극(LW1 및 LW3)에 대한 전기적 셀-상수이고,
- 한편으로 도전 전극(LW3)에 대한 전기적 셀-상수이며 다른 한편으로 브리지 장치의 경우에 도전 전극(LW1 및 LW2)에 대한 전기적 셀-상수이다.
이하 기술에 있어서 간결성을 위해서 도전 전극들(LW1, LW2 및 LW3)은 동일한 설계와 구성의 것이고 도전 전극(LW2)에 대해서 "대칭적으로" 배치되는 것으로가정한다. 따라서 간결성을 위해서 저항들(RL1, RL2 및 RL3)이 동일하며, 전이 저항들(RU1, RU2 및 RU3)이 동일하고, 저항들(RM12, RM23)이 동일하며, 도전 전극들(LW1 및 LW2)에 대한 전기적 셀-상수와 도전 전극들(LW2 및 LW3)에 대한 전기적 셀-상수가 동일하고, 도전 전극(1)과 브리지된(bridged) 도전 전극들(LW2 및 LW3)에 대한 전기적 셀-상수와 도전 전극(3) 및 브리지된 도전 전극들(LW1 및 LW2)에 대한 전기적 셀-상수가 동일하다고 간주된다.
이하의 기술에 있어서 시발점은 간단 화 된 측정이며, 여기서 전류(S12 및 S13)을 근거로 전기적 도전성에 대한 정보가 얻어지고 일정한 측정 전압 또는 전류, 주파수들 및 측정 전압 및 전류의 파형이 이용된다.
도전 전극(LW1) 의 접속점과 도전 전극들(LW2 및 LW3)의 접속점들 사이에 존재하는 전위 차(UM12 및 UM13)에 대해서, 다음 관계 식이 적용된다.
UM12=S12×(RL1 + RU1 + RM12 + RU2 + RL2)
UM13=S13×(RL1 + RU1 + RM12 + RM23 + RU3 + RL3)
구조적으로 동일한 "대칭적" 측정 장치로 인해서 본 경우에 다음도 사실인 것으로 간주된다.
즉, RL1 = RL2 = RL3, 이들은 이하에서 RL로 표시됨
RU1 = RU2 = RU3, 이들은 이하에서 RU로 표시되고
RM12 = RM23, 이들은 이하에서 RM으로 표시되고
UM12 = UM13
이것으로부터 우리는 전류(S12 및 S13)의 비율에 대한 다음의 방정식을 얻는 다.
즉, S12/S13 = (2 ×(RL + RU + RM))/(2 ×LW + 2 × RU + RM)
이것을 실시하여 도전 전극들 사이에 다른 거리가 존재하는 즉 다른 전기적 셀-상수가 존재하는 측정을 근거로 측정 장치 주위의 유체의 전기적 도전성에 대하여 보고할 수 있다. 또한 이러한 공정은 측정 장치, 특히 도전 전극들의 예컨대 숙 성 현상 및 측정 장치 및 특히 도전 전극들과 그의 침전물의 온도 의존 특성(온도 계수)이 보상될 수 있게 한다. 더욱 정밀하기 위해서, 유체의 전기적 도전성에 대한 더욱 신뢰성 있는 보고를 위해서 다른 거리 관계가 적용되어 추가 측정이 실행될 수 있다.
이를 기초로 하여, 유체의 특성에 관한 추가적 보고가 이하에서 설명되는 바와 같이 제공될 수 있다. 따라서, 거리 기준 실시예의 경우에 있어서, 예컨대 측정 전류와 전기적 도전성에 대한 결과적 보고 값의 비율로부터 측정 장치를 둘러싸는 유체의 성분에 대한 적어도 부분적인 전계 강도의 의존성을 특징 화하는 것이 가능해 진다.
도 25는 측정 결과들의 이상적 도표를 도시하고 있고, 여기서 제 1 파라미터인 "주파수"는 제 2 파라미터인 "전압"의 다른 값에 대해서 각각의 경우 변화된다. 곡선(Lh)은 고 전압에서 주파수-의존 측정 결과들을 보여주며, 곡선(Ln)은 저 전압에서 주파수-의존 측정결과들을 보여준다.
이들 곡선으로부터 동일 주파수이지만 전압이 다를 때 측정을 근거로 유체 상의 예컨대 화살표(P1)에 의해 나타내진 바와 같은 정보를 얻을 수 있다. 화살표(P2)는 예컨대 동일한 전압이지만 다른 주파수에 유체에 관한 보고가 제공될 수 있는 예를 나타내고 있다. 그러한 측정값들을 근거로, 예컨대 세탁액의 경우에 세탁기 내에서 감시하여 세제 함유량 및/또는 세탁액 내의 세제 종류에 대한 보고를를 제공하는 것이 가능해 진다. 다른 주파수에서의 측정값들에 의해서 측정 장치 주위 유체 성분의 이동성 특징에 관한 보고가 제공될 수 있다. 다른 전압들에서의 측정값들에 의해서 측정 장치 주위의 유체 성분의 전계 강도 의존성에 대한 보고가 제공될 수 있다.
도 26 및 27은 (제 2) 파라미터인 "주파수"가 다른 값일 때 (제 1) 파라미터인 "전압"의 2개 값에 대한 측정 결과를 보여주고 있다.
도 26은 5개의 곡선을 보여주고 있는데, 이들은 각각 다른 주파수에서 제 1 및 제 2 측정 전압에 대해서 측정값의 상관관계들에 기초하여 전기적 도전성에 대한 특징값을 나타내고 있다. 곡선(K1)은 식기세척기에서 사용한 헹굼 제(rinse agent)의 농도가 0%일 때 전기적 도전성에 대한 주파수-의존 특징값을 나타낸다. 곡선(K2)은 헹굼 제의 농도가 25% 일 때를 나타내며, 곡선(K3)은 헹굼 제의 농도가 50% 일 때를 나타내며, 곡선(K4)은 헹굼 제의 농도가 75% 일 때를 나타내며, 곡선(K5)은 헹굼 제의 농도가 100% 일 때를 나타낸다.
도 26에서 볼 수 있는 바와 같이, 곡선들은 서로에 상대적인 위치와 형태에 있어서 차이가 있다. 이러한 차이는 유체에 있어서 헹굼 제의 농도에 관한 정보를 얻기 위해서 이용될 수 있다. 주목할 만한 점은 도 26에 도시된 곡선에 비견될만한 곡선을 얻기 위해서 많은 측정을 수행할 필요가 없다는 것이다. 대신에, 하나의 주파수에서 제 1과 제 2 측정 전압들에 대한 2개의 측정값으로 특징값을 유도해내는 것이 충분할 수 있다.
도 27은 4 개의 곡선을 보여주고 있는데, 이들은 각각 다른 종류의 헹굼 제에 대해서 주파수의 함수로서 식기세척기에 사용되는 세척액의 전기적 도전성에 대해서, 제 1 및 제 2 측정 전압에 대한 측정값의 상관관계들에 기초하여 특징값을 나타내고 있다.
곡선(K1)은 상업적으로 구입가능한 액체 행굼제의 도전성 특성을 나타내고, 곡선(K2)은 참조로서 사용된 행굼제의 도전성 특성을 나타내며, 곡선(K3)은 정제(tablet) 형태의 행굼제의 도전성 특성을 나타내고, 곡선(K4)은 추가 참조 헹굼 제의 도전성 특성을 나타낸다. 여기서 다양한 곡선의 위치 및/또는 형태 또는 서로에 대한 개별 특징값들의 위치를 기초로 하여 특정된 전기적 도전성에 대하여 헹굼 제에 관한 보고도 제공될 수 있다.
제 1 파라미터에 대해서 상기에 언급한 예로부터 이하에서 제 2 또는 제 3 파라미터로서 사용될 수 있고, 특히 측정 전류 및/또는 측정 전압들의 특정 파형들이 고려될 수 있다.
제 1 파라미터가 파라미터 형 "파형"을 갖는다면, 도전성의 측정은 예컨대 한 경우에 사인 형(sine shape)을 가지고 다른 경우에 톱니 형을 가지고, 한 경우에 톱니 형을 가지고 다른 경우에 사각형 등을 가지는 측정 전압들로서 수행될 수 있다.
이하에서는 광 혼탁도로서 유체 특성에 관한 보고가 제공될 수 있는 실시예가 기술된다. 이러한 점에서 출발점은 하나의 광 송신기 및 상기 송신기에 의해서 공급되고 2개의 다른 긴 광 측정 경로를 제공하는 2개의 광 수신기들을 포함하는 센서 장치이다. 그러한 장치가 도 1 내지 6에 도시되어 있다.
물리적 변수로서, 이하 간결성을 위해서 유체의 광 투과도(optical transmission)가 참조된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유체의 광 산포도 및/또 는 광 흡수율에 대한 참조가 될 수 있다. 광 산포도를 결정하기 위해서, 예컨대 다른 측정 경로를 사용하는 것이 가능하며, 이들 중 하나는 실질적으로 직선적으로 전송되는 광 측정 방사를 검출하도록 하는 것이며, 다른 하나는 분산된 측정 방사를 검출하도록 하는 것이다. 유체의 광 흡수율은 예컨대 다른 주파수에 따라서 다른 흡수 정도가 나타나는 다른 파장의 측정 빔(beam)을 사용해서 결정될 수 있다.
무엇보다 먼저 2개의 다른 긴 광 측정 경로가 사용되는 실시예가 설명될 것이다. 측정 결과들 및 광 측정 경로들의 초기 변수들은 이하 U에 의해서 표시되었고, 여기서 그리고 이하에서 부호 "l"은 긴 측정 경로를 나타내고 부호 "k"는 짧은 측정 경로를 나타낸다.
표준화를 위해서 대응 광 측정 빔이 미 오염 유체(예컨대 맑은 물)를 통해 전송할 때(전송될 때) 상기 길고 짧은 측정 경로들 각각의 초기 변수를 나타내는 초기 변수들(Ulopt, Ukopt)가 사용되었다. 정규화(normalization)를 위해서 측정중에 얻는 초기 변수들(Ulopt, Ukopt)은 각각의 최적 초기 변수(Ulopt, Ukopt)에 관련되고, 표준화된 초기 변수들(Ulopt, Ukopt)을 얻기 위해서는 다음 식과 같은 조건이 만족되어야 한다.
Figure 112007043230913-PCT00002
Figure 112007043230913-PCT00003
표준화된 초기 변수들을 상관시킴(correlating)으로써, 혼탁도 팩터(factor)(T)가 본 경우에 예컨대 다음 비율을 형성함으로써 특징값으로서 얻어질 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00004
수신기-측 전류는 예컨대 초기 변수로서 사용될 수 있다. 수신기-측 전류(Ie)는 예컨대 다음 식과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00005
여기서, Ie는 수신기-측 전류를 표시하고,
Is는 송신기-측 전류를 표시하며,
Ku는 유체의 혼탁도(특히 최적 투과도)에 독립적인 수신기-측 전류에 영향을 주는 변수들을 표시하고,
Ka는 유체의 혼탁도(특히 최적 투과도)에 의존하는 수신기-측 전류에 영향을 주는 변수들을 표시한다.
수신기-측 전류에 영향을 주는 혼탁도-독립적 변수(Ku)는 예컨대 숙성(ageing)-관련 특성들을 포함하고 송신기 및/또는 수신기 및 광 측정 경로의 파라미터들(예컨대 송신기 및/또는 수신기 격막의 크기 및/또는 위치, 수신기-측 및/또는 송신기-측 격막 특성, 광 측정 빔의 직경, 침전물들)에서 변화한다.
유체의 혼탁도를 특징 화하는 값 즉, 혼탁도 팩터(T)를 결정하기 위해서, 측정에서 결정된 수신기-측 전류들(본 실시예에서 전류들은 광 전송들을 표시)이 다음과 같이 이용된다.
Figure 112007043230913-PCT00006
여기서 채용된 측정 장치에 있어서, 2개의 수신기들이 같은 송신기에 의해 공급되고 따라서 간결성을 위해서 다음과 같이 간주될 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00007
따라서, 혼탁도 값 즉, 혼탁도 팩터(T)는 다음 식에 따라서 산출될 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00008
여기서 상수 "const."는 혼탁도에 독립적인 파라미터들을 포함한다.
도 28은 유체의 광 혼탁도의 특징을 나타내는 혼탁도 팩터(T)를 표시하는 곡선 T는 물론, 긴 측정 경로(곡선 Ti) 및 짧은 측정 경로(곡선 Tk)에 대하여 유체(X 축)의 다른 광 전송 도에 대한 곡선들을 보여주고 있다.
도 28에서 보이는 바와 같이, 본 실시예는 혼탁도 팩터(T)에 대해 실질적으로 선형적으로 의존하는 것으로 나타난다. 따라서 변화들은 물론 유체 혼탁도에 관한 보고가 따라서 매우 용이하게 얻어질 수 있다. 이것은 또한 광 혼탁도에 관련되고 및/또는 그로부터 파생될 수 있는 유체에 관한 보고들(예컨대 세제 또는 헹굼 제의 종류, 세제 또는 헹굼 제의 양, 유체 내의 가스 또는 공기 기포들, 예컨대 기포 등 식기 세척기에서 물살의 운동에 의한 효과들)에 적용될 수 있다. 같은 물리적 변수에 대한 다른 측정 결과들을 상관시켜서 본 경우에 광 투과도, 오류유발 영향들이 보상되므로, 더욱이 그러한 보고는 종래보다 더욱 신뢰성 있고 정확해진다.
다른 실시예에 있어서 광 혼탁도는 여기서 물리적 변수들을 대표하는 적어도 2개의 다른 주파수들에서 측정 빔으로 결정된다. 이하 간결성을 위해서 동일하게 긴 측정 경로가 측정들에 사용된 것으로 간주된다. 이것은 광 송신기와 광 수신기 사이에서 진행하는 광 측정 빔이 다른 시간에 또는 다른 기간 동안 적어도 2개의 미리 결정된 주파수들을 가진다면 얻을 수 있다. 또한 각각의 측정 빔에 대해서 대응하는 광 수신기 또는 다수의 광 수신기를 사용하는 것이 가능하며, 하나 또는 그 이상의 광 수신기가 다른 주파수의 적어도 2개의 광 측정 빔들에 대해 적절하다. 광 측정 빔을 만들기 위해서 예컨대 다른 주파수들의 2개 또는 그 이상의 측정 빔을 예컨대 착색 필터들을 사용하여 방사하는 해당용의 송신기 또는 송신기들이 추가적으로 사용될 수 있다.
상기 실시예들에 비견될 수 있는 방법으로, 본 경우에도 표준화(standardisation)를 실행하는 것이 유익하다. 이를 따라서, 다른 주파수의 광 측정 빔들의 수신에 응답하여 발생하는 수신기-측 초기 변수들은 광 혼탁도를 특징 화하는 값을 산출하기 위해서 상관(correlated)될 수 있다. 본 경우에, 특징 화하는 값을 기초로 주파수-의존 혼탁도를 얻는 유체의 구성 및/또는 특성에 관한 보고가 제공될 수 있다. 이러한 방법으로 예컨대 유체 내에 존재하는 가스 기포 또는 부유 입자들에 관한 및/또는 유체 내에 함유된 세제 또는 헹굼 제의 종류 및 농도에 관한 보고가 제공될 수 있다.
다음 실시예에서는 각기 수신기-측 격막 특성이 서로 다른 2개의 다른 긴 광 측정 경로가 사용되었다. 이 경우에 격막 특성들은 물리적 변수로서 간주된다. 간결성을 위해서 본 경우에 송신기 측에 격막이 없거나 송신기 측 격막이 어떤 영향을 미치지 않는 것으로 가정한다. 수신기-측 격막이 있거나 또는 없거나 송신기-측 격막들의 경우에 다음과 같은 상세사항이 적절히 적용된다. 격막 특성은 특히 수신기에 상대적인 격막 구멍 또는 수신기에 의해 수신되는 측정 빔에 상대적인 격막 구멍의 위치와 크기를 표시하는 것으로 이해된다.
광 측정 경로들의 초기 변수들은 U로 표시하였고, 표시 "b1"은 제 1 격막 특성을 의미하고 표시 "b2"는 제 2 격막 특성을 의미한다.
표준화를 위해서 초기 변수 들(Ub1opt, Ub2opt)이 사용되었고 이들은 대응 광 측정 빔들이 미 오염 유체 (예컨대 맑은 물)을 통해 진행될 때(진행될 수 있거나), 제 1 격막 특성(b1)을 가진 측정 경로와 제 2 격막 특성(b2)를 가진 측정 경로의 초기 변수들을 표시한다. 표준화를 위해서 측정된 초기 변수들(Ub1, Ub2)은 각각의 최적 초기 변수들(Ub1opt, Ub2opt)에 관련되고, 표준화된 초기 변수들(Ub1norm, Ub2norm)을 다음과 같이 얻는다.
즉,
Figure 112007043230913-PCT00009
Figure 112007043230913-PCT00010
표준화된 초기 변수들을 상관(correlating)시킴으로써, 혼탁도 팩터(T)가 본 경우에 다음 식을 형성함에 의해서 특징값으로서 결정된다.
즉,
Figure 112007043230913-PCT00011
광 측정 경로의 초기 변수들로서 예컨대 수신기-측 측정 전류가 이용될 수 있다. 수신기-측 전류(Ie)는 예컨대 다음 식과 같이 주어질 수 있다.
즉,
Figure 112007043230913-PCT00012
여기서 Ie는 수신기-측 전류를 표시하고,
Is는 송신기-측 전류를 표시하며,
Ku는 유체의 혼탁도(특히 최적 투과도)에 독립적인 수신기-측 전류에 영향을 주는 변수들을 표시하고,
Ka는 유체의 혼탁도에 의존하는 수신기-측 전류에 영향을 주는 변수들을 표시한다.
수신기-측 전류에 영향을 주는 혼탁도-독립 변수(Ku)는 예컨대 숙성-관련 특성들과 송신기 및/또는 수신기 내 변화들 및 광 측정 경로의 추가 파라미터들을 포함한다.
유체의 혼탁도를 특징 화하는 값 즉, 혼탁도 팩터(T)를 결정하기 위해서, 측정에서 수신기-측 전류들은 다음과 같은 식을 채용하여 결정된다.
즉,
Figure 112007043230913-PCT00013
여기서 채택된 측정 장치에 있어서, 2개의 수신기들이 같은 송신기에 의해 공급되므로 따라서 간결성을 위해서 다음과 같이 간주될 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00014
따라서, 혼탁도 값(T)은 다음 식에 따라서 산출될 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00015
여기서 상수(const.)는 혼탁도-의존 파라미터들을 포함한다.
제 1 파라미터에 대한 상기의 예들로부터 이하에서는 제 2 파라미터 또는 제 3 파라미터들로서 사용될 수 있으며, 특히 광 측정 빔의 파형, 광 측정 빔들의 측정 빔 형태 및 강도로 파악될 수 있다.
제 1 파라미터가 "파형"의 파라미터 종류를 가진다면, 광 전송 도의 측정은 예컨대 일 경우에 사인 형태(sine shape)를 가지고 다른 경우에 톱니 형태를 가지고 일 경우에 톱니 형태이고 다른 경우에 사각형 등인 측정 빔으로 실행될 수 있다.
파라미터 종류 "빔 형태"로는, 다른 형태의 측정 빔들이 발생된다. 예컨대, 일 측정에는 작은 단면적의 집광된 측정 빔을 발생하는 격막 특성을 사용하고, 다른 측정에는 송신기 측으로부터 수신기 측으로 진행하는 측정 빔을 발생하는 격막 특성이 채용되는 것이 가능하다. 이것은 예컨대 고려되어야 할 유체 내에서 산란 효과에 관한 보고를 허용한다.
다른 강도의 측정 빔으로, 측정 빔에 관해서 예컨대 흡수 계수들이 다른 유체 및/또는 유체 내에 함유된 입자들의 특성이 고려될 수 있다.
이하에는 예컨대 세탁기 또는 식기 세척기 내에서 세척용으로 사용되는 유체의 온도와 그에 관련된 변수들에 관한 보고가 제공될 수 있는 실시예들에 대해서 기술될 것이다. 다음의 설명에 있어서 센서 장치가 시발점으로서 선택되었고, 2개의 온도 센서들이 사용되며 이들은 감시할 유체에 대해서 다르게 특히 서로 이격하여 배치된다. 그러한 장치가 예컨대 도 1 내지 6에 도시되었다.
온도 센서들과 그 주변 사이의 다른 열 관계 또는 열 전이 저항들은 온도 센서들{도 1 내지 6 내 온도 센서들(124) 및 (126)}의 상기 장치로부터 얻는다.
여기서 채택된 장치에 있어서, 제 1 온도 센서{예: 도 1 내지 6의 센서(121)}는 유체 내로 깊숙이 돌출하게 배치되며 하우징{예: 도 1 내지 6에 따른 하우징(100)과 그들 사이에 배치될 수 있는 열 절연 페이스트(paste)}에 의해서만 기본적으로 유체로부터 분리된다.
이에 반하여 제 2 온도 센서{예: 도 1 내지 6의 온도 센서(126)}는 본 경우에 측정 장치의 주위{예: 도 1에서 인쇄 회로 기판(142)의 좌측에 놓여있는 영역}에 대해 열 전이 저항이 결정되도록 배치된다.
또한, 2개의 온도 센서들이 또한 열적으로 접속된다.
온도 센서들 간의 열 접속 및 제 2 온도 센서와 주위와의 열 접속은 실질적으로 온도 센서들을 포함하는 측정 장치와 장치(도 1 내지 6에 따른 장치)의 구조에 의해 정해진다.
따라서, 예컨대, 2개의 온도 센서들 간의 열 접속은 인쇄 회로 기판상에 그들의 배치에 의해 및/또는 온도 센서들 사이에 배치되는 열 전도 페이스트에 의해서 특정될 수 있다.
제 2 온도 센서를 주위에 열 접속하는 것은 이와 같이 인쇄 회로 기판상에 설치하는 것 및/또는 열 접속 페이스트에 의해 규정될 수 있다.
유리하게는, 제 2 온도 센서와 그 주위와의 열 접속은 2개의 온도 센서들 사이의 열 접속에 비해 열악하다.
이에 반하여, 유체와 유체 내로 돌출하는 제 1 온도 센서 사이의 열 접속은 유체의 종류에 의존하고 제 1 온도 센서 또는 이 주변의 하우징 부위를 스쳐 흐르는 유체의 속도에도 의존할 수 있다.
기본 측정 장치의 열 용량(thermal capacity)은 일정한 것으로 가정한다.
도 29는 상기한 환경에 대해서 대체 회로 도를 보여주고 있다. 장치의 열 용량은 커패시터(C1, C2)로 표시하였다. 참조 번호 Tf는 유체의 온도를 나타내며, 참조 번호 T1은 제 1 온도 센서에 의해 검출되는 온도를 나타내고, 참조 번호 T2는 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 온도를 나타내며, 참조 번호 Tu는 제 2 온도 센서에 대해 결정적인 주위 온도를 나타낸다.
열 흐름에 대해서는 참조 번호 Ts로 표시되었고, 열 흐름은 유체로부터 출발하여 온도 센서를 거쳐서 이어서 열 전이 저항이 일어나는 주위로 진행한다. 열 전이 저항(RTf1)은 유체로부터 활동이 출발하여 제 1 온도 센서까지 지속된다. 이것에 이어서 제 1 및 제 2 온도 센서들 사이의 더욱 효과적인 열 전이 저항(RT12)이 후속한다. 제 2 온도 센서와 그 주위 사이의 열 전이 저항은 전이 저항(RT2u)으로 표시하였다.
이하 소위 정적인(static) 경우에 대한 온도 측정이 논의될 것이며, 여기서 유체와 제 1 온도 센서 사이의 열 전이 저항과 열 접속(RTf1)은 알려진 것으로 가 정한다. 이러한 지식은 측정 장치의 구조 및/또는 온도 측정이 이루어지는 가정 기기의 특성으로부터 및/또는 관련 측정 방법에 의해서 얻어질 수 있다. 유리하게는, 열 전이 저항(RTf1)은 그러나 소위 동적 경우(dynamic case)에서 온도 측정을 참조하여 이하 설명될 절차에 의해 얻어진다.
물리적 변수 "온도"에 대해서, 온도 센서의 위치/배치가 제 1 파라미터로서 여기서 사용된다. 온도 센서의 위치/배치는 또한 각각의 열 접속 및 열 전이 저항에도 관계가 있고 이들도 역시 제 1 파라미터로서 채택될 수 있다.
정적인 경우는 특히 유체가 적어도 제 1 온도 센서에 열 접속되는 부위에서 이동하지 않는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이것은 예컨대 유체-이동 펌프(pump)를 작동시키지 않음으로써 얻어질 수 있다.
측정 장치를 통해 전달되는 열 흐름(TS)은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00016
여기서, 간결성을 위해서, RT12는 실질적으로 상수인 것으로 간주되며, RT2u는 실질적으로 상수인 것으로 간주되고, RT2u는 RTf1보다 실질적으로 큰 것으로 간주된다. 또한, 정적인 경우에 적어도 실질적으로 일정한 유체 온도가 가정된다.
또한 RTf1은 제 1 온도 센서에 상대적인 유체의 속도에 특히 의존하는 것으로 간주된다. 이것은 본 경우에 알고 있는 것으로 간주되는 실질적인 상수(RTf1)부터 시작할 수 있다는 것을 의미한다.
유체의 온도(Tf)는 따라서 다음과 같은 산출 식에 의해서 산출될 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00017
정적인 경우에 반해서, 동적인 경우에 있어서 유체는 적어도 제 1 온도 센서에 인접한 부위에서 이동하거나 유체와 제 1 온도 센서 사이의 열 접속에 대해 (결정적으로) 응답하는 부위에서 이동한다. 예컨대 세탁기 및 식기세척기와 같은 가정 기기에 있어서, 세척액은 실 작동 상태에 따른 적절한 온도를 대체로 유지하고 있다. 이것은 건조기에 사용되는 건조 공기에 대해서도 적용된다. 이것에 상응해서, 동적인 경우에 있어서도 유체가 일정 온도(Tf)를 가지는 것으로 간주될 수 있다.
전체적으로 동적 경우 또는 유사 정지 상태에 대해서 유체와 제 1 온도 센서 사이의 열 전이 저항을 알고 있다면, 온도 측정이 동적 경우에 적절하게 적용되는 것으로 상기 상술한 바는 간주하고 있다. 유체와 제 1 온도 센서 사이의 열 접속에 대한 유체 운동의 불규칙한 영향이 일정한 유체 운동에 대한 조건을 보장함으로써 회피될 수 있다. 동적 경우에 있어서 예컨대 가정 기기의 특정 동작 상태 및/또는 시점 및/또는 시간 기간에 대해서 유체와 제 1 온도 센서 사이의 열 접속을 알고 있는 상태로 온도 측정이 실행된다면, 온도 센서에서의 온도는 실질적으로 정확히 결정된다.
이러한 점에서 온도 측정은 동적 경우에 있어서 온도 측정에 영향을 미치는 효과들이 고려되도록 실행될 수 있다. 예컨대, 만일 온도 측정들이 실질적으로 동시에 실행된다면 그러한 효과들은 고려되거나 회피될 수 있다.
여기서도 온도 센서들의 위치/배치, 각각의 열 접속들 및/또는 열 전이 저항들이 제 1 파라미터로서 고려될 수 있다.
유체와 제 1 온도 센서 사이의 상대적 속도를 정의된 방법으로 바꿈으로써(예컨대 제어 방식으로 유체 펌프를 온 및 오프로 스위칭함으로써), 도 29에 도시된 바와 같은 측정 장치에 대한 순간적 효과를 얻을 수 있다. 동시에, 이미 언급한 바와 같이, 유체의 온도(Tf)는 일정하게 유지된다. 그러나 유체와 제 1 온도 센서 사이의 전이 저항(RTf1)은 유체의 운동에 기인해서 변화한다. 결과적으로, 유체(유체 흐름)의 속도가 높아질수록 제 1 온도 센서에 의해서 측정되는 온도는 낮은 유체 속도에서 측정된 온도에 비교해서 높은 온도가 측정된다. 유체 속도의 증가는 온도 (T1)의 증가를 일으키고 유체 속도의 감소는 온도(T1)의 감소를 일으킨다.
열 전이 저항(RT12, RT2u)은 실질적으로 일정하게 유지된다. 열 전이 저항(RT2u)이 열 전이 저항(RTf1)보다 크고 도 29의 회로도에 있어서 지배적인 저항이므로, 열 흐름(TS)은 근본적으로 변화하지 않거나 변화하더라도 단지 미소한 정도이다. 이것에 대응해서, 동적 경우에 있어서 열 전이 저항(RTf1)(즉 RTf1dyn)은 다음 식과 같이 결정될 수 있고, 여기서 "stat"은 정적인 경우에서의 변수를 표시하고 "dyn"은 동적인 경우에서의 변수를 의미한다.
Figure 112007043230913-PCT00018
주위 온도로부터 독립성을 보이기 위해서, 열 전이 저항(RTf1dyn)은 다음 식과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007043230913-PCT00019
Figure 112007043230913-PCT00020
이러한 점에서 주목할 만한 것은 열 전이 저항(RTf1dyn)은 유체 흐름에 의해서 영향을 받지만 온도(T1dyn)와는 무관하고 추가적 변수들은 실질적으로 흐름-독립적이고 특히 전이 저항들은 구조에 의해서 고정될 수 있다는 것이다.
본 실시예에 있어서 열 전이 저항(RTf1dyn)은 물리적 변수로서 고려되고, 이 경우에도 온도 센서들의 위치/배치, 각각의 열 접속들 및/또는 열 전이 저항들이 제 1 파라미터로서 간주될 수 있다.

Claims (22)

  1. 가정 기기용 유체 특성 결정 방법으로서,
    물리적 변수에 영향을 미치는 제 1 파라미터가 적어도 2개의 미리 결정된 값들 중 하나를 가지는 각각의 경우에 있어서, 상기 제 1 파라미터를 위한 적어도 2개의 측정값들을 얻기 위해서 유체의 특성에 관련된 유체의 물리적 변수를 측정하는 단계와,
    유체 특성을 특징을 나타내는 제1 특징값을 얻기 위해서, 상기 제 1 파라미터를 위한 상기 적어도 2개의 측정값들을 상관(correlation)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    유체의 특성 및/또는 가정 기기의 동작 상태 및/또는 상기 가정 기기의 공정 변수가 상기 제 1 특징값을 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터를 위한 상기 적어도 2개의 측정값들은, 상기 물리적 변수p에 영향을 미치는 제 2 파라미터가 동시에 미리 결정된 제 1 상수 값을 가질 때에 측정되는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    제 1 파라미터가 상기 적어도 2개의 값들 중 하나를 가지고 상기 제 2 파라미터가 미리 결정된 제 2 상수 값을 가지는 각각의 경우에, 상기 제 1 파라미터를 위한 적어도 2개의 추가 측정값들을 얻기 위해서 상기 물리적 변수를 측정하는 단계와,
    유체 특성의 특징을 나타내는 제2 특징값을 얻기 위해서, 상기 제 1 파라미터를 위한 상기 적어도 2개의 측정값들 중 적어도 하나와 상기 제 1 파라미터를 위한 상기 적어도 2개의 추가 측정값들 중 적어도 하나를 상관(correlation)시키거나, 또는 제 1 파라미터를 위한 상기 적어도 2개의 추가 측정값들을 상관시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리적 변수에 영향을 미치는 제 3 파라미터가 적어도 2개의 미리 결정된 값들 중 하나를 가지는 각각의 경우에 있어서, 상기 제 3 파라미터를 위한 적어도 2개의 측정값들을 얻기 위해서 상기 물리적 변수를 측정하는 단계와,
    유체 특성의 특징을 나타내는 제3 특징값을 얻기 위해서 상기 제 3 파라미터를 위한 상기 적어도 2개의 측정값들을 상관시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    유체의 특성은 상기 적어도 2개의 특징값들을 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리적 변수의 적어도 하나의 측정 중에 발생하는 소음이 검출되고 평가되는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 파라미터는,
    주파수, 또는
    전기적 측정 전압, 또는
    전기적 측정 전류, 또는
    전기적 측정 전류 또는 전기적 측정 전압의 파형, 또는
    측정 위치, 또는
    측정 경로, 또는
    상기 물리적 변수의 측정에 사용되는 센서들, 검출기들, 송신기들 및/또는 전극들의 서로에 대한 배치, 또는
    유체에 대한 센서들, 검출기들, 송신기들 및/또는 전극들의 배치, 또는
    센서, 검출기, 송신기 및/또는 전극 형상, 또는
    센서, 검출기, 송신기 및/또는 전극 재료, 또는
    광 격막(optical diaphragm)의 특징, 또는
    계선 격막(field line diaphragm)의 특징, 또는
    가정 기기의 동작 상태, 또는
    상기 물리적 변수의 측정 중 발생하는 소음의 파라미터 종류들 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리적 변수는,
    전기적 도전성,
    광 투과도,
    광 산포도,
    광 흡수율, 및/또는
    유체의 온도를 표시하는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 물리적 변수는 임피던스 측정 방법을 사용하여 측정되며, 상기 유체에 의해서 발생되는 임피던스는 도전 전극들 사이에서 측정되는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 물리적 변수는 광 측정 방법을 사용하여 측정되고, 적어도 하나의 광 측정 빔이 유체를 통해 전파되는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 물리적 변수는 온도 측정 방법을 사용해서 측정되는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 측정 방법의 실시에 사용되는 전류, 전압 또는 광 측정 빔의 주파수를 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 상기 제 1 값은 제 1 주파수를 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 상기 측정 방법을 실시하는 데에 사용되는 전류 또는 전압을 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 전류 또는 제 1 전압을 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 전류 또는 제 2 전압을 나타내는 것 을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 파라미터는 상기 측정 방법의 실시에 사용되는 전극들, 광 부품들 및/또는 센서들 사이의 거리를 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 거리를 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 상기 측정 방법의 실시에 사용되는 전류, 전압 또는 광 측정 빔의 파형을 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 파형을 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 파형을 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  17. 제10항에 종속하고 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 전자계(electromagnetic field)에 효과적인 계선 격막 형상을 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 계선 격막 형상을 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 계선 격막 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  18. 제11항에 종속하고 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 광 측정 빔의 강도를 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 강도를 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  19. 제11항에 종속하고 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 광 측정 빔에 효과적인 격막 형상을 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 격막 형상을 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 격막 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  20. 제11항에 종속하고 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 온도 측정 방법의 실시에 사용되는 온도 센서와 유체의 열 접속(thermal coupling)을 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 1 값은 제 1 온도 센서와 유체의 제 1 열 접속을 나타내고, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 제 2 온도 센서와 유체의 제 2 열 접속을 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  21. 제11항에 종속하고 제9항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 온도 센서들의 열 접속을 나타내고, 상기 제 1 파라미 터의 제 1 값은 온도 센서들의 제 1 열 접속을 나타내며, 상기 제 1 파라미터의 제 2 값은 온도 센서들의 제 2 열 접속을 나타내는 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
  22. 제8항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
    제3항에 종속하면 상기 제 2 파라미터는 상기 제 1 파라미터의 파라미터 종류와 다른 제8항 내지 제21항에 정의된 파라미터 종류이거나, 또는,
    제5항에 종속하면 상기 제 3 파라미터는 제 1 파라미터의 파라미터 종류와 다른 제8항 내지 제21항에 정의된 파라미터 종류이거나, 또는,
    제3항 및 제5항에 종속하면 상기 제 2 파라미터는 제 1 파라미터의 종류와 다른 제8항 내지 제21항 중 하나에 정의된 파라미터 종류이고,
    상기 제 3 파라미터는 상기 제 2 파라미터의 파라미터 종류와 다름은 물론 상기 제 1 파라미터의 파라미터 종류와 다른 제8항 내지 제21항에 정의된 파라미터 종류인 것을 특징으로 하는 가정 기기용 유체 특성 결정 방법.
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