KR20090055273A - 캐패시티브 레벨 센서 및 그것을 이용한 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전율이 다른 이물질의 혼입이나 온도의 변화에 관계없이 정확하게 연료 및 오일을 포함한 유체의 레벨을 실시간으로 측정할 수 있도록 하는 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치이다.

본 발명은 제1회동접점 혹은 제2회동접점의 선택을 통해 출력전압을 결정하며, 고정접점에 제1캐패시터가 연결되는 스위치, 스위치의 제1회동접점에 반전단자가 연결되고, 비반전단자에 전원과 제3캐패시터가 병렬로 연결되는 제1비교증폭기, 제1비교증폭기의 출력전압과 상기 스위치의 제2회동접점이 비반전단자에 연결되고, 반전단자에 제2캐패시터가 연결되는 제2비교증폭기를 포함한다.

본 발명은 유체의 레벨 및 유전율 변화를 실시간 측정할 수 있어 오일에 냉각수가 유입되거나 물이 다량 함유된 불량 연료의 주입을 감지할 수 있으며, 디젤매연정화필터(DPF)가 장착된 엔진에서 반복된 재생에 의해 나타날 수 있는 오일의 연료에 의한 희석에 따른 점도저하를 측정하여 이에 따른 엔진의 내구성 악화를 방지할 수 있다.

캐패시터, 캐패시티브 레벨 센서, 유전율, 점도, 유체 레벨

Description

캐패시티브 레벨 센서 및 그것을 이용한 측정장치{CAPACITIVE LEVEL SENSOR AND MEASUREMENT APPARATUS USING THEREOF}

본 발명은 유전율이 다른 이물질의 혼입이나 온도의 변화에 관계없이 정확하게 연료 및 오일을 포함한 유체의 레벨을 실시간으로 측정할 수 있도록 하는 캐패시티브 레벨 센서 및 그것을 이용한 측정장치에 관한 것이다.

엔진 오일 또는 연료의 레벨에 따라 캐패시턴스(Capacitance)가 변화하는 특성을 이용한 캐패시턴스 레벨 센서(Capacitance Level Sensor)는 자동차 및 항공 산업에서 많이 이용되고 있다.

캐패시턴스 레벨 게이지는 부표를 이용한 레벨 게이지(Level Gauge)와 같은 이동부품이 없어 설치가 간단하고 내구성이 우수하며 다양한 탱크(Tank)의 모양에 관계없이 적용될 수 있다.

종래의 모든 캐패시턴스 레벨 게이지는 아래의 수학식 1과 같은 원리에 따라 두개의 마주보는 도전체에 의해 형성되는 캐패시턴스의 변화를 이용하여 유량의 레벨을 측정한다.

여기서, S : 도체 평면의 면적이고, d : 마주보는 도체 평판 사이의 거리이며, ε: 유전율을 의미한다.

두개의 마주보는 평판사이를 채우고 있는 물질의 유전율의 변화에 따라 캐패시턴스가 변화하게 되는데 공기의 상대 유전율이 1인 반면 오일 및 연료의 상대 유전율은 2를 갖는다.

상대 유전율이 높은 유체가 평판 사이에 존재하면 유체의 높이에 따라 캐패시턴스가 높아지게 된다.

순수 오일 및 연료에 물 또는 알코올과 같이 유전율이 다른 물질이 혼합되게 되면 유전율의 증가로 인해 캐패시턴스 또한 증가한다.

에탄올과 메탄올의 상대 유전율은 각각 24 및 31이며 물은 78이므로 약간의 혼합만으로도 캐패시턴스가 변화하게 된다.

미국 특허(US. Pat. No. 4,470,300)에는 이와 같은 특성을 이용한 것으로, 가솔린 연료에 알콜 및 메탄올의 혼합 정도에 따른 캐패시턴스의 변화에 따라 RC 시상수 변화를 감지하는 기술을 제시하고 있다.

도 5는 미국 특허(US. Pat. No. 4,470,300)에서의 주요 시험결과를 나타낸 그래프로, 물 혼합 정도에 따른 캐패시턴스 영향을 줄이기 위해 연료 레벨이 가득 채워진 상태에서 오실레이터가 특정 주파수 이상을 갖도록 하는 방법을 적용한 것 이다.

이는 유체 레벨 변화에 따른 캐패시턴스 변화에서 에탄올 등의 혼합에 따른 캐패시턴스 변화를 보상하기 위해 유체속에 완전히 잠겨있는 기준 캐패시턴스를 설치하는 것을 기술로 제안하였으나 어떻게 보상할 지에 대해서는 제안되지 않고 있다.

또한, 미국 특허(US. Pat. No. 4, 590,575)에서는 유체 레별 변화에 따른 캐패시턴스 변화와 이물질 혼합에 따른 캐패시턴스 변화를 구분하기 위하여 유체의 유전율 변화를 감지하는 기준 캐패시턴스 센서와 레벨을 감지하는 측정 캐패시턴스 센서를 적용하는 방법이 제시되어 있다.

이때, 각각의 캐패시턴스 센서의 출력신호에 대응하는 두개의 멀티바이브레이터(multivibrator)의 시상수 변화를 로직적으로 연결하여 시차를 두고 출력되도록 하고 있다.

또한, 미국 특허(US. Pat. No. 5,051,921)에서는 도 6에 도시된 바와 같이 이물질 혼합율 변화에 따른 기준 캐패시티브 레벨 센서와 유체의 레벨에 비례하는 캐패시티브 레벨 센서를 각각 설치하고, 각각의 캐패시티브 레벨 센서에서 출력되는 신호는 마이크로 프로세서의 신호처리 프로세싱을 이용하여 보정하는 방법이 제시되어 있다.

그리고, 미국 특허(US. Pat. No. 5,602,540)에서는 복합 재료(Composite Material)로 구성된 항공기 연료탱크 내부에 연료부피에 대응하는 캐패시티브 레벨 센서를 설치하고 연료탱크 내부의 캐패시턴스와 공진회로를 구성하여 1차 안테나에 연결하고, 연료탱크 외부의 가변 사인주파수 신호를 만들어내는 오실레이터에 2차 안테나를 연결하여 1차 안테나와 전자기적으로 연결되도록 구성하여 오실레이터 주파수를 변동시키면서 연료탱크 내부의 공진회로가 전자기 공진을 일으키는 주파수와 전류신호의 크기로써 연료레벨을 측정하는 기술이 제시되어 있다.

상기한 종래의 캐패시턴스 레벨 센서는 오일 또는 연료에 유전율이 다른 이물질(물, 알코올, 메탄올)의 혼입에 따른 캐패시턴스 변화를 보상하기 위해 두개의 오실레이터가 필요한 문제점이 발생한다.

또한, 종래의 캐패시턴스 레벨 센서는 유전율이 다른 이물질의 혼합율은 측정할 수 있으나 오일에 유전율이 동등한 연료가 혼합되어 희석되는 것을 실시간으로 측정할 수 없는 문제점이 발생한다.

예를 들어, 디젤매연정화필터(DPF)를 장착한 차량에서는 오일에 연료가 희석되어 점도 변화에 따른 윤활 성능을 저하시키는 문제를 발생시키고 있다.

그리고, 종래의 캐패시턴스 레벨 센서는 오실레이터와 RC 시상수 측정을 위한 카운터(Counter) 등이 포함되어 측정 회로의 구성이 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 유전율이 다른 이물질의 혼입이나 온도의 변화에 관계없이 정확하게 연료 및 오일을 포함한 유체의 레벨 및 유전율의 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 캐패시티브 레벨 센서를 제공하는 것이다.

따라서, 갑작스럽게 오일에 냉각수가 유입되거나 물이 다량 함유된 불량 연료의 주입을 감지할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 하나의 교류전원만을 사용하고 저렴한 증폭기 회로로 구성하여 캐패시티브 레벨 센서의 상대적 크기를 간단하게 구성하며, 유체 레벨의 변화를 출력전압의 비로 측정할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 캐패시티브 레벨 센서는 두 개의 도체 평판이 서로 마주보는 구조로 제1,제2캐패시터가 형성되고, 상기 제1,제2캐패시터간 절연을 제공하는 절연체가 상기 제1,제2캐패시터의 사이에 삽입되며, 상기 제1,제2캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이는 서로 다른 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 캐패시티브 레벨 센서는 마주 보는 두 개의 도체 평판이 반구형상 원통 구조로 구성되는 제1,제2캐패시터; 상기 제1,제2캐패시터의 사이에 삽입되는 절연체;를 포함하고, 상기 제1,제2캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이는 서로 다른 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치는, 제1회동접점 혹은 제2회동접점의 선택을 통해 출력전압을 결정하며, 고정접점에 제1캐패시터가 연결되는 스위치; 상기 스위치의 제1회동접점에 반전단자가 연결되고, 비반전단자에 전원과 제3캐패시터가 병렬로 연결되는 제1비교증폭기; 상기 제1비교증폭기의 출력전압과 상기 스위치의 제2회동접점이 비반전단자에 연결되고, 반전단 자에 제2캐패시터가 연결되는 제2비교증폭기를 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 유전율이 다른 이물질의 혼입이나 온도의 변화에 관계없이 정확하게 연료 및 오일을 포함한 유체의 레벨 및 유전율 변화를 실시간 측정할 수 있어 오일에 냉각수가 유입되거나 물이 다량 함유된 불량 연료의 주입을 감지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 디젤매연정화필터(DPF)가 장착된 엔진에서 반복된 재생에 의해 나타날 수 있는 오일의 연료에 의한 희석에 따른 점도저하를 측정하여 이에 따른 엔진의 내구성 악화를 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 하나의 교류전원만을 사용하는 간단하고 저렴한 비교 증폭기의 회로로 구성되어 캐패시티브 레벨 센서의 상대적 크기를 최소화하고, 출력전압의 비로 간단하게 측정할 수 있는 효과가 기대된다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평판 구조의 캐패시티브 레벨 센서의 단면을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 두 개의 도체 평판(A)(B)을 서로 마주보는 구조로 제1,제2캐패시터(C1)(C2)를 구성하여 유체의 레벨과 점도의 변화에 따라 개패시턴스의 변화가 일어나도록 캐패시티브 레벨 센서를 구성한다.

상기 제1캐패시터(C1)와 제2캐패시터(C2)의 사이에는 절연체(10)가 삽입되어 제1,제2캐패시터(C1)(C2)간의 절연을 제공한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반구형 구조의 유체 레벨 센서의 단면을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 두개의 도체 평판(A)(B)을 서로 마주보는 구조로 구성한 다음 동심원인 반구형상 원통 구조를 형성하여 제1,제2캐패시터(C1)(C2)를 형성하여 유체의 레벨과 점도의 변화에 따라 캐패시턴스 변화가 일어나도록 캐패시티브 레벨 센서를 구성한다.

상기 제1캐패시터(C1)와 제2캐패시터(C2)의 사이에는 절연체(10)가 삽입되어 제1,제2캐패시터(C1)(C2)간의 절연을 제공한다.

상기한 구조를 갖는 캐패시티브 레벨 센서가 유면에 수직 또는 수직에 가깝도록 유체에 담그어 설치되었을 때 대칭하는 제1,제2캐패시터(C1)(C2)중 한쪽인 제1캐패시터(C1)를 구성하는 도체 평판(A)(B) 사이의 간격 D는 도체 평판(A)(B) 사이에서 모세관 현상에 의한 유체의 레벨 상승이 없을 만큼 크게 한다.

그리고 다른 한쪽인 제2캐패시터(C2)를 구성하는 도체 평판(A)(B) 사이의 간 격d는 모세관 현상에 의해 유체 레벨이 상승할 수 있을 만큼 매우 작게 구성한다.

또한, 길이 방향 양쪽 끝단은 유체나 공기의 입출이 가능하도록 개방되어 있으며 옆면은 밀봉되어있는 구조를 형성한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 캐패시티브 레벨 센서의 설치 구조를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 레벨을 측정하고자 하는 유체가 항상 잠겨있도록 유체 탱크(100)의 바닥에 가까운 위치에 또 다른 하나의 기준 캐패시터인 제3캐패시터(Cr)를 별도로 설치하여 이물질 혼입이나 온도의 변화에 따른 유체의 유전율 변화를 감지토록 한다.

그리고, 본 발명에 따라 제1,제2캐패시터(C1)(C2)로 구성되는 캐패시티브 레벨 센서의 개방된 한쪽 끝이 유체 탱크(100)의 바닥면을 향하도록 유체에 담그어 수직방향으로 설치한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 캐패시티브 레벨 센서를 유체 탱크(100)에 설치하게 되면, 도체 평판(A)(B) 사이의 간격이 D인(넓은) 제1캐패시터(C1)에서 도체 평판(A)(B) 사이에 작용하는 유체 레벨은 도시된 바와 같이 바깥의 유체 레벨과 동일하게 유지한다.

그러나, 도체 평편(A)(B) 사이의 간격이 d인(좁은) 제2캐패시터(C2)에서 도체 평판(A)(B) 사이에 작용하는 유체 레벨은 모세관 현상에 의해 바깥쪽 유체 레벨에 비해 "h" 만큼의 레벨이 상승이 일어난다.

또한, 마주보는 반원형 구조의 캐패시티브 레벨 센서를 레벨을 측정하고자 하는 유체가 항상 잠겨있도록 유체 탱크(100)에 설치하는 경우 전술한 바와 같이, 도체 평판(A)(B) 사이의 간격이 "D"인(넓은) 반구형 제1캐패시터(C1)의 도체 평판(A)(B) 사이에 작용하는 유체 레벨은 바깥의 유체 레벨과 동일하게 유지하다.

그러나, 도체 평판(A)(B) 사이의 간격이 "d"인(좁은) 반구형 제2캐패시터(C2)의 도체 평판(A)(B) 사이에 작용하는 유체 레벨은 모세관 현상에 의해 바깥쪽 유체 레벨에 비해 ""h" 만큼의 레벨 상승이 일어난다.

모세관 현상에 의한 유체 수면 상승을 증폭하기 위하여 도체 평판(A)(B)의 사이에 부도체의 길이 방향으로 격벽을 설치할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 제1회동접점(①)과 제2회동접점(②)의 선택을 통해 출력전압을 선택하는 스위치(S/W)의 고정접점에는 제1캐패시터(C1)가 연결된다.

상기 스위치(S/W)의 제1회동접점(①)은 제1비교증폭기(CP1)의 반전단자(-)에 연결되고, 제2회동접점(②)은 제2비교증폭기(CP2)의 비반전단자(+)에 연결된다.

상기 제1비교증폭기(CP1)의 비반전단자(+)에는 전원(Vs)과 제3캐패시터(Cr)가 병렬로 연결된다.

상기 제1비교증폭기(CP1)의 출력 전압(Vo1)은 저항(R3)을 통해 제2비교증폭기(CP2)의 비반전단자(-)에 연결된다.

상기 제2비교증폭기(CP2)의 반전단자(-)에는 제2캐패시터(C2)가 연결된다.

상기에서 전원(Vs)은 임의의 적절한 주파수를 갖는 사인파를 만들어내는 교 류 전원이 사용된다.

상기 스위치(S/W)의 고정접점에 연결되는 제1캐패시터(C1)는 도체 평판(A)(B) 사이의 간격이 D(넓은)로 형성된 캐패시터로, 캐패시턴스는 유체의 레벨에 대응하므로 레벨 캐패시턴스이다.

상기 제1캐패시터(C1)는 스위치(S/W)의 접점 선택에 따라 회로구성을 변환시켜 출력전압을 변환하여 주는 역할을 한다.

상기 제1비교증폭기(CP2)의 반전단자(-)에 연결되는 제2캐패시터(C2)는 도체 평판(A)(B) 사이의 간격이 d(좁은)로 형성된 캐패시터로, 점도 캐패시턴스이다.

상기 제1비교증폭기(CP1)의 비반전단자(+)에 연결되는 제3캐패시터(Cr)는 레벨을 측정하고자 하는 유체에 항상 잠겨있도록 유체 탱크의 바닥에 위치되어 이물질의 혼입이나 온도의 변화에 따른 유체의 유전율 변화를 감지하는 캐패시터로, 기준 캐패시턴스이다.

상기 스위치(S/W)의 작동 제어와 스위치(S/W)의 접점 선택에 따른 출력전압 (Vo1)(Vo2)을 유체의 유전율 변화량, 유체 레벨, 유체의 점도 변화량으로 변환하는 연산은 도시되지 않은 마이크로프로세서 또는 통상의 엔진제어장치에 의해 제어 및 평가된다.

전술한 바와 같은 구성의 측정장치의 측정 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

두개의 마주보는 도체 평판(A)(B)에 의해 형성되는 캐패시턴스의 크기는 종래의 기술에서 언급한 바와 같이 수학식 1과 같이 정의된다.

여기서 유전율 ε은 두 도체 평판(A)(B)사이의 물질 특성에 의해 결정되는데, 도체 평판(A)(B) 사이의 간격이 다른 제1,제2캐패시터(C1)(C2)로 구성되는 캐패시티브 레벨센서에서는 유체가 도체 평판(A)(B) 사이에 채워지게 된다.

유체에는 공기가 공존하게 되어 유체 레벨에 따라 유전율이 변화하게 되지만, 기준 캐패시턴스인 제3캐패시터(Cr)는 항상 유체로 채워져 있기 때문에 유체의 레벨과 관계없이 물과 같이 유전율이 다른 이물질 혼입과 온도에 따른 유전율 변화만을 반영한다.

연료와 오일의 유전율은 공기보다 2배 크기 때문에 도체 평판(A)(B) 사이의 유전율은 오일 또는 연료가 도체 평판(A)(B)의 사이에 얼마만큼 채워져 있는지(도체 평판(A)(B) 사이의 액면 높이)에 따라 변화된다.

또한, 상대적으로 간격이 넓은 도체 평판(A)(B) 사이의 액면 높이는 외부의 유체의 레벨과 동등하지만 상대적으로 간격이 매우 좁은 도체 평판(A)(B) 사이의 액면 높이는 유체의 모세관 현상에 의해 외부 유체의 레벨보다 높아진다.

모세관 현상은 유체의 표면장력과 유체와 벽면의 부착력에 의해 나타나는 현상으로 외부 액면보다 높아지는 도체 평판(A)(B)사이의 액면의 높이는 대략 하기의 수학식 2와 같이 중력의 힘과 균형을 이루도록 나타난다.

여기서, d는 도체 평판 사이의 간격, ρ는 유체밀도, g는 중력 가속도, T는 유체의 표면장력, θ는 유체 표면의 오목면의 접선각이다.

유체의 표면장력은 분자간 인력에 의해 발생되는 유체의 고유성질이기 때문에 유체의 점도와 밀접한 연관성을 갖고 있으며 이물질의 오염에 따라 민감하게 변화한다.

오일과 같이 점성이 큰 유체에 상대적으로 점성이 작은 연료가 희석되게 되면 연료와 오일의 유전율은 차이가 없기 때문에 기준 캐패시턴스는 오일 혼입을 감지할 수 없지만 점도의 변화에 의해 나타나는 점도 캐패시턴스의 액주면 높이 변화에 의해 대응하는 캐패시턴스 변화에 의해 감지할 수 있게 된다.

스위치(S/W)가 제1회동접점(①)이나 제2회동접점(②)을 선택하는가에 따라서 형성되는 회로가 달라지게 되며 이에 따라 출력전압(Vo1)(Vo2)이 다르게 나타나며 출력전압이 나타내는 물리량도 아래와 같이 달라진다.

먼저, 스위치(S/W)가 제2회동접점(②)을 선택한 경우에는 제1비교증폭기(CP1)는 넌 인버팅 버퍼(Non-inverting buffer)의 역할을 하게 되어 제3캐패시터(Cr)의 출력전압에 의해 출력전압(Vo1)이 결정된다.

따라서, 기준 캐패시턴스인 제3캐패시터(Cr)에 의해 나타나는 제1비교증폭기(CP1)의 출력전압(Vo1)은 하기의 수학식 3으로 표현된다.

따라서, 스위치(S/W)가 제2회동접점(②)을 선택한 경우 제1비교증폭기(CP1) 의 출력전압(Vo1)은 유체에 유전율이 다른 물질, 예를 들면 엔진오일에 냉각수가 유입되거나 물이 혼입된 불량 연료가 주입되어 혼입되는 경우 제3캐패시터(Cr)의 출력전압이 변화하므로, 이에 따라 출력전압(Vo1)에 변동이 발생한다.

그리고, 스위치(S/W)가 제2회동접점(②)을 선택한 경우 제2비교증폭기(CP2)의 출력전압(Vo2)은 하기의 수학식 4와 같이 제1비교증폭기(CP1)의 출력전압(Vo1)과 제1캐패시터(C1)의 출력전압에 대한 점도 캐패시터인 제2캐패시터(C2)의 출력전압으로 결정된다.

따라서, 제2비교증폭기(CP2)의 출전전압(Vo2)은 레벨 캐패시턴스인 제1캐패시터(C1)와 점도 캐패시턴스인 제2캐패시터(C2)의 비로 나타나므로, 유체의 레벨 및 유전율이 다른 이물질의 혼입이 관계없이 점도 변화에만 대응하도록 관계지을 수 있게 된다.

또한, 스위치(S/W)가 제1회동접점(①)을 선택한 경우에는 제1비교증폭기(CP1)의 출력전압(Vo1)은 하기의 수학식 5와 같이 전원(Vs)의 전압에 대한 비에 의해 기준 캐패시턴스인 제3캐패시터(Cr)와 레벨 캐패시턴스인 제1캐패시터(C1)의 비로 나타난다.

따라서, 유체의 레벨 변화를 감지할 수 있게 된다.

상기의 수학식 5와 같이 전원(Vs)의 전압과 제1비교증폭기(CP1)의 출력전압(Vo1) 비는 기준 캐패시턴스인 제3캐패시터(Cr)에 대한 상대적인 레벨 캐패시턴스인 제1캐패시터(C1)의 크기로 나타나기 때문에 유전율이 다른 이물질의 혼입이 있는 경우에도 정확하게 유체를 레벨에 대응하도록 관계지을 수 있게 된다.

또한, 스위치(S/W)가 제1회동접점(①)을 선택한 경우 제2비교증폭기(CP2)의 출력전압(Vo2)은 하기의 수학식 6과 같이 제1비교증폭기(CP1)의 출력전압(Vo1)과 점도 캐패시턴스인 제2캐패시터(C2)의 출력전압으로 결정된다.

따라서, 제1비교증폭기(CP1)의 출력전압(Vo1)과 제2비교증폭기(CP2)의 출전전압(Vo2)의 비교를 통해 점도 캐패시턴스인 제2캐패시터(C2)의 출력전압 변화를 검출하여 점도 변화를 검출하게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평판 구조의 유체 레벨 센서의 단면을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반구형 구조의 유체 레벨 센서의 단면을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체 레벨 센서의 설치 구조를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체 레벨 센서를 이용한 측정장치를 도시한 도면이다.

도 5는 종래의 유체 레벨 센서에서 메탄올과 에탄올 및 물의 혼합율에 따른 캐패시턴스의 변화를 도시한 그래프이다.

도 6은 종래의 유체 레벨 측정장치를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

C1 : 제1캐패시터 C2 : 제2캐패시터

10 : 절연체

Claims (11)

1. 두 개의 도체 평판이 서로 마주보는 구조로 제1,제2캐패시터가 형성되고,

   상기 제1,제2캐패시터간 절연을 제공하는 절연체가 상기 제1,제2캐패시터의 사이에 삽입되며,

   상기 제1,제2캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이는 서로 다른 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1,제2캐패시터의 길이 방향 양쪽 끝단은 유체나 공기의 입출이 가능하도록 개방되고, 옆면은 밀봉되는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1,제2캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이는 유면에 수직으로 유체에 설치되었을 때 어느 한쪽의 캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이의 간격은 모세관 현상에 의한 유체의 레벨 상승이 없을 만큼 크게 하고,

   다른 한쪽의 캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이의 간격은 모세관 현상에 의해 유체 레벨이 상승할 수 있을 만큼 작게 구성하는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서.
4. 마주 보는 두 개의 도체 평판이 반구형상 원통 구조로 구성되는 제1,제2캐패시터;

   상기 제1,제2캐패시터의 사이에 삽입되는 절연체;

   를 포함하고,

   상기 제1,제2캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이는 서로 다른 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1,제2캐패시터의 길이 방향 양쪽 끝단은 유체나 공기의 입출이 가능하도록 개방되고, 옆면은 밀봉되는 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제1,제2캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이는 유면에 수직으로 유체에 설치되었을 때 어느 한쪽의 캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이의 간격은 모세관 현상에 의한 유체의 레벨 상승이 없을 만큼 크게 하고,

   다른 한쪽의 캐패시터를 구성하는 도체 평판 사이의 간격은 모세관 현상에 의해 유체 레벨이 상승할 수 있을 만큼 작게 구성하는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서.
7. 제1회동접점 혹은 제2회동접점의 선택을 통해 출력전압을 결정하며, 고정접점에 제1캐패시터가 연결되는 스위치;

   상기 스위치의 제1회동접점에 반전단자가 연결되고, 비반전단자에 전원과 제3캐패시터가 병렬로 연결되는 제1비교증폭기;

   상기 제1비교증폭기의 출력전압과 상기 스위치의 제2회동접점이 비반전단자에 연결되고, 반전단자에 제2캐패시터가 연결되는 제2비교증폭기를 포함하는 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 전원은 사인파를 만들어내는 교류 전원이 사용되는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 제1캐패시터는 유체의 레벨 변화에 대응하는 레벨 캐패시턴스이고, 제2캐패시터는 유체의 점도 변화에 대응하는 점도 캐패시턴스이며, 제3캐패시터는 유체의 유전율 변화를 감지하는 기준 캐패시턴스인 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치.
10. 제7항에 있어서,

    상기 제1,제2캐패시터는 한쌍으로 구성되며, 개방된 한쪽 끝이 유체 탱크의 바닥면을 향하도록 유체에 수직방향으로 설치되고,

    제3캐패시터는 유체에 항상 잠겨있도록 유체 탱크의 바닥면에 설치되는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치.
11. 제1,제2회동접점의 선택을 통해 출력전압을 선택하는 스위치의 고정접점에 제1캐패시터가 연결되고,

    상기 스위치의 제1회동접점은 제1비교증폭기의 반전단자에 연결되고, 제2회동접점은 제2비교증폭기의 비반전단자에 연결되며,

    상기 제1비교증폭기의 비반전단자에는 전원과 제3캐패시터가 병렬로 연결되고,

    상기 제1비교증폭기의 출력 전압은 제2비교증폭기의 비반전단자에 연결되며,상기 제2비교증폭기의 반전단자에는 제2캐패시터가 연결되는 것을 특징으로 하는 캐패시티브 레벨 센서를 이용한 측정장치.

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