KR20090126015A - 레벨 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

측정물의 레벨을 측정하는 레벨 감지 장치에 있어서, 회로기판, 회로기판의 일면과 타면에 서로 다른 면적으로 형성된 제1전극 및 제2전극, 제1전극 위와 제2전극 위에 각각 다른 두께로 형성된 제1유전층 및 제2유전층 및 회로기판을 통하여 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되어 제1전극 및 제2전극으로부터 측정되는 각각의 측정값을 이용하여 측정물의 레벨을 판단하는 판단부를 포함하는 레벨 감지 장치가 제공된다. 본 발명에 의하면 본 발명에 따르면, 온도 등의 주변환경에 영향을 받지 않고 레벨을 정확히 감지할 수 있다.
레벨 감지 장치, 정전용량, 유전율, 제1전극, 제2전극

Description

레벨 감지 장치{Level sensing apparatus}
본 발명은 레벨 감지 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 두 개의 전극으로부터 측정되는 정전용량을 이용하여 측정물의 변위레벨을 감지하는 레벨 감지 장치 에 관한 것이다.
산업용 자동화 기기 또는 개인용 기기에 액체, 액상 입자 또는 분상 입자 등의 레벨을 측정해야 하는 경우 사용되는 것이 레벨 감지 장치이다. 레벨 감지 장치에서 측정하는 레벨(Level)은 측정물의 충전면의 위치 또는 높이를 의미하는 것으로 충전 탱크에 충전되어 있는 측정물의 높이 등을 감지하는데 사용된다. 즉, 자동차의 오일 탱크 등에 적용되어 오일의 충전량을 측정하는데 사용되기도 하며 자동화 공장에서 충전탱크에 충전되어 제품에 주입되는 주입물의 양을 측정하는 경우에도 사용된다.
이러한 레벨 감지 장치는 구동 방식에 따라 플로트 레벨 감지 장치, 전자식 레벨 감지 장치, 전파 레벨 감지 장치 또는 정전용량 레벨 감지 장치 등으로 구분 된다.
이 중 정전용량 레벨 감지 장치는 공기보다 큰 유전율을 가진 액체, 분상 입자 등이 상승하면서 레벨 감지 장치에 포함되는 전극으로 가까워짐에 따라 상승하는 정전용량을 이용하여 측정물의 레벨을 감지하는 방식이다.
이 중 정전용량 레벨 감지 장치는 상술한 플로트 레벨 감지 장치, 전자식 레벨 감지 장치, 전파 레벨 감지 장치 등과는 달리 충전물의 유전율을 이용하여 측정하는 방식이므로 충전물의 유전율이 감지의 중요한 요인이 된다.
그러나 이 경우 충전물의 유전율은 온도에 따라 급격히 변화하는 경우가 존재하여 레벨 감지 장치가 오작동하는 경우가 발생한다. 예를 들어, 용기에 주입되는 물의 높이를 측정하는 레벨 감지 장치의 경우, 물이 온도에 따라 유전율이 매우 크게 변화하기 때문에 이를 보상하기 위한 레퍼런스가 필요하게 된다.
이를 물의 특성을 나타내는 도 1을 참조하여 설명하면, 물의 유전율이 상온에서 75 내지 80을 유지하지만, 온도가 상승함에 따라서 50 내외까지 변화되는 것을 알 수 있다. 따라서 측정물인 물의 유전율이 최대 2배까지도 차이가 나게 되어 레벨 감지 장치는 물이 해당 높이까지 충전되었음에도 불구하고 물의 유전율이 1/2로 떨어져 이를 감지하지 못한다.
따라서 종래에는 이를 보상해 주기 위하여 레퍼런스를 위한 또 하나의 레벨 감지장치를 용기의 바닥면에 설치하여 물이 바닥면에서부터 충전되기 시작하면, 레퍼런스로부터 측정된 캐패시턴스로부터 온도 변화에 따른 물의 유전율을 변화를 산출하고 이를 반영하는 구조의 레벨 감지 장치가 사용되어 왔다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레퍼런스전극과 레벨 감지 전극, 두 개의 전극으로부터 측정되는 서로 다른 측정값을 이용하여 레벨을 감지하는 레벨 감지 장치 및 레벨 감지 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이외의 본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 레벨 감지 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 측정물의 레벨을 측정하는 레벨 감지 장치에 있어서, 회로기판; 상기 회로기판의 일면과 타면에 서로 다른 면적으로 형성된 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 위와 상기 제2전극 위에 각각 다른 두께로 형성된 제1유전층 및 제2유전층 및 상기 회로기판을 통하여 상기 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 제1전극 및 상기 제2전극으로부터 측정되는 각각의 측정값을 이용하여 상기 측정물의 레벨을 판단하는 판단부를 포함하는 레벨 감지 장치가 제공된다.
상기 제1전극 및 상기 제2전극의 면적과 상기 제1유전층 및 상기 제2유전층 의 두께는 상기 레벨 감지 장치가 공기 중에 노출된 경우 상기 제1전극에 형성되는 정전용량이 상기 제 2전극에 형성되는 정전용량을 초과하도록 형성될 수 있다.
상기 제1전극 및 상기 제2전극의 면적과 상기 제1유전층 및 상기 제2유전층의 두께는 상기 제2전극에 형성되는 정전용량이 상기 제1전극에 형성되는 정전용량을 초과하도록 형성될 수 있다.
상기 레벨 감지장치는 상기 제1전극 또는 상기 제2전극 중 하나 이상과 연결된 내부 발진회로를 더 포함하며 상기 내부 발진회로로부터 생성되는 발진신호의 주파수는 상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 형성되는 각각의 정전용량에 의해 변화할 수 있다.
상기 레벨 감지장치는 상기 측정물이 충전되는 충전용기의 내면에 상기 내면과 수직으로 부착되거나 상기 충전용기의 외면에 상기 외면과 평행하게 부착될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면 레벨 감지 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시측정물의 레벨을 측정하는 레벨 감지 시스템에 있어서, 상기 측정물이 충전되는 충전용기의 내면 또는 외면에 하나 이상의 레벨 감지장치를 다단으로 포함하되, 상기 하나 이상의 레벨 감지는 회로기판; 상기 회로기판의 일면과 타면에 서로 다른 면적으로 형성된 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 위와 상기 제2전극 위에 각각 다른 두께로 형성된 제1유전층 및 제2유전층 및 상기 회로기판을 통하여 상기 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 제1전극 및 상기 제2전극으로부터 측정되는 각각의 측정값을 이용하여 상기 측정물의 레벨을 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨 감지 시스템이 제공된다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하나의 레벨 감지 장치내에 레퍼런스 전극 및 레벨 감지 전극을 포함하도록 구성이 가능하여 레벨 감지 장치의 구성이 간이해지는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 온도 등의 주변환경에 영향을 받지 않고 레벨을 정확히 감지할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일 치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서 레벨 감지 장치는 정전용량 방식 레벨 감지 장치를 의미하는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 감지 장치의 측면도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 터치 감지 장치는 회로기판(100), 제1전극(110), 제1유전층(130), 제2전극(120), 제2유전층(140)을 포함한다.
회로기판(100)은 PCB(Printed Circuit Board), FPCB(Flexible Printed Circuit Board)등 일 수 있다.
제1전극(110)과 제2전극(120)은 금속 기타 전도성 물질로 이루어진 판형, 선형 또는 점형의 면을 가지는 전극이다. 다만 본 발명에 포함되는 제1전극(120)과 제2전극(120)은 서로 다른 면적을 가질 수 있다. 이 경우 면적은 정전용량(Capacitance)에 영향을 주는 데 이는 후술하도록 한다.
제1전극(110)과 제2전극(120)은 회로기판(100)의 일면 및 타면에 각각 형성되며, 회로기판(100)과 전기적으로 연결된다. 따라서 제1전극(110)과 제2전극(120) 을 통하여 레벨 감지 장치 외부의 전기적 영향이 회로기판(100)을 통하여 회로기판(100)에 연결된 레벨 감지 회로(미도시)로 전달될 수 있다.
레벨 감지 회로는 내부 발진부(미도시) 및 IC 회로(미도시)등을 포함하며, 내부 발진부는 회로기판(100)에 형성된 회로패턴을 통하여 제1전극(110)과 제2전극(120)에 연결된다. 내부발진부가 생성하는 발진신호에 의하여 제1전극(110)과 제2전극(120)에 각각 형성되는 정전용량을 측정할 수 있다. 즉, 제1전극(110)과 제2전극(120)은 각각의 전극의 외면에 형성되어 있는 제1유전층(130) 또는 제2유전층(140) 및 공기(Air)를 통하여 그라운드(Ground)와 정전용량을 형성하기 때문에 발진신호의 주파수를 변화시킨다. 변화되는 주파수는 다양한 방식으로 측정될 수 있는데 이는 후술하도록 한다.
제1전극(110)과 제2전극(120) 중 제1전극(110)은 레퍼런스 전극(Reference Electrode)에 해당하며, 제 2전극(120)은 레벨 감지 전극(Level Detecting Electrode)에 해당한다. 즉, 제1전극(110)이 형성하는 정전용량은 기준값(Reference value)의 산출에 이용되며, 제2전극(120)이 정전용량은 레벨 감지를 위한 측정값(Detection value)의 산출에 이용된다.
측정물(예를 들어 물)이 본 발명의 레벨 감지 장치에 근접하거나 접촉하기 전레퍼런스 전극(110)에 형성되는 정전용량은 항상 레벨 감지 전극에 형성되는 정전용량보다 커야 한다.
그러나 유전율이 큰 물(유전율 80으로 가정)등의 액상입자가 레벨 감지 장치에 근접하거나 접촉하게 되면 레벨 감지 전극(110)에서 형성되는 정전용량이 레퍼 런스 전극(110)에서 형성되는 정전용량을 초과한다. 따라서 본 발명의 레벨 감지 장치는 측정물인 액상입자가 레벨 감지 장치에 근접한 것을 감지할 수 있게 된다.
이를 위하여 본 발명의 레벨 감지 장치는 제1전극(110), 제2전극(120)의 면적과 각 전극의 위쪽에 형성된 제1유전층(130) 및 제2유전층(140)의 두께를 조정하여야 한다. 이하에서는 먼저 측정물이 본 발명의 레벨 감지 장치에 근접하지 않은 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
먼저 제1전극(110)이 그라운드와 형성하는 정전용량은 제1전극(110) 및 그라운드를 두 전극으로 하고, 두 전극 사이의 유전체(130) 및 공기가 포함된 상태의 정전용량이다. 즉, 도1에 도시된 바와 같이 제1전극(110)의 위에는 제1유전층(130)이 두께 d로 형성되어 있다. 유전층은 오버레이(Overlay)등의 용어로 대체될 수 있다.
유전층은 유전율 2 내지 10 정도의 폴리머, 고무 등이 될 수 있으며, 이하에서는 아크릴 수지로 형성된 경우를 중심으로 설명하도록 한다. 아크릴 수지의 유전율은 2로 가정한다.
따라서 제1전극(110), 아크릴(130), 공기, 대지전극으로 구성된 정전용량이 형성되며, 이 경우 정전용량은 제1전극(110)의 면적 및 유전층인 아크릴(130)의 두께에 의하여 영향을 받는다. 즉, 제1전극(110)의 면적이 크고 아크릴(130)의 두께가 얇을수록 정전용량은 커지게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 포함되는 제1전극(110)은 레퍼런스 전극으로써 제2전극(120)에서 형성되는 정전용량 보다 커야 하므로 제1전극(110)과 제2전극(120)의 면적에는 차이가 있다. 예를 들어 제1전극(110)의 면적(2ⅹS)은 제2전극(120)의 면적(S)의 두 배일 수 있다.
전극의 면적 이외에 아크릴 층의 두께 역시 정전용량을 조정하는 인자(Factor)에 해당하므로 제1전극(110) 상에 형성된 아크릴 층(130)의 두께를 d, 제2전극(120) 상에 형성되는 아크릴 층(제2유전층, 140)의 두께를 0.7ⅹd로 조정할 수 있다(즉, K=0.7). 따라서 제1전극에 형성되는 캐패시턴스(C1)는 제2전극에 형성되는 캐패시턴스(C2)보다 크다.
다만 이는 본 발명을 설명하기 위한 예시에 불과하며 실험적으로 두께 및 면적을 조정할 수 있다. 따라서 도면에 도시된 K는 0.7에 한정되는 것이 아니다. 다만, 제2전극(120) 상에 형성된 아크릴 층(130)의 두께가 제1전극(110)상에 형성된 아크릴 층(110)의 두께보다 얇게 제조될 수 있다(즉 K＜1). 이는 제2전극(120)이 용기에 충전되는 물 등의 액상입자에 더 영향을 크게 받도록 하기 위해서이다. 이는 도 3을 통하여 상세히 설명하도록 한다.
이 경우 제1전극(110)과 제2전극(120)에 연결되어 있는 내부 발진회로가 발진신호를 인가하게 되면 각 전극에 형성된 정전용량에 의하여 발진 주파수가 영향을 받는다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 내부 발진회로로써 RC(Resistor-Capacitor) 발진회로가 사용될 수 있는데 RC 발진회로는 제1전극(110) 또는 제2전극(120)과 연결되어 내부 발진회로가 생성하는 발진신호에 영향을 준다. RC 발진회로는 전극의 연결상태에 따라 주파수가 정전용량에 비례하거나 반비례하도록 구성할 수 있다.
내부 발진회로는 전극의 수에 따라 2개일 수도 있으며 하나의 내부발진부가 시분할적으로 제1전극(110) 및 제2전극(120)에 반복적으로 연결되어 각각의 측정값이 산출되도록 구성될 수도 있음은 자명하다. 측정값은 회로의 구성에 따라서 주파수, 전압, 전류 등 다양한 전기적 특성을 측정한 값일 수 있으나 이하에서는 카운터 방식으로 클록신호를 카운트 한 카운트 값을 측정값으로 가정하고 설명하도록 한다.
제1전극(110) 또는 제2전극(120)의 정전용량에 의하여 영향을 받은 발진신호는 클록신호 생성부로 전달되어 클록신호로 변환할 수 있다. 클록신호 생성부로는 슈미트 트리거 회로(Schmitt trigger circuit)가 사용될 수 있다.
클록신호 생성부가 변환한 클록신호는 카운터기로 입력되고 카운터는 미리 설정된 시간 주기동안 클록신호를 카운팅한다. 따라서 카운터가 카운팅한 값은 제1전극(110)에 형성된 정전용량 또는 제2전극(120)에 형성된 정전용량을 반영하는 값이 된다.
이를 도 3를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 도 3는 본 발명의 레벨 감지 장치가 측정용기의 높이 H에 설치된 경우, 측정물인 물이 충전되면서 수면이 높이 H까지 근접하였다가 다시 용기바닥으로 내려가는 경우, 정전용량 및 카운트 값의 변화를 나타낸 도면이다.
구간 A는 충전용기(150)에 물이 충전되지 않아 본 발명의 레벨 감지 장치가 공기에 노출된 경우이며, 구간 B는 충전용기(150)에 물이 충전되어 수면이 H에 이른 경우를 의미하며, 구간 C는 충전용기(150)에서 물이 다시 빠지면서 수면이 바닥 으로 하강한 경우이다.
먼저, 구간 A, 즉 본 발명의 레벨 감지 장치가 공기 중에 노출된 경우, 제1전극(110)의 정전용량(C1)은 0.6 F이며, 이에 영향을 받아 카운트 값(제1측정값)은 1500일 수 있다. 제2전극의 정전용량(C2)은 제1전극(110)의 정전용량(C1)에 비하여 약 4배가 적은 0. 15 F이며, 이에 영향을 받은 카운트 값(제2측정값)은 2000일 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과하며, 제1전극(100)과 제2전극(100)의 면적 및 각각의 전극상에 형성된 유전층의 두께의 구성에 따라 달라질 수 있음은 자명하다. 예를 들어 제 1전극(100) 면적을 제2전극 면적의 8배로 하고, 제1전극 상의 유전층의 두께가 제2전극 상의 유전층의 두께의 2배로 하면, C1은 C2의 4배가 된다(즉 도 2에서 K=0.5).
다만, 회로의 구성에 따라 카운트 값은 발진회로의 주파수에 비례하고, 발진회로의 주파수는 회로의 구성에 따라 정전용량에 반비례할 수 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 레벨 감지장치의 내부 발진회로의 주파수는 정전용량에 반비례 하도록 회로가 구성되어 있는 것을 알 수 있다.
그러나 측정물인 물(water)이 측정용기에 충전되면서 수면이 높이 H에 이른경우 즉, 구간 B에서는 제1전극(110)과 제2전극(120)에 형성되는 정전용량(C1, C2)은 바뀌게 된다. 이는 물의 유전율이 80이므로, 물에 인접하여 설치된 제2전극(120)의 정전용량(C2)은 물의 유전율의 영향을 받아 제1전극(110)의 정전용량(C1)보다 급격하게 커지게 된다. 또한, 제2전극(120)이 물에 인접하였을 뿐만 아니라 아크릴 층의 두께를 제2전극(120)상에 형성된 부분을 더 얇게 제조하여 물의 영향을 크게 받기 때문에 C2는 C1에 비하여 급격하게 커진다.
이 경우 앞서 언급한 바와 같이 온도가 100도 이상으로 상승하여 유전율이 50으로 하강한다고 하더라도 제2전극(120)의 정전용량이 제1전극(110)의 정전용량보다 커지는 데에는 변함이 없다. 따라서 별도의 온도 보정 작업이 생략될 수 있다.
제 2전극(120)의 정전용량(C2)이 제1전극(110)의 정전용량(C1)을 초과하게 되면, 카운터가 카운팅한 값도 바뀌게 된다. 제1전극(110)의 정전용량(C1)은 1 F으로 변화되고 이에 영향을 받은 카운트 값(제1측정값)은 1500에서 1400으로 100 카운트만큼 하강한다. 그러나 이에 비하여 제2전극의 정전용량은 4F으로 변화하게 되고 측정되는 카운팅 값(제2측정값)은 1200으로 800 카운트만큼 급격하게 하강하게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 해당하는 레벨 감지 장치에 포함된 비교기 회로(미도시)에 상술한 제1전극(110)으로부터 측정되는 카운트 값(제1측정값) 및 제2전극(120)으로부터 측정되는 카운트 값(제2측정값)을 두 입력으로 하게 되면 출력신호의 방향이 반대가 된다. 즉, 비교기 회로는 본 발명의 레벨 감지 장치에서 레벨을 감지하는 판단부가 된다.
판단부의 출력을 LED 등의 표시장치에 연결하면 측정물이 높이 H에 이르렀음을 사용자에게 표시할 수 있다.
그러나 구간 C, 즉, 물이 하강하여 본 발명의 레벨 감지 장치가 다시 공기 주에만 노출되면 다시 제1전극(110)의 정전용량(C1)이 제2전극(120)의 정전용 량(C2)보다 커지게 되며, 카운트 값도 제1전극으로부터 측정되는 카운트 값(제1측정값)이 제2전극으로부터 측정되는 카운트 값(제2측정값)에 비하여 다시 작아지게 된다.
다만, 물이 하강한 경우 공기 중에 H2O 입자들이 많아지거나(습도가 높음) 용기의 벽면에 물방울이 맺혀, 제1전극(110)의 정전용량(C1)이 0.6 F로 정확히 복귀하지 않을 수 있다. 그러나 이는 실험적으로 상술한 제1전극(110) 및 제2전극(120)의 면적 및 아크릴 층의 두께 조정으로 해소할 수 있다.
제1전극(110)의 정전용량(C1)이 제2전극(120)의 정전용량(C2)보다 다시 커지므로 카운트 값도 제1전극(110)으로부터 측정된 카운트값(제1측정값)이 제2전극(120)으로부터 측정된 카운트 값(제2측정값)보다 다시 작아지게 된다.
따라서 카운터와 연결된 비교기의 출력신호는 구간 A에서 출력되는 출력신호와 동일하게 되어 사용자는 측정물인 물이 높이 H이하로 하강하였음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 레벨 감지장치는 서로 다른 면적과 서로 다른 유전층의 두께를 갖는 레퍼런스 전극과 레벨 감지 전극을 하나의 회로기판의 양면에 실장함으로써 간단히 측정물의 레벨을 측정할 수 있다.
또한, 별도의 레퍼런스 전극을 충전용기(150)의 하단에 설치하여 물의 온도를 미리 감지하거나 카운트 하여 온도변화에 따른 카운트 변화값을 보상해 주어야 할 필요가 없다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 레벨 감지 장치의 구성 중 일부를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 레벨 감지 장치는 충전용기의 내면에 수직으로 설치되어 제1전극(110)과 제2전극(120)이 각각 충전용기 (150)의 상, 하의 방향으로 배치되도록 한다. 기타 제1전극(110)과 제2전극(120)의 면적 및 아크릴 층의 두께는 도 2에서 설명한 바와 동일한 것으로 가정한다. 다만 도 4에서는 아크릴 층이 일체로 구성되어 있으나 제1전극(110)과 제2전극(120)위에 형성된 아크릴 층의 두께는 상이하게 구성된다.
이 경우 물이 충전되면 수면이 상승하여 레벨 감지 장치에 이르게 되며 물은 제2전극(120)방향의 아크릴 층에 먼저 접촉하게 된다.
이 경우에도 도 3에서 설명한 정전용량 및 카운트 값의 변화가 그대로 적용된다. 즉, 수면이 충전용기의 바닥면에 위치한 경우에는 레벨 감지 장치가 공기 중에 노출됨으로 인하여 제1전극(110)의 정전용량이 제2전극(120)의 정전용량보다 크다.
그러나 수면이 상승하여 제2전극(120)방향의 유전층에 접촉하는 순간 제2전극(120)의 정전용량은 급격하게 상승하기 때문에 제1전극(110)의 정전용량을 초과하게 된다. 이에 따라 카운터 값도 제2전극(120)으로부터 측정되는 카운터 값이 제1전극(110)으로부터 측정되는 카운트 값보다 작아지게 된다.
따라서 이 경우 수면이 본 발명의 레벨 감지 장치에 도달하였음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 레벨 감지 장치를 이용한 레벨 감지 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 세 개의 레벨 감지 장치(100a, 100b, 100c)가 충전용기(150)의 높이에 따라 다단으로 설치된다. 레벨 감지 장치는 도 2에서 설명한 바와 같이 충전용기(150)의 외면에 설치되 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 도 4에서 설명한 바와 같이 충전용기(150)의 내면에 설치될 수 있다.
충전용기(150)의 하단에서부터 차례로 레벨 감지 장치가 설치되며 충전용기(150)에 물이 충전되면서 수면이 A에서 B로 상승하게 되면 해당 높이의 레벨 감지 장치(100a)가 해당 높이에 이르렀음을 감지할 수 있다.
또한 물이 계속 충전되면서 수면이 B에서 C, C에서 D로 충전되면서 각각의 레벨 감지 장치(100b, 100c)가 물의 영향을 받아 각각의 레퍼런스 전극과 레벨 감지 전극으로부터 측정되는 카운트 값의 변화를 이용하여 해당 높이까지의 충전을 감지할 수 있게 된다.
도 1은 물의 특성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 감지 장치의 측면도.
도 3는 본 발명의 레벨 감지 장치가 측정하는 정전용량 및 카운트 값의 변화를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 레벨 감지 장치의 구성 중 일부를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 레벨 감지 장치를 이용한 레벨 감지 시스템의 구성을 나타낸 도면.

Claims (6)

  1. 측정물의 레벨을 측정하는 레벨 감지 장치에 있어서,
    회로기판;
    상기 회로기판의 일면과 타면에 서로 다른 면적으로 형성된 제1전극 및 제2전극;
    상기 제1전극 위와 상기 제2전극 위에 각각 다른 두께로 형성된 제1유전층 및제2유전층 및
    상기 회로기판을 통하여 상기 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 제1전극 및 상기 제2전극으로부터 측정되는 각각의 측정값을 이용하여 상기 측정물의 레벨을 판단하는 판단부를 포함하는 레벨 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극의 면적과 상기 제1유전층 및 상기 제2유전층의 두께는
    상기 레벨 감지 장치가 공기 중에 노출된 경우
    상기 제1전극에 형성되는 정전용량이 상기 제2전극에 형성되는 정전용량을 초과하도록 형성된 것을 특징으로 하는 레벨 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극의 면적과 상기 제1유전층 및 상기 제2유전층의 두께는
    상기 제2전극에 형성되는 정전용량이 상기 제1전극에 형성되는 정전용량을 초과하도록 형성된 것을 특징으로 하는 레벨 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레벨 감지 장치는
    상기 제1전극 또는 상기 제2전극 중 하나 이상과 연결된 내부 발진회로를 더 포함하며 상기 내부 발진회로로부터 생성되는 발진신호의 주파수는 상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 형성되는 각각의 정전용량에 의해 변화하는 것을 특징으로 하는 레벨 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레벨 감지 장치는
    상기 측정물이 충전되는 충전용기의 내면에 상기 내면과 수직으로 부착되거나
    상기 충전용기의 외면에 상기 외면과 평행하게 부착된 것을 특징으로 하는 레벨 감지 장치.
  6. 측정물의 레벨을 측정하는 레벨 감지 시스템에 있어서,
    상기 측정물이 충전되는 충전용기의 내면 또는 외면에 하나 이상의 레벨 감지장치를 다단으로 포함하되,
    상기 하나 이상의 레벨 감지는
    회로기판; 상기 회로기판의 일면과 타면에 서로 다른 면적으로 형성된 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 위와 상기 제2전극 위에 각각 다른 두께로 형성된 제1유전층 및 제2유전층 및 상기 회로기판을 통하여 상기 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 제1전극 및 상기 제2전극으로부터 측정되는 각각의 측정값을 이용하여 상기 측정물의 레벨을 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨 감지 시스템.
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