KR20100085418A - 정전용량 수위 감지센서 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전용량 수위 감지센서 및 시스템을 개시한다.

본 발명의 정전용량 수위감지시스템은 액체를 저장하는 액체 저장탱크와; 상기 액체 저장탱크의 상부에 관통공을 통해 탱크 내부로 센서의 탐침봉이 들어가고; 액체 저장탱크의 액체가 하단에서부터 상단부까지 채워지거나 상단부에서 하단부까지 빠져나갈 때 액체면의 수위에 따라 정전용량의 변화를 감지하는 정전용량 감지센서와; 상기 정전용량 감지센서에서 감지된 정전용량의 변화량을 수위값으로 변환하도록 신호를 처리하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 처리된 신호처리값을 표시하는 표시부를 포함하여 구성된다.

액체, 정전용량, 감지센서, 저장탱크, 수위, 전극

Description

정전용량 수위 감지센서 및 시스템{Electrostatic capacitance type sensor for detecting liquid level and system}

본 발명은 정전용량 수위 감지센서의 전극 배치 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체 저장탱크 내부에 저장된 액체의 수위를 측정하기 위하여 정전용량 수위감지센서를 액체 저장탱크 내부에 설치함으로써 액체 수위를 정확하게 감지하여 감지 정보에 대한 실효성을 보장할 수 있는 정전용량 수위감지시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체나 LCD와 같은 분야에서는 물이나 화학약품과 같은 액체를 보관하다가 사용처에 따라 정확한양을 공급할 수 있는 저장탱크와 같은 장치를 필요로 한다. 이때, 유량계을 이용하여 그 공급량을 측정함으로써 화학약품과 같은 액체를 저장탱크로부터 반응이 일어나는 곳으로 공급한다.

그러나, 대부분의 반도체나 LCD 가공처리에 필요한 화학약품은 맹독성을 가지고 있거나 금속 저장탱크를 녹이는 성질을 가지고 있으므로 이런 액체에 녹지 않는 고분자화합물을 금속용기 안팎으로 코팅을 하여 화학약품과 같은 액체를 저장하 는데 사용한다.

또한, 외부로부터 화학약품을 저장탱크 안에 넣을 때는 저장탱크 안의 액체면의 높이를 알아내어 저장하는 양을 계산하거나 액체면의 높이 변화에 따라 저장시기를 결정함으로써 저장탱크로부터 화학반응이 일어나는 곳으로 지속적인 화학약품과 같은 액체를 공급할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 수위 감지센서가 적용된 저장탱크를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 종래 기술에서는 액체면의 수위를 측정하기 위해 저장탱크(t) 안의 액체면 높이를 측정하는 장치로 초음파센서나 레이더센서를 이용한다. 이들, 초음파센서나 레이더센서(11)는 저장탱크(t)의 위쪽에 설치하여 액체의 표면에서 초음파나 마이크로파가 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 액체면의 높이(d)를 계산한다.

그러나, 이와 같은 초음파센서나 레이더센서를 이용한 수위측정방식에서의 수위 감지센서는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 초음파나 마이크로파를 발사하고 반사하는 파를 잘 수신하기 위해 센서의 수신부를 크게 해야 하므로 무게가 많이 나가서 액체 저장탱크(t)의 위쪽 가운데에 견고한 구조물로 고정시켜야 한다.

둘째, 액체면의 상태에 영향을 많이 받는다. 즉, 초음파나 마이크로파가 잘 반사가 되기 위해서는 액체면의 유동이 심하거나 포말 상태가 오래 지속되면 감지를 하지 못한다. 또한, 감지 물질이 분체나 분말일 때는 반사파가 잘 도달하지 않아 감지가 곤란한 단점이 있다.

셋째, 액체에서 증발하는 증기가 센서의 발신부나 수신부 표면에 달라붙어 응축함으로써 송수신을 방해하여 시간이 지남에 따라 오차가 증가하여 주기적으로 센서를 꺼내 세척을 하고 출력값을 세팅해주어야 하므로 그에 따른 관리의 어려움과 측정 정보에 대한 실효성 보장이 낮은 단점이 있다.

한편, 종래에는 초음파나 마이크로파를 이용한 센서의 단점을 해결하기 위해 탐침봉을 직접 액체에 넣어 탐침봉이 잠기는 정도를 전기신호로 바꾸는 정전용량 수위 감지센서가 제안된 바 있다.

이러한 탐침봉 타입의 정전용량 수위 감지센서는 전극을 두 개로 하여 감지전극 주위 에 형성되는 전기장을 이용해서 감지 물질의 변화를 알아내기 때문에 감지하려는 액체의 성질에 따라 정확한 측정을 하지 못하고 오차가 심할 뿐만 아니라 점성이 높은 액체인 경우 액체가 탐침봉의 표면에 붙어 있을 때 실제 액체면의 수위가 내려가도 계속 감지를 해서 오동작의 발생이 빈번하게 일어나는 문제점이 있었다.

도 2는 종래의 2전극 정전용량 센서의 작동을 나타낸 그림으로 주로 전극 주위에서 전기장을 형성하고 물체가 왔을 때 전극 주위의 변화에 민감하게 작용한다.

또한, 상기 2전극 정전용량 수위 감지센서는 전극 구성의 한계로 한 곳의 수위 밖에 측정하지 못하여 여러 곳의 수위를 측정하려면 원하는 액체의 수위에 센서를 추가 설치해야 하므로 액체 저장탱크(t)에 구조적인 문제를 야기하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액체 저장탱크의 내부에 저장된 액체의 수위를 측정하기 위한 전극 구성을 개선하여 액체의 성질이나 유동성에 상관없이 정확한 수위를 측정할 수 있도록 하여 측정치에 대한 신뢰성을 높일 수 있도록 한 정전용량 수위 감지센서 및 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 액체 면의 수위가 여러 곳인 경우에도 부가적인 센서의 설치 없이 측정할 수 있도록 한 정전용량 수위 감지센서 및 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 수위 감지시스템은, 액체가 저장된 액체저장탱크의 내부에 구비되어 수위에 따라 정전용량의 변화량을 감지하는 정전용량 수위감지센서 및 이 정전용량 수위감지센서에서 감지된 정전용량의 변화량을 수위 값으로 변환하도록 신호처리하는 신호처리부 그리고 이 신호처리부에서 처리된 신호처리값을 표시하는 표시부를 포함하는 정전용량 수위 감지시스템에 있어서, 상기 정전용량 수위감지센서는 액체를 통과하는 전기력선의 밀도 변화로 액체면의 수위를 검출하기 위한 것으로 액체저장탱크의 내벽에 형성되는 제3전극인 외부전극수단과; 상기 액체저장탱크의 내부에 배치되는 것으로 내절연 파이프의 외주면에 접지전극인 제2전극, 절연재로 된 절연링, 동파이프 또는 동박으로 된 제1전극, 절연링, 제2전극이 순차적으로 구비되어 외절연 파이프에 수용 고정되는 내부전극수단을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 제1전극과 제2전극은 각각의 전선으로 연결되어 신호처리부에 전기적으로 연결되고, 상기 제3전극인 외부전극수단은 액체저장탱크의 내벽 또는 외벽에 도체요소를 구비하여 전선으로 신호처리부에 전기적으로 연결되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 도체요소는 상기 액체저장탱크가 금속재로 구비되거나 또는 액체저장탱크의 내벽 또는 외벽에 금속재를 부착하여 된 것에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 수위감지센서는 액체가 저장된 액체저장탱크의 내부에 구비되어 수위에 따라 정전용량의 변화량을 감지하는 정전용량 수위감지센서에 있어서, 상기 액체저장탱크의 내부에 배치되는 것으로 내절연 파이프의 외주면에 접지전극인 제2전극, 절연재로 된 절연링, 동파이프 또는 동박으로 된 제1전극, 절연링, 제2전극이 순차적으로 구비되어 외절연 파이프에 수용 고정되는 내부전극수단과; 상기 액체저장탱크에 구비되어 상기 내부전극수단과 함께 액체를 통과하는 전기력선의 밀도 변화로 액체면의 수위를 검출하는 제3전극인 외부전극수단을 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 제1전극과 제2전극은 각각의 전선 으로 연결되고, 상기 제3전극인 외부전극수단은 액체저장탱크의 내벽 또는 외벽에 도체요소를 구비하여 전선으로 연결되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 도체요소는 상기 액체저장탱크가 금속재로 구비되거나 또는 액체저장탱크의 내벽 또는 외벽에 금속재를 부착하여 된 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 정전용량 수위 감지 시스템은 종래의 두 개의 전극을 이용한 정전용량 수위감지센서의 한계를 넘어서 액체저장탱크 내부의 수위를 정밀하고 정확하게 측정할 수 있어 측정치에 대한 신뢰성을 대폭 높일 수 있어 산업상 대단히 유용한 효과를 제공할 수 있다.

특히, 점도가 높은 액체가 감지센서의 외부에 달라붙어 오동작하는 원인을 제거함으로써 센서의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 기대된다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 수위 감지 시스템의 전체적인 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 정전용량 수위감지센서의 감지구조를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, (a)는 액체저장탱크 내부의 미리 설정한 특정한 수위에 액체가 도달했을 때 감지하는 것을 나타낸 것이고, (b)는 액체저장탱크의 내부에서 미리 설정한 세 곳의 위치에 액체가 도달했을 때 각각 감지하는 것을 나타낸 것이며, (c)는 측정 범위 내에서 액체의 수위가 변할 때 연속적으로 감지하여 액체의 수위에 비례하여 출력이 나오도록 하는 아날로그형을 나타낸 것이다.

그리고, 도 5는 본 발명에 따른 정전용량 수위감지센서에서 내부전극수단의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 정전용량 수위감지센서의 전기적 연결 구성을 설명하기 위한 모식도이며, 도 7은 도 3에 본 발명에 따른 정전용량 수위 감지센서의 전극구성과 센서 배치에 관한 예시 도면이다.

끝으로, 도 8은 본 발명에 따른 정전용량 수위 감지센서의 3전극 배치에 따라 형성되는 전기장의 등전위면 분포곡선을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 3전극 수위감지센서와 종전의 수위 감지센서를 비교한 등전위면 분포곡선을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 정전용량 수위 감지시스템은, 크게 액체 상태의 내용물을 저장하는 액체저장탱크(110)와, 이 액체저장탱크(110)내에 설치되어 수위를 감지하기 위한 정전용량 수위감지센서(120) 및 이를 상기 액체저장탱크(110)의 내부에 고정 지지하는 체결부(130)와, 상기 정전용량 수위감지센서(120)로부터 신호를 인가 받아 처리하는 신호처리부(140) 및 이 신호처리부(140)로부터 결과 값을 인가 받아 화면으로 나타내는 표시부(150)로 이루어진다.

상기 액체저장탱크(110)는 내부에 액상의 화학약품을 보관 저장하는 일종의 용기로서, 일측에는 액체를 공급 및 반출시키기 위한 관들이 연결되고 그 일측으로는 외부에서 육안으로 수위를 관찰할 수 있도록 바이패스 파이프(113)가 연결되는 구성이다.

상기 정전용량 수위감지센서(120)는 화학약품과 같은 액체로부터 견딜 수 있도록 고분자화합물(예를 들면, PVC, PE, PEEK, PTFE, PFA 등)과 같은 부도체로 피복을 하여 액체가 내부 전극에 닿는 것이 방지되는 구조이다. 이러한 정전용량 수위감지센서(120)는 체결부(130)를 통해 상기 액체저장탱크(110)에 고정되어 액체의 수위가 변할 때 유동되지 않도록 구비된다.

상기 신호처리부(140)는 상기 정전용량 수위감지센서(130)에서 감지된 정전용량의 변화량을 수위값으로 변환하도록 검파회로, 증폭회로 및 출력회로를 경유하여 신호처리하는 요소이다. 여기서, 상기 신호처리부(140)를 구성하는 검파회로, 증폭회로 및 출력회로는 공지의 기술에 의해 널리 실시되고 있고 본 발명 또한 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 표시부(150)는 상기 신호처리부(140)에서 처리된 신호처리값을 인가받아 LED나 LCD 디스플레이 등을 통해 작업자가 용이하게 판별할 수 있도록 숫자나 그래프로 나타내는 요소이다. 이러한 표시부(150) 역시 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세 설명은 생략한다.

이러한 구성의 정전용량 수위 감지시스템은 종전의 구성과 대동소이하다. 다만, 본 발명은 정전용량 수위감지센서(120)를 제1전극과 제2전극으로 구성하고, 상기 액체저장탱크(110)를 제3전극으로 구성하여 액체저장탱크(110) 내의 수위를 정밀하고 정확하게 측정하여 신뢰성을 보장할 수 있도록 하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 정전용량 수위 감지시스템은, 액체저장탱크(110) 자체가 원통형의 축전기로 작용하도록 세 개의 전극을 구비하며, 제1,2전극은 본 발명의 정전용량 수위감지센서(120)에 마련되고, 제3전극은 액체저장탱크(110)에 마련된다.

이를 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 본 발명의 정전용량 수 위감지센서(120)는 크게 내부전극수단(120a)과 외부전극수단(120b)로 구성된다.

상기 내부전극수단(120a)은 양극인 제1전극과 접지전극인 제2전극으로 결합 구성되어 상기 액체저장탱크(110)의 내부에 구비되고, 상기 외부전극수단(120b)은 상기 액체저장탱크(110)의 내벽 또는 외벽에 마련되는 제3전극으로 이루어진다.

즉, 상기 내부전극수단(120a)을 이루는 제1전극은 감지부 양극(+극)을 형성하고, 상기 제2전극은 감지 영역을 벗어난 부분의 감지를 방지하는 차단전극(접지용 전극)으로 구성된다. 이러한 제1전극과 제2전극이 결합한 형태의 내부전극수단(120a)은 화학약품으로 된 액체에 닿아 전극이 부식 또는 통전되는 것을 방지하기 위하여 고분자화합물로 코팅된다.

한편, 상기 내부전극수단(120a)은 상기 액체저장탱크(110)의 내부 일측에 구비된 지지요소인 체결부(130)에 마운팅되어 고정된다.

또한, 상기 외부전극수단(120b)은 상기 액체저장탱크(110)의 내벽 또는 외벽에 일체로 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 액체저장탱크(110)는 액상의 화학약품을 보관 저장하는 용도 외에도 제3전극의 역할을 한다.

이하, 상기 정전용량 수위감지센서(120)를 구성하는 내부전극수단(120a)과 외부전극수단(120b)의 구성을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 5에 나타낸 정전용량 수위감지센서(120)를 구성하는 내부전극수단(120a)은 전극과 액체의 접촉을 차단하기 위한 고분자화합물인 외절연 파이 프(121)와, 이 외절연 파이프(121)의 중심에 구비되는 것으로 상기 외절연 파이프(121)와 다른 고분자 화합물로 성형된 내절연 파이프(128) 그리고 양극이 제1전극(127) 및 이 제1전극(127)의 양측으로 각각의 절연링(126a,126b)을 사이에 두고 배치되는 접지전극인 한 쌍의 제2전극(125a,125b)으로 이루어진다.

이와 같은 구성의 내부전극수단(120a)의 조립 구성을 살펴보면, 상기 길이재의 내절연 파이프(128)를 준비하고, 그 외주면으로 동파이프로 된 제2전극(125a)을 끼워 하방향으로 내린다. 이때, 상기 제2전극(125a)은 그 일단에 전선(131)이 연결되고, 이 전선(131)은 상기 내절연 파이프(128)의 내부를 통해 상측으로 배선되어 체결부(130)를 통과하여 신호처리부(140)에 전기적으로 연결된다.

이어서, 절연재로 된 절연링(126a)을 상기 내절연 파이프(128)의 외주면에 끼워 하방향으로 내려 상기 제2전극(125a)과 맞닿게 한다. 그리고 동파이프로 된 제1전극(127)을 상기 내절연 파이프(128)의 외주면에 끼워 하방향으로 내려 상기 절연링(126a)에 접촉되게 한다. 이때 상기 제1전극(127)은 상기 제2전극(125a)과 마찬가지로 전선(131)으로 연결되어 상기 내절연 파이프(128)의 내부를 통해 상기 신호처리부(140)에 전기적으로 연결되게 배선 처리된다.

이어서, 상기 내절연 파이프(128)의 외주면으로 절연링(126b)과 제2전극(125b)을 순차적으로 끼워 하방향으로 내리고, 이때의 상기 제2전극(125b)은 상기의 제2전극(125a)과 전기적으로 연결되게 배선처리된다.

끝으로, 상기 내절연 파이프(128)의 내부를 통해 제1전극(127)과 제2전극(125a,125b)이 각각의 전선(131,132)로 상기 신호처리부(140)에 배선 처리된 상 태에서 외절연 파이프(121) 내에 수용하고 이들 내절연 파이프(128)와 제1전극(127) 및 제2전극(125a,125b) 그리고 절연링(126a,126b)으로 이루어진 결합체가 상기 외절연 파이프(121) 내에서 유동되는 것이 방지되게 에폭시를 주입하여 굳힌다. 에폭시가 굳으면 전선이 들어 있는 내절연 파이프(128)의 내부에 에폭시를 부어 굳힌 뒤 상기 체결부(130)에 끼워 내부전극수단(120a)의 조립을 완료한다.

한편, 상기 제2전극(125a,125b)은 동 파이프로 제공되어도 무방하나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 통전이 가능한 금속부재라면 다양한 형태의 것이 사용되어도 무방하다. 일예로, 상기 내절연 파이프(128)의 외주면에 구비되는 제2전극(125a,125b)을 동파이프 대시 동박으로 하여 상기 내절연 파이프(128)의 외주면을 감싸도록 구성할 수 있을 것이다. 이와 같이 상기 제2전극(125a,125b)을 동박으로 하는 경우에는 동파이프로 제작하였을 때 보다 지름을 감소시킬 수 있을 것이다.

체결부(130)는 아래의 내부전극수단(120a)을 고정하는 하우징(11)으로 이루어져 있다. 여기에는 상기 액체저장탱크(110)에 고정하는 나사체결부(136), 내부를 보호하는 뚜껑(134)으로 이루어져 있고 뚜껑에 구멍을 내서 전선을 신호처리부(140)에 연결시킨다. 외부전극수단(120b)인 제3전극은 액체저장탱크(110)가 금속일 경우에는 하우징(135)의 내부에 전선(133)을 납땜하여 액체저장탱크(110) 전체가 전극 역할을 하도록 구성된다.

만약 액체저장탱크(110)가 도체인 금속이 아니라 부도체라고 하면 외부전극 수단(120b)인 제3극을 형성하기 곤란하므로, 이런 경우는 액체저장탱크(110)의 외벽에 동박이나 동판(미도시)으로 저장탱크의 아래에서 위까지 좁은 폭으로 붙이고 전선(133)의 한 쪽을 여기에 납땜하고 다른 쪽으로 신호처리부(140)와 연결하는 것에 의해 실시될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명을 적용할 때 액체면의 수위를 알아내기 위한 여러 개의 센서를 조합할 수 있다. 도 4a과 같이 한 곳의 수위를 감지할 때와 도 4b와 같이 세 곳의 수위를 감지할 때는 상기에서 서술한 바와 같이 전극의 수를 감지하려는 수만큼 증가시켜 신호처리부(140)와 연결한다.

도 4c와 같은 액체면의 수위를 연속적으로 측정할 때도 상기 발명을 적용하면 된다. 대표적인 본 발명의 예시로, 도 6과 같이 액체면의 수위를 연속적인 양으로 측정하는 아날로그 센서부와 위와 아래에 최저 수위와 최고 수위를 알아내는 경보부의 센서를 각각 분리하여 신호처리부(140)에서 처리한다.

도 9는 본 발명을 적용한 3전극 정전용량 센서의 작동을 나타낸 그림으로 전극 주위 뿐만아니라 액체저장탱크를 제3의 전극으로 하여 전기장이 전극으로부터 탱크 내측 표면까지 형성이 되어 액체가 차올라 올 때 액체가 있는 곳과 액체가 없는 곳에 형성되는 전기장의 강도 차이가 뚜렷해서 감지 성능이 높아진다.

한편, 도 9의 (a)는 종래의 2전극 정전용량 수위감지센서에 점성이 높은 액체가 수위가 내려갔음에도 오랫동안 달라붙어 있는 경우를 나타낸 것으로, 2전극 정전용량 수위감지센서는 전극주위를 감지하여 실제 액체면의 수위가 내려갔음에도 불구하고 센서의 외주면에 묻어 있는 액체를 감지함에 따라 감지가 부정확하다.

본 발명은 두 평판 사이에 감지물체가 들어오는 전통적인 축전지를 액체저장탱크에 적용하였으므로 기존의 2전극 정전용량 센서가 전극 주위의 물체만 감지하는 특성과 비교할 때 액체와 같이 표면 상태가 진동에 의해 유동적이거나 포말이 있을 때도 효과적으로 액체면의 수위를 측정하는데 유리하다.

도 9의 (b)는 본 발명을 적용한 3전극 정전용량 센서에서 전극 주위에 액체가 묻어있을 때 등전위면을 나타내 것이다.

실제 액체가 아래로 내려갔을 때 액체를 통과하여 제3의 전극인 액체저장탱크의 내부면에 도달하는 전기력선과 감지전극 주위에 묻어있는 액체를 통과하여 도달한 전기력선의 차이가 도 8의 (b)와 비교할 때 차이가 별로 나지 않아 정확한 액체면의 수위를 알아낼 수 있다. 본 발명은 제2전극인 감지전극의 표면에서 나오는 전기력선이 제3전극인 액체저장탱크의 내부면에 도달하는 밀도차이로 액체의 수위를 판단하므로 종래의 2전극 정전용량 센서와 비교할 때 월등히 뛰어난 성능을 가지고 있다.

본 발명의 적용은 액체저장탱크 내부의 수위를 연속적으로 측정하는 아날로그형 센서에도 적용할 수 있다. 종래의 센서와 달리 본 발명을 적용하여 도 7과 같이 전극 구성을 하면 아래에는 액체면이 최저점에 도달했을 때 경보 신호를 내는 디지털형 센서, 중간에는 액체면의 수위를 연속적으로 측정하는 아날로그형 센서, 위에는 액체면에 최고점에 도달했음을 알리는 경보용 디지털형 센서를 구성할 수 있다. 이렇게 센서를 구성하면 별도의 센서를 액체저장탱크에 설치하지 않고도 다목적으로 적용할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 정전용량 수위감지센서는 종래의 2전극 정전용량 센서가 전극의 경계면에 감지물체인 액체가 왔을 때 모서리효과(edge effect) 때문에 비선형성이 강하게 나타는 현상이 있으나, 본 발명에서는 제1전극인 감지전극에서 나오는 전기력선이 공기 중을 통과할 때와 액체면을 통과하여 제3의 전극인 액체저장탱크의 내면에 도달하는 밀도 차이를 감지하여 액체면의 수위를 측정하기 때문에 모서리효과에 따른 비선형성 현상이 개선된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 초음파나 레이더 센서의 설치 구성을 나타낸 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 2전극 정전용량 센서의 작동을 설명하기 위한 모식도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 수위 감지 시스템의 전체적인 구성을 설명하기 위한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 정전용량 수위감지센서의 감지구조를 설명하기 위한 도면으로서,

(a)는 액체저장탱크 내부의 미리 설정한 특정한 수위에 액체가 도달했을 때 감지하는 것을 나타낸 것이고,

(b)는 액체저장탱크의 내부에서 미리 설정한 세 곳의 위치에 액체가 도달했을 때 각각 감지하는 것을 나타낸 것이며,

(c)는 측정 범위 내에서 액체의 수위가 변할 때 연속적으로 감지하여 액체의 수위에 비례하여 출력이 나오도록 하는 아날로그형을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 정전용량 수위감지센서에서 내부전극수단의 구성을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 정전용량 수위감지센서의 전기적 연결 구성을 설명하기 위한 모식도,

도 7은 도 3에 본 발명에 따른 정전용량 수위 감지센서의 전극구성과 센서 배치에 관한 예시 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 정전용량 수위 감지센서의 3전극 배치에 따라 형성되는 전기장의 등전위면 분포곡선을 나타낸 도면,

도 9는 본 발명에 따른 3전극 수위감지센서와 종전의 수위 감지센서를 비교한 등전위면 분포곡선을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 액체 저장탱크

113: 바이패스 파이프 (외부에서 수위를 관찰할 수 있는 경우)

120: 정전용량 수위감지센서

130: 체결부

140: 신호처리부

150: 표시부

Claims (6)

1. 액체가 저장된 액체저장탱크의 내부에 구비되어 수위에 따라 정전용량의 변화량을 감지하는 정전용량 수위감지센서 및 이 정전용량 수위감지센서에서 감지된 정전용량의 변화량을 수위 값으로 변환하도록 신호처리하는 신호처리부 그리고 이 신호처리부에서 처리된 신호처리값을 표시하는 표시부를 포함하는 정전용량 수위 감지시스템에 있어서,

   상기 정전용량 수위감지센서(120)는 액체를 통과하는 전기력선의 밀도 변화로 액체면의 수위를 검출하기 위한 것으로 액체저장탱크(110)에 형성되는 제3전극인 외부전극수단(120b)과;

   상기 액체저장탱크(110)의 내부에 배치되는 것으로 내절연 파이프(128)의 외주면에 접지전극인 제2전극(125a), 절연재로 된 절연링(126a), 동파이프 또는 동박으로 된 제1전극(127), 절연링(126b), 제2전극(125b)이 순차적으로 구비되어 외절연 파이프(121)에 수용 고정되는 내부전극수단(120a)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 수위 감지시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1전극(127)과 제2전극(125a,125b)은 각각의 전선(131,132)으로 연결되어 신호처리부(140)에 전기적으로 연결되고, 상기 제3전극인 외부전극수단(120b)은 액체저장탱크(110)의 내벽 또는 외벽에 도체요소를 구비 하여 전선(133)으로 신호처리부(140)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량 수위 감지시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 도체요소는 상기 액체저장탱크(110)가 금속재로 구비되거나 또는 액체저장탱크(110)의 내벽 또는 외벽에 금속재를 부착하여 된 것을 특징으로 하는 정전용량 수위 감지시스템.
4. 액체가 저장된 액체저장탱크의 내부에 구비되어 수위에 따라 정전용량의 변화량을 감지하는 정전용량 수위감지센서에 있어서,

   상기 액체저장탱크(110)의 내부에 배치되는 것으로 내절연 파이프(128)의 외주면에 접지전극인 제2전극(125a), 절연재로 된 절연링(126a), 동파이프 또는 동박으로 된 제1전극(127), 절연링(126b), 제2전극(125b)이 순차적으로 구비되어 외절연 파이프(121)에 수용 고정되는 내부전극수단(120a)과;

   상기 액체저장탱크(110)에 구비되어 상기 내부전극수단(120a)과 함께 액체를 통과하는 전기력선의 밀도 변화로 액체면의 수위를 검출하는 제3전극인 외부전극수단(120b);

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정전용량 수위감지센서.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제1전극(127)과 제2전극(125a,125b)은 각각의 전선(131,132)으로 연결되고, 상기 제3전극인 외부전극수단(120b)은 액체저장탱크(110)의 내벽 또는 외벽에 도체요소를 구비하여 전선(133)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량 수위 감지시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 도체요소는 상기 액체저장탱크(110)가 금속재로 구비되거나 또는 액체저장탱크(110)의 내벽 또는 외벽에 금속재를 부착하여 된 것을 특징으로 하는 정전용량 수위 감지시스템

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