KR20120000414U - 정전용량 변화 감지방식의 수위센서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 정전용량 변화 감지방식의 수위센서에 관한 것이다. 최근 핸드폰, 가전제품등과 같은 전자제품의 키 입력수단으로 터치센서의 활용도가 높아지고 있다. 기계식 스위치를 사용할 경우 제품의 디자인이 조악해지고 기구설계가 어려우며 장기간 사용시 스위치 마모현상, 때타는 현상등의 불편함이 있기 때문이다. 스위치로 터치센서를 사용할 경우 터치센서는 정전용량 방식을 많이 사용하고 있다. 이것은 키 인식이 필요한 곳에 도체면 [PAD]을 형성해 놓고 이 도체면과 기준점간의 정전용량의 변화를 감시하여 키를 인식하는 방식이다. 이것은 사람의 손이 도체면에 가까워지면 인체의 정전용량이 도체면으로 일부 이동하여 도체면의 정전용량이 증가하기 때문이다. 종전에는 탱크의 수위를 감지하기 위하여 탱크내에 파이프 또는 봉을 설치한 후 그것에 부력을 가진 [물보다 가벼운] 물체를 끼워 넣고 그 물체의 위치를 감지하여 수위를 감지하는 방식을 많이 사용하여 왔다. 그러나 이러한 종래의 방식은 물체에 이끼가 끼는등 비위생적이였다. 정전용량 방식의 센서는 센서부에 인체의 손이 닿아도 정전용량이 증가하여 감지가 가능하지만 센서부에 물이 접근하여도 정전용량이 증가하여 감지가 가능하다. 본 고안의 정전용량 변화 감지방식의 수위센서를 사용할 경우 감지센서가 탱크의 외부에 설치되고 또 물과는 격리되어 있기 때문에 때낌 현상이 없어 위생적이고 그 구조가 간단하여 기구설계가 용이하며 원가절감의 효과가 크다.

정전용량 변화 감지방식의 수위센서.

Description

정전용량 변화 감지방식의 수위센서{ Water Level Sensor by Sensing the change of capacitance. }

본 고안은 정전용량 변화 감지방식의 수위센서에 관한 것으로 수위를 감지할 위치에 도체의 패드 [Pad]를 형성해 놓고 기준점과 그 패드간의 정전용량 [Capaitance]의 변화를 감지하여 패드를 형성해 놓은 곳까지 수위가 올라와 있는지, 그렇지 않은지를 판단하는 수위센서에 관한 것이다.

본 고안은 수위센서에 관한 것으로 수위를 판단하기 위한 높이의 탱크 외벽에 도전성 패드 [Electric Pad]를 설치하여 기준점과 그 패드간의 정전용량의 변화를 감지하여 정전용량이 일정치 이상으로 상승하면 수위가 그곳까지 도달한 것으로 판단하고 그렇지 않을 경우는 수위가 그 위치까지 도달하지 않은 것으로 판단하는 방식의 수위센서에 관한 것이다. 도 1 과 같이 구성된 종래방식의 수위센서에 있어서는 자성을 가진 부력체를 도 1 에서와 같이 탱크 내부에 설치하고 탱크 외부에 고수위 자성 감지센서, 중수위 자성 감지센서, 저수위 자성 감지센서와 같이 자성 감지센서를 탱크외부에 부착하여 수위를 판단하여 왔다. 그러나 이러한 방식은 탱크 내부에 자성을 가진 부력체를 내장시켜야 하기 때문에 부력체에 때가 끼는 등 비 위생적이고 탱크의 기구설계가 간단치 않고 또 조립성도 나쁘기 때문에 탱크 외부에서 수위를 판단하는 새로운 방식의 수위센서가 요구되어 왔다.

본 고안의 목적은 탱크 외부에 센서를 부착하여 탱크 내부의 수위를 감지하는 방식의 수위센서를 구현하는 것에 있다.

본 고안에 있어서는 수위를 판단할 탱크 외벽에 도전성 패드 [Electric Pad]를 형성하여 놓고 그 패드와 기준점간의 정전용량의 변화를 감지하여 수위를 판단하는 것이다. 예를 들어 터치 키에 있어서는 키 입력감지부에 도전성 패드를 설치해 놓고 그 패드와 기준점간의 정전용량의 변화를 감지해서 키 입력을 판단하는 것이다. 이것은 인체의 손이 도전성 패드에 접근하면 그 패드와 기준점간의 임피던스가 낮아지기 [결과적으로 정전용량이 커지기] 때문에 이것을 감지하여 키 입력을 인식하는 것이다. 그런데 인체뿐 아니라 물이 도전성 패드에 접근하여도 정전용량이 커지기 때문에 이것을 감지하여 수위를 판단하는 것이다. 예를 들어 탱크용량의 90％까지 물이 차는 위치를 고수위, 50％까지 물이 차는 위치를 중수위 20％까지 물이차는 위치를 저수위라 할때, 현재 수위가 고수위인지, 중수위인지, 저수위인지 판단기 위하여 탱크 외벽의 90％ 위치와, 50％위치, 그리고 20％위치에 도전성 패드를 설치한 후 각 패드와 기준점간의 정전용량 변화 [Capacitance Change]를 감지하여 수위를 판단하는 것이다.

본 고안에 따른 수위센서는 수위를 감지할 부위의 탱크 외벽에 도전성 패드를 설치하여 수위를 감지하기 때문에 위생적이고, 설계 및 제작이 간단하여 원가 절감의 효과가 크다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 수위감지 센서의 동작원리를 도면과 함께 상세히 설명한다. 도 2 의 실시 예에서 (1)은 탱크에 수위센서를 직접 부착한 방식의 일 실시 예이고, (2)는 탱크와 고무호스로 연결된 수위센서용 보조탱크[1']에 수위센서를 부착한 방식의 일 실시 예이다. 도면에서 2 는 수위센서 보드이며 그 회로 구성도가 2'에 나타나 있다. 수위센서의 인쇄회로 기판에 고수위 패드 [P_H], 중수위 패드 [P_M], 저수위 패드 [P_L]을 설치한 후 각 패드는 각각 별도의 임피던스 비교기에 연결되어 있다. 저수위 까지 물이 올라가면 저수위 패드 [P_L]의 정전용량이 저수위 기준 용량[Cr_L]보다 커지게 되어 저수위 비교기 [U_L]가 하이 [High;1]를 출력한다. 중수위 패드 [P_M]의 정전용량이 중수위 기준용량 [Cr_M]보다 커지게 되면 중수위 비교기 [U_M]가 하이 [High;1]를 출력하고 그렇지 않으면 로우 [Low;0]를 출력한다. 마찬가지로 고수위 패드 [P_H]의 정전용량이 고수위 기준용량 [Cr_H]보다 커지게 되면 고수위 비교기 [U_H]가 High 를 출력한다. 고수위 비교기 출력을 O_H, 중수위 비교기 출력을 O_M, 저수위 비교기 출력을 O_L 이라고 하면

와 같이 각 비교기의 출력으로 현재의 수위상태를 판별할 수 있다. 최근 터치센서의 보급이 일반화 되어 있어 터치센서에 사용하는 임피던스 비교기 [터치센서 IC]를 사용하면 성능이 좋으면서 값싼 수위센서를 구성할 수가 있다.

도 1 은 종래의 수위센서를 나타내는 도면.

도 2 는 본 고안에 따른 수위센서의 일 실시 예를 나타내는 도면.

도 2 의 (1)은 본 고안에 따른 수위센서를 탱크에 직접 부착하는 경우의 일 실시 예를 나타내는 도면.

도 2 의 (2)는 본 고안에 따른 수위센서를 수위센서용 보조 탱크에 부착하는 경우의 일 실시 예를 나타내는 도면.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1; 탱크

1'; 수위센서용 보조 탱크

2; 수위센서 보드

2'; 수위센서 회로 구성도

V; 밸브

P_H; 고수위 패드

P_M; 중수위 패드

P_L; 저수위 패드

Cr_H; 고수위 기준용량

Cr_M; 중수위 기준용량

Cr_L; 저수위 기준용량

U_H; 고수위 임피던스 비교기

U_M; 중수위 임피던스 비교기

U_L; 저수위 임피던스 비교기

O_H; 고수위 임피던스 비교기 출력

O_M; 중수위 임피던스 비교기 출력

O_L; 저수위 임피던스 비교기 출력

B₁; 탱크용 호스 조임 밴드

B₂; 보조 탱크용 호스 조임 밴드

Claims (2)

1. 탱크 [1], 또는 수위센서용 보조탱크 [1']에 부착하는 수위센서보드 [2] 및 수위센서 보드 [2]의 수위를 판단하는 위치에 도전성 패드 [P_H, P_M, P_L]를 설치하여 각 패드를 임피던스 비교기 [U_H, U_M,UP_L]의 입력단에 연결하여 각 임퍼던스 비교기의 기준용량 [Cr_H, Cr_M, Cr_L]과 각 패드의 용량 변화를 비교하여 각 패드의 용량이 기준용량 값 보다 클때는 High [또는 Low], 그렇지 않을 때는 Low [또는 High]를 출력하는 비교기의 출력으로 수위를 판단하게 하는 수위센서.
2. 1 항에 있어 수위센서용 보조탱크 [1']와 정전용량 변화 감지 방식의 수위센서 보드 [2]를 결합하여 일체화한 수위센서.

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