KR20120040215A - 전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120040215A
KR20120040215A KR1020127001966A KR20127001966A KR20120040215A KR 20120040215 A KR20120040215 A KR 20120040215A KR 1020127001966 A KR1020127001966 A KR 1020127001966A KR 20127001966 A KR20127001966 A KR 20127001966A KR 20120040215 A KR20120040215 A KR 20120040215A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid
conductivity
urea solution
dielectric properties
resonant circuit
Prior art date
Application number
KR1020127001966A
Other languages
English (en)
Inventor
앨란 케네스 맥콜
아이더 부다우드
Original Assignee
슈레이더 일렉트로닉스 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 슈레이더 일렉트로닉스 리미티드 filed Critical 슈레이더 일렉트로닉스 리미티드
Publication of KR20120040215A publication Critical patent/KR20120040215A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels
    • G01F23/2922—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels with light-conducting sensing elements, e.g. prisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22—Fuels; Explosives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/05—Systems for adding substances into exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
    • F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
    • F01N2900/1811—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
    • F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
    • F01N2900/1814—Tank level
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
    • F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
    • F01N2900/1818—Concentration of the reducing agent
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2847—Water in oils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2852—Alcohol in fuels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

액체 레벨, 조성 및 오염 센서는 가변 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 공진 회로를 가로질러 RF 신호를 생성한다. 최종적인 전자기 방사선이 액체 내에 전파되고, 액체 함량 및 체적에 비례하는 액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 공진 회로의 임피던스 및 정전용량의 변화가 검출된다. 액체의 전도도 및 유전 특성은 공진 회로의 변화된 임피던스 및 공진에 기초하여 측정되고, 다른 액체에 의한 요소 용액의 시효 및 오염을 판정하도록 비교된다. 또한, 광학 센서는 액체의 굴절률을 판정하기 위해 액체 내해 침지될 수 있다. 액체의 굴절률, 액체가 물 또는 요소 용액인지 여부, 요소 용액의 농도가 판정될 수 있다.

Description

전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법{LIQUID LEVEL AND QUALITY SENSING APPARATUS, SYSTEMS AND METHODS USING EMF WAVE PROPAGATION}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 2009년 6월 26일 출원된 발명의 명칭이 "EMF파 전파를 사용하는 액체 레벨, 조성 및 오염물 감지 장치, 시스템 및 방법(Liquid Level, Composition and Contamination Sensing Apparatus, Systems and Methods Using EMF Wave Propagation)"인 미국 가출원 제61/269,648호의 이득을 청구한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 탱크 또는 컨테이너 내의 액체의 조건을 감지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예는 이러한 탱크 내로 전자기파를 전파함으로써, 자동차 내의 요소 탱크(urea tank) 내의 자동차 요소 용액, 연료 탱크 내의 연료의 조성 등, 특히 액체 레벨의 특징을 감지하는 것에 관한 것이다.
유로 V(Euro V) 차량이라 또한 칭하는 선택적 촉매 환원(SCR) 차량은 배기물을 저감하기 위해 작동 유체의 사용과 적합 가능한 디젤 동력식 모터 차량이다. 통상적으로, SCR 차량은 자동차 요소 용액 등과 같은 작동 유체를 운반하는데 사용되는, 연료 탱크로부터 분리되는 요소 탱크를 갖는다. 자동차 요소 용액(AUS)은 탈미네랄화수 내의 고순도 요소의 용액이다. AUS는 SCR 차량의 요소 탱크 내에 저장되고, 질소의 산화물을 원소 질소 및 물로 변환하기 위해 차량의 배기 가스 내에 스프레이된다. SCR 차량은 이어서 유로 V 배기물 표준을 유리하게 만족할 수 있다.
SCR 차량 내의 배기물을 저감하는 이 방법이 효율적으로 유지되는 것을 보장하기 위해, AUS의 품질이 유지되어야 한다. 오염물, 다른 성분에 대한 고순도 요소의 비의 변화, 온도 편차 또는 다른 변화가 AUS의 기대 수명 및 배기물의 저감시에 AUS의 효용성에 영향을 미칠 수 있다.
SCR 차량은 일반적으로 탱크 내의 AUS의 레벨을 결정하기 위해 직접 측정 시스템의 사용에 의존한다. 이러한 시스템은 통상적으로 요소 탱크 내부의 차량 평면을 따라 상이한 레벨에 배치된 복수의 센서를 포함한다. 이러한 센서는 통상적으로 열악한 분해능을 갖고, 간섭적이고, AUS의 품질 또는 온도를 검출하지 않는다. 이러한 직접 측정 시스템은 또한 요소 탱크 내부의 기구의 설치를 필요로 한다. 이러한 내부 직접 측정 시스템의 수리, 교체 또는 조정은 문제가 된다. 더욱이, 이러한 시스템은 이러한 시스템이 열의 정확한 인가가 AUS의 동결을 방지하는 것을 가능하게 하기 위해 AUS 온도를 측정하는 수단을 제공하지 않기 때문에 AUS가 통상적으로 동결하는 온도인 섭씨 마이너스 11도 미만의 온도로 노출되는 SCR 차량에 이용될 때 비효율적이다.
SCR 차량은 일반적으로 차량 배기물의 저감시에 AUS의 효용성을 결정하기 위해 간접 측정 시스템의 사용에 의존한다. 이러한 간접 측정은 배기 가스로부터 취해지고 EMS로 통과되고, 여기서 EMS는 탱크로부터 배출된 AUS의 양을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 이러한 시스템은 통상적으로 반응이 느리고 AUS의 실제 품질 또는 조성을 정확하게 반영하지 않는다.
따라서, 종래 기술은 양자 모두는 말할 것도 없고, 자동차 요소 탱크 내의 AUS의 레벨 또는 품질을 측정하는 신뢰적이고 저가의 정확한 시스템 및 방법을 제공하는데 실패하였다.
추가적으로 또는 대안적으로, 플렉스 연료 차량(Flex Fuel Vehicle: FFV)은 차량의 연료의 상당한 성분으로서 알코올의 사용과 적합성이 있는 자동차이다. 알코올계 연료는 석유계 연료에 대한 의존성을 잠재적으로 감소시키는 바이오 재료로부터 제조된 대안 유형의 재생 가능한 수송 연료이다. 자동차 운전자는 알코올계 연료가 통상적으로 석유 가솔린보다 높은 옥탄가를 갖기 때문에 더 양호한 엔진 성능을 위한 증가된 마력을 유리하게 얻을 수 있다. 알코올계 연료는 85 퍼센트 에탄올과 15 퍼센트 가솔린의 자동차 연료 혼합물에 대한 용어인"E85"를 포함한다. E85는 미국 에너지국에 의해 규정된 바와 같은 대안적인 연료이고, FFV에 사용을 위해 의도된다. 에탄올 및 다른 알코올은 가솔린보다 청결하게 연소되고, 재생 가능한 가정용 환경 친화적 연료이다. FFV는 통상적으로 0% 에탄올 및 100% 가솔린으로부터 최대 85% 에탄올 및 15% 가솔린(E85)의 에탄올과 가솔린의 임의의 혼합물로 연료 공급될 수 있다.
FFV의 엔진 관리 시스템(EMS)이 연료의 조성에 대한 정보를 가져, EMS가 차량 성능, 구체적으로는 연료 소비, 배기물 제어 및 엔진 동력을 최적화하기 위해 특정 차량 파라미터를 조정할 수 있게 되는 것이 중요하다.
자동차 운전자들은 일반적으로 FFV의 연료 탱크 내의 알코올의 양을 결정하는 간접적인 방법에 의존한다. 자동차 내에 남아 있는 연료의 알코올 함량을 설정하는 가장 통상적인 방법은 차량의 차체 제어기 모듈 또는 EMS 내에 구현된 소프트웨어 알고리즘을 사용하는 것이다. 연료의 알코올 함량은 E85 연료 또는 통상의 가솔린을 계속 사용하는 요구가 존재하지 않기 때문에 연료 탱크의 각각의 충전시에 운전자에 의해 변경될 수 있다. 알고리즘 기반 시스템은 연료 조성의 변화에 반응이 느리고 통상적으로 단지 플러스 또는 마이너스 10 퍼센트 알코올 함량을 정확하다. 더욱이, 이러한 시스템은 연료가 균일하게 혼합되지 않을 수 있는 또는 연료 혼합물이 차량이 주행함에 따라 시간 경과에 따라 변화할 수 있는 새들 연료 탱크 또는 유사한 연료 저장 장치를 갖는 자동차에 이용될 때 더욱 더 비효율적이다.
직접 측정 시스템이 존재하지만, 연료 라인 내부에 또는 연료 라인과 인라인으로 기구의 설치를 필요로 한다. 이러한 내부 또는 인라인 연료 조성 측정 기구의 수리, 교체 또는 조정은 문제가 된다.
종래 기술은 연료 라인, 연료 탱크 등의 외부에 설치될 수 있는 시스템을 사용하여 자동차의 연료의 조성을 측정하는 신뢰적이고 저가의 정확한 시스템 및 방법을 제공하는데 실패하였다.
더욱이, 자동차 운전자는 연료 탱크 내에 남아 있는 연료의 양에 대한 정확한 정보를 제공하기 위해 연료 게이지에 의존한다. 자동차 연료 탱크 내에 남아 있는 연료의 양을 측정하는 가장 통상적인 방법은 탱크 내부에 기계적 플로트(float) 및 레버를 배치하는 것이다. 연료 레벨이 탱크 내에서 변할 때, 플로트는 레버가 피벗되게 할 수 있다. 레버가 연료 레벨의 변화에 응답하여 피벗할 때, 전기 신호가 비례적으로 발생되고 그리고/또는 변경된다. 이 전기 신호의 변동은 탱크의 외부의 연료 게이지 또는 차량 데이터 버스에 전송된다. 이러한 전자기 연료 측정 시스템은 특히 정확하지 않고, 물론 탱크 내부에 기구의 설치를 필요로 한다. 내부 연료 레벨 측정 기구의 수리, 교체 또는 조정은 문제가 되고, 이러한 내부 레벨 측정 기구의 사용은 요소 또는 알코올의 비교적 더 부식성 특성에 기인하여 요소 탱크 내에서 및/또는 플렉스 연료 차량 연료 탱크 내에서 실용적이지 않을 수 있다.
상기 문제점들은 본 출원과 공동으로 소유된 다양한 특허 출원에서 어느 정도 처리되어 왔다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "연료 탱크 내의 액체의 레벨 및 조성을 감지하기 위한 시스템 및 방법(System and Method for Sensing the Level and Composition of Liquid in a Fuel Tank)"인 2006년 5월 10일 출원된 미국 특허 출원 제11/431,912호는 관련 연료 탱크의 외부에 연료 레벨(및 조성) 센서를 배치하기 위한 수단을 제공한다. 인라인 실시예를 포함하여, 플렉스 연료 조성 센서는 발명의 명칭이 "EMF파 전파를 사용하는 연료 조성 감지 시스템 및 방법(Fuel Composition Sensing Systems and Methods Using EMF Wave Propagation)"인 2007년 12월 18일 출원된 미국 특허 출원에 개시되어 있다. 발명의 명칭이 "EMF파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 조성 감지 시스템 및 방법(Liquid Level and Composition Sensing Systems and Methods Using EMF Wave Propagation)"인 2007년 5월 8일 출원된 미국 특허 출원 제11/800,965호는 전술된 문제점들 중 적어도 일부, 특히 SCR 장착 차량에서 AUS의 조성 및/또는 레벨을 감지하는 것에 대한 문제점을 처리한다. 상기 출원의 각각은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 내부 또는 외부 모니터링 시스템에 의해 자동차 내의 액체, 특히 AUS의 레벨, 온도 및/또는 품질(예를 들어, 조성 및/또는 오염)을 더 정확하게, 바람직하게는 연속적으로 측정한다. 특히, 본 발명의 실시예는 요소 탱크 내의 AUS의 양 및 암모니아 함량의 백분율 및/또는 오염물을 포함하여 AUS 내의 다른 성분을 포함하는 AUS의 특정한 특징을 검출하기 위해 SCR 차량에 사용될 수 있다. 이 정보는 EMS가 이에 따라 응답할 수 있게 하여, 이에 의해 조정이 행해지고 향상될 수 있게 하거나 또는 적어도 SCR 차량 배기 저감 성능을 신속하고 정확하게 유지하게 하는 SCR 차량의 EMS 또는 차체 제어 모듈에 보고될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예는 AUS와의 임의의 직접 접촉 없이 AUS의 특징을 검출하여, 누설의 위험 또는 암모니아의 노출 등에 기인하는 측정 디바이스의 마모를 최소화한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예는 요소 탱크의 저부/측면 또는 요소 탱크의 내부에서 요소 탱크와 함께 전개될 수 있다. 몇몇 다른 실시예는 본 발명의 시스템 및 방법에 따라 사용을 위해 측정을 행하기 위해 프로브의 사용을 통해서와 같이 액체와 직접 접촉을 이용할 수 있다. 다양한 실시예가 연료 탱크 내의 연료에 대한 유사한 정보(즉, 알코올 농도, 연료 레벨 등) 또는 컨테이너 내의 임의의 다른 유체에 대한 유사한 정보를 제공할 수 있다.
SCR 시스템에 대한 본 발명의 목적은 시스템 오용(요소 용액 탱크 내부의 요소 대신에 고객에 의해 사용된 물 또는 다른 액체)을 검출하는 것을 포함한다. 다른 이러한 목적은 AUS의 시효를 검출하고 유사하게 통상적으로 32.5%일 수 있는 요소 용액의 농도를 측정하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, RF 신호가 가변 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 공진 회로를 가로질러 생성된다. 전자기 방사선은 모니터링될 액체 내에 전파된다. 그 결과, 액체의 전도도 및 유전 특성은 회로의 임피던스 및 공진을 변화시킨다. 액체 함량 및 체적에 비례하는 이들 변화는 온 보드 마이크로제어기 등에 의해 검출되고, 이어서 메인 ECU 또는 다른 엔진 관리 전자 기기에 전달될 수 있다.
본 발명의 실시예는 소정의 최적의 주파수에서 복소 유전율의 실수부 및 허수부를 각각 표현하는 측정된 액체의 유전 상수 및 전도도를 측정하여 비교함으로써 AUS 또는 다른 액체의 품질(즉, 액체의 조성)을 판정한다. 이에 의해, 본 발명은 AUS 내의 요소의 농도를 판정하고, 탱크(오용 검출을 위해) 내의 액체의 유형(요소 또는 비요소)을 판정하고, 그리고/또는 AUS 내의 디젤, 오일 또는 임의의 다른 비요소계 액체의 존재를 검출하는 것이 가능하다.
유전율 측정은 또한 얼음을 검출하는데 사용될 수 있다. 얼음은 액체가 고체가 됨에 따라 재료의 유전 상수 및 전도도(유전율)가 위상 변화 중에 매우 상당히 변화하는 점에서 본 발명에 따라 검출 가능하다. AUS 내의 얼음의 검출은 32.5%의 요소 용액이 -11℃에서 동결되고 물은 0℃에서 동결되기 때문에 요소의 농도를 결정하는데 또한 사용될 수 있다. 32.5% 미만의 AUS 내의 농도는 AUS 내의 요소의 감소된 백분율에 직접 비례하여 -11℃ 내지 0℃의 11도 범위의 양만큼 동결 온도를 상승시킬 것이다. 따라서, 물질의 물리적 상태의 변화(액체로부터 고체로)를 감지하고 이러한 것이 발생하는 온도를 측정하는 것의 조합은 요소 농도를 판정하는데 사용될 수 있다. 또한, 요소 탱크 내의 요소의 검출은 바람직하게 트리거링할 것이고, 이는 시스템이 적절하게 기능하고 법적 요구에 부합하는 얼음을 해동시킬 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 전술된 액체 품질 판정 방법론은 광학 감지 소자를 추가함으로써 보충될 수 있다. 광학 감지는 AUS 내의 요소의 농도를 더 정확하게 판정하는 것을 돕는데 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 전술된 것과 같은 센서의 임의의 수의 또는 모든 측정은 액체의 품질, 구체적으로 액체 조성 및/또는 오염의 측정을 실현하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 품질의 측정은 레벨(체적) 및 액체 온도에 대해 보상될 수 있다. 이는 액체 및 다른 재료의 복소 유전율(유전 상수/전도도)은 온도에 따라 변화하는 점에서 특히 유리하다. 또한, 바람직하게는 복소 유전율(유전 상수/전도도)에 비례하는 측정된 회로 파라미터는 장치의 작동 주파수에 기인하여 액체의 레벨이 변화함에 다라 변화한다. 그러나, 이 주파수를 변화하거나 최적화하는 것은 탱크 내의 액체의 레벨(체적)에 대한 의존성을 감소시키거나 또는 무효로 할 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법에 따르면, 품질 측정에 대한 레벨의 효과를 감소시키거나 배제하기 위한 다른 방식은, 액체에 근접하여 배치되는 디바이스의 인쇄 회로 기판(PCB)에 전기 접지 기준(프로브, PCB, 플레이트, 실린더)을 추가하는 것일 수 있다.
상기에는 이어지는 시스템 및 방법의 상세한 설명이 더 양호하게 이해될 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적인 장점을 다소 광범위하게 개략 설명되었다. 본 발명의 청구범위의 요지를 형성하는 시스템 및 방법의 부가적인 특징 및 장점이 이하에 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 즉시 이용될 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 이러한 등가의 구성은 첨부된 청구범위에 설명된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 또한 이해될 수 있을 것이다. 그 편성 및 작동 방법의 모두에 대해 본 발명의 특징으로 고려되는 신규한 특징은, 부가의 목적 및 장점과 함께 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 이하의 설명으로부터 더 양호하게 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제공된 것이고 본 발명의 한정의 정의로서 의도된 것은 아니라는 것이 명시적으로 이해되어야 한다.
유사한 도면 부호가 유사한 부분을 나타내고 있는, 명세서에 포함되어 명세서의 부분을 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 요소 탱크와 함께 전개된 본 발명의 AUS 시스템의 외부 실시예의 사시도.
도 2는 요소 탱크와 함께 전개된 본 발명의 AUS 시스템의 내부 실시예의 부분 파단 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 액체 레벨, 온도 및 품질 감지용 장치의 실시예의 부분 파단 사시도.
도 4는 본 발명의 센서 장치 및 시스템의 실시예의 간단화된 개략도.
도 5는 낮은 전도도 액체의 유전율을 도시하고 있는 그래프.
도 6은 높은 전도도 액체의 유전율을 도시하고 있는 그래프.
도 7은 염이 첨가될 때 물(좌측) 및 시효될 때 요소(우측)의 전도도 및 유전 특성의 변화를 도시하고 있는 그래프 및 차트로서, "AB"는 "애드블루(AdBlue)" 자동차 요소 용액의 약어이고, "NI"는 북아일랜드의 약어인 그래프 및 차트.
도 8은 추가로 물이 요소에 첨가되어 있는 도 6에 도시되어 있는 물 및 요소의 전도도 및 유전 특성의 변화를 도시하고 있는 그래프 및 차트.
도 9는 전도도 대 유전 데이터점이 차트에 도시되어 있는 다른 액체에 대해 도시되어 있는 도 6에 도시되어 있는 물 및 요소의 전도도 및 유전 특성의 변화를 도시하고 있는 그래프 및 차트.
도 10은 이들 액체의 병렬 저항을 갖는 다양한 액체의 정전용량의 상관성을 도시하고 있는 표.
도 11은 도 10의 표에 나타낸 결과의 그래프.
도 12 및 도 13은 본 발명과 함께 이용될 수 있는 전자 광학 센서의 실시예의 개략도.
도 14는 다양한 염분 및 다양한 요소 용액, 뿐만 아니라 시효된 요소 용액과 물의 상대 굴절률을 도시하고 있는 그래프 및 차트.
도 15는 물로 희석될 때(우측으로부터 좌측으로) AUS 내의 굴절률의 차이를 도시하고 있는 그래프 및 차트.
도 16은 다양한 다른 액체의 상대 굴절률을 도시하고 있는 그래프 및 차트.
도 17은 도 16에 차트로 나타낸 다양한 다른 액체의 상대 굴절률, 뿐만 아니라 요소 용액의 다양한 농도를 도시하고 있는 결합선 및 막대 그래프.
본 발명의 시스템 및 방법은 컨테이너 내의 액체의 유형을 결정할 수 있고, 특히 액체는 실질적으로 물이고, 본 명세서에 사용된 예에 한정되지 않는다. 예시되고 설명된 실시예에서, 본 발명의 시스템은 자동차 EMS에 이 정보를 제공할 수 있는데, 이 EMS는 차량 제조업자에 의해 추천된 AUS보다는 요소 탱크 내의 물 등을 갖는 SCR 차량의 부적절한 작동을 방지하고, 뿐만 아니라 탱크 내의 요소의 레벨 및/또는 농도를 검출하기 위해 정보를 사용할 수 있다.
도 1은 탱크의 외부에 AUS 모니터링 장치를 장착하는 것과 같이 요소 탱크(102)와 함께 배치된 본 발명의 AUS 모니터링 장치(100)의 실시예를 도시하고 있다. 다양한 실시예가 본 발명의 AUS 모니터링 장치를 탱크의 외부측 또는 저부에 장착하는 것을 요구한다. 요소 탱크(102)는 플라스틱과 같은 비전도성 재료로부터 제조될 수 있다. 요소 탱크(102)로부터의 AUS는 배기 제어 용도로 차량의 배기부(104) 내로 펌프(103)에 의해 펌핑될 수 있다.
도 2는 탱크의 내부에 AUS 모니터링 장치(200)를 장착하는 것과 같이 요소 탱크(102)와 함께 배치된 본 발명의 AUS 모니터링 장치의 다른 실시예(200)를 도시하고 있다. 이 실시예는 요소 탱크(102)가 금속과 같은 전도성 재료로 구성되는 특정 용도를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 액체 레벨, 온도 및 품질 감지용 센서(300)의 실시예의 부분 파단 사시도이다. 센서(300)는 바람직하게는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 요소 탱크(102)와 같은 탱크 내부에 장착된다. 센서(300)는 예를 들어 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 액체의 품질의 판정을 위해 병렬 정전용량(Cp) 및/또는 병렬 저항(Rp)을 실현하기 위해 측정을 행하는데 사용될 수 있는 프로브(302, 304)를 갖는 것으로서 도시되어 있다. 프로브(302, 304)는 액체와의 직접 접촉을 통해 이러한 측정을 행하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법에 따르면 물과의 직접 접촉을 통해 또는 직접 접촉 없이 액체 특성을 측정할 수 있다. 직접 접촉이 없는 것은 요소 용액(암모니아) 등으로의 노출에 기인하는 누설 및 마모의 위험을 최소화하는 장점을 갖는다. 그러나, 프로브(302, 304)는 바람직하게는 요소 노출에 기인하는 부식을 회피하기 위해 스테인레스강으로부터 제조된다.
도 4는 본 발명의 센서 장치 및 시스템의 실시예의 간단화된 개략도이다. 이러한 장치(400)의 실시예는 구동 회로(404)에 결합된 공진 회로(402)를 포함할 수 있다. 공진 회로(402)는 바람직하게는 가변 인덕터(406) 및 캐패시터(408)를 포함하고, 인덕터는 컨테이너 내에 액체에 근접하여 위치된다. 측정 회로(410)는 액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화를 검출하고, 공진 회로의 변화된 임피던스 및 공진에 기초하여 액체의 전도도 및 유전 특성을 측정하고, 측정된 액체의 유전 상수 및 전도도를 비교할 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 4에 도시되어 있는 회로(402)와 같은 LCR 회로의 공진 주파수(f)는
Figure pct00001
(1)
여기서 C(LCR 회로의 등가 정전용량)는 액체의 유전율(ε)의 함수이다.
Figure pct00002
(2)
여기서 A = 캐패시터 전도체의 면적이고, d = 캐패시터와 전도체 사이의 거리이다.
Figure pct00003
(3)
여기서,
ε* = 복소 유전율 또는 계수 유전율
εr = 유전율 실수부 = 유전 상수
σ = 유전율 허수부 = 전도도
ω = 2πf
높은 전도도 액체에서, 주파수 시프트는 액체의 유전 상수(er) 및 그 전도도(σ)가 비례한다(상기 식에 따라).
시험의 결과로서, 액체의 실제 유전율은 낮은 전도도 액체에 대해 실수부(유전 상수)에 더 비례하지만, 높은 전도도 액체에 대해 허수부(전도도)에 더 비례한다. 도 5는 예로서 10 MHz에서 낮은 전도도 액체의 유전율의 예시된 그래프에서 액체의 실제 유전율을 실험적으로 도시하고 있고, 반면 도 6의 그래프는 10 MHz에서 높은 전도도 액체의 유전율을 도시하고 있다. 다른 주파수에서, 유전 상수 및 전도도는 상이한 방식으로 거동한다. 예를 들어, 주파수가 더 높을수록(즉, 100 MHz에 더 근접함), 액체의 실제 유전율이 낮은 및 높은 전도도 액체에 대해 실수부(유전 상수)에 더 비례한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 10 MHz로부터의 주파수의 증가는 전도도가 유전율의 변화를 지배하지 않기 때문에 더 즉시 유전 상수를 이해할 수 있게 한다.
또한, 실험 데이터는 도 7에 도시되어 있고, 염이 첨가될 때 물(좌측) 및 시효될 때 요소(우측)의 전도도 및 유전 특성의 변화가 그래프로 도시되어 있다. 도 8은 요소 용액의 희석으로부터 발생하는 추가의 실험 데이터를 도시하고 있는 그래프이다. 도 9는 도 7 및 도 8에 그래프로 도시되어 있는 데이터와 다른 액체에 대한 전도도 및 유전 특성 데이터점을 오버레이한다. 따라서, 물과 요소 사이의 구별을 용이하게 하기 위해, εr 및 전도도의 모두가 본 발명의 실시예에서 측정된다.
본 발명의 방법의 다양한 실시예는 가변 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 공진 회로를 가로질러 RF 신호를 생성한다. 최종적인 전자기 방사선은 모니터링될 액체 내로 전파된다. 액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화가 검출된다. 전도도 및 유전 특성의 변화는 액체 함량 및 체적에 비례한다. 액체의 전도도 및 유전 특성은 공진 회로의 변화된 임피던스 및 공진에 기초하여 측정되고, 측정된 액체의 유전 상수 및 전도도가 비교된다.
이 비교는 예를 들어 탱크 내의 액체가 요소 용액인지의 여부와 같은 탱크 내의 액체의 유형 등을 결정하는데 사용될 수 있다. 측정된 액체가 수성 요소 용액이면, 비교는 수성 요소 용액 내의 요소의 농도를 제공할 수 있고 그리고/또는 수성 요소 용액 내의 요소의 시효를 검출한다. 대안적으로, 비교는 탱크 내에 존재하는 물의 품질을 결정할 수 있고, 탱크 내에 존재하는 물의 이러한 품질은 물의 염도에 기초할 수 있다. 또한, 측정된 액체가 수성 요소 용액인 경우, 비교는 디젤 연료, 오일, 가솔린 등과 같은 수성 요소 용액 내의 비요소계 액체의 존재를 검출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 액체의 병렬 저항 및 병렬 정전용량의 측정이 행해질 수 있다. 이러한 액체의 병렬 저항 및 병렬 정전용량은 액체의 전도도 및 유전 상수에 각각 비례하는 것으로 판명되어 왔다. 따라서, 도 10은 이들 액체의 병렬 저항과 다양한 액체의 정전용량의 상관성을 나타내는 표이고, 반면 도 11은 전도도[병렬 저항(Rp)] 및 유전 상수(Cp)의 모두 또는 각각에 비례하는 파라미터를 측정하고 비교할 때, 요소 농도, 시효 및 오염이 이해될 수 있는 것을 강조하는 도 10의 표에 나타낸 결과의 그래프이다. 도 10 및 도 11에 도시되어 있는 측정은 도 3에 도시되어 있는 센서(300)와 같은 본 발명에 따른 장치를 사용하여 얻어질 수 있다.
따라서, 액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화의 검출은 액체의 병렬 저항 및 병렬 정전용량을 측정함으로써 유도될 수 있다. 액체의 병렬 저항은 액체의 전도도에 비례하고, 반면 액체의 병렬 정전용량은 액체의 유전 상수에 비례한다.
몇몇 실시예에 따르면, 전술된 것과 같은 센서의 임의의 수의 또는 모든 측정은 액체의 품질, 구체적으로 액체 조성 및/또는 오염의 측정을 실현하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 품질의 측정은 레벨(체적) 및 액체 온도에 대해 보상될 수 있다. 특히, 액체 및 다른 재료의 복소 유전율(유전 상수/전도도)은 온도에 따라 변화한다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법에 따라 행해진 이러한 측정을 더 세밀화하기 위해, 액체의 온도가 측정될 수 있고, 측정된 액체의 유전 상수 및 전도도의 비교는 액체의 측정된 온도를 사용하여 보상될 수 있다.
또한, 복소 유전율, 즉 액체의 유전 상수 및 전도도에 각각 비례하는 병렬 정전용량 및 병렬 저항과 같은 측정된 회로 파라미터는 장치의 작동의 주파수에 기인하여 액체 변화의 레벨로서 변화한다. 따라서, 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 연역된 액체의 체적은 측정된 액체의 유전 상수 및 전도도의 최종 비교를 보상하는데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 장치의 작동의 주파수를 변화하거나 최적화하는 것은 탱크 내의 액체의 레벨(체적)에 대한 의존성을 감소시키거나 또는 무효로 할 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법에 따르면, 품질 측정에 대한 레벨의 효과를 감소시키거나 배제하기 위한 다른 방식은, 인쇄 회로 기판(PCB)이 액체에 근접하여 배치될 때 전기 접지 기준(프로브, PCB, 플레이트, 실린더)을 장치의 PCB 실장 회로에 추가하는 것일 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명과 함께 이용될 수 있는 전자 광학 센서(1200)의 실시예의 개략도이다. 전자 광학 센서(1200)는 적외선 LED(1201) 및 광 수용기(1202)를 포함한다. LED(1201)로부터의 광은 센서(1200)의 팁을 형성하는 프리즘(1203) 내로 지향된다. 액체(1205)가 존재하지 않는 상태로(도 12에서와 같이) LED로부터의 광은 프리즘(1203) 내에서 수용기(1202)로 반사된다. 상승 액체(1205)가 프리즘(1203)을 침지시킬 때(도 13에 도시되어 있는 바와 같이), 광은 액체 내로 굴절되어, 수용기(1202)에 광이 거의 도달하지 않게 한다. 수용된 광은 액체의 굴절률에 직접 비례한다. 도 14는 다양한 염도 및 다양한 요소 용액, 뿐만 아니라 시효된 요소 용액의 상대 굴절률을 도시하고 있는 그래프 및 차트이다. 도 15는 물로 희석될 때(우측으로부터 좌측으로) AUS 내의 굴절률의 차이를 도시하고 있는 그래프 및 차트이다. 도 16은 다양한 다른 액체의 상대 굴절률을 도시하고 있는 그래프 및 표이고, 도 17은 도 16에 차트로 도시되어 있는 다양한 다른 액체의 상대 굴절률, 뿐만 아니라 요소 용액의 다양한 농도를 도시하고 있는 결합 라인 및 막대 그래프이다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 광학 센서는 액체 내에 침지될 수 있고, 광은 센서의 팁을 형성하는 프리즘 내로 지향될 수 있고, 광은 액체 내로 굴절된다. 센서에 의해 수용되는 반사된 광은 액체의 굴절률에 직접 비례하고, 이는 이어서 액체가 물인지 요소 용액인지 여부 및 이러한 요소 용액의 농도를 굴절률에 기초하여 판정하는데 사용될 수 있다.
도 14 내지 도 17의 표 및 그래프는 광학 기술이 물과 요소 사이의 차이를 검출하는데 효과적이고, 반면에 도 5 내지 도 11의 표 및 그래프는 유전 기술이 다른 액체에 의한 시효 및 오염을 검출하기 위해 효과적이다. 따라서, 상보적인 방식의 양 기술의 사용은 본 발명의 시스템 및 방법의 다양한 실시예에 따라 행해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 다른 방법은 가변 인덕터 및 캐패시터를 갖는 공진 회로를 가로지르는 RF 신호를 생성할 수 있고, 최종 전자기 방사선은 모니터링될 액체 내에 전파될 수 있다. 액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화가 검출될 수 있고, 여기서 전도도 및 유전 특성의 변화는 액체 함량 및 체적에 비례한다. 액체의 전도도 및 유전 특성은 공진 회로의 변화된 임피던스 및 공진에 기초하여 측정될 수 있고, 액체의 유전 상수 및 전도도가 비교될 수 있다. 또한, 이러한 실시예에 따르면, 광학 센서는 액체 내에 침지되고 광이 센서의 팁을 형성하는 프리즘 내로 지향되어, 광이 액체 내로 굴절되게 된다. 반사된 광은 센서에 의해 수용되고, 수신된 광은 액체의 굴절률에 직접 비례하고, 이어서 측정될 수 있다. 여기서, 본 실시예에 따르면 액체가 물인지 요소 용액인지의 여부 및 이러한 요소 용액의 농도에 대한 판정이 굴절률에 기초하여 이루어질 수 있고 다른 액체에 의한 요소 용액의 시효 및 오염이 요소 용액의 유전 상수 및 전도도의 비교에 기초하여 검출될 수 있다.
본 발명 및 그 장점이 상세히 설명되었지만, 다양한 변경, 치환 및 변형이 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 본 명세서에서 이루어질 수 있다. 더욱이, 본 출원의 범주는 본 명세서에 설명된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예에 한정되도록 의도되는 것은 아니다. 당 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 개시 내용으로부터, 본 명세서에 설명된 대응 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 성취하는 현재 존재하는 또는 이후에 개발될 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다는 것을 즉시 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 주지된 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 다른 컨테이너 및/또는 전달 라인 내의 액체의 조성을 감지하고 측정할 수 있고, 본 명세서에 사용된 예에 한정되는 것은 아니다. 시스템은 광범위한 과학적, 소비자, 산업 및 의료 환경에서 사용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 프로세서, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계를 이들의 범주 내에 포함하도록 의도된다.
100: AUS 모니터링 장치 102: 요소 탱크
103: 펌프 104: 배기부
300: 센서 302, 304: 프로브
400: 장치 402: 공진 회로
406: 가변 인덕터 408: 캐패시터
410: 측정 회로 1200: 전자 광학 센서
1201: 적외선 LED 1202: 광 수용기
1203: 프리즘 1205: 액체

Claims (22)

  1. 공진 회로를 가로질러 RF 신호를 생성하는 것으로서, 상기 공진 회로는 가변 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 것인 RF 신호를 생성하는 것과,
    모니터링될 액체 내로 최종적인 전자기 방사선을 전파하는 것과,
    액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 상기 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화를 검출하는 것으로서, 상기 전도도 및 유전 특성의 변화는 액체 함량 및 체적에 비례하는 것인 상기 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화를 검출하는 것과,
    상기 공진 회로의 상기 변화된 임피던스 및 공진에 기초하여 액체의 상기 전도도 및 유전 특성을 측정하는 것과,
    측정된 액체의 상기 유전 특성 및 전도도를 비교하는 것
    을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체의 온도를 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액체의 측정된 온도를 사용하여 측정된 액체의 상기 유전 특성 및 전도도의 최종적인 비교를 보상하는 것을 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액체의 전도도 및 유전 특성의 변화를 사용하여 상기 액체의 체적을 유도하는 것을 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 액체의 체적의 최종적인 측정을 사용하여 측정된 액체의 상기 유전 특성 및 전도도의 상기 최종적인 비교를 보상하는 것을 더 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 상기 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화를 검출하는 것은 상기 액체의 병렬 저항 및 병렬 정전용량을 측정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 액체의 상기 병렬 저항은 상기 액체의 상기 전도도에 비례하는 것인 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 액체의 상기 병렬 정전용량은 상기 액체의 상기 유전 특성에 비례하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 측정된 액체는 수성 요소 용액이고, 상기 비교하는 것은 상기 수성 요소 용액 내의 요소의 농도를 제공하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 측정된 액체는 수성 요소 용액이고, 상기 비교하는 것은 상기 수성 요소 용액 내의 요소의 시효를 검출하는 것을 포함하는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비교하는 것은 탱크 내의 액체의 유형을 판정하는 것인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 비교하는 것은 상기 탱크 내의 액체가 요소 용액인지 여부를 판정하는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 비교하는 것은 탱크 내에 존재하는 물의 품질을 판정하는 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 탱크 내에 존재하는 물의 상기 품질은 상기 물의 염도에 기초하는 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 측정된 액체는 수성 요소 용액이고, 상기 비교하는 것은 상기 수성 요소 용액 내의 비요소계 액체의 존재를 검출하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 비요소계 액체는 디젤 연료인 것인 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 비요소계 액체는 오일인 것인 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 비요소계 액체는 가솔린인 것인 방법.
  19. 드라이버 회로에 결합되고, 가변 인덕터 및 컨테이너 내의 액체에 근접하여 위치된 상기 인덕터 내의 캐패시터를 포함하는 공진 회로와,
    액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 상기 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화를 검출하기 위한 수단과,
    상기 공진 회로의 상기 변화된 임피던스 및 공진에 기초하여 상기 액체의 상기 전도도 및 유전 특성을 측정하기 위한 수단과,
    상기 측정된 액체의 상기 유전 특성 및 전도도를 비교하기 위한 수단
    을 포함하는 모니터링 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 액체는 수성 요소 용액인 것인 모니터링 장치.
  21. 액체 내에 광학 센서를 침지하는 것과,
    상기 센서의 팁을 형성하는 프리즘 내에 광을 지향시키는 것으로서, 상기 광은 상기 액체 내로 굴절되는 것인 광을 지향시키는 것과,
    상기 센서에 의해 반사된 광을 수용하는 것으로서, 상기 수용된 광은 액체의 굴절률에 직접 비례하는 것인 광을 수용하는 것과,
    상기 굴절률을 측정하는 것과,
    상기 액체가 물 또는 요소 용액인지의 여부 및 이러한 요소 용액의 농도를 상기 굴절률에 기초하여 판정하는 것
    을 포함하는 방법.
  22. 공진 회로를 가로질러 RF 신호를 생성하는 것으로서, 상기 공진 회로는 가변 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 것인 RF 신호를 생성하는 것과,
    모니터링될 액체 내로 최종적인 전자기 방사선을 전파하는 것과,
    액체의 전도도 및 유전 특성의 변화로부터 발생하는 상기 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화를 검출하는 것으로서, 상기 전도도 및 유전 특성의 변화는 액체 함량 및 체적에 비례하는 것인 상기 공진 회로의 임피던스 및 공진의 변화를 검출하는 것과,
    상기 공진 회로의 상기 변화된 임피던스 및 공진에 기초하여 액체의 상기 전도도 및 유전 특성을 측정하는 것과,
    상기 액체의 상기 유전 특성 및 전도도를 비교하는 것과,
    상기 액체 내에 광학 센서를 침지하는 것과,
    상기 센서의 팁을 형성하는 프리즘 내에 광을 지향시키는 것으로서, 상기 광은 상기 액체 내로 굴절되는 것인 광을 지향시키는 것과,
    상기 센서에 의해 반사된 광을 수용하는 것으로서, 상기 수용된 광은 액체의 굴절률에 직접 비례하는 것인 광을 수용하는 것과,
    상기 굴절률을 측정하는 것과,
    상기 액체가 물 또는 요소 용액인지의 여부 및 이러한 요소 용액의 농도를 상기 굴절률에 기초하여 판정하고, 상기 요소 용액의 유전 특성 및 전도도의 비교에 기초하여 다른 액체에 의한 상기 요소 용액의 시효 및 오염을 검출하는 것
    을 포함하는 방법.
KR1020127001966A 2009-06-26 2010-06-24 전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법 KR20120040215A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US26964809P 2009-06-26 2009-06-26
US61/269,648 2009-06-26

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147001629A Division KR20140013118A (ko) 2009-06-26 2010-06-24 전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120040215A true KR20120040215A (ko) 2012-04-26

Family

ID=42770042

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127001966A KR20120040215A (ko) 2009-06-26 2010-06-24 전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법
KR1020147001629A KR20140013118A (ko) 2009-06-26 2010-06-24 전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147001629A KR20140013118A (ko) 2009-06-26 2010-06-24 전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20100327884A1 (ko)
EP (1) EP2446233A2 (ko)
JP (1) JP2012531585A (ko)
KR (2) KR20120040215A (ko)
CN (1) CN102803910A (ko)
AU (1) AU2010263258A1 (ko)
BR (1) BRPI1014584A2 (ko)
CA (1) CA2765506A1 (ko)
MX (1) MX2011013486A (ko)
WO (1) WO2010151327A2 (ko)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8056671B2 (en) * 2007-10-12 2011-11-15 Mazda Motor Corporation Exhaust-gas purification device disposition structure of vehicle
GB0913581D0 (en) * 2009-08-05 2009-09-16 Agco Gmbh Tractors
KR101526039B1 (ko) * 2009-09-22 2015-06-04 아뎀, 엘엘씨 공진형 임피던스 센서, 임피던스 감지 시스템 및 물체의 화학적 및 물리적 특성을 측정하는 방법
DE102011018226A1 (de) 2011-04-19 2012-10-25 Ralf Moos Verfahren zur Erkennung der Qualität der Harnstoff-Wasser-Lösung in SCR-Systemen
FR2974903B1 (fr) * 2011-05-05 2014-08-29 Continental Automotive France Dispositif de mesure de caracteristiques dans un reservoir d'uree
US9528814B2 (en) 2011-05-19 2016-12-27 NeoVision, LLC Apparatus and method of using impedance resonance sensor for thickness measurement
EP2543839A1 (fr) * 2011-07-04 2013-01-09 Inergy Automotive Systems Research (Société Anonyme) Dispositif de mesure de la concentration d'urée
US20130074936A1 (en) * 2011-09-27 2013-03-28 Caterpillar Inc. Mis-fill prevention system
US9465089B2 (en) 2011-12-01 2016-10-11 Neovision Llc NMR spectroscopy device based on resonance type impedance (IR) sensor and method of NMR spectra acquisition
DE102011087525A1 (de) * 2011-12-01 2013-06-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine
US8952708B2 (en) 2011-12-02 2015-02-10 Neovision Llc Impedance resonance sensor for real time monitoring of different processes and methods of using same
FR2991378B1 (fr) * 2012-06-05 2016-01-29 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de controle et de validation d'un agent de depollution en utilisation dans un systeme de depollution d'un vehicule automobile
GB2505190A (en) * 2012-08-21 2014-02-26 Schrader Electronics Ltd Level sensing in a vehicle fuel tank using electromagnetic fields
US9016043B2 (en) * 2013-03-14 2015-04-28 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust treatment system with urea temperature rationality diagnostic
WO2015084997A1 (en) 2013-12-05 2015-06-11 Bourns, Inc. Conductive liquid property measurement using multiple charge transfer times
CN104880421B (zh) * 2014-02-27 2018-04-20 中国第一汽车股份有限公司 一种scr尾气后处理装置用尿素还原剂品质快速评定方法
FR3020833B1 (fr) * 2014-05-06 2016-05-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Vehicule automobile a maintien de fonction de depollution
EP3215833B1 (en) * 2014-09-15 2022-08-10 Bourns Incorporated Conductive liquid property measurement using variable phase mixing
AU2015268746B2 (en) * 2014-12-30 2017-09-07 Ge Infrastructure Technology Llc Sensing method and system
US9297686B1 (en) 2015-04-02 2016-03-29 Texas Lfp, Llc Liquid level transducer with insertable quality sensor
US9869227B2 (en) 2015-05-26 2018-01-16 Intellectual Reserves, LLC System and method for repeatable fluid measurements
US9465000B1 (en) 2015-08-18 2016-10-11 Intellectual Reserves, LLC System and method for electronically determining fluid parameters
ITUA20161345A1 (it) * 2016-03-04 2017-09-04 Eltek Spa Dispositivo sensore per contenitori di sostanze liquide
ITUA20161342A1 (it) * 2016-03-04 2017-09-04 Eltek Spa Dispositivo sensore per contenitori di sostanze liquide
US10072962B2 (en) 2016-07-05 2018-09-11 Ecolab Usa Inc. Liquid out-of-product alarm system and method
US10416107B2 (en) * 2016-08-19 2019-09-17 Ecolab Usa Inc. Conductivity sensor with void correction
US11221406B2 (en) * 2017-05-09 2022-01-11 Honeywell International Inc. Guided wave radar for consumable particle monitoring
CN107490420B (zh) * 2017-07-04 2019-11-22 宝沃汽车（中国）有限公司 油量显示异常的检测方法和装置
CN110646475A (zh) * 2018-06-27 2020-01-03 深圳市湛华技术有限公司 一种液体检测装置
CN109507485B (zh) * 2018-12-21 2021-08-13 重庆大学 一种液体电介质电导率测量系统
CN113483844B (zh) * 2021-06-16 2023-02-24 东风柳州汽车有限公司 一种尿素传感器容积测试装置及测试方法
CN113588725A (zh) * 2021-08-23 2021-11-02 润电能源科学技术有限公司 一种脱硝尿素品质在线监测方法和装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2102128B (en) * 1981-07-17 1986-01-08 Imp Group Plc Apparatus for and a method of monitoring liquid content of a material
EP0552275B1 (en) * 1990-10-12 1998-07-22 WATSON, Keith Moisture and salinity sensor and method of use
GB9114044D0 (en) * 1991-06-28 1991-08-14 Univ Bristol Measuring dielectric properties of materials
ZA934445B (en) * 1992-06-22 1994-01-24 David John Radford Radio frequency measuring apparatus
CN1084968A (zh) * 1992-09-12 1994-04-06 马君显 光电集成化浓度测量装置
JP2006527855A (ja) * 2003-06-16 2006-12-07 シーメンス ヴィディーオー オートモティヴ コーポレイション 流体中の成分の濃度を決定するための方法および装置
WO2006048789A1 (en) * 2004-11-05 2006-05-11 Koninklijke Philips Electronics N. V. Detection apparatus and method for use with biosensor emitting rf signals
CA2640675A1 (en) * 2006-01-30 2007-08-02 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Fluid identification device and fluid identification method
US8482298B2 (en) * 2006-12-18 2013-07-09 Schrader Electronics Ltd. Liquid level and composition sensing systems and methods using EMF wave propagation
US8137625B2 (en) * 2007-01-22 2012-03-20 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Urea sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US20100327884A1 (en) 2010-12-30
KR20140013118A (ko) 2014-02-04
WO2010151327A3 (en) 2011-02-17
AU2010263258A1 (en) 2012-01-19
EP2446233A2 (en) 2012-05-02
WO2010151327A2 (en) 2010-12-29
MX2011013486A (es) 2012-02-21
BRPI1014584A2 (pt) 2016-04-26
JP2012531585A (ja) 2012-12-10
CA2765506A1 (en) 2010-12-29
CN102803910A (zh) 2012-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120040215A (ko) 전자기파 전파를 사용하는 액체 레벨 및 품질 감지 장치, 시스템 및 방법
US8482298B2 (en) Liquid level and composition sensing systems and methods using EMF wave propagation
AU2007334349B2 (en) Fuel composition sensing systems and methods using EMF wave propagation
US20080156065A1 (en) Fuel composition sensing systems and methods using EMF wave propagation
MX2012007333A (es) Aparato sensor de calidad.
US20130176038A1 (en) Permittivity sensor
JP2017090167A (ja) オイル物性センサ
CN110863918B (zh) 使用rf传感器为车辆分析燃料组分的方法
JP5397548B2 (ja) 燃料性状検出装置
CN102656453B (zh) 用于测量燃料混合物组分的方法和装置
Milpied et al. Applications of tuning fork resonators for engine oil, fuel, biodiesel fuel and urea quality monitoring
Jeong Microwave Resonant Cavity Sensor for Liquid Identification
Liu et al. Engine lubricant warning system based on the dielectric constant
RU47522U1 (ru) Емкостной датчик для определения октанового числа автомобильного бензина
RU47103U1 (ru) Датчик для определения октанового числа автомобильного бензина
AU2012211484A1 (en) Liquid level and composition sensing systems and methods using EMF wave propagation
RU47523U1 (ru) Емкостной датчик для определения октанового числа автомобильного бензина
CN110940710A (zh) 车辆的rf传感器装置和使用该装置分析燃料成分的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
A107 Divisional application of patent
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20140121

Effective date: 20141017