KR20120101950A - Water level sensing system of apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기기의 수위 센싱 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체를 담을 수 있는 용기를 구비한 기기의 수위 센싱 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water level sensing system of a device, and more particularly, to a water level sensing system of a device having a container for containing a liquid.
일반적으로 세탁기, 식기세척기, 정수기, 가습기, 비데, 보일러 등 물을 사용하는 기기에서 수위 센서가 사용되고 있으며, 반도체 등의 제조공정에서 화학약품과 같은 액체를 사용하는 기기는 액체의 높이를 제어하기 위한 액체 수위 센서가 사용되고 있는데, 특히 이러한 용액의 저장탱크 등에서 사용되고 있다.In general, water level sensors are used in devices that use water such as washing machines, dishwashers, water purifiers, humidifiers, bidets, and boilers.In the process of manufacturing semiconductors, devices that use liquids such as chemicals are used to control the height of liquids. Liquid level sensors are used, especially in storage tanks of such solutions.
이러한 수위 센서는 다양한 방법으로 측정이 가능하며, 강우량 측정, 강물의 높이 측정과 같은 환경 모니터링 등의 분야에서는 센서 네트워크와 결합된 서비스를 위해서 높은 측정 신뢰도, 소형 및 저가인 센서가 요구되고 있다. 또한, 설치가 용이하고 간단한 센서 태그의 필요성이 증대되고 있다.Such a water level sensor can be measured in various ways, and in the field of environmental monitoring such as rainfall measurement and river height measurement, a sensor with high measurement reliability, a small size, and a low cost is required for a service combined with a sensor network. In addition, the need for easy and simple sensor tags is increasing.
최근 물을 사용하는 가전제품의 경우 소비전력의 개선과 함께 물 사용량에 대한 규제로, 저전력화, 물 사용량 저감의 노력이 계속되고 있다. 이를 위해서는 수위의 좀더 정확한 제어가 요구되는데, 세탁기를 예를 들면, 지금까지는 기계식 압력 센서에 의해 수위를 측정하였으나, 물 사용량 저감을 위해 정밀한 수위 측정이 가능한 수위 센서를 필요로 하고 있다.Recently, home appliances that use water have been improved due to the improvement of power consumption and regulations on water consumption. Accordingly, efforts to lower power consumption and reduce water consumption have continued. To this end, more precise control of the water level is required. For example, a washing machine, for example, measured the water level by a mechanical pressure sensor, but a water level sensor capable of precise water level measurement is required to reduce water usage.
한편, 종래 수위 센서는 다양한 형태로 상품화되고 있는데, 공기 및 액체의 유전율 차이를 이용하여 액체의 수위를 측정하는 정전용량형 수위 센서, 초음파 발생기 및 센서를 이용한 초음파 수위 센서, 압력 센서를 이용한 수위 변화에 따른 압력 변화를 측정하는 수위 센서 등을 들 수 있다.Meanwhile, conventional water level sensors have been commercialized in various forms, such as capacitive water level sensors for measuring liquid level using difference in dielectric constant between air and liquid, ultrasonic level sensors using ultrasonic generators and sensors, and water level changes using pressure sensors. And a water level sensor for measuring the pressure change in accordance with the present invention.
그 중 정전용량형 수위 센서는 정밀도, 경제성 측면에서 각광받고 있는데, 그 측정원리는 도 1에 나타낸 바와 같다. 즉, 정전용량형 수위 센서(10)는 내부 전극(11) 및 외부 전극(12)의 2중 원통형(도 1 (a) 참조)으로 구성되어, 내부 전극(11) 및 외부 전극(12) 사이의 액체(l) 높이(h)에 따라 전극 사이의 정전용량(Ch) 변화를 감지함으로써 수위를 센싱하는 것이다. 이때, 정전용량(Ch)의 변화는 하기 식 1로 나타낼 수 있는 정전용량(C)에서, 전극 사이의 공기의 비유전율(εr, 약 '1' 및 액체(l)의 비유전율(εr, 물의 경우 약 '80')의 차이에 의해 정량적으로 감지될 수 있다.Among them, the capacitive water level sensor is in the spotlight in terms of precision and economy, and the measuring principle is as shown in FIG. 1. That is, the capacitive
[식 1] [Equation 1]
(C: 정전용량, ε0: 진공유전율, εr: 비유전율, L: 원통 높이, a: 내부 전극 반지름, b: 외부 전극 반지름)(C: capacitance, ε 0 : dielectric constant, ε r : relative dielectric constant, L: cylinder height, a: inner electrode radius, b: outer electrode radius)
또한, 필름 형태 등 판형의 정전용량형 수위 센서(도 1 (b) 참조)를 사용할 경우는 하기 식 2에 의하여 정전용량을 계산할 수 있다.In addition, when using a plate-type capacitive water level sensor (refer to FIG. 1 (b)), such as a film form, capacitance can be calculated by following formula (2).
[식 2] [Formula 2]
(C: 정전용량, ε0: 진공유전율, εr: 비유전율, S: 전극 면적, d: 전극 간격 거리)(C: capacitance, ε 0 : vacuum dielectric constant, ε r : relative dielectric constant, S: electrode area, d: electrode spacing distance)
이러한 정전용량형 수위 센서를 세탁기, 식기세척기 등 액체를 담는 용기가 금속성 재질일 수 있는 기기에 사용하는 경우에는 문제가 있다. 즉, 액체를 담을 수 있는 용기를 구비한 기기의 경우, 사용자가 조작하는데 있어 감전의 위험이 있으므로, 일반적으로 정전용량 측정 대상물이 접지되어 있는 경우가 많다. 그러나, 이 경우 용기에 담긴 액체가 유전체가 아닌 접지로 간주되기 때문에, 공기 및 액체의 비유전율 차이를 이용한 정전용량형 수위 센서는 그 정전용량의 측정 자체가 불가능하게 된다.If the capacitive water level sensor is used in a device in which a container containing liquid such as a washing machine or a dishwasher may be a metallic material, there is a problem. That is, in the case of the apparatus provided with the container which can contain a liquid, since there is a danger of an electric shock in a user's operation, the capacitance measurement object is generally grounded. However, in this case, since the liquid contained in the container is regarded as ground rather than dielectric, the capacitive water level sensor using the relative dielectric constant difference between air and liquid becomes impossible to measure the capacitance itself.
이에, 정전용량형 수위 센서가 정전용량 측정 대상물이 접지된 상태에서도 적용될 수 있는 새로운 수위 센싱 시스템이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a new level sensing system that can be applied to the capacitive level sensor even when the capacitance measurement object is grounded.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 정전용량형 수위 센서가 정전용량 측정 대상물이 접지된 상태에서도 적용될 수 있는 기기의 수위 센싱 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and to provide a water level sensing system of the device that the capacitive water level sensor can be applied even when the capacitance measurement object is grounded.
또한, 본 발명은 측정신뢰도를 높일 수 있는 기기의 수위 센싱 시스템을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a water level sensing system of the device that can increase the measurement reliability.
또한, 본 발명은 설치가 용이하고 경제적인 기기의 수위 센싱 시스템을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a water level sensing system of a device that is easy to install and economical.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
(1) 액체를 담을 수 있는 용기를 구비한 기기의 수위 센싱 시스템으로서, 상기 용기 또는 상기 용기 내부의 액체는 접지되고, 상기 용기 내부에 잠기는 액체의 최고수위 직전의 정전용량이 0보다 큰 값을 갖는 수위 센서를 구비하여, 상기 용기 내부에 잠기는 액체의 수위에 따라 상기 수위 센서의 정전용량 값의 변화를 감지하여 수위를 센싱하는 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템을 제공한다.(1) A water level sensing system of a device having a container capable of containing a liquid, wherein the container or the liquid inside the container is grounded, and the capacitance immediately before the highest level of liquid submerged in the container has a value greater than zero. It is provided with a water level sensor having a water level sensing system of the device, characterized in that for sensing the change in the capacitance value of the water level sensor according to the level of the liquid submerged in the container.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 수위 센서는, 제1방향으로는 일정 길이를 가지며, 제1방항과 교차되는 제2방향의 적어도 한 쪽 면에는 복수의 돌기과 복수의 홈이 교대로 배열되는 구조로 서로 평행하게 배치되는 제1전극 및 제2전극을 구비하되, 상기 제1전극의 돌기가 상기 제2전극의 홈에 대응되고, 상기 제1전극의 홈에 상기 제2전극의 돌기가 대응되어 서로 맞물리는 형태로 일정간격 이격되어 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 배치되는 정전용량 센서; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 상단부에 배치되어 상기 정전용량 센서에서 발생된 센싱신호를 통해 수위를 검출하여 검출신호를 발생하는 신호처리부;를 구비한 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템을 제공한다.(2) In the above (1), the water level sensor has a predetermined length in the first direction, and a plurality of protrusions and a plurality of grooves are alternately arranged on at least one surface of the second direction crossing the first direction. And a first electrode and a second electrode arranged in parallel with each other, wherein the protrusions of the first electrode correspond to the grooves of the second electrode, and the protrusions of the second electrode in the grooves of the first electrode. A capacitance sensor in which the first electrode and the second electrode are disposed to be spaced apart at a predetermined interval to correspond to each other; And a signal processor disposed at upper ends of the first electrode and the second electrode to detect a water level through a sensing signal generated by the capacitive sensor to generate a detection signal. To provide.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 수위 센서는, 상기 신호처리부의 검출신호를 외부로 전송하거나, 상기 신호처리부 및 상기 정전용량 센서에 전원을 공급하기 위한 안테나; 및 전원 공급을 위한 태양전지 또는 밧데리;를 구비하는 무선형 구조인 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템 을 제공한다.(3) The method according to (2), wherein the water level sensor comprises: an antenna for transmitting a detection signal of the signal processing unit to the outside or supplying power to the signal processing unit and the capacitive sensor; And it provides a water level sensing system of the device, characterized in that the wireless structure having a; solar cell or battery for power supply.
(4) 상기 (2)에 있어서, 상기 수위 센서는, 상기 신호처리부의 검출신호를 외부로 전달하기 위한 연결선; 및 전원 공급을 위한 연결선;을 구비하는 유선형인 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템 을 제공한다.(4) The method according to (2), wherein the water level sensor comprises: a connection line for transmitting a detection signal of the signal processing unit to the outside; It provides a water level sensing system of the device characterized in that it is streamlined; and a connecting line for power supply.
(5) 상기 (2)에 있어서, 상기 수위 센서는, 상기 정전용량 센서가 제1절연필름 및 제2절연필름 사이에 형성되고, 상기 제1절연필름의 뒷면에 접착필름이 형성되어, 상기 용기 내부 일면에 수직으로 부착된 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템 을 제공한다.(5) In the above (2), the water level sensor, wherein the capacitance sensor is formed between the first insulating film and the second insulating film, the adhesive film is formed on the back of the first insulating film, the container It provides a water level sensing system of the device, characterized in that attached vertically to the inner surface.
(6) 상기 (5)에 있어서, 상기 수위 센서 및 상기 제1절연필름 사이에 쉴드전극이 더 형성된 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템을 제공한다.(6) The water level sensing system according to (5) above, further comprising a shield electrode formed between the water level sensor and the first insulating film.
본 발명에 따르면, 용기 또는 용기 내부의 액체가 접지된 경우, 용기 내부에 잠기는 액체의 최고수위 직전의 정전용량이 0보다 큰 값을 갖는 수위 센서를 구비함으로써, 용기에 담긴 액체의 높이에 따라 수위 센서의 정전용량 변화를 감지하여 수위를 센싱할 수 있는 기기의 수위 센싱 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, when the container or the liquid inside the container is grounded, by providing a water level sensor having a value of the capacitance immediately before the highest level of the liquid submerged in the container, the value according to the height of the liquid contained in the container It is possible to provide a water level sensing system of a device capable of sensing a level of water by sensing a change in capacitance of a sensor.
또한, 센서의 감도가 비교적 높고, 쉴드전극을 구비하여 측정신뢰도가 우수한 수위 센싱 시스템을 제공할 수 있고, 재료비가 낮고, 플라스틱 등의 필름 및 접착필름을 사용하여 경제적이고, 구조물에 특별한 기구 설계 없이 간편하게 장착할 수 있는 수위 센싱 시스템을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a water level sensing system having a relatively high sensitivity of the sensor, a shield electrode, and excellent measurement reliability, and a low material cost, and economical by using a film such as plastic and an adhesive film, without designing a special mechanism for the structure. It is possible to provide a water level sensing system that can be easily mounted.
도 1은 정전용량형 수위 센서의 측정 원리를 나타낸 설명도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기기의 수위 센싱 시스템을 설명하는 개략도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수위 센싱 시스템의 정전용량 변화를 설명하기 위한 개략적인 회로도,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 사용되는 수위 센서의 일례를 나타낸 배치도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수위 센서를 나타낸 단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 센싱 시스템의 정전용량 변화를 설명하기 위한 개략적인 회로도.1 is an explanatory diagram showing a measuring principle of a capacitive water level sensor;
2 is a schematic diagram illustrating a water level sensing system of a device according to an embodiment of the present invention;
3 and 4 is a schematic circuit diagram for explaining the capacitance change of the water level sensing system according to an embodiment of the present invention,
5 to 7 is a layout view showing an example of the water level sensor used in the present invention,
8 is a sectional view showing a water level sensor according to an embodiment of the present invention;
9 and 10 are schematic circuit diagrams for explaining the capacitance change of the water level sensing system according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 도면부호를 부여하였으며, 방향은 도면을 기준으로 설명하되, 제1방향은 수위 센서의 세로(긴) 방향을 의미하고, 제2방향은 수위 센서의 가로(짧은) 방향의 의미한다. 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
In the drawings, the same or equivalent reference numerals are given to the same or similar reference numerals, and the direction will be described with reference to the drawings. The first direction means the longitudinal direction of the water level sensor, and the second direction indicates the horizontal direction of the water level sensor. (Short) direction means. In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that unless otherwise stated, it may further include other components other than the other components.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기기의 수위 센싱 시스템을 설명하는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a water level sensing system of a device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기기의 수위 센싱 시스템(100)은, 액체를 담을 수 있는 용기(110)를 구비한 기기의 수위 센싱 시스템(100)으로서, 상기 용기(110) 또는 상기 용기(110) 내부의 액체(l)는 접지(111)되고, 상기 용기(110) 잠기는 액체(l)의 최고수위 직전의 정전용량이 0보다 큰 값을 갖는 수위 센서(120, 도 2 (c) 참조)를 구비하여, 내부에 액체(l)가 존재하지 않아 공기 만을 유전체로 사용할 경우(120', 도 2 (b) 참조) 또는 내부에 액체(l)가 존재하더라도 그 수위가 낮은 경우보다 충분히 큰 정전용량 값을 갖는 수위 센서(120, 도 2 (c) 참조)를 구비하여, 상기 용기(110) 내부에 잠기는 액체(l)의 수위에 따라 상기 수위 센서(120)의 정전용량 값의 변화를 감지하여 수위를 센싱하는 것을 특징으로 하고 있다.Referring to FIG. 2, the water
상기 본 발명에 따른 수위 센싱 시스템(100)은, 물과 같은 액체(l)를 사용하는 기기에서의 수위 센싱을 정전용량(C) 차이에 의해 수행되도록 하는 경우에 있어, 사용자의 조작시 감전 위험을 방지하기 위해 액체(l)를 담을 수 있는 용기(110)를 접지(111)할 때에도 수위에 따른 정전용량(C) 변화를 감지할 수 있도록 하는 것이다.The water
즉, 일반적으로 정전용량형 수위 센서는 전극 사이의 유전체를 공기 및 액체만을 이용하여 그 정전용량 차이로 수위를 감지하게 되나, 본 발명에 따르면, 상기 수위 센서의 정전용량을 충분히 크게, 즉, 용기(110) 내부에 최고수위의 액체(l)가 존재하기 직전까지도 0보다 큰 정전용량 값을 갖도록 설계함으로써, 액체(l) 수위가 높아질수록 높아진 수위 만큼 정전용량(C) 값이 감소하게 되어 그 정전용량 값의 변화를 감지함으로써 수위를 검출할 수 있게 된다. 이때, 기기의 용기(110) 또는 용기(110) 내부의 액체(l)가 접지(111)되어 있지 않은 경우이거나 접지(111)가 미약하게 처리된 경우라면, 액체(l)를 임의로 접지(111)에 연결시키는 전극을 추가함으로써 동일한 원리에 의해 정전용량(C) 변화를 감지할 수 있다.That is, in general, the capacitive water level sensor detects the water level by the capacitance difference using only the dielectric between the electrodes using air and liquid, but according to the present invention, the capacitance of the water level sensor is sufficiently large, that is, the container Designed to have a capacitance value greater than zero until just before the liquid level (l) of the highest level within the (110) inside, the value of the capacitance (C) decreases as the liquid level increases as the liquid level (l) increases. The water level can be detected by detecting a change in the capacitance value. In this case, when the
여기서, 상기 수위 센서의 정전용량(C) 값을 미리 충분히 크게 설계하는 것은, 예를 들면 도 2 (c)에 도시한 바와 같이, 공기보다 큰 비유전율(εr)을 갖는 유전체(121)를 상기 수위 센서(120)를 구성하는 전극(122a, 122b) 사이에 충진시켜 둠으로써 가능할 수 있고, 상기 전극(122a, 122b)에 돌기를 형성하여 전극 면적을 크게 하거나, 상기 전극(122a, 122b) 사이의 간격을 조절함으로써 가능할 수 있다.Here, the dielectric 121, having a larger dielectric constant than air (ε r), as shown in the capacitance (C) It is large enough to design in advance the value, for example, FIG. 2 (c) of said level sensor It may be possible by filling between the
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수위 센싱 시스템의 정전용량 변화를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다. 여기서, 도 3 (a)는 이해의 편의를 위해 모식적으로 나타내었다.3 and 4 are schematic circuit diagrams for explaining the change in capacitance of the water level sensing system according to an embodiment of the present invention. Here, Figure 3 (a) is schematically shown for convenience of understanding.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 수위 센싱 시스템(100)은 액체(l)가 없는 경우에도 상기 수위 센서(120)는 일정 크기의 정전용량(C) 값을 갖도록 설계되어 있다.(도 3 (b) 참조) 이러한 일정 크기의 정전용량(C) 값은 예를 들면, 도 2 (c)와 같이 상기 수위 센서 전극(122a, 122b) 사이에 공기의 비유전율(εr)보다 큰 비유전율(εr)을 갖는 유전체(121)를 충진해 둠으로써, 또는, 전극(122)에 돌기를 형성하여 전극 면적을 크게 하거나, 상기 전극(122a, 122b) 사이의 간격을 조절함으로써, 도 4에 나타낸 바와 같이 제1방향을 기준으로 복수의 커패시턴스가 병렬로 연결된 회로와 등가로 표현할 수 있게 된다. 이때, 수위의 증가로 액체(l)에 둘러싸인 전극(122)은 접지(111) 및 커패시턴스와 결합을 하게 되고, 이 부분의 정전용량(C)은 '0'에 가깝게 되어, 수위가 증가된 부분에 해당하는 높이(h) 만큼의 정전용량(C)이 감소하여 전체 정전용량(C)이 감소하게 되는 원리를 이용하여, 수위 센싱이 가능하도록 하는 것이다. 따라서, 정전용량형 수위 센서의 경우, 용기(110) 또는 용기(110) 내부의 액체(l)가 접지(111)됨으로써 정전용량(C) 측정 대상물인 액체(l)가 접지(111)되어 정전용량(C) 측정이 불가한 문제를 극복할 수 있게 된다. 한편, 수위가 상기 수위 센서의 최고 높이까지 이를 경우는 도 3 (c)에 도시된 등가회로와 같이 정전용량 값이 '0'에 가깝게 된다.3 and 4, the water
상기 원리를 더욱 자세히 설명하면, 용기(110)에 액체(l)가 존재하지 않는 경우에는 상기 수위 센서의 정전용량 값(C)은 식 2에 의해 계산될 수 있다. 여기서, 공기의 비유전율(εr)은 약 '1'의 값을 가지는 것으로 알려져 있고, 본 발명에 따른 수위 센서(120)의 경우는 미리 충분히 큰 정전용량(C)을 갖게 설계되어 있다. 이는 도 4에 나타낸 바와 같이 복수의 커패시턴스가 병렬 연결된 등가회로로 표현할 수 있다.In more detail, the principle C value of the water level sensor can be calculated by
또한, 액체(l)가 존재하는 경우에도 식 2에 의해 정전용량 값(C)을 계산할 수 있다. 액체(l)의 비유전율(εr)은 물을 예로 들면, 약 '80'으로 알려져 있다. 그러나, 액체(l)는 접지(111)에 연결되어 전체 정전용량(C) 값에서 그 비유전율(εr)의 의미는 없고, 상기 복수의 커패시턴스 중 일부 커패시턴스를 '0'에 가깝게 하여 전체 정전용량(C) 값이 감소되도록 하는 역할을 하게 된다.In addition, even when the liquid 1 is present, the capacitance value C can be calculated by equation (2). The relative dielectric constant epsilon r of the liquid 1 is known as about '80', for example, with water. However, the liquid l is connected to the
따라서, 액체(l)의 수위가 점점 높아질수록 상기 수위 센서(120)를 통한 정전용량 값(C)은 감소하게 되며, 액체(l)의 수위에 반비례하여 얻어지는 정전용량(C) 값을 읽어 신호처리부(123)를 통해 액체(l)의 수위를 파악할 수 있게 된다.Therefore, as the level of the liquid 1 increases, the capacitance value C through the
도 5 내지 도 7은 본 발명에 사용되는 수위 센서의 일례를 나타낸 배치도이다. 도 5 내지 도 7은 수위 센서(120)의 전극(122), 신호처리부(123), 태양전지(126)의 위치나 배치구조를 설명하기 위하여 편의상 도시한 것으로서, 완성된 수위 센서(120)의 전체 구조를 나타낸 것은 아니며, 완성된 구조에서 제2절연필름(127)을 도시하지 않고 나타낸 것이다.5 to 7 are layout views showing an example of the water level sensor used in the present invention. 5 to 7 illustrate the position or arrangement of the electrode 122, the
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 수위 센서(120)는, 제1절연필름(124) 상에 정전용량 센서를 구성하는 제1전극(122a)과 제2전극(122b), 신호처리부(123), 안테나(125) 및 태양전지(126)를 구비할 수 있다. 추가적으로 밧데리(건전지)(128)가 배치될 수도 있다.As shown in FIG. 5, the
상기 제1전극(122a) 및 제2전극(122b)은 제1방향으로는 일정 길이를 갖고, 제1방향과 교차되는 제2방향의 적어도 한 쪽 면에는 복수의 돌기와 복수의 홈이 교대로 배열되는 구조로 서로 평행하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1전극(122a)의 돌기가 상기 제2전극(122b)의 홈에 대응되고, 상기 제1전극(122a)의 홈에 상기 제2전극(122b)의 돌기가 대응되어 서로 맞물리는 형태로 일정간격 이격되어 상기 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b)이 배치될 수 있다.The
일례를 들면, 상기 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b)은 제2방향으로 돌출된 형태를 갖는 4각형(또는 다각형)의 복수개의 톱니(돌기)들이 일정간격으로 배치된 형태로, 제1방향으로 일정거리를 유지하여 배치될 수 있으며, 상기 제2전극(122b)의 톱니들과 상기 제1전극(122a)의 톱니들이 서로 맞물리는 형태로 배치될 수 있고, 상기 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b)이 일정간격 이격되도록 배치될 수 있다.For example, the
또한, 상기 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b)의 일단이 전극패턴을 통하여 상기 신호처리부(123)에 전기적으로 연결되게 된다. 상기 신호처리부(123)는 상기 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b)의 상단부에 배치되어, 상기 정전용량 센서를 구성하는 상기 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b)에서 발생된 센싱신호를 통해 수위를 검출하여 검출신호를 발생하게 된다.In addition, one end of the
상기 신호처리부(123)의 배치구조는 도 5와 같이 일자형으로 배치될 수 있고, 원형 배치구조를 가질 수도 있으며, 'ㄱ'자 또는 'ㄴ'자 등 다양한 배치구조를 가질 수 있다. 이는 상기 신호처리부(123)를 구성하는 칩이나 소자들의 형태나 크기 또는 배치구조에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것이다.The arrangement of the
또한, 상기 신호처리부(123)의 상단부에 안테나(125)가 배치될 수 있고, 상기 안테나(125)의 측면에 밧데리(건전지)(128)가 배치될 수 있으며, 상기 안테나(125) 및 상기 밧데리(128)의 상단부에 태양전지(126)가 배치될 수 있다.In addition, an
상기 안테나(125)는 상기 신호처리부(123), 상기 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b)에 일반적인 RF 태그와 같이 전원을 공급하거나, 상기 신호처리부(123)의 검출신호를 외부로 전송하기 위한 것이다. 상기 안테나(125)의 형태는 도 5와 같이, 속이 빈 정사각형 형태를 가질 수도 있고, 직사각형, 원형, 직선형 등 다양한 형태로 배치될 수도 있다.The
한편, 도 5는 태양전지(126)가 구비되는 경우의 수위 센서(120)를 나타내고 있으나, 본 발명에 따른 수위 센서(120)는 태양전지(126)를 구비하지 않는 무선형(wireless type) 또는 유선형(wire type)으로 제조될 수 있다.On the other hand, Figure 5 shows the
태양전지(126)를 구비하는 무선형의 경우는 도 5에 설명한 바 있고, 태양전지(126)를 구비하지 않는 무선형 수위 센서(220)의 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 정전용량 센서를 구성하는 제1전극(222a) 및 제2전극(222b), 신호처리부(223), 통신을 위한 안테나(225) 및 밧데리(건전지)(228)를 구비할 수 있으며, 배치구조는 도 5에서 설명한 바와 동일 또는 유사하다.The case of the wireless type having the
또한, 다른 예로 태양전지(126)를 구비하지 않는 무선형 수위 센서(220)의 경우, 밧데리(건전지)(228)를 구비하지 않는 수동형(passive type) 수위 센서(220)일 수 있다.In another example, the wireless water level sensor 220 without the
또한, 태양전지(126)를 구비하지 않는 유선형 수위 센서의 경우(320)에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 정전용량 센서를 구성하는 제1전극(322a)과 제2전극(322b) 및 신호처리부(323)를 구비할 수 있으며, 상기 신호처리부(323)의 신호를 외부로 전송하거나 전원 공급을 위한 연결선(329)들을 구비할 수 있다.In addition, in the case of the streamlined water level sensor 320 having no
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수위 센서를 나타낸 단면도이다. 도 8 및 도 2를 참조하면, 상기 수위 센서(120)는 제1전극(122a) 및 제2전극(122b)이 제1절연필름(124) 및 제2절연필름(127) 사이에 형성되고, 상기 제1절연필름(124)의 뒷면에 접착필름(129-1)이 형성되어, 상기 용기(110) 내부 일면에 수직으로 부착될 수 있다.8 is a cross-sectional view showing a water level sensor according to an embodiment of the present invention. 8 and 2, in the
상기 제1절연필름(124) 및 상기 제2절연필름(127)은 상기 제1전극(122a) 및 제2전극(122b)의 액체(l)와의 절연을 위해 코팅되는 것으로 PET(polyethylene terephthalate) 또는 PI(polyimide)일 수 있다.The first
또한, 상기 접착필름(129-1)은 양면접착제 형태로 접착물질막을 형성함으로써, 상기 수위 센서(120)를 상기 용기(110) 내부의 일면 등 특정 부위에 접착 또는 고정시킬 수 있다. In addition, the adhesive film 129-1 may form an adhesive material film in the form of a double-sided adhesive, thereby bonding or fixing the
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 센싱 시스템의 정전용량 변화를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다. 여기서, 도 9 (a)는 이해의 편의를 위해 모식적으로 나타내었다.9 and 10 are schematic circuit diagrams for explaining the change in capacitance of the water level sensing system according to another embodiment of the present invention. Here, Figure 9 (a) is schematically shown for convenience of understanding.
도 9, 도 10 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 센싱 시스템(100)은 상기 전극(제1전극(122a) 및 제2전극(122b))과 상기 제1절연필름(124) 사이에 쉴드전극(129-2)이 더 형성될 수 있다. 이러한 쉴드전극(129-2)은 제1전극(122a) 및 상기 제2전극(122b) 면보다 더 넓은 면을 구비하여 정전용량(C)을 보다 안정적으로 측정할 수 있도록 한다. 9, 10, and 8, the water
상기 도 3에서 설명한 바와 마찬가지로, 쉴드전극(129-2)이 더 형성된 수위 센서(120)를 구비한 수위 센싱 시스템(100)은 액체(l)가 없는 경우에도 상기 수위 센서(120)는 충분히 큰 일정 크기의 정전용량(C) 값을 갖도록 설계되어 있다.(도 9 (b) 참조) 이러한 일정 크기의 정전용량(C) 값은 예를 들면, 상기 수위 센서 전극(122) 사이에 공기의 비유전율(εr)보다 큰 비유전율(εr)을 갖는 유전체를 충진해 둠으로써, 또는, 전극(122)에 돌기를 형성하여 전극 면적을 크게 하거나, 상기 전극(122a, 122b) 사이의 간격을 조절함으로써, 제1방향을 기준으로 복수의 커패시턴스가 병렬로 연결된 회로와 등가로 표현할 수 있게 된다. 이때, 수위의 증가로 액체(l)에 둘러싸인 전극(122)은 접지(111) 및 커패시턴스와 결합을 하게 되고, 이 부분의 정전용량(C)은 '0'에 가깝게 되어, 수위가 증가된 부분에 해당하는 높이(h) 만큼의 정전용량(C)이 감소하여 전체 정전용량(C)이 감소하게 되는 원리를 이용하여, 수위 센싱이 가능하도록 하는 것이다. 따라서, 정전용량형 수위 센서의 경우, 용기(110) 또는 용기(110) 내부의 액체(l)가 접지(111)됨으로써 정전용량(C) 측정 대상물인 액체(l)가 접지(111)되어 정전용량(C) 측정이 불가한 문제를 극복할 수 있게 된다. 한편, 수위가 상기 수위 센서의 최고 높이까지 이를 경우는 도 9 (c)에 도시된 등가회로와 같이 정전용량 값이 '0'에 가깝게 된다.As described above with reference to FIG. 3, the water
또한, 도 4에서 설명한 바와 마찬가지로, 용기(110)에 액체(l)가 존재하지 않는 경우에는 상기 수위 센서의 정전용량 값(C)은 식 2에 의해 계산될 수 있다. 여기서, 공기의 비유전율(εr)은 약 '1'의 값을 가지는 것으로 알려져 있고, 본 발명에 따른 수위 센서(120)의 경우는 충분히 큰 정전용량을 갖게 된다. 이는 도 10에 나타낸 바와 같이 복수의 커패시턴스가 병렬 연결된 것과 등가로 볼 수 있다.
In addition, as described in FIG. 4, when the liquid 1 does not exist in the
이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.The foregoing is a description of specific embodiments of the present invention. The above embodiments according to the present invention are not to be understood as limiting the scope of the present invention or the matter disclosed for the purpose of description, and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention various changes and modifications It should be understood that this is possible. It is therefore to be understood that all such modifications and alterations are intended to fall within the scope of the invention as disclosed in the following claims or their equivalents.
100: 수위 센싱 시스템 110: 용기
111: 접지 120, 220, 320: 수위 센서
121: 유전체 122a, 222a, 322a: 제1전극
122b, 222b, 322b: 제2전극 123, 223, 323: 신호처리부
124: 제1절연필름 125, 225: 안테나
126: 태양전지 127: 제2절연필름
128, 228: 밧데리(건전지) 129-1: 접착필름
129-2: 쉴드전극 329: 연결선
l: 액체100: water level sensing system 110: container
111:
121: dielectric 122a, 222a, 322a: first electrode
122b, 222b, and 322b:
124: first insulating
126: solar cell 127: second insulating film
128, 228: battery (battery) 129-1: adhesive film
129-2: shield electrode 329: connecting line
l: liquid
Claims (6)
상기 용기 또는 상기 용기 내부의 액체는 접지되고, 상기 용기의 내부에 잠기는 액체의 최고수위 직전의 정전용량이 0보다 큰 값을 갖는 수위 센서를 구비하여, 상기 용기 내부에 잠기는 액체의 수위에 따라 상기 수위 센서의 정전용량 값의 변화를 감지하여 수위를 센싱하는 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템.A water level sensing system of a device having a container for containing liquid,
The container or the liquid inside the container is grounded, and is provided with a water level sensor whose capacitance immediately before the highest level of the liquid immersed in the container is greater than zero, so that the liquid is submerged in accordance with the level of the liquid immersed in the container. The water level sensing system of the device, characterized in that for sensing the change in the capacitance value of the water level sensor.
상기 수위 센서는,
제1방향으로는 일정 길이를 가지며, 제1방항과 교차되는 제2방향의 적어도 한 쪽 면에는 복수의 돌기과 복수의 홈이 교대로 배열되는 구조로 서로 평행하게 배치되는 제1전극 및 제2전극을 구비하되, 상기 제1전극의 돌기가 상기 제2전극의 홈에 대응되고, 상기 제1전극의 홈에 상기 제2전극의 돌기가 대응되어 서로 맞물리는 형태로 일정간격 이격되어 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 배치되는 정전용량 센서; 및
상기 제1전극 및 상기 제2전극의 상단부에 배치되어 상기 정전용량 센서에서 발생된 센싱신호를 통해 수위를 검출하여 검출신호를 발생하는 신호처리부;
를 구비한 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템.The method of claim 1,
The water level sensor,
The first electrode and the second electrode having a predetermined length in the first direction and arranged in parallel with each other in a structure in which a plurality of protrusions and a plurality of grooves are alternately arranged on at least one surface of the second direction crossing the first direction. Wherein the projection of the first electrode corresponds to the groove of the second electrode, the projection of the second electrode corresponding to the groove of the first electrode is spaced apart at a predetermined interval in the form of engagement with each other the first electrode And a capacitance sensor on which the second electrode is disposed; And
A signal processor disposed at upper ends of the first electrode and the second electrode to detect a water level through a sensing signal generated by the capacitance sensor to generate a detection signal;
Water level sensing system of the device, characterized in that provided with.
상기 수위 센서는,
상기 신호처리부의 검출신호를 외부로 전송하거나, 상기 신호처리부 및 상기 정전용량 센서에 전원을 공급하기 위한 안테나; 및
전원 공급을 위한 태양전지 또는 밧데리;
를 구비하는 무선형 구조인 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템.The method of claim 2,
The water level sensor,
An antenna for transmitting the detection signal of the signal processor to the outside or supplying power to the signal processor and the capacitive sensor; And
Solar cells or batteries for power supply;
Water level sensing system of the device, characterized in that the wireless structure having a.
상기 수위 센서는,
상기 신호처리부의 검출신호를 외부로 전달하기 위한 연결선; 및
전원 공급을 위한 연결선;
을 구비하는 유선형인 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템.The method of claim 2,
The water level sensor,
A connection line for transmitting the detection signal of the signal processor to the outside; And
Connecting line for power supply;
Water level sensing system of the device, characterized in that the streamlined.
상기 수위 센서는, 상기 정전용량 센서가 제1절연필름 및 제2절연필름 사이에 형성되고, 상기 제1절연필름의 뒷면에 접착필름이 형성되어, 상기 용기 내부 일면에 수직으로 부착된 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템.The method of claim 2,
The water level sensor is characterized in that the capacitive sensor is formed between the first insulating film and the second insulating film, the adhesive film is formed on the back of the first insulating film, it is attached vertically to one surface inside the container Level sensing system of the device.
상기 수위 센서 및 상기 제1절연필름 사이에 쉴드전극이 더 형성된 것을 특징으로 하는 기기의 수위 센싱 시스템.The method of claim 5,
And a shield electrode is further formed between the water level sensor and the first insulating film.
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