KR20140006354A - 수위측정장치 및 수위측정방법 - Google Patents

수위측정장치 및 수위측정방법 Download PDF

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    • B01D35/14—Safety devices specially adapted for filtration; Devices for indicating clogging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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
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    • G01F23/24—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 resistance of resistors due to contact with conductor fluid

Abstract

본 발명은 수위측정장치 및 수위측정방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치는, 제공되는 유체를 적어도 2이상의 물줄기로 나누어 출수하는 출수코크; 상기 물줄기 중 적어도 2이상의 물줄기에 대하여 기준전압을 인가하는 전극; 상기 기준전압에 의하여 상기 물줄기에 인가되는 전류의 크기를 측정하는 전류계; 및 상기 전류계가 측정한 상기 전류의 크기를 이용하여, 상기 출수코크가 출수하는 유체를 수용하는 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.

Description

수위측정장치 및 수위측정방법 {Apparatus for measuring water level and method for the same}
본 발명은 수위측정장치 및 수위측정방법에 관한 것으로서, 특히 용기에 공급된 유체의 수위를 자동으로 측정할 수 있는 수위측정장치 및 수위측정방법에 관한 것이다.
최근 정화된 음용수를 효과적으로 얻기 위해, 가정을 비롯한 다양한 공간에서 정수기의 사용이 급격히 확산되고 있다. 정수기는 수돗물이나 지하수 등의 자연수(이하, 정수되기 전 상태의 물을 '원수'라 함)를 여과하기 위한 장치로서, 여러 개의 필터를 통해 원수를 여과하여 원수에 포함된 이물질이나 유해물질을 제거함으로써 음용수를 제공한다.
최근에는 사용자의 편의를 위하여, 추출버튼만 누르면 자동으로 정량의 물을 출수하는 자동추출기능을 가진 정수기도 널리 사용되고 있다.
다만, 종래의 자동추출기능은 정량의 정수를 추출하는 것으로서, 제공되는 용기의 수위는 고려하지 않고 제공하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 용기의 크기가 작은 경우에는 상기 용기가 넘쳐 사용자의 불편을 초래할 위험이 있다.
본 발명은 용기에 공급된 유량을 자동으로 측정할 수 있는 수위측정장치 및 수위측정방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치는, 제공되는 유체를 적어도 2이상의 물줄기로 나누어 출수하는 출수코크; 상기 물줄기 중 적어도 2이상의 물줄기에 대하여 기준전압을 인가하는 전극; 상기 기준전압에 의하여 상기 물줄기에 인가되는 전류의 크기를 측정하는 전류계; 및 상기 전류계가 측정한 상기 전류의 크기를 이용하여, 상기 출수코크가 출수하는 유체를 수용하는 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 출수코크는, 제1물줄기를 형성하여 출수하는 제1출수관; 제2물줄기를 형성하여 출수하는 제2출수관; 및 상기 유체를 공급받아 상기 제1출수관 및 제2출수관으로 제공하며, 상기 제1출수관과 제2출수관을 서로 연결하는 T형관을 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 전극은, 상기 제1출수관 및 제2출수관에 각각 형성되며, 상기 제1물줄기 및 제2물줄기 사이에 상기 기준전압을 인가할 수 있다.
여기서 상기 연산부는, 상기 측정되는 전류의 크기에 따라 설정된 테이블표 또는 실험식을 이용하여 상기 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산할 수 있다.
여기서 상기 연산부는, 상기 용기의 종류, 상기 유체의 종류, 상기 유체의 온도 및 상기 기준전압의 크기 중 적어도 어느 하나에 따라, 상기 테이블표 또는 실험식을 달리 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정방법은, 제공되는 유체를 적어도 2 이상의 물줄기로 나누어 출수하는 출수단계; 상기 물줄기 중 적어도 2이상의 물줄기에 대하여 기준전압을 인가하는 기준전압 인가단계; 상기 기준전압에 의하여 상기 물줄기에 인가되는 전류의 크기를 측정하는 전류측정단계; 및 상기 측정한 전류의 크기를 이용하여, 상기 출수된 유체를 수용하는 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산하는 수위측정단계를 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치 및 수위측정방법은 용기에 대하여 공급되는 유체의 높이를 자동으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치 및 수위측정방법은 단순한 구성으로 용기에 공급되는 유체의 높이를 정확하게 측정할 수 있다.
도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치를 나타내는 개략도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치의 전극을 나타내는 개략도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치를 나타내는 개략도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치는, 출수코크(10), 전극(20), 전류계(30) 및 연산부(40)를 포함할 수 있다.
이하, 도1 및 도2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정장치를 설명한다.
출수코크(10)는, 제공되는 유체를 적어도 2이상의 물줄기로 나누어 출수할 수 있다. 구체적으로, 상기 출수코크(10)가 2개의 물줄기로 나누어 출수하는 경우에는, 도시된 바와 같이, 제1출수관(11), 제2출수관(12) 및 T형관(13)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1출수관(11)은 제1물줄기를 형성하고, 제2출수관(12)은 제2물줄기를 형성하여 출수할 수 있다. T형관(13)은 상기 제1출수관(11) 및 제2출수관(12)을 서로 연결하는 것으로서, 공급받은 유체를 상기 제1출수관(11) 및 제2출수관(12)으로 제공할 수 있다.
여기서, 상기 유체의 내부에는 이온물질이 포함될 수 있으며, 그에 따라 상기 유체 내부에는 전류가 흐를 수 있다. 상기 전류의 크기는 상기 유체에 인가되는 전압의 크기, 상기 유체에 포함된 이온물질의 양 및 상기 유체의 온도 등에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 상기 유체는 인가하는 전압에 따라 전류가 흐르므로, 하나의 저항과 도선으로 모델링할 수 있다. 따라서, 도1에 도시한 바와 같이, 상기 출수코크(10)에서 출수되는 물줄기 및 용기(1) 내부에 저장된 유체를 포함하여 하나의 폐회로로 모델링할 수 있다.
구체적으로, 도1을 참조하면, 상기 출수코크(10) 내부는 R1, Rf, R2의 3개의 저항으로 모델링할 수 있으며, 제1물줄기 및 제2물줄기는 각각 R3 및 R4로 모델링할 수 있다. 상기 용기(1)에 저장된 유체는 R5로 모델링할 수 있다. 여기서, 상기 출수코크(10)에서 유체가 출수하는 동안에는 상기 출수코크(10) 내부의 저항은 일정한 저항값을 가지는 것으로 볼 수 있으므로, 상기 R1, Rf, R2는 고정저항으로 볼 수 있다.
반면에, 상기 제1물줄기, 제2물줄기 및 상기 용기(1)에 저장된 유체에 의한 저항의 크기는, 상기 용기(1)의 수위에 따라 달라지는 가변저항으로 볼 수 있다. 일반적으로 저항은 R = ρ(l / A)로 나타낼 수 있으며, 여기서 ρ는 비저항, l은 저항의 길이, A는 저항의 단면적이다. 상기 용기(1)의 수위가 높아지면 상기 제1물줄기 및 제2물줄기의 길이는 짧아지는 것이므로, 상기 l값이 작아져 상기 R3 및 R4의 저항값이 작아지게 된다. 또한, R5의 경우에는 상기 용기(1)의 수위가 높아질수록 상기 단면적 A가 커지는 것으로 볼 수 있으므로, 상기 R5의 저항값이 작아지게 된다.
따라서, 상기 R3, R4 및 R5는 상기 용기(1)의 수위에 따라 가변하게 되며, 상기 R3, R4 및 R5의 저항값 변동을 이용하여 상기 용기(1)의 수위를 측정하는 것이 가능하다.
전극(20)은, 상기 물줄기 중 적어도 2이상의 물줄기에 대하여 기준전압을 인가할 수 있다. 여기서, 상기 물줄기가 2개 형성되는 경우에는 도2에 도시된 바와 같이, 상기 제1출수관(11) 및 제2출수관(12)에 각각 상기 전극(20)이 형성될 수 있다.
도2에 도시된 바와 같이, 상기 전극(20)의 양단에 기 설정된 크기의 기준전압을 인가하면, 상기 R1, Rf 및 R2가 직렬로 연결된 하나의 브랜치(branch)를 이루고, 상기 R3, R5 및 R4가 직렬로 연결된 하나의 브랜치를 이루어, 상기 두개의 브랜치가 병렬로 연결된 회로에 상기 기준전압을 인가한 것으로 볼 수 있다. 여기서, 상기 전극(20)의 양단에 흐르는 전류의 크기는 상기 병렬 연결된 회로의 저항값에 따라 결정될 수 있으며, 상기 병렬 회로의 저항값은 앞서 살핀 바와 같이 상기 용기(1)의 수위에 따라 달라질 수 있다.
상기 전극(20)은 도2에 도시된 바와 같이, 핀(pin)의 형태로 상기 제1출수관(11) 및 제2출수관(12)에 구비될 수 있으나, 도3에 도시된 형태로 구비되는 것도 가능하다. 즉, 도3(a)와 같이 클립(clip) 형태로 구비되어 상기 제1출수관(11) 및 제2출수관(12)의 단부에 상기 전극(20a)을 끼우는 형태로 구비될 수 있으며, 도3(b)와 같이 전도성이 있는 원통형으로 형성되어 상기 제1 출수관(11) 및 제2출수관(12)의 내부에 상기 전극(20b)을 구비하는 것도 가능하다.
전류계(30)는, 상기 기준전압에 의하여 상기 물줄기에 인가되는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 앞서 살핀바와 같이, 상기 용기(1)에 저장된 유체의 높이(수위)에 따라 상기 폐회로의 저항의 크기가 달라지고, 그에 따라 상기 전류의 측정값도 달라진다. 따라서, 상기 전류계(30)를 이용하여 상기 전류의 크기를 측정함으로써 상기 용기(1)의 수위에 대한 정보를 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 용기(1)의 수위가 높아질수록 상기 저항 R3, R4, R5의 크기가 작아지므로, 상기 측정되는 전류의 크기는 커질 수 있다.
여기서, 상기 전류계(30)는 전류의 크기를 측정할 수 있는 것이면 어떠한 것도 활용할 수 있으며, 상기 전류계(30)에서 측정한 상기 전류의 측정값은 상기 연산부(40)로 전송될 수 있다.
연산부(40)는, 상기 전류계(30)가 측정한 상기 전류의 크기를 이용하여, 상기 출수코크(10)가 출수하는 유체를 수용하는 용기(1)에 저장된 상기 유체의 높이를 계산할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 상기 전류계(30)가 측정한 전류의 크기는 상기 용기(10)의 수위가 높아질수록 커질 수 있으므로, 상기 측정된 전류의 크기를 바탕으로 상기 용기(1)의 수위를 계산할 수 있다.
구체적으로, 상기 연산부(40)는, 상기 측정되는 전류의 크기에 따라 설정된 테이블표 또는 실험식을 이용할 수 있으며, 이때, 상기 용기(1)의 종류, 상기 유체의 온도 및 상기 기준전압의 크기 등에 따라 상기 테이블표 또는 실험식을 달리 설정할 수 있다. 상기 테이블표 및 실험식은 수차례의 반복적인 실험을 통하여, 상기 측정된 전류의 크기에 대응하는 용기(1)의 높이를 측정하는 방식으로 생성할 수 있다.
여기서, 상기 연산부(40)는 상기 용기(1)의 수위를 계산하기 위하여 먼저 레퍼런스(reference) 저항의 크기를 측정하고, 이를 이용하여 용기(1)의 수위를 계산할 수 있다. 구체적으로, 상기 레퍼런스 저항의 크기를 측정하기 위하여, 상기 도2의 a 노드 및 b노드 양단에 기준전압을 인가하고 전류의 크기를 측정할 수 있다. 상기 a노드 및 b노드는 상기 T형관(13) 내부에 위치하는 것이므로, 상기 a노드와 b노드 사이의 거리 및 단면적은 일정하다. 따라서, 상기 a노드 및 b노드 사이에는 일정한 크기의 레퍼런스 저항 Rf가 있는 것으로 볼 수 있으며, Rf 저항에 기준전압을 인가하였을 때 흐르는 전류의 크기를 바탕으로 나머지 가변저항의 크기 및 그에 따른 용기(1)의 수위를 계산할 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정방법을 나타내는 순서도이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정방법은, 출수단계(S10), 기준전압 인가단계(S20), 전류측정단계(S30) 및 수위측정단계(S40)를 포함할 수 있다.
이하, 도4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 수위측정방법을 설명한다.
출수단계(S10)는, 제공되는 유체를 적어도 2이상의 물줄기로 나누어 출수할 수 있다.
상기 출수하는 유체는 이온물질을 포함하므로 인가되는 전압에 따라 전류가 흐를 수 있으며, 하나의 저항과 도선으로 모델링할 수 있다. 일반적으로 저항의 크기는 R = ρ(l / A)로 구할 수 있으며, 상기 유체에 대하여도 상기 관계식을 적용할 수 있다. 여기서 ρ는 비저항, l은 저항의 길이, A는 저항의 단면적이다.
따라서, 상기 2 이상의 물줄기 및 상기 유체가 수용되는 용기에 저장된 유체를 포함하면 하나의 폐회로로 모델링할 수 있으며, 특히 상기 2 이상의 물줄기 및 상기 용기에 저장된 유체에 의한 저항은 상기 용기의 수위에 따라 저항의 크기가 가변하는 가변저항으로 모델링할 수 있다.
구체적으로, 상기 출수되는 물줄기의 길이는 상기 유체가 출수되는 출수코크와 상기 용기의 수위사이의 거리에 따라 달라질 수 있으며, 상기 수위가 점차 높아짐에 따라 상기 물줄기의 길이는 짧아지게 된다. 이 경우, 상기 R = ρ(l / A)에서 l의 크기가 작아지는 것이므로, 상기 물줄기에 해당하는 저항값은 감소하게 된다.
또한, 상기 용기에 저장된 유체의 경우에는 상기 수위가 높아질수록 상기 단면적 A가 커지는 것으로 볼 수 있으므로, 상기 용기에 저장된 유체에 대응하는 저항값도 감소하게 된다.
기준전압 인가단계(S20)는, 상기 물줄기 중 적어도 2이상의 물줄기에 대하여 기준전압을 인가할 수 있다.
앞서 살핀바와 같이, 상기 출수단계(S10)에서 상기 2 이상의 물줄기를 형성하여 출수하면 상기 폐회로가 형성되므로, 이후 상기 물줄기에 대하여 기준전압을 인가하게 되면 상기 폐회로 내부에 전류가 흐르게 된다. 상기 전류의 크기는 상기 폐회로 내부의 저항의 크기에 따라 변화하게 되는 것이므로, 상기 전류의 크기 또한 상기 용기의 수위에 따라 달라지게 된다. 즉, 상기 폐회로 내부의 저항의 크기 변화를 검출하기 위하여 상기 기준전압을 인가할 수 있다.
전류측정단계(S30)는, 상기 기준전압에 의하여 상기 물줄기에 인가되는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 상기 폐회로의 저항의 크기는 상기 용기의 수위가 높아질수록 작아질 수 있다. 즉, 상기 용기의 높이와 상기 폐회로의 저항의 크기는 반비례할 수 있다. 따라서, 상기 측정되는 전류의 크기를 측정함으로써 상기 용기의 높이에 대한 정보를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 전류의 측정은 전류계를 이용할 수 있으며, 상기 전류계는 전류의 크기를 측정할 수 있는 것이면 어떠한 종류의 전류계도 활용할 수 있다.
수위측정단계(S40)는, 상기 측정한 전류의 크기를 이용하여, 상기 출수된 유체를 수용하는 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산할 수 있다.
앞서 살핀 바와 같이, 상기 폐회로의 저항은 수위가 높아질수록 작아지므로, 상기 측정되는 전류의 크기는 상기 수위가 높아질수록 커지게 된다. 구체적으로, 상기 측정되는 전류의 크기에 따라 설정된 테이블표 또는 실험식을 이용하여 상기 용기의 높이를 계산할 수 있으며, 이때, 상기 용기의 종류, 상기 유체의 온도 및 상기 기준전압의 크기 등에 따라 상기 테이블표 또는 실험식을 달리 설정할 수 있다. 상기 테이블표 및 실험식은 수차례의 반복적인 실험을 통하여, 상기 측정된 전류의 크기에 대응하는 용기의 높이를 측정하는 방식으로 생성할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 수위측정장치를 포함하는 정수기가 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 정수기는 상기 수위측정장치와 함께, 유입되는 원수를 여과하여 정수를 생성하는 필터부, 상기 정수를 냉각하여 냉수를 제공하는 냉수부 및 상기 정수를 가열하여 온수를 제공하는 온수부를 더 포함할 수 있다.
이외에도, 커피 메이커, 음료추출장치 등 다양한 종류의 유체를 공급하는 장치에 대하여 상기 수위측정장치를 적용할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
1: 용기 10: 출수코크
11: 제1 출수관 12: 제2 출수관
13: T형관 20: 전극
30: 전류계 40: 연산부
S10: 출수단계 S20: 기준전압 인가단계
S30: 전류측정단계 S40: 수위측정단계

Claims (6)

  1. 제공되는 유체를 적어도 2이상의 물줄기로 나누어 출수하는 출수코크;
    상기 물줄기 중 적어도 2이상의 물줄기에 대하여 기준전압을 인가하는 전극;
    상기 기준전압에 의하여 상기 물줄기에 인가되는 전류의 크기를 측정하는 전류계; 및
    상기 전류계가 측정한 상기 전류의 크기를 이용하여, 상기 출수코크가 출수하는 유체를 수용하는 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산하는 연산부를 포함하는 수위측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출수코크는
    제1물줄기를 형성하여 출수하는 제1출수관;
    제2물줄기를 형성하여 출수하는 제2출수관; 및
    상기 유체를 공급받아 상기 제1출수관 및 제2출수관으로 제공하며, 상기 제1출수관과 제2출수관을 서로 연결하는 T형관을 더 포함하는 수위측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극은
    상기 제1출수관 및 제2출수관에 각각 형성되며, 상기 제1물줄기 및 제2물줄기 사이에 상기 기준전압을 인가하는 수위측정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연산부는
    상기 측정되는 전류의 크기에 따라 설정된 테이블표 또는 실험식을 이용하여 상기 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산하는 수위측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연산부는
    상기 용기의 종류, 상기 유체의 종류, 상기 유체의 온도 및 상기 기준전압의 크기 중 적어도 어느 하나에 따라, 상기 테이블표 또는 실험식을 달리 설정하는 수위측정장치.
  6. 제공되는 유체를 적어도 2 이상의 물줄기로 나누어 출수하는 출수단계;
    상기 물줄기 중 적어도 2이상의 물줄기에 대하여 기준전압을 인가하는 기준전압 인가단계;
    상기 기준전압에 의하여 상기 물줄기에 인가되는 전류의 크기를 측정하는 전류측정단계; 및
    상기 측정한 전류의 크기를 이용하여, 상기 출수된 유체를 수용하는 용기에 저장된 상기 유체의 높이를 계산하는 수위측정단계를 포함하는 수위측정방법.
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