KR20170134547A - 액위 측정 디바이스 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 용량성 프로브를 포함하는 차량 탱크에서의 액위 측정 디바이스가 제안되어 있으며, 용량성 프로브는 종축을 따라 연장되는 적어도 2행들의 용량성 소자들 (C1, C2) 을 형성하도록 배치된 적어도 복수의 용량성 소자들을 지지하는 지지 구조체를 포함하며, 용량성 소자들의 행들은 종축을 가로지르는 축을 따라 서로 이격된다. 2행들의 용량성 소자들의 용량성 소자들 (11, 12) 은 하나의 행으로부터 다음 행으로 서로에 대해 종축을 따라 오프셋된다.

Description

액위 측정 디바이스{DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OF A LIQUID}

본 발명은 차량의 탱크 내의 액위를 측정하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 특히 연료를 저장하거나 또는 배기 가스를 정화하기 위한 액체, 예컨대 AdBlue® (등록 상표) 와 같은 우레아계 용액을 저장하는 탱크에 적용 가능하다. 본 발명은 또한 이러한 디바이스를 포함하는 차량 또는 탱크에 관한 것이다.

차량 탱크, 특히 연료 탱크는 일반적으로 액위 측정 디바이스를 포함하여 복수의 측정 디바이스를 포함한다.

하나의 공지된 액위 측정 디바이스는 분할된 용량성 프로브의 사용에 기초한다. 이러한 프로브는 일정한 간격으로 서로 위에 배치된 복수의 용량성 세그먼트를 포함한다. 각각의 세그먼트는 깍지형 (interdigitated) 전극에 의해 형성된다. 이러한 디바이스는 예를 들어 특허 문헌 EP 2 657 663에 기술되어 있다. 이러한 디바이스는 액체의 유전 상수가 측정된 레벨에 영향을 준다는 사실과 같은 많은 결점을 가지고 있다. 일반적으로, 액체의 유전 상수는 사용하는 동안 변한다. 두 번째 단점은, 센서의 감도와 분해능이 세그먼트의 기하학적 구조와 치수, 전극 사이의 거리 및 전극 영역에 의존한다는 것이다. 따라서, 이러한 유형의 공지된 센서로는, 정확한 레벨 측정치를 얻는 것이 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 측정된 액위에서 액체의 유전 상수의 충격을 감소시키며, 더 높은 감도 및 더 나은 분해능을 갖는 액위 측정 디바이스를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 하나의 특정 실시형태에서, 차량의 탱크 내의 액위를 측정하는 디바이스가 제공되며, 상기 디바이스는 적어도 하나의 용량성 프로브를 포함하며, 상기 용량성 프로브는 종축을 따라 연장되는 적어도 2행의 용량성 소자를 형성하도록 배치된 적어도 복수의 용량성 소자를 지지하는 지지 구조체를 포함하며, 상기 적어도 2행의 용량성 소자는 상기 종축을 가로지르는 축을 따라 서로 이격되어 있다. 용량성 소자는, 하나의 행에서 다음 행으로 서로에 대해 종축을 따라 오프셋되도록 구성된다.

따라서, 복수의 용량성 소자의 분포 패턴이 제안되며, 이로써 용량성 소자는 종축을 따라 하나의 행에서 다음 행으로 서로에 대해 오프셋되고, 이로써 각각의 용량성 소자는 용량성 소자의 액위에 의존하는 커패시턴스 값을 생성할 수 있다. 이 분포 패턴에 의해, 액위를 측정하기 위한 추가 존이 주어진 행의 2개 소자 사이의 정의된 공간에 생성된다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 고분해능를 갖는다. 본 발명에 따른 액위 측정 디바이스의 분해능은 용량성 소자의 행 수에 의존한다는 것을 알 수 있다. 용량성 소자의 행 수가 많을수록 분해능이 좋아진다. 예를 들어, 제 1 행의 용량성 소자만이 4mm의 분해능을 달성할 수 있는 경우에, 제 2 행의 용량성 소자의 사용 (용량성 소자가 제 1 행의 용량성 소자에 대해 종축을 따라 오프셋됨) 은 2mm의 분해능을 얻게 할 수 있다; 용량성 소자의 제 3 행 및 제 4 행을 사용하면 1mm의 분해능을 얻을 수 있는 등이다.

하나의 특정 실시형태에서, 상기 복수의 용량성 소자는, 예를 들어 (하나의 행에서 다음 행으로 서로에 대해 종축을 따라 용량성 소자를 오프셋하지 않는) 종래 기술의 분포 패턴과 같이, 지지 구조체 상에 상이한 분포 패턴으로 배치된 다른 복수의 용량성 소자들과 연관될 수 있다.

용량성 소자는 절연 매체, 예를 들어 공기에 의해 서로 분리되는 적어도 하나의 여기 전극 및 적어도 하나의 측정 전극을 포함한다. 하나의 특정 실시형태에서, 용량성 소자는 임의의 기하학적 형상일 수 있고, 예를 들어 정사각형 또는 원형일 수 있다. 또 다른 특정 실시형태에서, 용량성 소자는 깍지형 용량성 전극일 수 있다.

하나의 바람직한 실시형태에서, 용량성 프로브는 용량성 소자의 상기 행 중 적어도 하나의 행을 지지하는 제 1 면과 용량성 소자의 상기 행 중 적어도 하나의 다른 행을 지지하는 적어도 하나의 제 2 면을 포함하는 지지 구조체를 포함한다. 이로써 용량성 소자의 행은 지지 구조체의 폭을 현저히 감소시키려는 목적으로 적어도 2개의 면에 이들 위에 배치되는 것이 이롭지만, 종축을 따라 여전히 서로로부터 이격되는 것이 유리하다.

하나의 특정 실시형태에서, 지지 구조체는 구리 또는 임의의 다른 전도성 재료로 제조될 수 있는 다수의 용량성 소자가 배치되는, 예를 들어 유리 섬유 강화된 에폭시 수지 복합체와 같은 유전체 재료일 수 있다. 이러한 용량성 소자는 인쇄 회로 기판 (PCB) 제조 공정을 사용하여 지지 구조체에 고정될 수 있으며, 이것은 공지된 제조 공정의 장점을 가지며 비교적 낮은 비용으로 높은 생산을 가능하게 한다.

하나의 특정 실시형태에서, 지지 구조체는 예를 들어 입방 또는 피라미드 형상과 같은 2 이상의 면을 갖는 임의의 기하학적 형상을 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 용량성 소자가 배치되는 지지 구조체의 적어도 하나의 섹션은 상기 복수의 소자를 덮는 절연층에 의해 측정될 액체에 의한 화학적 공격으로부터 보호될 수 있다. 절연층은 수십 마이크론 두께의 보호 바니시일 수 있고, 복수의 용량성 소자가 배치되는 지지 구조체의 상기 적어도 하나의 섹션에 직접 적용될 수 있다. 또한, 복수의 용량성 소자가 배치되는 지지 구조체의 상기 적어도 하나의 섹션 상에 직접 오버몰드된, 수백 미크론 내지 수 밀리미터 두께의 플라스틱일 수도 있다. 플라스틱 절연층은 또한 개별적으로 사출 성형되는 부분일 수 있으며, 이 부분에 지지 구조체가 통합될 수 있다. 바람직하게는, 절연층은 상기 용량성 소자들이 배치되는 모든 지지 구조체에 적용된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 측정 디바이스는 액체가 통과하게 하기 위해 적어도 2개의 구멍을 갖는 보호 튜브에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 튜브는 (선택적으로 전도성인) 플라스틱, 예를 들어 폴리아미드 카테고리의 플라스틱으로 만들 수 있다. 보호 튜브는 사출 성형되거나 상기 디바이스와 별도로 압출되고 상기 디바이스가 통합될 수 있는 부품일 수 있다. 보호 튜브는 예를 들어 탱크의 벽에 대한 충격과 같은 기계적 충격으로부터 디바이스를 보호한다. 또한 접지에 접속되어, 본 발명에 따른 디바이스에 대한 정전기 및 전자기 간섭을 감소시킬 수 있다.

하나의 유리한 실시형태에서, 차량의 탱크 내의 액위 측정 디바이스는:

- 상기 복수의 용량성 소자들에 의해 커패시턴스 값들을 얻고;

- 각각의 용량성 소자와 미리 연관되는 적어도 하나의 스위칭 임계값에 따라 얻어진 상기 커패시턴스 값들을 이진 코드로 변환하고; 그리고

- 상기 이진 코드로부터 상기 탱크 내의 액위에 관한 정보를 생성하도록 구성되는 처리 유닛을 포함한다.

따라서 각각의 용량성 소자에 스위칭 임계값을 연관시키는 것이 제안되어 있다. 본 발명에 따른 용량성 소자와 연관된 스위칭 임계값은 상기 용량성 소자가 생성할 수 있는 커패시턴스 값에 대응한다. 예를 들어, 0.25pF 내지 1.5pF 범위의 커패시턴스를 허용하는 용량성 소자의 경우, 상기 용량성 소자의 스위칭 임계값은 0.75pF의 커패시턴스 값으로 설정될 수 있다. 측정 중에 상기 용량성 소자에 대해 얻어진 커패시턴스 값이 0.5pF이면, 처리 유닛은 이 커패시턴스 값을 0의 이진 코드 값으로 변환할 것이다. 대조적으로, 획득된 커패시턴스가 1pF라면, 프로세싱 유닛은 이 커패시턴스 값을 이진 코드 값 1로 변환할 것이다.

하나의 특정 실시형태에서, 각각의 용량성 소자는 동일한 스위칭 임계 값과 연관된다. 또 다른 특정 실시형태에서, 각각의 용량성 엘리먼트는 상이한 스위칭 임계값과 연관된다. 특히 바람직한 하나의 실시형태에서, 각각의 용량성 소자는 높은 스위칭 임계값 및 낮은 스위칭 임계값과 연관된다. 이는 본 발명에 따른 디바이스의 노이즈 내성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 차량을 사용하는 동안, 용량성 소자는 연속적으로 건식, 커버식 또는 습식으로 되며, 이는 이들 용량성 소자의 최소 및 최대 커패시턴스 값에 영향을 미친다. 높거나 낮은 스위칭 임계값을 사용하면 이러한 변화를 극복할 수 있다.

적어도 하나의 스위칭 임계값은 측정될 액체의 유형에 따라 정의되고 프로세싱 유닛의 메모리에 저장된다. 프로세싱 유닛은 사전 설정된 변환 전략을 사용하여 이러한 커패시턴스 측정을 처리한다. 예를 들어, 이 전략 (즉, 처리) 은 변환된 커패시턴스 값에 따라 이진 코드를 생성하기 위해, 얻어진 커패시턴스 값의 각각을 사전 설정된 스위칭 임계값과 비교하는 것으로 구성된다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 처리 유닛은 얻어진 커패시턴스 값을 상기 최종 이진 코드를 정의하는 논리 상태 (또는 이진 코드 값) 로 변환하도록 구성된다. 다음으로, 유닛은 탱크 내의 액위의 값을 결정 (또는 계산) 하도록 구성된다. 예를 들어, 이 값은 처리 유닛의 메모리에 저장된 사전 기록된 비교 코드와 생성된 이진 코드를 비교함으로써 결정될 수 있고, 이진 코드를 액위의 주어진 값에 관련시킨다.

따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 이산 레벨 게이지로서 기능한다. 하나의 특정 실시형태에서, 유닛은 또한 상기 (생성된) 이진 코드로부터 차량의 경사도에 관한 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 이 정보는 생성된 이진 코드를 처리 유닛의 메모리에 저장된 미리 기록된 비교 코드와 비교함으로써 생성될 수 있으며, 이것은 이진 코드를 주어진 차량 경사 값과 관련시킨다.

바람직하게는, 지지 구조체는 복수의 용량성 소자를 처리 유닛에 접속하도록 구성되는 전기적 접속 네트워크를 통합한다. 이러한 방식으로, 지지 구조체에 통합된 전기 접속부는 측정될 액체에 의한 임의의 화학적 공격으로부터 보호된다.

이제, 본 발명의 다수의 실시형태가 제시될 것이며, 이 실시형태는 도면의 설명 및 비제한적인 예로서 다음의 도면을 참조하여 설명된다:
- 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 액위 측정 디바이스를 개략적으로 도시한다.
- 도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 액위 측정 디바이스를 개략적으로 도시한다.
- 도 3은 본 발명에 따른 액위 측정 디바이스를 개략적으로 도시한다.
- 도 4는 도 1에 따른 액위 측정 디바이스에서 이진 코드를 생성하기 위해 처리 유닛에 의해 수행되는 처리를 개략적으로 도시한다.
- 도 5는 도 2에 따른 액위 측정 디바이스에서 이진 코드를 생성하기 위해 처리 유닛에 의해 수행되는 처리를 개략적으로 도시한다.
- 도 6은 도 1 및 도 4에 따른 액위 측정 디바이스에 의해 얻어진 커패시턴스 측정치로부터 생성된 이진 코드를 개략적으로 도시한다.

도 1은 제 1 분포 패턴으로 지지 구조체 (10) 상에 배치되는 용량성 소자 (11, 12) 를 포함하는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 액위 측정 디바이스 (100) 를 개략적으로 도시한다.

도 1의 예에 도시된 바와 같이, 디바이스는 2열 (즉, 행) (C1, C2) 의 용량성 소자를 포함한다. 각각의 열은 종축 (X) 을 따라 연장되고 횡축 (Y) 을 따라 서로 이격된 5개의 용량성 소자를 포함한다. 열 (C2) 의 용량성 소자는 종축 (X) 을 따라 열 (C1) 의 용량성 소자에 대해 높이 (H1) 만큼 오프셋되며, 여기서 H1은 디바이스의 분해능에 상응한다. 이 예에서, 열 (C1) 의 용량성 소자 (11) 는 열 (C2) 의 용량성 소자 (12) 와 공간적으로 중첩되지 않는다는 것을 알 수 있다.

도 2는 제 2 분포 패턴으로 지지 구조체 (20) 상에 배치되는 용량성 소자 (21, 22, 23 및 24) 를 포함하는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 액위 측정 디바이스 (200) 를 개략적으로 도시한다.

도 2의 예에 도시된 바와 같이, 디바이스는 4열 (즉, 행) (C3, C4, C5, C6) 의 용량성 소자를 포함한다. 각각의 열은 종축 (X) 을 따라 연장되고 횡축 (Y) 을 따라 서로 이격된 5개의 용량성 소자를 포함한다. 열 (C4) 의 용량성 소자 (22) 는 종축 (X) 을 따라 열 (C3) 의 용량성 소자 (21) 에 대해 높이 (H2) 만큼 오프셋된다. 열 (C5) 의 용량성 소자 (23) 는 열 (C4) 의 용량성 소자 (22) 에 대하여 높이 (H3) 만큼 상기 종축 (X) 을 따라 오프셋된다. 열 (C6) 의 용량성 소자 (24) 는 열 (C5) 의 용량성 소자 (23) 에 대하여 높이 (H4) 만큼 상기 종축 (X) 을 따라 오프셋된다. 도 2의 예에서, 높이 H2, H3 및 H4는 동일하다. 일 변형예에서, 높이 H2, H3 및 H4는 서로 다를 수 있다. H3과 H4가 H2와 같을 때, H2는 디바이스의 분해능에 해당한다. 도 2에 도시된 분포 패턴은 열 (C3, C4, C5, C6) 의 용량성 소자가 공간적으로 중첩되도록 한다. 예를 들면, 열 (C3) 의 용량성 소자 (21) 와 열 (C4) 의 용량성 소자 (22) 는 존 (Z1) 에서 공간적으로 중첩된다.

도 3의 예에 도시된 바와 같이, 디바이스는 열 (즉, 행) (C1, C2) 에 배치된 복수의 용량성 소자 (32, 33) 에 전기적으로 접속된 처리 유닛 (31) 을 포함하며, 소자는 종축 (X) 을 따라 연장되고 횡축 (Y) 을 따라 서로 이격된다. 이 예에서, 처리 유닛 (31) 및 용량성 소자 (32, 33) 는 다음과 같은 방식으로 동작하기 위해 접속된다: 처리 유닛 (31) 은 신호 (E1) 를 통해 열 (C1) 의 용량성 소자 (32) 를 여기시킨 다음, 열 (C1) 의 각각의 용량성 소자의 커패시턴스 (M) 을 측정한다. 작동 원리는 열 (C2) 의 용량성 소자 (33) 에 대해 동일하다. 이 예에서, 측정된 마지막 커패시턴스 값은 Mm으로 표시되며, 여기서 m은 측정될 커패시턴스 값의 총 수에 해당한다. 따라서, m은 (높이가 클수록, 모든 높이를 커버하는데 요구되는 커패시턴스 소자의 수가 더 많기 때문에) 용량성 프로브의 높이에 의존하며 그리고 (디바이스로 높은 측정 분해능을 얻기 위해서는, 복수 열의 용량성 소자가 요구될 것이기 때문에) 열의 수에 의존한다.

도 4는 도 1을 참조하여 전술한 디바이스 (100) 에 의해 생성된 커패시턴스 측정치에 따라 이진 코드를 생성하기 위해 처리 유닛에 의해 수행되는 처리를 개략적으로 도시한다.

도 4에 도시된 예에서, 커브의 단계 A는 문제의 용량성 소자 (12) 의 측정된 용량이 스위칭 임계값보다 작거나 같도록 액위가 되는 순간에 대응한다. 일단 이 스위칭 임계값에 도달하면, 처리 유닛이 이 용량성 소자에 부여하는 이진 코드 값은 액위의 변화에 의존한다. 이 예에서, 열 (즉, 행) (C1) 의 2개의 용량성 소자 (11) 사이에 정의된 공간에서 액위를 측정하기 위한 부가적인 존이 생성되었으며, 이것은 종래 기술에 대한 액위와 관련하여 추가 피스의 정보에 해당한다는 것을 알 수 있다.

도 5는 도 2를 참조하여 전술한 디바이스 (200) 에 의해 생성된 커패시턴스 측정치에 따라 이진 코드를 생성하기 위해 처리 유닛에 의해 수행되는 처리를 개략적으로 도시한다.

도 5에 도시된 예에서, 커브의 각각의 단계 B는 또한 문제의 용량성 소자의 측정된 커패시턴스가 스위칭 임계값과 같도록 액위가 되는 순간에 대응한다. 일단 이 스위칭 임계값에 도달하면, 유닛이 이 용량성 소자에 부여하는 이진 코드 값은 액위의 변화에 의존한다. 이 예에서, 열 (즉, 행) (C4) 의 2개의 용량성 소자 (21) 사이에 정의된 공간에서 액위를 측정하기 위한 부가적인 존이 생성되었으며, 이것은 종래 기술에 대한 액위와 관련하여 추가 피스의 정보에 해당한다는 것을 알 수 있다. 따라서 디바이스의 분해능이 상당히 향상된다.

도 6은 도 1 및 도 4를 참조하여 전술한 디바이스 (100) 로 얻어진 커패시턴스 측정치로부터 생성된 액위를 나타내는 이진 코드 (600) 를 개략적으로 도시한다.

이 예에서, 액위는 점선으로 표시된다. 이 라인 아래에 위치한 용량성 소자는 각각의 용량성 소자와 미리 연관된 스위칭 임계치보다 높은 커패시턴스 값을 가지며, 이것은 이들 용량성 소자 각각에 대해 1의 이진 코드 값을 유도한다. 대조적으로, 이 라인 위에 위치한 용량성 소자는 각각의 용량성 소자와 미리 연관된 스위칭 임계치보다 낮은 커패시턴스 값을 가지며, 이것은 이들 용량성 소자 각각에 대해 0의 이진 코드 값을 유도한다. 따라서, 이 예에서 얻은 이진 코드는 다음과 같다: 1111000000.

Claims (10)

1. 차량의 탱크에서의 액위 측정 디바이스로서,
   상기 디바이스는 적어도 하나의 용량성 프로브를 포함하고, 상기 용량성 프로브는 종축을 따라 연장되는 적어도 2행들의 용량성 소자들을 형성하도록 배치된 적어도 복수의 용량성 소자들을 지지하는 지지 구조체를 포함하며, 상기 적어도 2행들의 용량성 소자들은 상기 종축을 가로지르는 축을 따라 서로 이격되어 있으며,
   상기 적어도 2행들의 용량성 소자들의 상기 용량성 소자들은 하나의 행으로부터 다음 행으로 서로에 대해 상기 종축을 따라 오프셋되는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 액위 측정 디바이스는 또한:
   - 상기 복수의 용량성 소자들에 의해 커패시턴스 값들을 얻고;
   - 각각의 용량성 소자와 미리 연관되는 적어도 하나의 스위칭 임계값에 따라 얻어진 상기 커패시턴스 값들을 이진 코드로 변환하고; 그리고
   - 상기 이진 코드로부터 상기 탱크 내의 액위에 관한 정보를 생성하도록 구성되는 처리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
3. 제 2 항에 있어서,
   각각의 용량성 소자는 높은 스위칭 임계값 및 낮은 스위칭 임계값과 연관되는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 처리 유닛은 또한 상기 이진 코드로부터 상기 차량의 경사도에 관한 정보를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 항에 있어서,
   상기 지지 구조체는 상기 처리 유닛에 각각의 용량성 소자를 접속시키도록 구성되는 전기 접속들의 네트워크를 통합하는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 구조체는 용량성 소자들의 상기 행들 중 적어도 하나의 행을 지지하는 제 1 면과 용량성 소자들의 상기 행들 중 적어도 하나의 다른 행을 지지하는 적어도 하나의 제 2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 구조체의 적어도 하나의 섹션은 절연성 층으로 커버되는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액위 측정 디바이스는 적어도 2개의 개구들을 포함하는 보호 튜브를 포함하고, 그리고 상기 튜브는 접지에 접속되는 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   액체는 연료이거나 또는 배기 가스들을 세정하기 위한 액체인 것을 특징으로 하는 액위 측정 디바이스.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 액위 측정 디바이스를 포함하는 연료를 저장하거나 또는 배기 가스들을 세정하기 위한 액체를 저장하기 위한 차량 탱크.

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