KR20200011365A - 고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서 - Google Patents

고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서 Download PDF

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한나 타일러
타다스 하샤드
르장드르 앤드류
구바노브 니키타
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센사타 테크놀로지스, 인크
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Abstract

고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서가 개시된다. 일 실시예에 따르면, 유체 레벨 센서는 스택된 직렬 커패시터들의 제1 세트를 포함하고, 제1 세트 내의 각각의 커패시터는 2개의 동일 평면 상의 전극들과 전극들 사이의 유전체 공간에 의해 형성된다. 제1 세트 내의 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 유전체 공간으로서 제1 유체 캐비티를 갖는 다른 커패시터와 직렬로 연결된 유전체 공간으로서 제1 주형 캐비티를 갖는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다. 이 실시예에서, 스택된 직렬 커패시터들의 제1 세트의 전체 커패시턴스는 제1 유체 캐비티 내의 유체 레벨의 함수로서 변화한다.

Description

고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서{DIELECTRIC-CONSTANT-INSENSITIVE FLUID LEVEL SENSOR FOR DIRECTLY INSERTING INTO A HIGH DIELECTRIC CONSTANT FLUID}
본 개시는 고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유체 레벨 센서들에 관한 것이다.
유체 용기 내의 유체의 레벨을 측정하기 위한 다양한 공지된 방법들이 있다. 하나의 방법에서, 유체와 상호 작용하는, 용량성 플레이트들을 이용하는 센서는 유체 레벨에 기초하여 변화하는 신호 전류를 생성하기 위하여 교류 전압을 통해 여기된다. 이 디자인의 가장 기본적인 버전에서, 센서는 특정 유전상수의 유체를 측정하도록 구성된다. 유체의 유전상수가 알려지지 않은 상황을 조정하기 위해, 대부분의 용량성 레벨 센서들은 상이한 유체 혼합물들의 상이한 유전상수들을 보상하도록 기준 커패시터를 이용한다. 이러한 보상 용량성 레벨 센서들에서, 기준 커패시터는 유체 용기의 바닥에 있으며, 유전상수의 변화들을 보상하기 위해 유체 내에 완전히 잠겨 있어야 한다. 기준 커패시터를 사용하는 단점은 기준 커패시터가 유체 내에 완전히 잠겨 있어야 하기 때문에, 기준 커패시터 높이보다 낮은 유체 레벨들에 대해 잘못된 출력이 얻어진다는 것이다. 또한, 기준 커패시터가 유체 용기의 바닥에 위치해야 하기 때문에, 기준 커패시터는 용기의 바닥에 있는 비균질 유체 혼합물들에 민감하고, 이 경우 측정된 유전상수는 대상 유체를 대표하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서가 개시된다. 유체 레벨 센서는 제1 세트의 스택된(stacked) 직렬 커패시터들을 포함하고, 제1 세트의 각각의 커패시터는 2개의 동일 평면 상의 전극들(coplanar electrodes) 및 전극들 사이의 유전체 공간으로 형성된다. 제1 세트의 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 유전체 공간으로서의 제1 유체 캐비티(fluid cavity)를 갖는 다른 커패시터와 직렬로 연결된 유전체 공간으로서의 제1 주형 캐리어(molded carrier)를 갖는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다. 제1 세트의 스택된 직렬 커패시터들의 전체 커패시턴스는 제1 유체 캐비티 내의 유체 레벨의 함수로서 변화한다. 이 실시예에서, 만약 높은 유전상수들을 갖는 유체들이 측정되면, 유체의 유전상수의 변화들은 유체 캐비티 내의 임의의 공기의 유전상수의 영향에 비해 커패시터 스택의 전체 커패시턴스 및 따라서, 센서의 전체 커패시턴스에 가벼운 영향을 미친다. 결과적인 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서는 레벨이 감지되어야 하는 유체에 대한 사전 지식이 필요하지 않다는 장점을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 센서가 개시된다. 유체 레벨 센서는 제1 세트의 스택된 직렬 커패시터들을 포함하고, 제1 세트의 각각의 커패시터는 금속 실드(shield), 제1 전극, 및 제1 전극과 금속 실드 사이의 제1 복수의 유전체 공간들 중 하나로 형성된다. 제1 세트의 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 유전체 공간으로서 제1 유체 캐비티를 갖는 적어도 하나의 커패시터 및 유전체 공간으로서 금속 실드에 의해 둘러싸인 하나 이상의 주형 캐리어를 갖는 다른 커패시터를 포함한다. 이 실시예에서, 유체 레벨 센서는 제2 세트의 스택된 직렬 커패시터들을 포함한다. 제2 세트의 각각의 커패시터는 금속 실드, 제2 전극, 및 제2 전극과 금속 실드 사이의 제2 복수의 유전체 공간들 중 하나로 형성된다. 제2 세트의 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 유전체 공간으로서 제1 유체 캐비티를 갖는 적어도 하나의 커패시터 및 유전체 공간으로서 금속 실드에 의해 둘러싸인 하나 이상의 주형 캐리어를 갖는 다른 커패시터를 포함한다. 이 실시예에서, 직렬 커패시터들의 제1 스택의 전체 커패시턴스 및 직렬 커패시터들의 제2 스택의 전체 커패시턴스는 모두 제1 유체 캐비티 내의 유체 레벨의 함수로서 변한다. 센서의 커패시터들이 직렬로 연결되어 있기 때문에, 커패시터들 중 하나에서의 유체의 유전상수에 대한 변화의 영향이 최소화된다. 결과적인 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서는 레벨이 감지되어야 하는 유체에 대한 사전 지식이 필요하지 않다는 장점을 갖는다.
본 발명의 전술한 및 다른 목적들, 특징들, 및 이점들은 첨부된 도면들에 도시된 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들에 대한 다음의 보다 상세한 설명들로부터 명백해질 것이고, 유사한 참조 번호들은 일반적으로 본 발명의 예시적인 실시예들의 유사한 부분들을 나타낸다.
개시된 기술이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 이를 어떻게 제조하고 사용하는지를 보다 쉽게 이해하도록, 다음의 도면들이 참조될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서의 측단면도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른, 도 1의 유체 레벨 센서 내의 다양한 커패시터들의 커패시턴스를 나타내는 표를 도시한다.
도 3은 유체 캐비티 내의 다양한 유체 레벨들에서의 도 1의 유체 레벨 센서의 전체 커패시턴스를 나타내는 표 및 그래프를 도시한다.
도 4는 도 1에 도시된 유체 레벨 센서의 측면도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치의 등각도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치의 등각도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치의 상부 단면도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 해체된 센서 장치의 등각도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치의 등각도를 도시한다.
본 개시는 레벨이 감지되어야 하는 고유전상수 유체의 유전상수에 민감하지 않은 유체 레벨 센서를 설명한다. 결과적인 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서는 레벨이 감지되어야 하는 고유전상수 유체에 대한 사전 지식이 필요하지 않다는 장점을 갖는다.
여기에 개시된 시스템들 및 방법들의 장점들, 및 다른 특징들은 본 발명의 대표적인 실시예들을 제시하는 도면들과 관련하여 취해진 특정 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 본 기술분야의 통상의 기술자 보다 쉽게 명백해질 것이다. 유사한 참조 부호들은 여기에서 유사한 부분들을 나타내는 데 사용된다. 또한, "상부", 및 "하부"와 같은 방위를 정의하는 단어들은 단지 서로에 대한 구성 요소들의 위치를 설명하는 것을 돕는 데 사용된다. 예를 들어, 부분의 "상부" 표면은 단지 그 동일한 부분의 "하부" 표면으로부터 분리된 표면을 설명하기 위한 것이다. 배향을 나타내는 어떤 단어들도 절대 배향(즉, "상부" 부분이 항상 상단에 있어야 함)을 설명하는 데 사용되지 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서(102)의 측단면도를 도시한다. 도시되고 여기에 추가로 설명된 바와 같이, 도 1에 도시된 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서(102)는 유체 용기(150) 내의 고유전상수 유체(152)에 직접적으로 삽입된다. 설명을 용이하게 하기 위해, 본 개시 전체에 걸쳐, 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서(102)는 유체 레벨 센서로 지칭되고, 고유전상수 유체(152)는 유체로 지칭된다. 유체 레벨 센서(102)는 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160)을 측정하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 고유전상수 유체는 35 이상의 유전상수를 갖는 임의의 유체이다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 '고유전상수'를 35 이상으로 정의하는 것이 하나의 예시이며, 더 낮은 유전상수들을 갖는 유체들은 본 개시의 실시예들에 따라 여전히 '높은' 유전상수로 간주될 수 있음을 알 것이다.
유체 레벨 센서(102)는 소스 전극(104)과 검출 전극(106)의 2개의 동일 평면 상의 전극들을 포함한다. 2개의 동일 평면 상의 전극들(104, 106)은 제1 주형 캐리어(108) 내에 둘러싸여 있고 제1 주형 캐리어(108)의 일부분에 의해 서로 분리된다. 특정 실시예에서, 2개의 전극들(104, 106) 사이의 제1 주형 캐리어(108)의 부분은 알려진 유전상수 값을 가지며, 그에 의해 2개의 전극들과 함께, 고정된 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터의 제1 세트를 형성한다. 예를 들어, 제1 주형 캐리어(108)는 플라스틱과 같은 비교적 낮은 유전상수 값을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 소스 전극(104) 및 검출 전극(106)은 제1 주형 캐리어(108)에 삽입 주형된다.
유체 레벨 센서(102)는 또한 2개의 전극들(104, 106) 사이의 제1 주형 캐리어의 부분에 둘러싸인 제1 유체 캐비티(110)를 포함한다. 제1 유체 캐비티(110)는 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 다양한 레벨들을 수용하도록 개방된다. 특정 실시예에서, 유체 레벨 센서(102)는 다양한 양의 메탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 이소프로필 알콜, 세제, 및/또는 물을 갖는 세정 유체, 상품 유체의 레벨을 측정하는 데 사용된다. 제1 유체 캐비티(110)는 2개의 전극들(104,106) 및 제1 유체 캐비티(110) 내의 유체(152) 및 임의의 공기(154)와 함께, 제2 세트의 가변 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터를 형성한다.
예를 들어, 소스 전극(104), 검출 전극(106), 및 유체 용기(150) 내의 유체의 레벨(160) 이하 및 유체 캐비티(110)의 좌측에 있는 제1 주형 캐리어(108)의 부분(168)에 의해 제1 커패시터가 형성될 수 있다. 이 예시를 계속하면, 소스 전극(104), 검출 전극(106), 및 레벨(160) 위에 있고 유체 캐비티(110)의 좌측에 있는 제1 주형 캐리어(108)의 부분(164)의 유전체 공간에 의해 제2 커패시터가 형성될 수 있다. 더욱이, 제3 커패시터는 소스 전극(104), 검출 전극(106), 및 유체 용기(150)의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 유체 캐비티(110)의 부분(158) 내의 유체(152)에 의해 형성될 수 있다. 이 예시를 계속하면, 제4 커패시터는 소스 전극(104), 검출 전극(106), 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 유체 캐비티(110)의 부분(156) 내의 공기(154)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 제5 커패시터는 소스 전극(104), 검출 전극(106), 및 레벨(160) 이하 및 유체 캐비티(110)의 우측에 있는 제1 주형 캐리어(108)의 부분(169)에 의해 형성될 수 있다. 마지막으로, 제6 커패시터는 소스 전극(104), 검출 전극(106), 및 레벨(160) 위에 있고 유체 캐비티(110)의 우측에 있는 제1 주형 캐리어(108)의 부분(164)의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다.
전술한 다양한 커패시터들의 등가 커패시턴스를 계산하기 위한 목적으로, 커패시터들은 커패시터들의 스택들로 그룹화될 수 있다. 예를 들어, 제1 스택(170)은 소스 전극(104), 검출 전극(106), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 유체 캐비티(110) 및 제1 주형 캐리어(108)의 부분들의 유전체 공간들에 의해 형성된 제2 커패시터, 제4 커패시터, 및 제6 커패시터를 포함할 수 있다. 이 예시를 계속하면, 제2 스택(172)은 소스 전극(104), 검출 전극(106), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 유체 캐비티(110) 및 제1 주형 캐리어(108)의 부분들의 유전체 공간들에 의해 형성된 제1 커패시터, 제3 커패시터, 및 제5 커패시터를 포함할 수 있다. 이 예시에서, 특정 스택의 모든 커패시터들은 서로 직렬이고 등가 커패시턴스를 계산하기 위한 목적들로 이와 같이 더해진다. 직렬 커패시터들의 2개의 스택들이 서로 겹쳐지기 때문에, 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 다른 스택의 직렬 커패시터들과 병렬이고 등가 커패시턴스를 계산하기 위해 이와 같이 더해진다.
예를 들어, 전술한 스택된 직렬 커패시터들의 세트의 전체 등가 커패시턴스는 아래의 식들에 따라 계산될 수 있다:
Figure pat00001
여기서, C1, C2, C3, C4, C5, 및 C6은 각각 위에서 언급한 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 커패시터이고, 이 때 C1, C2, C3, C4, C5, 및 C6은 각각 아래와 같다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
.
상기 식들에 도시된 바와 같이, 유전체 공간으로서 유체 캐비티를 갖는 제3 커패시터(C3)는 유전체 공간으로서 제1 주형 캐리어를 갖는 2개의 커패시터들(즉, 제1 커패시터(C1) 및 제5 커패시터(C5))과 직렬로 연결되기 때문에, 제3 커패시터의 유전상수(k(부분(158)))의 역수는 제2 스택(172)에 대한 전체 커패시턴스에 더하여 사용된다. 마찬가지로, 제4 커패시터의 유전상수(k(부분(156)))의 역수는 제1 스택(170)에 대한 전체 커패시턴스에 더하여 사용된다.
만약 위의 유체 레벨 센서(102)에서 높은 유전상수들을 갖는 유체들이 측정되면, 제1 고유전상수 유체의 유전상수의 역수와 제2 고유전상수 유체의 유전상수의 역수 사이의 차이는 공기의 유전상수의 역수와 비교하여 상대적으로 작다. 예를 들어, 제1 유체가 60의 유전상수를 갖고 제2 유체가 80의 유전상수를 갖는 경우, 이들 유전 상수들의 역수들(즉, 1/60 및 1/80) 간의 차이는 공기의 유전상수의 역수(1/1)와 비교하여 상대적으로 작다. 그 결과, 도 1의 유체 레벨 센서(102)는 감지될 유체의 유전상수에 민감하지 않으며 유체 및 유체의 유전상수에 대한 사전 지식이 필요하지 않다는 장점이 있다. 이 구성은 또한 유체 레벨 센서(102)가 기준 커패시터를 사용하지 않고 유체(152)의 레벨(160)을 정확하게 측정할 수 있게 한다.
설명을 위해, 도 2 및 도 3은 함께 전술한 유체 레벨 센서(102) 상에 상이한 유전체들을 갖는 상이한 유체들의 영향을 도시하는 예시를 제공한다. 도 2 및 도 3의 예시에서, 도 1의 유체 레벨 센서(102) 내의 커패시터들의 커패시턴스는 60의 유전상수를 가지는 제1 유체 및 80의 유전상수를 가지는 제2 유체를 사용하여 계산된다. 도 1의 유체 레벨 센서(102) 내의 커패시터들의 개별 커패시턴스를 계산하기 위해, 다음 입력들은 위의 도 1의 설명에서 인용된 식들에 제공된다:
입력들: k(캐리어) = 2.4;
k(제1 유전체를 갖는 제1 유체) = 60;
k(제2 유전체를 갖는 제2 유체) = 80;
εo(유전율) = 8.854e-12
좌측 캐리어 부분(168)의, 전극들 간 거리 = 1.5mm
우측 캐리어 부분(169)의, 전극들 간 거리 = 1.5mm
유체 캐비티 부분(158, 156)의, 전극들 사이의 거리 = 2.5mm
전극들의 폭 = 2.38mm
유체 캐비티(110)의 전체 높이 = 120mm
도 2는 위의 입력들과 함께 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제3 커패시터(C3), 제4 커패시터(C4), 제5 커패시터(C5), 및 제6 커패시터(C6)의 커패시턴스들을 열거하는 표(202)를 도시하며, 도 3은 제1 유체 캐비티(110) 내의 다양한 유체 레벨들에서의 위에서 제공된 입력들에 따른 유체 레벨 센서(102)의 전체 커패시턴스를 명시한 표(302) 및 그래프(304)를 도시한다.
도 2의 예시에서는, 표(202)는 유체 캐비티(110) 내의 제1 유체와 함께 및 유체 캐비티(110) 내의 제2 유체와 함께, 유체 캐비티(110) 내의 유체(152)의 유전체 공간에 의해 형성된 제3 커패시터의 커패시턴스의 목록을 가진다. 120mm의 최대 레벨에서, 제3 커패시터는 유체 캐비티를 채우는 제1 유체에 대해 50.6006pF의 커패시턴스를 갖고 제1 유체 캐비티(110)를 채우는 제2 유체에 대해 70.8409pF의 커패시턴스를 갖는다. 위의 식들에 도시된 바와 같이, 제2 스택(172) 내의 커패시터들이 직렬로 추가되며, 이는 제3 커패시터의 커패시턴스의 역수를 취하여 이를 제1 커패시터의 커패시턴스의 역수와 제5 커패시터의 커패시턴스의 역수의 합에 더하는 것을 포함한다. 이 예시에서, 제3 커패시터의 커패시턴스의 역수는 제1 유체에 대해 0.0198 l/pF이고 제2 유체에 대해 0.0141 l/pF이다. 120mm에서 제3 커패시터의 두 커패시턴스들의 역수들의 차이는 0.0057이다. 이 예시를 계속하면, 제1 커패시터의 커패시턴스의 역수와 제5 커패시터의 커패시턴스의 역수의 합은 0.4941이다. 제1 커패시터의 역수와 제5 커패시터의 역수의 합에 제3 커패시터의 커패시턴스의 역수를 더한 결과는 제1 유체 캐비티(110) 내에 제1 유체가 존재하는지 또는 제2 유체가 존재하는지 여부에 따라 0.5111 플러스 또는 마이너스 0.00285가 된다. 0.5111 플러스 또는 마이너스 0.00285는 0.557%의 편차이다. 즉, 두 유체들의 두 개의 다른 유전 상수들 사이의 차이는 직렬 커패시터들의 제1 스택의 전체 커패시턴스에 오직 0.557%의 영향만 끼쳤다.
도 3의 표(302) 및 그래프(304)에서, 상이한 유체들에 대한 유체 레벨 센서의 전체 커패시턴스가 열거되어 있다. 예를 들어, 도 3의 표(302)에 도시된 바와 같이, 유체 캐비티 내의 유체의 레벨이 120mm일 때, 60의 유전상수를 갖는 제1 유체를 사용한 센서의 전체 커패시턴스는 1.9462pF이고, 80의 유전상수를 갖는 제2 유체를 사용한 센서의 전체 커패시턴스는 1.9678pF이다. 유체의 레벨이 120mm일 때 두 개의 전체 커패시턴스들 사이의 차이는 0.0216pF이다. 또한, 유체 레벨이 120mm일 때와 유체 레벨이 0mm일 때의 전체 커패시턴스 간의 차이는 제1 유체의 경우 1.2715이다. 따라서, 유체 레벨이 120mm일 때와 유체 레벨이 0mm일 때의 전체 커패시턴스 사이의 차이는 제1 유체 캐비티(110)에 제1 유체가 들어있는지 또는 제2 유체가 들어있는지 여부에 따라 1.2823 플러스 또는 마이너스 0.0108이다. 도 1의 유체 레벨 센서(102)의 전체 커패시턴스 상에서 1.2823pF 플러스, 또는 마이너스 0.0108은 0.84%의 편차이다.
이 예시에서, 두 유체들 사이의 20 유전상수의 델타로 인한 오차는 플러스 또는 마이너스 0.84% 미만으로 최소화된다. 도 3의 표(302) 및 그래프(304)는 제3 커패시터(C3)가 유체들 사이의 유전체 변화들에 의해 직접적으로 영향을 받더라도, 도 1의 유체 레벨 센서(102)의 전체 실 커패시턴스(total net capacitance)는 크게 영향을 받지 않은 채로 남아있을 수 있음을 도시한다. 유체 레벨 센서(102)의 직렬 커패시터 배열은 유체 용기에서 사용될 수 있는 유체들의 다양한 혼합물들과 관련된 오프셋 에러들을 완화하는 것을 돕는다.
예를 들어, 세척 유체 용기에서, 세척 유체의 각각의 혼합물은 상이한 유전상수를 초래할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 도 1의 유체 레벨 센서(102)는 감지될 유체의 유전상수에 민감하지 않으며, 따라서 이 예시에서, 도 1의 유체 레벨 센서(102)는 세척 유체 용기 내의 알 수 없는 세척 유체 혼합물의 레벨에 대응하는 정확한 판독들을 제공할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 유체 레벨 센서의 측면도이다. 소스 전극(104) 및 검출 전극(106)의 전체 길이가 가시적인 도 1의 유체 레벨 센서(102)의 단면도와 대조적으로, 도 4의 예시에서, 소스 전극(104) 및 검출 전극(106)은 유체 레벨 센서(102)로부터 연장된 전극들(104, 106)의 부분들을 제외하고는 제1 주형 캐리어(108)에 의해 완전히 둘러싸인 것으로 도시되어 있다.
제1 유체 캐비티(110)는 또한 유체 용기(150) 내에서 유체 레벨 센서(102)를 배치할 때 유체 용기(150) 내의 유체의 레벨에 실질적으로 수직인 제1 유체 캐비티(110)의 하나의 특정 면(facet)을 제외하고 두 전극들 사이의 제1 주형 캐리어(108) 내에 둘러싸여 있다. 도 4의 예시에서, 제1 유체 캐비티(110)의 이 하나의 특정 면은 제1 주형 캐리어(108)의 외부에 노출된다. 특정 실시예에서, 제1 주형 캐비티(108)의 표면의 일부분은 제1 유체 캐비티(110)를 형성하는 제1 주형 캐리어(108)의 표면에 생성된 캐비티를 제외하고는 평평하다. 제1 유체 캐비티(110)의 이 하나의 특정 면은 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 다양한 레벨들을 수용하도록 개방된다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치(501)의 등각도를 도시한다. 센서 장치(501)는 도 1에 설명된 유체 레벨 센서(102)를 포함한다. 또한, 센서 장치(501)는 제1 주형 캐리어(108)에 대한 커버를 형성하는 제2 주형 캐리어(503)를 또한 포함한다.
도 4에 설명된 바와 같이, 하나의 특정 실시예에서, 제1 주형 캐리어(108)의 표면의 일부분은 제1 유체 캐비티(110)를 형성하는 제1 주형 캐리어(108)의 표면에 생성된 캐비티를 제외하고는 평평하다. 도 5의 예시에서, 제2 주형 캐리어(503)를 마주보는 제1 주형 캐리어(108)의 부분은 제1 유체 캐비티(110)를 제외하고는 평평하다. 이 예시에서, 제1 주형 캐리어(108)를 마주보는 제2 주형 캐리어(503)의 부분도 또한 평평하다. 특정 실시예에서, 위에서 설명된 제1 주형 캐리어(108) 및 제2 주형 캐리어(503)의 두 평평한 표면들은 제2 주형 캐리어(503)가 제1 유체 캐비티(110)를 덮도록 함께 조립될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 제1 유체 캐비티(110)는 유체 용기(150) 내에서 유체의 다양한 레벨들을 수용하도록 구성된다. 도 5의 예시에서, 제2 주형 캐리어(503)는 각각 제2 주형 캐리어(503)를 관통하는 구멍을 생성하는 상부 비아(via)(550) 및 하부 비아(552)를 포함한다. 제2 주형 캐리어(503)가 제1 주형 캐리어(108)를 덮고 있을 때, 상부 비아(550) 및 하부 비아(552)는 공기(154) 및 유체(152)가 제2 주형 캐리어(503)를 통해 제1 유체 캐비티(110)로 나아가도록 도관들로서 기능한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치(601)의 등각도를 도시한다. 도 6의 센서 장치(603)는 제1 유체 캐비티(110)를 포함하는 제1 주형 캐리어의 면을 덮는 구성으로 제2 주형 캐리어(503)를 포함한다. 도 5에서 설명된 바와 같이, 상부 비아(550) 및 하부 비아(552)는 공기(154) 및 유체(152)가 제2 주형 캐리어(503)를 통해 제1 유체 캐비티(110)로 나아가도록 도관들로서 기능한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치(701)의 상부 단면도를 도시한다. 센서 장치(701)는 제2 주형 캐리어(503)가 제1 유체 캐비티(110)를 포함하는 제1 주형 캐리어(108)의 표면을 덮고 있는 구성이다. 도 7의 예시에서, 제1 주형 캐리어(108)와 제2 주형 캐리어(503) 사이에는 작은 간극(722)이 있다. 대안적인 구성들은 2개의 주형 캐리어들 사이에 더 큰 또는 더 작은 간극을 포함할 수 있거나, 전혀 간극이 없을 수 있다.
도 7의 센서 장치(701)는 또한 제1 주형 캐리어(108) 및 제2 주형 캐리어(503)를 둘러싸는 금속 실드(760)를 포함한다. 특정 실시예에서, 금속 실드(760)는 금속 실드(760) 외부로부터의 두 전극들(104, 106) 사이의 커패시터들에 대한 간섭을 감소시킨다. 실드(760)는 금속이기 때문에, 부유 용량이 두 전극들(104, 106) 사이의 커패시턴스에 영향을 줄 수 있으므로 전극들(104, 106)과 실드 사이의 부유 용량이 문제가 된다. 실드(760) 쪽에 이 부유 용량을 줄이기 위해, 두 전극들(104, 106) 사이의 공간 외부 영역은 제2 주형 캐리어(503)에 완전히 둘러싸인다. 도 7의 예시에서, 두 전극들(104, 106) 사이의 공간 외부의 제2 주형 캐리어(503) 및 제1 주형 캐리어(108)의 부분은 각각의 전극(104, 106) 및 실드(760) 사이의 유전체 공간으로서 기능한다.
특정 실시예에서, 제1 주형 캐리어(108) 및 제2 주형 캐리어(503)는 알려진 유전상수 값을 가지며, 그에 의해 각각의 전극(104, 106)에 대해 실드(760)와 함께 고정된 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터의 제1 세트를 형성한다. 예를 들어, 제1 주형 캐리어(108) 및 제2 주형 캐리어(503)는 플라스틱과 같은 비교적 낮은 유전상수 값을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
도 7의 예시에서, 센서 장치(701)는 실드(760)와 두 전극들(104, 106) 사이의 간극 내의 제2 유체 캐비티(724)를 포함한다. 이 예시에서, 제2 유체 캐비티(724)는 제1 주형 캐리어(108)와 제2 주형 캐리어(503) 사이의 위에서 언급한 간극(722)과 연결된다. 대안적인 구성들은 실드(760)와 두 주형 캐리어들(108, 503) 사이에 더 큰 또는 더 작은 간극을 포함할 수 있거나, 전혀 간극이 없을 수 있다.
제2 유체 캐비티(724)는 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 다양한 레벨들을 수용하도록 개방되고 그에 의해 각각의 전극(104, 106)에 대해 실드(760) 및 제2 유체 캐비티(724) 내의 유체(152) 및 임의의 공기(154)와 함께, 가변 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터의 제2 세트를 형성한다.
예를 들어, 소스 전극(104), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 제1 주형 캐리어(108) 부분의 유전체 공간에 의해 하나 이상의 커패시터가 형성될 수 있다. 이 예시를 계속하면, 소스 전극(104), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 제2 주형 캐리어(503) 부분의 유전체 공간에 의해 하나 이상의 커패시터가 또한 형성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커패시터는 소스 전극(104), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724) 내의 공기(154)의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다. 이 예시에서, 하나 이상의 커패시터는 소스 전극(104), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 제1 주형 캐리어(108) 부분의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다. 이 예시를 계속하면, 하나 이상의 커패시터는 소스 전극(104), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 제2 주형 캐리어(503) 부분의 유전체 공간에 의해 또한 형성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커패시터는 소스 전극(104), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724) 내의 유체의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다.
이 예시를 계속하면, 하나 이상의 커패시터는 검출 전극(106), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 제1 주형 캐리어(108) 부분의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다. 이 예시를 계속하면, 검출 전극(106), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 제2 주형 캐리어(503) 부분의 유전체 공간에 의해 하나 이상의 커패시터가 또한 형성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커패시터는 검출 전극(106), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724) 내의 공기(154)의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다. 이 예시에서, 하나 이상의 커패시터는 검출 전극(106), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 제1 주형 캐리어(108) 부분의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다. 이 예시를 계속하면, 하나 이상의 커패시터는 검출 전극(106), 실드(760), 및 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 제2 주형 캐리어(503) 부분의 유전체 공간에 의해 또한 형성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커패시터는 검출 전극(106), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724) 내의 유체의 유전체 공간에 의해 형성될 수 있다.
전술한 다양한 커패시터들의 등가 커패시턴스를 계산하기 위해, 커패시터들은 커패시터들의 스택들로 그룹화될 수 있다. 예를 들어, 스택된 커패시터들의 제2 세트는 직렬 커패시터들의 제1 스택 및 제2 스택을 포함할 수 있다. 이 예시에서, 제1 스택은 소스 전극(104), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724)와 두 캐리어들(108, 503)의 일부분들 내의 공기(154)를 포함하는, 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 소스 전극(104)과 실드(760) 사이의 유전체 공간들에 의해 형성되는 커패시터들을 포함할 수 있다. 제2 스택은 소스 전극(104), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724)와 두 캐리어들(108, 503)의 일부분들 내의 유체(152)를 포함하는, 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 소스 전극(104)과 실드(760) 사이의 유전체 공간들에 의해 형성되는 커패시터들을 포함할 수 있다.
다른 예시로서, 스택된 커패시터들의 제3 세트는 직렬 커패시터들의 제1 스택 및 제2 스택을 포함할 수 있다. 이 예시에서, 제1 스택은 검출 전극(106), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724)와 두 캐리어들(108, 503)의 일부분들 내의 공기(154)를 포함하는, 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 위에 있는 검출 전극(106)과 실드(760) 사이의 유전체 공간들에 의해 형성되는 커패시터들을 포함할 수 있다. 제2 스택은 검출 전극(106), 실드(760), 및 제2 유체 캐비티(724)와 두 캐리어들(108, 503)의 일부분들 내의 유체(152)를 포함하는, 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨(160) 이하에 있는 검출 전극(106)과 실드(760) 사이의 유전체 공간들에 의해 형성되는 커패시터들을 포함할 수 있다.
위의 도 1에서 설명된 바와 같이, 만약 직렬 커패시터의 스택이 주형 캐리어의 유전체 공간에 의해 형성된 하나 이상의 커패시터와 유체 캐비티의 유전체 공간에 의해 형성된 하나 이상의 커패시터를 모두 포함하면, 커패시터들이 직렬로 추가되기 때문에, 상이한 유전체들의 유체들로 인한 커패시턴스에 대한 변화들의 영향이 최소화된다. 그 결과, 금속 실드 및 유체 캐비티를 포함하는 유전체 공간들을 갖는 직렬 커패시터들의 스택들을 포함하는 유체 레벨 센서는 감지될 유체의 유전상수에 민감하지 않고, 유체 및 유체의 유전상수에 대한 사전 지식이 필요하지 않다는 장점을 갖는다.
도 7의 예시에서, 직렬 커패시터들의 제2 스택의 전체 커패시턴스 및 직렬 커패시터들의 제3 스택의 전체 커패시턴스는 모두 제2 유체 캐비티 내의 유체의 레벨의 함수로서 변한다. 직렬 커패시터들의 스택의 예시들 모두에서, 특정 스택 내의 모든 커패시터들은 서로 직렬로 연결되며 등가 커패시턴스를 계산하기 위해 이와 같이 더해진다. 스택들이 서로 겹쳐지기 때문에, 두 스택들은 서로 병렬이고 등가 커패시턴스를 계산하기 위해 이와 같이 더해진다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 해체된 센서 장치(801)의 등각도를 도시한다. 도 8의 센서 장치(801)는 도 1의 유체 레벨 센서(102) 및 도 5의 제2 주형 캐리어(503)를 포함한다.
센서 장치(801)는 또한 제1 주형 캐리어(108) 및 제2 주형 캐리어(503)를 덮기 위한 금속 실드(882)를 포함한다. 도 8의 예시에서, 금속 실드(882)는 또한 금속 실드(882)를 관통하는 구멍을 각각 생성하는 상부 비아(884) 및 하부 비아(886)를 포함한다. 금속 실드(882)가 제2 주형 캐리어(503) 및 제1 주형 캐리어(108)를 덮고 있을 때, 상부 비아(884) 및 하부 비아(886)는 공기 및 유체가 제2 주형 캐리어(503)의 상부 비아(550) 및 하부 비아(552)를 통해 제1 유체 캐비티(110) 및 제2 유체 캐비티(724)로 나아가도록 도관들로서 기능한다. 특정 실시예에서, 제2 주형 캐리어(503)의 상부 비아(550) 및 하부 비아(552), 및 금속 실드(776)의 상부 비아(884) 및 하부 비아(886) 중 하나 이상의 모양들 및 크기들은 동적 환경 조건들 동안 유체 레벨의 기계적 필터링을 위해 최적화될 수 있다. 예를 들어, 비아들은 레벨 측정들에서 유체 출렁임의 영향들을 줄이기 위해 모양과 크기가 정해질 수 있다.
센서 장치(801)는 또한 유체 레벨 센서(102)의 전극들(104, 106)의 출력들을 처리하기 위한 아날로그 또는 디지털 용량성 애플리케이션-특정 집적 회로(ASIC) 및 전자 모듈(876)을 포함한다. 특정 실시예에서, ASIC 및 전자 모듈(876)은 전극들(104, 106)에 의해 형성된 임의의 커패시터들의 커패시턴스 값들을 전기 신호들로 변환하고 유체 레벨 센서(102)에 대하여 유체 용기(150) 내의 유체(152)의 레벨을 나타내는 출력 신호를 제공하기 위해 전기 신호들을 처리하기 위한 두 전극들(104, 106)에 결합된 신호 처리 회로를 포함한다.
도 8의 예시에서, 센서 장치(801)는 또한 금속 하우징(878) 내의 ASIC 및 전자 모듈(876)과 함께 결합된 환경 시일(environmental seal)(872) 및 3-핀 USCAR 120 커넥터(874)를 포함한다. 특정 실시예에서, 금속 하우징(878)은 탑재 기술들의 배열을 수용할 수 있다. 탑재 기술들의 예시들은 스레드식(threaded), 브래킷식(bracketed), 그로밋식(grommeted), 쿼터-턴(quarter-turn), 및 본 기술분야의 통상의 기술자가 생각할 수 있는 다른 것들을 포함한다. 센서 장치(801)는 금속 하우징(878)과 센서 장치(601) 사이의 연결을 위한 시일(880)을 포함한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 센서 장치(901)의 등각도를 도시한다. 특정 실시예에서, 센서 장치(901)는 도 8의 센서 장치(801)의 조립된 구성이다. 도 9의 예시에서, 금속 실드(882)는 유체 레벨 센서(102) 및 제2 주형 캐리어(503)를 덮는다.
도 8에서 설명된 바와 같이, 금속 실드는 금속 실드(882)를 관통하는 구멍들을 생성하는 상부 비아(884) 및 하부 비아(886)를 포함한다. 금속 실드(882)가 제2 주형 캐리어(503) 및 제1 주형 캐리어(108)를 덮고 있을 때, 상부 비아(884) 및 하부 비아(886)는 공기 및 유체가 제2 주형 캐리어(503)의 상부 비아(550) 및 하부 비아(552)를 통해 제1 유체 캐비티(110) 및 제2 유체 캐비티(724)로 나아가도록 도관들로서 기능한다.
특정 실시예에서, 센서 장치(901)는 도 1의 유체 용기(150)와 같은, 유체 용기 내의 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유체 레벨 센서로서 기능한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 유체 레벨 센서는 감지될 유체의 유전상수에 민감하지 않고 유체 및 유체의 유전상수에 대한 사전 지식이 필요하지 않다는 장점을 갖는다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는 몇몇 요소들의 기능들이, 대안적인 실시예들에서 더 적은 요소들 또는 단일 요소에 의해 수행될 수 있다는 것을 알 것이다. 마찬가지로, 일부 실시예들에서, 임의의 기능적 요소는 도시된 실시예와 관련하여 설명된 것들보다 적은, 또는 상이한 동작들을 수행할 수 있다. 또한, 예시의 목적들로 구별되는 것으로 도시된 기능적 요소들은 특정 구현에서 다른 기능적 요소들 내에 통합될 수 있다.
본 기술이 바람직한 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 기술의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본 기술에 다양한 변경들 및/또는 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 예를 들어, 각각의 청구항은 최초 청구항에는 청구되지 않았더라도 다중 종속 방식으로 임의의 또는 모든 청구항들로부터 종속될 수 있다.

Claims (20)

  1. 고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서로서,
    스택된 직렬 커패시터들의 제1 세트를 포함하고, 상기 제1 세트 내의 각각의 커패시터는 2개의 동일 평면 상의 전극들(coplanar electrodes) 및 상기 전극들 사이의 복수의 유전체 공간들 중 하나에 의해 형성되고, 상기 제1 세트 내의 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 상기 유전체 공간으로서 제1 유체 캐비티(fluid cavity)를 갖는 다른 커패시터와 직렬로 연결된 상기 유전체 공간으로서 제1 주형 캐리어(molded carrier)를 갖는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고, 상기 스택된 직렬 커패시터들의 제1 세트의 전체 커패시턴스는 상기 제1 유체 캐비티 내의 상기 유체 레벨의 함수로서 변화하는, 유체 레벨 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2개의 동일 평면 상의 전극들은 상기 제1 주형 캐리어 내에 둘러싸여 있고 상기 제1 주형 캐리어의 일부분에 의해 서로 분리되어 있고, 상기 2개의 전극들 사이의 상기 제1 주형 캐리어의 부분은 알려진 유전 상수 값을 가지며, 그에 의해 상기 2개의 전극들과 함께 고정된 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터의 제1 세트를 형성하고,
    상기 제1 유체 캐비티는 상기 2개의 전극들 사이의 상기 제1 주형 캐리어의 부분에 둘러싸여 있고, 상기 제1 유체 캐비티는 유체 용기 내의 유체의 다양한 레벨들을 수용하도록 개방되며, 그에 의해 상기 2개의 전극들 및 제1 유체 캐비티 내의 상기 유체 및 임의의 공기와 함께 가변 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터의 제2 세트를 형성하는, 유체 레벨 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 유체 캐비티는 상기 유체 용기 내의 상기 센서의 배치 시에 상기 유체 용기 내의 상기 유체의 레벨에 실질적으로 수직인 상기 제1 유체 캐비티의 하나의 특정 면을 제외하고 상기 제1 주형 캐리어의 부분에 완전히 둘러싸여 있고,
    상기 하나의 특정 면은 제1 주형 캐리어의 외부에 노출되는, 유체 레벨 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 주형 캐리어의 외부에 노출된 상기 제1 유체 캐비티의 특정 면을 덮는 제2 주형 캐리어를 더 포함하는, 유체 레벨 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 주형 캐리어 및 상기 제2 주형 캐리어를 둘러싸는 금속 실드를 더 포함하고, 상기 금속 실드는 상기 금속 실드의 외부로부터의 상기 2개의 전극들 사이의 커패시터들에 대한 간섭을 감소시키는, 유체 레벨 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2개의 동일 평면 상의 전극들 중 제1 전극, 상기 금속 실드, 및 제1 전극과 상기 금속 실드 사이의 복수의 유전체 공간들에 의해 형성되는 스택된 직렬 커패시터들의 제2 세트 - 상기 제1 전극과 상기 금속 실드 사이의 복수의 유전체 공간들은 상기 제1 주형 캐리어 및 제2 유체 캐비티를 포함함 -; 및
    상기 2개의 동일 평면 상의 전극들 중 제2 전극, 상기 금속 실드, 및 상기 제2 전극과 상기 금속 실드 사이의 복수의 유전체 공간들에 의해 형성되는 스택된 직렬 커패시터들의 제3 세트 - 상기 제2 전극과 상기 금속 실드 사이의 복수의 유전체 공간들은 상기 제1 주형 캐리어 및 상기 제2 유체 캐비티를 포함함 -
    를 더 포함하고, 상기 직렬 커패시터들의 제2 스택의 전체 커패시턴스 및 상기 직렬 커패시터들의 제3 스택의 전체 커패시턴스 모두는 상기 제2 유체 캐비티 내의 상기 유체 레벨의 함수로서 변하는, 유체 레벨 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 유체 캐비티는 상기 금속 실드와 상기 제1 주형 캐리어 사이의 임의의 공간 및 상기 금속 실드와 상기 제2 주형 캐리어 사이의 임의의 공간을 포함하고,
    상기 제2 유체 캐비티는 상기 전극들, 상기 금속 실드, 및 상기 제2 유체 캐비티 내의 임의의 유체 및 공기 각각과 함께, 가변 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터를 형성하며,
    상기 제2 주형 캐리어 및 상기 2개의 전극들 사이의 공간 외부의 상기 제1 주형 캐리어의 부분은 상기 전극들 및 상기 금속 실드 각각과 함께, 고정된 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터를 형성하는, 유체 레벨 센서.
  8. 제5항에 있어서, 상기 금속 실드 및 상기 제2 주형 캐리어 각각은 상기 유체 용기 내의 상기 유체가 상기 제2 주형 캐리어와 상기 금속 실드 사이를 통과하여 상기 제1 유체 캐비티로 나아가도록 하나 이상의 비아를 포함하는, 유체 레벨 센서.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제2 유체 캐비티의 체적은 상기 2개의 전극들 사이의 공간 외부의 상기 제1 주형 캐리어의 부분의 체적과 상기 제2 주형 캐리어의 체적의 조합보다 작은, 유체 레벨 센서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전극들에 의해 형성된 임의의 커패시터들의 커패시턴스 값들을 전기 신호들로 변환하고 센서에 대하여 상기 유체 용기 내의 상기 유체의 레벨을 나타내는 출력 신호를 제공하기 위해 상기 전기 신호들을 처리하기 위하여 상기 2개의 전극들에 결합된 신호 처리 회로를 더 포함하는, 유체 레벨 센서.
  11. 고유전상수 유체에 직접적으로 삽입하기 위한 유전-상수-비민감성 유체 레벨 센서로서,
    스택된 직렬 커패시터들의 제1 세트 - 상기 제1 세트 내의 각각의 커패시터는 금속 실드, 제1 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 금속 실드 사이의 제1 복수의 유전체 공간들 중 하나에 의해 형성되고, 상기 제1 세트 내의 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 상기 유전체 공간으로서 제1 유체 캐비티를 갖는 적어도 하나의 커패시터와 상기 유전체 공간으로서 상기 금속 실드에 의해 둘러싸인 하나 이상의 주형 캐리어를 갖는 다른 커패시터를 포함함 -; 및
    스택된 직렬 커패시터들의 제2 세트 - 상기 제2 세트 내의 각각의 커패시터는 금속 실드, 제2 전극, 및 상기 제2 전극과 상기 금속 실드 사이의 제2 복수의 유전체 공간들 중 하나에 의해 형성되고, 상기 제2 세트 내의 직렬 커패시터들의 각각의 스택은 상기 유전체 공간으로서 제1 유체 캐비티를 갖는 적어도 하나의 커패시터와 상기 유전체 공간으로서 상기 금속 실드에 의해 둘러싸인 하나 이상의 주형 캐리어를 갖는 다른 커패시터를 포함함 -
    를 포함하고,
    상기 직렬 커패시터들의 제1 스택의 전체 커패시턴스 및 상기 직렬 커패시터들의 제2 스택의 전체 커패시턴스 모두는 상기 제1 유체 캐비티 내의 상기 유체 레벨의 함수로서 변하는, 유체 레벨 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 유체 캐비티는 상기 금속 실드와 상기 하나 이상의 주형 캐리어 사이의 임의의 공간을 포함하고,
    상기 제1 유체 캐비티는 상기 전극들, 상기 금속 실드, 및 상기 제1 유체 캐비티 내의 임의의 유체 및 공기 각각과 함께, 가변 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터를 형성하며,
    상기 하나 이상의 캐리어는 알려진 유전상수 값들을 가지며,
    상기 2개의 전극들 사이의 공간 외부의 상기 하나 이상의 캐리어의 부분들은 상기 전극들 및 상기 금속 실드 각각과 함께, 고정된 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터를 형성하는, 유체 레벨 센서.
  13. 제11항에 있어서, 상기 2개의 동일 평면 상의 전극들 및 상기 전극들 사이의 제3 복수의 유전체 공간들에 의해 형성된 스택된 직렬 커패시터들의 제3 세트를 더 포함하고, 상기 제3 복수의 유전체 공간들은 제1 주형 캐리어 및 제2 유체 캐비티를 포함하고, 상기 스택된 직렬 커패시터들의 제3 세트의 전체 커패시턴스는 상기 제2 유체 캐비티 내의 유체 레벨의 함수로서 변하는, 유체 레벨 센서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 2개의 동일 평면 상의 전극들은 상기 제1 주형 캐리어 내에 둘러싸여 있고 상기 제1 주형 캐리어의 일부분에 의해 서로 분리되어 있고, 상기 2개의 전극들 사이의 상기 제1 주형 캐리어의 부분은 알려진 유전상수 값을 가지며, 그에 의해 상기 2개의 전극들과 함께, 고정된 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터의 제1 세트를 형성하고,
    상기 제2 유체 캐비티는 상기 2개의 전극들 사이의 상기 제1 주형 캐리어의 부분 내에 둘러싸여 있고, 상기 제1 유체 캐비티는 유체 용기 내의 유체의 다양한 레벨들을 수용하도록 개방되어 그에 의해 상기 2개의 전극들 및 제2 유체 캐비티 내의 상기 유체 및 임의의 공기와 함께, 가변 전기 용량 값들의 하나 이상의 커패시터의 제2 세트를 형성하는, 유체 레벨 센서.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 유체 캐비티는 상기 유체 용기 내의 상기 센서의 배치 시에 상기 유체 용기 내의 상기 유체의 레벨에 실질적으로 수직인 상기 제2 유체 캐비티의 하나의 특정 면을 제외하고 상기 제1 주형 캐리어의 부분에 완전히 둘러싸여 있고,
    상기 하나의 특정 면은 상기 제1 주형 캐리어의 외부에 노출된, 유체 레벨 센서.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 주형 캐리어의 외부에 노출된 상기 제2 유체 캐비티의 특정 면을 덮는 제2 주형 캐리어를 더 포함하는, 유체 레벨 센서.
  17. 제16항에 있어서, 상기 금속 실드는 상기 금속 실드 외부로부터의 상기 2개의 전극들 사이의 커패시터들에 대한 간섭을 감소시키는, 유체 레벨 센서.
  18. 제16항에 있어서, 상기 금속 실드 및 상기 제2 주형 캐리어 각각은 상기 유체 용기 내의 상기 유체가 상기 제2 주형 캐리어와 상기 금속 실드 사이를 통과하여 상기 제2 유체 캐비티로 나아가도록 하나 이상의 비아를 포함하는, 유체 레벨 센서.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 유체 캐비티의 체적은 상기 제2 주형 캐리어의 체적과 상기 2개의 전극들 사이의 공간 외부의 상기 제1 주형 캐리어의 부분의 체적의 조합보다 작은, 유체 레벨 센서.
  20. 제16항에 있어서, 상기 전극들에 의해 형성된 임의의 커패시터들의 커패시턴스 값들을 전기 신호들로 변환하고 센서에 대하여 상기 유체 용기 내의 상기 유체의 레벨을 나타내는 출력 신호를 제공하기 위해 상기 전기 신호들을 처리하기 위하여 상기 2개의 전극들에 결합된 신호 처리 회로를 더 포함하는, 유체 레벨 센서.
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