KR20230028317A - 액위 센서 - Google Patents

Abstract

액위 센서(1)는, 연직 방향으로 마련된 슬리브(2)와, 액위의 변동에 수반하여 슬리브를 따라 이동하는 플로트(3)와, 저항 열(4)과, 슬리브의 내부에 마련된 복수의 접지 수단(5)과, 정극측 단부(4a)와 접지 수단(5)에 의해 접지된 접속부 사이에 있어서 검출되는 전기 신호를 액위에 대응하는 신호인 액위 신호로서 인출하는 액위 신호 출력 수단(6)을 갖고, 플로트(3)의 가동 범위 내의 소정의 위치인 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 플로트(3)가 위치할 때에 경계 신호를 출력하는 경계 신호 출력 수단(7)을 더 가진다. 이에 의해, 콤팩트하고 신뢰성이 높은 액위 센서를 실현한다.

Description

액위 센서

본 발명은, 액위 센서에 관한 것이다.

액위에 관한 정보를 전기 신호로 변환하는 타입의 액위 센서가 알려져 있다.

예를 들어, 도 8에 예시된 종래 기술에 관한 액위 센서(1')는, 연직 방향으로 마련된 슬리브(2)와, 액위의 변동에 수반하여 슬리브(2)를 따라 이동하는 플로트(3)와, 플로트(3)가 접근하면 플로트에 내장된 마그네트가 발생시키는 자계에 의해 작동하는 도시하지 않은 리드 스위치에 의해 구성되어 있다. 탱크 내에 복수의 액위 센서(1')를 마련함으로써, 액위가 예를 들어 상한 위치, 중간 위치 또는 하한 위치의 어느 위치에 있는지를 알 수 있다.

또한, 예를 들어 특허문헌 1에는, 복수의 저항기를 직렬로 접속한 저항 열과, 저항기의 접속부에 전류를 공급하는 복수의 리드 스위치로 구성된 액위 센서의 발명이 기재되어 있다. 이 액위 센서에 있어서는, 플로트와 연동하는 자력원의 위치에 따라서 리드 스위치가 닫히면, 접속부를 경유하여 저항 열의 일부에 전류가 공급된다. 리드 스위치가 닫힌 위치에 의해 전류가 흐르는 부분의 저항값이 변화된다. 이 저항값을 검지함으로써, 저항값에 대응한 액체의 잔량을 검출할 수 있다.

일본 실용신안 출원 공개 평5-64737호 공보

도 8에 예시된 액위 센서(1')는, 액위가 특정한 위치에 있는지의 여부에 대하여 핀 포인트에서 검지할 수 있다. 또한, 구조가 심플하기 때문에 신뢰성이 높다. 그러나, 검지할 수 있는 액위의 수에 따른 수의 액위 센서를 마련해야만 한다. 이 때문에, 1개의 장치에 있어서 검지하려고 하는 액위의 수를 증가시키기 위해서는 설치하는 액위 센서의 수를 증가시킬 필요가 있고, 설치를 위한 비용이 증대하거나, 탱크에 저장할 수 있는 액체의 용적이 줄어들거나 한다고 하는 과제가 있다.

한편, 특허문헌 1에 기재된 액위 센서는, 가장 높은 위치에 있는 리드 스위치와 가장 낮은 위치에 있는 리드 스위치 사이에 있는 액위의 고저를, 리드 스위치를 마련하는 간격에 의해 결정되는 정밀도로 의사 아날로그 신호로서 검지할 수 있다. 그러나, 도 8에 예시된 액위 센서와 비교하면 구조가 복잡해지기 때문에, 고장에 기인하는 잘못된 신호를 출력할 우려가 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 콤팩트하고 신뢰성이 높은 액위 센서를 실현하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관한 액위 센서는, 연직 방향으로 마련된 슬리브와, 액위의 변동에 수반하여 슬리브를 따라 이동하도록 구성된 플로트와, 직렬로 접속된 복수의 저항을 포함하고 양단이 직류 전원에 상시 접속된 저항 열과, 저항 열에 있어서 인접하는 저항의 접속부에 각각 대응하여 슬리브의 내부에 마련된 복수의 접지 수단과, 저항 열의 양단 중 직류 전원의 정극과 접속된 쪽의 단부인 정극측 단부와 접지 수단에 의해 접지된 접속부 사이에 있어서 검출되는 전기 신호를 액위에 대응하는 신호인 액위 신호로서 인출하도록 구성된 액위 신호 출력 수단을 갖는다. 복수의 접지 수단은, 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때에 대응하는 접속부를 접지하고 소정의 거리 이내에 플로트가 위치하지 않을 때에 대응하는 접속부를 접지하지 않도록 구성되어 있다. 상기에 추가하여, 본 발명에 관한 액위 센서는, 플로트의 가동 범위 내의 소정의 위치인 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때에 경계 신호를 출력하고 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치하지 않을 때에 경계 신호를 출력하지 않도록 구성된 경계 신호 출력 수단을 더 가진다.

상기의 구성에 의해, 본 발명에 관한 액위 센서에 있어서는, 플로트의 위치가 복수의 접지 수단이 마련되어 있는 범위 내에 있을 때는, 저항 열에서 얻어지는 액위 신호에 의해 액위를 검지할 수 있고, 플로트의 위치가 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 있을 때는, 저항 열과는 별개의 경계 신호 출력 수단이 발하는 경계 신호를 출력할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 액위 센서는, 복수의 접지 수단 중 정극측 단부에 가장 가까운 접속부에 대응하는 접지 수단으로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때 혹은 당해 접지 수단보다도 외측에 플로트가 위치할 때에 정극측 단부를 접지하도록 구성된 정극 접지 수단 및/또는 복수의 접지 수단 중 저항 열의 정극측 단부와는 반대측의 단부인 부극측 단부에 가장 가까운 접속부에 대응하는 접지 수단으로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때 혹은 당해 접지 수단보다도 외측에 플로트가 위치할 때에 부극측 단부에 가장 가까운 접속부를 접지하도록 구성된 부극 접지 수단을 갖는다. 정극 접지 수단을 갖는 구성에 의하면, 예를 들어 정극측 단부에 가장 가까운 접속부에 대응하는 접지 수단에 이상이 발생하여 대응하는 접속부를 접지할 수 없는 경우에도, 당해 접지 수단으로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때 혹은 당해 접지 수단보다도 외측에 플로트가 위치할 때는 정극 접지 수단에 의해 정극측 단부가 접지되기 때문에 정극측 단부에 가장 가까운 접속부에 대응하는 접지 수단의 위치에 대응하는 액위 신호를 인출할 수 있다. 또한, 부극 접지 수단을 갖는 구성에 의하면, 예를 들어 부극측 단부에 가장 가까운 접속부에 대응하는 접지 수단에 이상이 발생하여 대응하는 접속부를 접지할 수 없는 경우에도, 당해 접지 수단으로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때 혹은 당해 접지 수단보다도 외측에 플로트가 위치할 때는 부극 접지 수단에 의해 부극측 단부에 가장 가까운 접속부가 접지되기 때문에 부극측 단부에 가장 가까운 접속부에 대응하는 접지 수단의 위치에 대응하는 액위 신호를 인출할 수 있다.

본 발명에 따르면, 1개의 슬리브로 구성된 액위 센서에 의해, 액위 신호에 기초하여 액위를 고정밀도로 검지할 수 있음과 동시에, 신뢰성이 높은 경계 신호를 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 본 발명에 관한 액위 센서를 탱크에 적용한 경우에는, 탱크의 저액 용량을 손상시킬 일 없이 액위를 정확하고 또한 확실하게 관리할 수 있다.

도 1은, 복수의 접지 수단을 구성하는 센서의 각각이 작동하는 액위의 범위 및 각각의 센서의 작동 시에 출력되는 액위 신호의 크기의 예를 나타내는 모식적인 그래프이다.
도 2는, 복수의 접지 수단을 구성하는 센서의 각각이 작동하는 액위의 범위 및 각각의 센서의 작동 시에 출력되는 액위 신호의 크기의 다른 예를 나타내는 모식적인 그래프이다.
도 3은, 본 발명에 관한 저항 열 및 접지 수단의 예를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 액위 센서의 예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는, 본 발명에 관한 액위 센서의 예를 나타내는 회로도이다.
도 6은, 본 발명에 관한 액위 센서의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 7은, 본 발명에 관한 액위 센서의 작동 예를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 종래 기술에 관한 액위 센서의 예를 나타내는 부분 단면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 이하 상세하게 설명한다. 이하의 설명 및 도면은 본 발명을 실시하기 위한 형태 예를 나타낸 것이고, 본 발명을 실시하기 위한 형태는, 이하의 설명 및 도면에 도시된 형태에 한정되지는 않는다.

본 발명에 관한 액위 센서(1)는, 연직 방향으로 마련된 슬리브(2)를 갖는다. 슬리브(2)는, 그 긴 쪽 방향이 액체의 액면에 수직인 방향과 일치하도록 고정된다. 슬리브(2)는, 외부 중 적어도 일부가 액체와 접하고, 후술하는 접지 수단(5)이 내부에 마련된다. 즉, 슬리브(2)는, 액위 센서(1)를 구성하는 전자 부품인 접지 수단(5)을 액체로부터 격리하기 위한 보호관으로서의 기능을 갖는다. 또한, 후술하는 저항 열(4)은, 슬리브(2)의 내부에 마련되어도 된다. 혹은, 저항 열(4)이 슬리브(2)의 외부에 마련되고, 슬리브(2)의 내부에 마련된 복수의 접지 수단(5)의 각각과 슬리브(2)의 외부에 마련된 저항 열(4)의 복수의 접속부(4c)의 각각이 예를 들어 리드선 또는 플렉시블 프린트 기판 등에 의해 접속되어 있어도 된다.

슬리브(2)는, 액위의 변동에 수반하여 이동하는 후술되는 플로트(3)의 가이드로서의 기능도 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 플로트(3)는, 슬리브(2)의 횡단면 형상에 대응하는 횡단면 형상을 갖는 구멍을 갖고, 그 구멍에 슬리브(2)가 삽입된 상태에서 상하로 이동한다. 슬리브(2)의 횡단면 형상은 원형이어도 되고, 또한, 타원형이나 다각형이어도 된다. 슬리브(2)의 횡단면 형상은, 슬리브(2)의 길이 방향을 따라서 동일한 것이, 플로트(3)의 안정된 이동을 위하여 바람직하다.

슬리브(2)를 구성하는 재료로서는, 액체에 대한 내식성을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들어 스테인리스강을 사용할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 플로트(3)가 마그네트를 구비하고 또한 접지 수단(5)이 마그네트가 발생시키는 자계를 검지하여 작동하는 경우에는, 접지 수단(5)으로의 자계의 도달 및 슬리브(2)의 상하 방향에 있어서의 이동을 방해하지 않도록, 슬리브(2)를 구성하는 재료로서는, 자화하기 어려운 것을 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 액위 센서(1)는, 액위의 변동에 수반하여 슬리브(2)를 따라 이동하는 플로트(3)를 갖는다. 플로트(3)는 부력에 의해 액면에 부유하도록 구성된다. 전형적으로는, 플로트(3)는 중공 구조를 갖는다. 본 발명에 있어서는, 플로트(3)의 위치를 검지함으로써, 액위를 간접적으로 검지한다. 플로트(3)의 내부(예를 들어 중공부 등)에 액체가 침입하면 플로트(3)와 액면의 위치 관계가 변화하여 액위의 검출에 오차가 발생하므로, 플로트(3)는 액체의 출입이 없도록 구성할 필요가 있다. 플로트(3) 중 적어도 슬리브(2)에 면하는 부분은, 자화하기 어려운 재료로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 액위 센서(1)는, 슬리브(2)의 내부 또는 외부에 마련되고, 직렬로 접속된 복수의 저항을 포함하고, 양단(정극측 단부(4a) 및 부극측 단부(4b))이 직류 전원에 상시 접속된 저항 열(4)을 갖는다. 정극측 단부(4a)는 저항 열(4)의 양단 중 직류 전원의 정극과 접속된 쪽의 단부이고, 부극측 단부(4b)는 저항 열(4)의 양단 중 정극측 단부(4a)와는 반대측의 단부이다. 저항 열(4)은, 후술하는 접지 수단(5)과 조합되어, 플로트(3)의 위치 정보, 즉 액위를 전기적인 액위 신호로 변환하는 기능을 갖는다. 저항 열(4)에 있어서 인접하는 저항의 접속부(4c)에 각각 대응하여 슬리브(2)의 내부에 마련된 복수의 접지 수단(5)은, 슬리브(2)의 긴 변 방향, 즉 연직 방향을 따라 복수의 저항의 나열 순과 동일 순서 또는 역 순서로 병렬로(즉, 접속부(4c)와 접지 사이에) 배열되는 것이 바람직하다. 저항 열(4)에 직류 전원을 상시 접속함으로써 액위 신호를 상시 감시할 수 있으므로, 액위 신호의 신뢰성이 높아진다.

저항 열(4)을 구성하는 복수의 저항은, 저항값의 정밀도가 좋은 것이 바람직하고, 슬리브(2)의 내부에 저항 열(4)이 마련되는 경우에는 설치 면적이 작은 것이 바람직하다. 이러한 저항으로서는, 예를 들어 칩 저항 등을 사용할 수 있다. 저항 열(4)을 구성하는 저항의 수는, 검지하는 액위의 범위의 길이, 저항의 사이즈 및 액위의 검지 정밀도 등에 의해 적절히 선택할 수 있다. 본 발명에 있어서, 저항 열(4)에 있어서 인접하는 저항끼리를 전기적으로 접속하고 있는 배선, 리드선, 단자 등 및 이것들과 동 전위의 도체를, 접속부(4c)라고 한다.

본 발명에 관한 액위 센서(1)는, 저항 열(4)에 있어서 인접하는 저항의 접속부(4c)에 각각 대응하여 슬리브(2)의 내부에 마련된 복수의 접지 수단(5)을 갖는다. 복수의 접지 수단(5)은, 소정의 거리 이내에 플로트(3)가 위치할 때에 대응하는 접속부(4c)를 접지하고 소정의 거리 이내에 플로트(3)가 위치하지 않을 때에 대응하는 접속부(4c)를 접지하지 않도록 구성되어 있다. 본 발명에 있어서, 접지 수단(5)의 수는 저항 열(4)에 포함되는 저항의 수와 동등해도 되고, 그것보다도 적은 수여도 된다. 접지 수단(5)의 수가 저항의 수와 동등할 때는, 액위의 검지 정밀도가 가장 높아진다. 접지 수단(5)을 그것보다도 솎아 내어 마련한 경우에는, 액위의 검지 정밀도는 낮아진다.

본 발명에 있어서, 「접속부를 접지한다」란, 액위 센서(1)를 구성하는 전기 회로의 접지에 접속부(4c)를 전기적으로 접속하는 것을 말한다. 접속부(4c)가 접지에 접속되면, 저항 열(4) 중 원래 접지에 접속되어 있었던 부극측 단부(4b)와, 접지된 접속부(4c)가 동 전위가 되므로, 양자 사이에 있는 저항에는 전류가 흐르지 않게 되고, 정극측 단부(4a)와, 접지된 접속부(4c) 사이에 있는 저항에만 전류가 흐른다. 이 전기 신호를 후술하는 액위 신호 출력 수단(6)을 사용하여 액위에 대응하는 신호인 액위 신호로서 외부에 출력한다.

본 발명에 관한 액위 센서(1)가 갖는 복수의 접지 수단(5)은, 플로트(3)가 가까운 위치에 있을 때에, 대응하는 접속부(4c)를 접지한다. 이때 작동하는 접지 수단(5)의 수는, 플로트에 가장 가까운 1개여도 되고 혹은 인접하는 복수개여도 된다. 구체적으로는, 플로트(3)에 가장 가까운 1개의 접지 수단(5)만이 작동하여, 당해 접지 수단(5)에 대응하는 접속부(4c)를 접지하도록 구성되어 있어도 된다. 또는, 플로트(3)에 가장 가까운 1개의 접지 수단(5)과 동시에, 2번째로 가까운 접지 수단(5) 또는 2번째 및 3번째로 가까운 접지 수단(5)이 작동하여, 이들의 접지 수단(5)에 각각 대응하는 접속부(4c)를 접지하도록 구성되어 있어도 된다.

단, 플로트(3)에 가까운 1개의 접지 수단(5)만이 작동하도록 구성되어 있는 경우, 플로트(3)의 위치가 변화하여 인접한 접지 수단(5)이 작동할 때까지의 동안에 어느 접지 수단(5)도 작동하고 있지 않은(어느 접속부(4c)도 접지되어 있지 않은) 순간이 발생하여 액위 신호에 예측 불능한 점프가 발생할 우려가 있다. 따라서, 이러한 순간이 발생하지 않도록 접지 수단(5)의 간격 및 후술하는 마그네트의 발생 자계의 강도 등을 조정해 두는 것이 바람직하고, 인접하는 접지 수단(5)이 작동하는 플로트(3)의 위치의 범위의 일부가 서로 중첩되도록 구성하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 인접하는 접지 수단(5)이 작동하는 플로트(3)의 위치 범위가 서로 중첩되도록 구성되어 있는 경우, 당해 범위 내에 플로트(3)의 위치가 있을 때는 복수의 접지 수단(5)이 동시에 작동하고 있다. 이 경우, 작동 중의 접지 수단(5)에 의해 접지되어 있는 복수의 접속부(4c) 중 저항 예(4)의 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 위치에 대응하는 액위 신호가 출력된다.

도 1은, 25개의 접지 수단(5)을 구성하는 센서 S1 내지 S25의 각각이 작동하는 액위의 범위 및 각각의 센서의 작동 시에 출력되는 액위 신호의 크기의 예를 나타내는 모식적인 그래프이고, 횡축은 액위[mm]를 나타내고, 종축은 액위 신호의 크기[V]를 나타낸다. 도 1의 그래프에 도시하는 바와 같이, 각각의 센서가 동작하는 액위의 범위와, 인접하는 센서가 동작하는 액위의 범위가, 서로 약간 겹쳐 있다. 그 결과, 플로트(3)에 가장 가까운 1개의 접지 수단(5)만이 작동하는 구성을 실질적으로 달성하면서, 플로트(3)의 위치가 변화하여 인접한 접지 수단(5)이 작동할 때까지의 동안에 어느 접지 수단(5)도 작동하고 있지 않은 순간이 발생할 가능성을 저감하여, 액위 신호에 예측 불능한 점프가 발생할 가능성을 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 액위 센서(1)는, 저항 열의 양단 중 직류 전원의 정극과 접속된 쪽의 단부인 정극측 단부(4a)와 접지 수단(5)에 의해 접지된 접속부(4c) 사이에 있어서 검출되는 전기 신호를 액위에 대응하는 신호인 액위 신호로서 인출하도록 구성된 액위 신호 출력 수단(6)을 갖는다. 여기서, 액위 신호로서 인출되는 정극측 단부(4a)와 접지 수단(5)에 의해 접지된 접속부(4c) 사이의 전기 신호는, 전압 신호여도 되고, 전류 신호여도 된다. 액위 신호로서 인출되는 전기 신호가 전압 신호인 경우, 전압의 범위는 예를 들어 1.0V 이상, 5.0V 이하로 할 수 있고, 용도에 따라서는 0.0V 이상, 5.0V 이하로 할 수도 있다. 전기 신호가 전류 신호인 경우, 전류의 범위는 예를 들어 4mA 이상, 20mA 이하로 할 수 있다. 이와 같이 하여 인출된 액위 신호는, 액위의 정보를 포함하는 의사 아날로그 신호이다. 액위 신호를 공지된 방법에 의해 전기적으로 처리함으로써, 액위를 검지할 수 있다.

본 발명에 관한 액위 센서(1)의 구성에 있어서, 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5) 및 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)을, 검지하려고 하는 액위의 상한의 위치 또는 하한의 위치의 어느 것에 마련할지는, 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)을 액위의 하한의 위치에 마련한 경우에는, 액위가 높아지면 높아질수록 정극측 단부(4a)와 접지 수단(5)에 의해 접지된 접속부(4c) 사이에 존재하는 저항의 수가 증가한다. 따라서, 직류 전원이 정전류 전원이고 또한 액위 신호로서 인출되는 전기 신호가 전압 신호인 경우, 액위가 높아지면 높아질수록 액위 신호의 강도는 커진다. 또한, 직류 전원이 정전압 전원이고 또한 액위 신호로서 인출되는 전기 신호가 전류 신호인 경우, 액위가 높아지면 높아질수록 액위 신호의 강도는 작아진다. 반대로, 저항 열(4)의 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)을 액위의 하한의 위치에 마련한 경우에는, 액위가 높아지면 높아질수록 정극측 단부(4a)와 접지 수단(5)에 의해 접지된 접속부(4c) 사이에 존재하는 저항의 수가 감소한다. 따라서, 직류 전원이 정전류 전원이고 또한 액위 신호로서 인출되는 전기 신호가 전압 신호인 경우, 액위가 높아지면 높아질수록 액위 신호의 강도는 작아진다. 또한, 직류 전원이 정전압 전원이고 또한 액위 신호로서 인출되는 전기 신호가 전류 신호인 경우, 액위가 높아지면 높아질수록 액위 신호의 강도는 커진다. 어느 경우에서도, 얻어진 액위 신호를 전기적으로 처리하여 액위의 정보로 변환할 수 있으므로, 실용상은 문제없다.

여기서, 복수의 접지 수단(5)을 구성하는 센서 중 어느 하나가 고장난 경우에 있어서의 액위 센서의 거동에 대하여 이하에 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)로부터 부극측 단부(4b)를 향하여 직렬에 존재하는 각각의 접속부(4c)에 대응하여 복수의 접지 수단(5)을 구성하는 센서 S(1), S(2), S(3)…S(n-1) 및 S(n)이 액위의 하한으로부터 상한을 향하는 순으로 배치되어 있고 또한 플로트(3)에 가장 가까운 1개의 접지 수단(5)만이 작동하도록 구성된 액위 센서에 대하여 설명한다.

상기 액위 센서에 있어서 접지 수단(5)을 구성하는 센서 S(1) 내지 S(n)이 모두 정상인 경우, 출력되는 액위 신호의 값은 액위의 상승에 따라서 이하의 표 1에 나타내는 바와 같이 변화한다. 또한, 표 중에 기재된 「ON」은, 접지 수단(5)으로서의 센서가 플로트(3)의 접근에 의해 작동하여 대응하는 접속부(4c)가 접지되고 있는 것을 의미하고, 1 내지 n은 액위의 하한으로부터 상한으로 상승하는 액위 및 대응하는 센서의 위치를 나타낸다.

상기한 바와 같이 모든 센서 S(1) 내지 S(n)이 정상인 경우에는, 액위에 대응하는 플로트(3)의 위치에 가까운 접지 수단(5)으로서의 센서가 작동하고, 각각의 센서의 위치에 대응하는 액위 신호가 출력된다.

이어서, 센서 S(1) 내지 S(n) 중 액위의 하한으로부터 3번째의 센서 S(3)이 고장에 의해 항상 「ON」 상태(플로트(3)의 위치에 관계없이 작동하여 대응하는 접속부(4c)가 접지되어 있는 상태)에 있는 경우를 상정한다. 이 경우, 출력되는 액위 신호의 값은 액위의 상승에 따라서 이하의 표 2에 나타내는 바와 같이 변화한다.

상술한 바와 같이, 복수의 접지 수단(5)이 동시에 작동하고 있는 경우에는, 작동 중의 접지 수단(5)에 의해 접지되어 있는 복수의 접속부(4c) 중 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 위치에 대응하는 액위 신호가 출력된다. 따라서, 표 2에 나타내는 바와 같이, 하한으로부터 3번째의 센서 S(3)보다도 액위가 상승하고 있어도, 센서 S(3)의 위치에 액위가 있는 경우와 동일 액위 신호(출력 3)가 출력되어 버린다. 그러나, 센서 S(3)과 동일 위치 또는 센서 S(3)보다도 낮은 위치에 액위가 있을 때는, 표 1에 나타낸 정상 시와 마찬가지로, 하한으로부터 1번째, 2번째 및 3번째의 센서 S(1), S(2) 및 S(3)의 위치에 따른 액위 신호(출력 1, 출력 2 및 출력 3)이 올바르게 출력된다.

이어서, 액위의 하한으로부터 3번째의 센서 S(3)의 작동 상태가 고장에 의해 「부정」 상태(예를 들어, 플로트(3)의 위치에 관계없이 작동하거나 작동하지 않거나 이상한 신호를 출력하거나 하는 상태)에 있는 경우를 상정한다. 이 경우, 출력되는 액위 신호의 값은 액위의 상승에 따라서 이하의 표 3에 나타내는 바와 같이 변화한다.

상기한 바와 같이, 고장나 있는 센서 S(3)과 동일 위치 또는 센서 S(3)보다도 낮은 위치에 액위가 있을 때는, 센서 S(3)의 작동 상태가 「부정」이기 때문에 액위 신호도 또한 부정이 되어 버린다. 그러나, 센서 S(3)보다도 낮은 위치에 액위가 있는 경우에는, 표 1에 나타낸 정상 시와 마찬가지로, 하한으로부터 1번째 및 2번째의 센서 S(1) 및 S(2)의 위치에 따른 액위 신호(출력 1 및 출력 2)가 올바르게 출력된다.

이어서, 센서 S(3)이 고장에 의해 항상 「OFF」 상태(플로트(3)의 위치에 관계없이 작동하지 않고 대응하는 접속부(4c)가 접지되어 있지 않은 상태)에 있는 경우를 상정한다. 이 경우, 출력되는 액위 신호의 값은 액위의 상승에 따라서 이하의 표 4에 나타내는 바와 같이 변화한다.

이 경우, 플로트(3)가 센서 S(3)의 근처에 있을 때는, 본래라면 센서(3)가 작동하여 「ON」 상태로 되어 대응하는 접속부(4c)를 접지함으로써 본래의 액위 신호(출력 3)가 출력되어야 하는 바, 고장에 의해 센서 S(3)이 「ON」 상태로 되지 않고 「OFF」 상태 그대로이다. 따라서, 플로트(3)가 센서 S(3)의 근처에 있을 때는, 어느 접지 수단(5)도 작동하고 있지 않은(어느 접속부(4c)도 접지되어 있지 않은) 상태가 되어, 액위 신호의 크기는 저항 열(4)에 의해 출력될 수 있는 최댓값이 된다. 그 결과, 플로트(3)가 센서 S(3)의 위치를 통과할 때에 액위 신호의 크기가 돌연 점프하여, 예를 들어 오퍼레이터에 혼란이 발생하는 등의 문제를 초래할 우려가 있다. 그러나, 플로트(3)가 센서 S(3) 이외의 센서의 근처에 있을 때는, 표 1에 나타낸 정상 시와 마찬가지로, 하한으로부터 1번째, 2번째, …n-1번째 및 n번째의 센서 S(1), S(2), …S(n-1) 및 S(n)의 위치에 따른 액위 신호(출력 1, 출력 2, …출력 n-1 및 출력 n)가 올바르게 출력된다.

이상, 표 2 내지 표 4를 참조하면서 설명된 바와 같이, 본 발명에 관한 액위 센서(1)에 있어서는, 복수의 접지 수단(5)의 일부가 고장나서 정상적으로 작동하는 것이 불가능하게 된 경우에 있어서도, 액위 센서로서의 기능의 모두가 상실되는 것은 아니고, 검지하려고 하는 액위의 범위의 일부에 대해서는 정상 시와 마찬가지로 검지할 수 있다. 즉, 이와 같은 구성을 갖는 액위 센서는 높은 용장성을 구비한다고 할 수 있다.

그런데, 표 4에 예시한 바와 같이, 일부의 센서가 고장에 의해 항상 「OFF」 상태에 있는 경우, 당해 센서의 근처에 플로트(3)가 위치할 때에는, 어느 접지 수단(5)도 작동하고 있지 않은 상태가 되고, 액위 신호의 크기가 돌연 점프한다는 문제가 발생한다. 이것은, 플로트(3)에 가장 가까운 1개의 접지 수단(5)만이 작동하도록 당해 액위 센서가 구성되어 있기 때문이다. 이러한 문제를 저감하기 위해서는, 플로트(3)의 위치에 대응하여 적어도 2개의 인접하는 접지 수단(5)이 작동하도록 액위 센서를 구성하는 것이 바람직하다.

도 2는, 25개의 접지 수단(5)을 구성하는 센서 S1 내지 S25의 각각이 작동하는 액위의 범위 및 각각의 센서의 작동 시에 출력되는 액위 신호의 크기의 예를 나타내는 모식적인 그래프이다. 도 2의 그래프에 나타내는 바와 같이, 이 예에 있어서는, 플로트(3)의 위치에 대응하여 적어도 2개의 인접하는 접지 수단(5)이 작동하도록, 접지 수단(5)의 간격 및 플로트(3)가 구비하는 마그네트의 발생 자계의 강도 등이 조정되어 있다. 이 점을 제외하고, 도 2는 도 1과 마찬가지의 그래프이다. 이와 같은 구성을 갖는 액위 센서에 있어서는, 표 4에 예시한 바와 같이 센서 S(3)이 고장에 의해 항상 「OFF」 상태에 있는 경우라도, 액위의 상승에 따라서 액위 신호의 값은 이하의 표 5에 나타내는 바와 같이 변화한다.

표 5에 나타내는 바와 같이, 본래라면 센서 S(3) 및 센서 S(4)가 동시에 ON 상태로 되어 있어야 할 위치에 플로트(3)가 있을 때라도, 고장에 의해 센서(3)가 OFF 상태 그대로이기 때문에, 작동하고 있는 센서 중 가장 정극측 단부에 가까운 센서가 센서 S(4)가 된다. 이 때문에, 플로트(3)가 당해 위치에 있을 때는 본래라면 센서 S(3)의 위치에 대응하는 액위 신호(출력 3)가 출력되어야 함에도 불구하고, 센서 S(4)의 위치에 대응하는 액위 신호(출력 4)가 출력된다. 그 결과, 센서 S(4)의 위치에 대응하는 액위 신호(출력 4)가 출력되는 기간이 길어지지만, 표 4에 예시한 것과 같은 「어느 접지 수단(5)도 작동하고 있지 않은(어느 접속부(4c)도 접지되어 있지 않은) 상태」는 되지 않는다. 그 결과, 플로트(3)가 센서 S(3)의 위치를 통과할 때에 액위 신호의 크기가 돌연 점프하여 오퍼레이터에 혼란이 발생하는 등의 문제를 초래할 우려가 저감된다. 즉, 이와 같은 구성을 갖는 액위 센서는 보다 높은 용장성을 구비한다고 할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 있어서 특징적인 경보 기능의 신뢰성에 관계하는 구성에 대하여 설명한다. 본 발명에 관한 액위 센서(1)는, 플로트(3)의 가동 범위 내의 소정의 위치인 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때에 경계 신호를 출력하고 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 플로트(3)가 위치하지 않을 때에 경계 신호를 출력하지 않도록 구성된 경계 신호 출력 수단(7)을 더 가진다. 예를 들어, 복수의 접지 수단(5)이 마련되어 있는 범위보다도 외측에 플로트(3)가 위치할 때에 경계 신호를 출력하도록 경계 신호 출력 수단(7)을 구성해도 된다. 「접지 수단(5)이 마련되어 있는 범위의 외측에 플로트(3)가 위치한다」란, 복수의 접지 수단(5)에 의해 검지하려고 하는 액위의 상한의 위치로부터 하한의 위치까지의 범위 내에는 플로트(3)가 존재하지 않고, 액위의 상한의 위치보다도 상측 또는 액위의 하한의 위치보다도 하측에 플로트(3)가 존재하는 것을 말한다. 이 경우, 액위의 상한의 위치보다도 상측 또는 액위의 하한의 위치보다도 하측에 있는 소정의 위치가 경계 위치가 되고, 경계 신호 출력 수단(7)은, 상한의 위치보다도 상측에 플로트(3)가 위치하는 경우에는 상한 경계 신호를, 하한의 위치보다도 하측에 플로트(3)가 위치하는 경우에는 하한 경계 신호를, 각각 출력할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상한 경계 신호 또는 하한 경계 신호의 어느 한쪽만을 출력하도록 경계 신호 출력 수단(7)을 구성해도 된다.

상기에 추가하여 또는 상기 대신에, 예를 들어 복수의 접지 수단(5)이 마련되어 있는 범위 내의 소정의 위치(로부터 소정의 거리 이내)에 플로트(3)가 존재할 때에 경계 신호를 출력하도록 경계 신호 출력 수단(7)을 구성해도 된다. 이 경우, 복수의 접지 수단(5)이 마련되어 있는 범위 내의 상기 「소정의 위치」가 경계 위치가 되고, 당해 경계 위치(로부터 소정의 거리 이내)에 플로트(3)가 존재할 때에 경계 신호 출력 수단(7)이 경계 신호를 출력할 수 있다. 어느 경우에 있어서도, 필요에 따라 1개 또는 2개 이상의 경계 위치를 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 경계 신호 출력 수단(7)은, 액위 신호 출력 수단(6)과는 별개의 독립된 구성으로서 마련된다. 이 때문에, 가령 액위 신호 출력 수단(6)의 어딘가에 에러가 발생하여, 액위 신호가 실제의 액위를 나타내지 않게 된 경우에도, 상한 경계 신호 및/또는 하한 경계 신호 등의 경계 신호를 정상적으로 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 독립된 경계 신호 출력 수단(7)을 구비하지 않는 종래 기술에 비하여 액위 센서의 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명에 관한 경계 신호 출력 수단(7)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 경계 신호 출력 수단(7)을 구성하는 추가된 접지 수단(7a)을, 액위 신호 출력 수단(6)을 구성하는 접지 수단(5)이 마련되어 있는 범위의 외측 또는 당해 범위 내이며 플로트(3)의 가동 범위 내의 소정의 위치에 마련할 수 있다. 상술한 바와 같이, 액위의 상한의 위치 외측에 접지 수단(7a)을 추가하면 상한 경계 신호를, 액위의 하한의 위치의 외측에 접지 수단(7a)을 추가하면 하한 경계 신호를 발생시킬 수 있다. 혹은, 이들의 양쪽을 추가해도 된다. 경계 신호 출력 수단(7)을 구성하는 추가된 접지 수단(7a)은, 액위 신호 출력 수단(6)을 구성하는 복수의 접지 수단(5)의 어느 것과 동일 위치에 마련해도 되고, 인접하는 접지 수단(5) 사이에 삽입하여 마련해도 된다.

이들 추가된 접지 수단(7a)을, 액위 신호 출력 수단(6)을 구성하는 접지 수단(5)의 작동 원리와 동일 작동 원리로 작동시키면, 액위 신호 출력 수단(6)과 공통되는 구성을 사용할 수 있으므로, 바람직하다. 여기서, 공통되는 구성이란, 예를 들어 플로트(3)에 설치된 마그네트 또는 광원(후술하는) 등이다. 혹은, 경계 신호 출력 수단(7)을 구성하는 추가된 접지 수단(7a)으로서, 액위 신호 출력 수단(6)을 구성하는 접지 수단(5)과는 다른 수단, 예를 들어 리미트 스위치 등을 채용해도 된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 복수의 접지 수단(5) 중 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)으로부터 소정의 거리 이내에 플로트(3)가 위치할 때 혹은 정극 접지 수단보다도 외측에 플로트(3)가 위치할 때에 정극측 단부(4a)를 접지하는 정극 접지 수단(8a) 및/또는 복수의 접지 수단(5) 중 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)와는 반대측의 단부인 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)으로부터 소정의 거리 이내에 플로트(3)가 위치할 때 혹은 당해 접지 수단보다도 외측에 플로트(3)가 위치할 때에 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)를 접지하도록 구성된 부극 접지 수단(8b)을 갖는다. 상술한 바와 같이, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 근처에 플로트(3)가 위치할 때, 저항 열(4)을 구성하는 모든 저항이 바이패스되기 때문에, 저항 열(4)의 (정극측 단부(4a)와 부극측 단부(4b) 사이의) 저항값은 가장 작아진다. 그런데, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 근처에서 접지 수단(5)이 마련되어 있는 범위의 외측으로 플로트(3)가 지나쳐 통과한 경우에는, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 작동이 정지하고, 접속부(4c)에 있어서의 접지가 차단될 우려가 있다. 이렇게 정극측에 있어서의 저항 열(4)의 접지가 차단되면, 그것까지는 가장 작은 값으로 되어 있었던 저항 열(4)의 저항값이 돌연 가장 큰 값으로 점프하기 때문에, 이것에 대응하여 액위 신호의 크기도 돌연 점프한다. 그렇게 하면, 액위 신호 출력 수단(6)이 나타내는 액위의 정보와, 경계 신호 출력 수단(7)이 나타내는 액위의 정보가 정합하지 않게 되고, 오퍼레이터에 혼란이 발생한다. 마찬가지의 문제는, 플로트(3)의 위치가 정극측 단부(4a) 또는 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 근처에 있을 때에 액위 신호 출력 수단(6)에 우발적으로 에러가 발생한 경우에도 일어날 수 있다.

상술하는 바람직한 실시 형태에 있어서는, 복수의 접지 수단(5) 중 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 근처 혹은 당해 접지 수단(5)보다도 외측에 있을 때에, 정극 접지 수단(8a)에 의해 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)가 강제적으로 접지된다. 이에 의해, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 작동이 정지해도 정극측 단부(4a)의 접지가 유지되므로, 상기의 문제의 발생을 미연에 방지할 수 있다. 이 효과는, 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)을 액위의 하한의 위치에 마련한 경우와 상한의 위치에 마련한 경우의 어느 경우에 있어서도, 동등하게 얻을 수 있다. 또한, 부극 접지 수단(8b)에 의하면, 플로트(3)의 위치가 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 근처에 있을 때에 액위 신호 출력 수단(6)에 우발적으로 에러가 발생한 경우에 발생할 수 있는 상기의 문제를 미연에 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 경계 신호 출력 수단(7)이, 논리 반전 수단(9)을 구비한다. 논리 반전이란, 입력 신호의 ON과 OFF는 역의 신호를 출력하는 것이고, 예를 들어 트랜지스터에 의해 구성할 수 있다. 상술한 바와 같이 추가된 접지 수단(7a)에 의해 경계 신호 출력 수단(7)을 구성한 경우, 논리 반전 수단(9)을 결하는 구성에 있어서는, 추가된 접지 수단(7a)으로부터의 출력 신호가 ON일 때(즉, 플로트(3)의 접근에 따른 작동을 하고 있을 때)에 경계 신호가 ON이 되고, 이것에 기초하여 경보를 발생시킬 수 있다. 그러나, 예를 들어 복수의 접지 수단(5)을 포함하는 부분인 센서부(1a)와 센서부(1a)에 대한 전원 공급 및 센서부(1a)로부터의 신호의 인출 등을 행하는 부분인 제어부(1b)를 연결하는 배선이 단선하거나 접속 불량해지거나 한 때는, 추가된 접지 수단(7a)으로부터의 출력 신호가 OFF가 된다. 그렇게 하면, 경보를 발생시켜야 할 때에도, 경계 신호가 ON이 되지 않으므로, 경보가 발생하지 않게 된다.

그래서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 경계 신호 출력을 논리 반전시킴과 함께, 경계 신호가 OFF일 때에 경보를 발생시키도록 경계 신호 출력 수단(7)이 구성된다. 그렇게 하면, 추가된 접지 수단(7a)으로부터의 출력 신호가 ON일 때(즉, 플로트(3)의 접근에 따른 작동을 하고 있을 때)에 경계 신호가 OFF가 되어서 경보를 발생시키고, 추가된 접지 수단(7a)으로부터의 출력 신호가 OFF일 때(즉, 플로트(3)의 접근에 따른 작동을 하고 있지 않을 때)에 경계 신호가 ON이 되어서 경보를 발생시키지 않도록 할 수 있다. 이에 의해, 추가된 접지 수단(7a)으로부터의 출력 신호가 ON일 때와, 신호 배선에 에러가 발생한 때의 어느 경우에 있어서도, 경계 신호가 OFF가 되어, 경보가 발생하므로, 페일 세이프 기능이 달성된다.

본 발명에 있어서의 복수의 접지 수단(5)은, 인접하는 저항의 접속부(4c) 중 플로트(3)에 가까운 위치에 있는 접지 수단(5)에 대응하는 접속부(4c)를 접지할 수 있는 수단이라면, 어떤 수단을 채용해도 된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 플로트(3)가 마그네트를 구비하고, 접지 수단(5)이 마그네트가 발생시키는 자계를 검지한 때에 작동하(대응하는 접속부(4c)를 접지하)고 마그네트가 발생시키는 자계를 검지하지 않은 때에는 작동하지 않도록(대응하는 접속부를 접지하지 않는) 구성된다. 또한, 다른 바람직한 실시 형태에 있어서는, 접지 수단(5)이 리드 스위치 또는 홀 IC의 어느 것에 의해 구성된다. 리드 스위치란, 자계를 검지한 때에 닫고, 그렇지 않을 때는 개방하는 기계식의 스위치를 말한다. 홀 IC란, 홀 소자와 스위칭 회로로 구성된 전기 소자이며, 홀 소자가 자계를 검지한 때에는 출력 단자를 접지와 접지하고, 그렇지 않을 때는 출력 단자를 접지로부터 차단하는 것이다. 상술한 마그네트와 리드 스위치 또는 홀 IC를 구비하는 구성은, 경계 신호 출력 수단(7)에도 적용할 수 있다. 다른 바람직한 실시 형태에 있어서는, 슬리브(2) 및 플로트(3)가 광을 투과하는 재료로 구성되고, 플로트(3)가 광원을 구비하고, 접지 수단(5)이 광을 감지하여 작동하는 스위치에 의해 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 직류 전원이 정전류 회로를 포함하고, 저항 열(4)을 구성하는 저항의 저항값이 모두 동일하다. 정전류 회로는, 저항 열(4)에 흐르는 전류값을 일정한 값으로 유지한다. 이때, 액위 신호로서 전압 신호를 채용하면, 전압 신호의 크기는, 저항 열(4) 중 정극측 단부(4a)와 접지된 접지 수단(5) 사이에 있는 저항의 저항값의 합계에 비례한다. 그래서, 모든 저항의 저항값을 동일하게 함과 함께 복수의 접지 수단(5)을 등간격으로 배치해 두면, 액위 신호인 전압 신호의 크기는 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)와 접지된 접지 수단(5) 중 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c) 사이의 저항 수에 대략 비례한다. 게다가, 복수의 접지 수단(5)이 등간격으로 배치되어 있으므로, 액위 신호와 실제의 액위 사이의 선형성이 우수한 액위 센서를 구성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 경계 신호 출력 수단(7)이, 상술한 액위 신호를 인출하기 위하여 사용되는 직류 전원(+Vcc)과는 다른 전원에 의해 구성된다. 경계 신호 출력 수단(7)을, 저항 열(4)에 사용되는 직류 전원과는 다른 별개의 독립된 전원에 의해 구성함으로써, 경계 신호 출력 수단(7)의 신뢰성을 더 높일 수 있다.

실시예

다음으로, 도면을 사용하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 더욱 상세하게 설명한다. 도 3은, 본 발명에 관한 저항 열(4) 및 접지 수단(5)의 예를 나타내는 사시도이다. 이 실시예에서는, 프린트 배선 기판에 의해 구성된 가늘고 긴 판 상에, 저항 열(4)을 구성하는 25개의 칩 저항과, 접지 수단(5)을 구성하는 25개의 홀 IC가, 교호로 납땜에 의해 실장되어 있다. 칩 저항의 설치 면적의 사이즈는 세로 0.5mm, 가로 1.0mm이다. 홀 IC의 높이는 3.2mm이고, 피치 간격은 2.5mm이고, 도 3의 상하 방향으로 배열되어 있다. 홀 IC는, 도 3의 상하 방향의 자계를 검지한다. 이 구성에 있어서, 홀 IC의 피치 간격은, 홀 IC 자체의 사이즈와, 홀 IC 사이에 배치되는 칩 저항의 사이즈에 의해 제한된다. 접지 수단(5)을 구성하는 25개의 홀 IC 중, 가장 위에 위치하는 것의 더 상측과, 가장 아래에 위치하는 것의 더 하측에는, 모두 경계 신호 출력 수단(7)을 구성하는 추가된 접지 수단(7a)으로서의 홀 IC가 실장되어 있다. 저항 열(4)의 상방에는, 이들의 2개의 홀 IC의 출력을 각각 논리 반전시키기 위한 논리 반전 수단(9)으로서의 2개의 트랜지스터가 실장되어 있다. 액위 센서로서의 신뢰성을 높이는 관점에서는, 이들의 홀 IC 및 트랜지스터에 대한 전력의 공급은, 접지 수단(5)을 구성하는 홀 IC에 상시 접속된 직류 전원과는 다른 직류 전원에 의해 행하여지는 것이 바람직하다.

도 4는, 본 발명에 관한 액위 센서(1)의 예를 나타내는 부분 단면도이다. 탱크 내에 연직 방향으로 슬리브(2)가 마련되고, 도 3에 도시하는 프린트 배선 기판의 선단이 슬리브(2)의 내부에 삽입되어, 고정된다. 즉, 이 예에 있어서는, 접지 수단(5)을 구성하는 25개의 홀 IC뿐만 아니라, 저항 열(4)을 구성하는 25개의 칩 저항도 또한, 슬리브(2)의 내부에 마련되어 있다. 플로트(3)의 중앙 구멍에 슬리브(2)가 삽입되고, 탱크 내의 액위의 변동에 수반하여 플로트(3)가 슬리브(2)를 따라 상하로 이동하도록 구성되어 있다. 플로트(3)에는 도시하지 않은 링상의 마그네트가 마련되고, 마그네트가 발생시키는 자계에 의해 플로트(3)의 근처의 접지 수단(5) 및 추가된 접지 수단(7a)이 작동한다. 슬리브(2)의 내부에 마련된 프린트 배선 기판에서 발생하는 액위 신호 및 경계 신호의 출력은, 프린트 배선 기판의 상부로부터 인출되어, 도시하지 않은 출력 단자를 경유하여 외부로 유도된다.

도 5는, 본 발명에 관한 액위 센서의 예를 나타내는 회로도이다. 이 실시예는, 액위 센서(1)를 정전류에 의해 작동시키는 것이다. 도 5의 좌측 절반은, 도 3에 예시된 프린트 배선 기판에 의해 구성되는 센서부(1a)의 회로를 나타내고, 우측 절반은, 센서부(1a)와 분리된 제어부(1b)의 회로를 나타낸다. 센서부(1a)와 제어부(1b)는, 복수의 배선에 의해 접속되어 있다. 센서부(1a)에 포함되는 R1, R2, …R(n-1), R(n)은, 본 발명의 저항 열(4)을 구성하는 직렬로 접속된 n개의 저항이다. 저항 R1은, 출력 단자 LQout를 통해 저항 R0에 접속되어 있고, 이 R0을 포함하는 전부로 n+1의 저항이 저항 열(4)을 구성하고 있다. 즉, 이 예에 있어서는, 저항 열(4)을 구성하는 n+1개의 저항 중, n개의 저항 R1 내지 R(n)은 슬리브(2)의 내부에 마련되어 있고, 1개의 저항 R0은 슬리브(2)의 외부에 마련되어 있다. 저항 열(4)의 정극측 단부(4a)와 부극측 단부(4b)가, 직류 전원(+Vcc)에 상시 접속되어 있다. 저항 열(4)에 흐르는 직류 전류는, 정전류 회로(CCC)에 의해 일정한 값, 예를 들어 1mA로 제어된다. 이 실시예에 있어서는, 저항 열(4) 중 정극측 단부(4a)로부터 세어서 2번째의 저항 R1이 액위의 하한에 대응하고, 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 저항 R(n)이 액위의 상한에 대응하고 있다.

S(1), …S(n-1), S(n)은, 인접하는 저항의 접속부(4c)를 접지하는 n개의 접지 수단(5)이다. 접지 수단(5)은 홀 IC에 의해 구성되고, 입력 전극(+Vs), 출력 전극(OUT) 및 접지 전극(GND)을 구비하고 있다. 입력 전극(+Vs)과 접지 전극(GND) 사이에는 홀 IC를 작동시키기 위한 전압(+Vcc)이 인가되어 있다. 각 출력 전극(OUT)은, 저항 열(4)의 접속부(4c)에 접속되어 있다.

홀 IC(S)의 접지 전극(GND)과 출력 전극(OUT)은, 비작동 상태에서는 절연되어 있다. 홀 IC(S)가 마그네트가 발생시키는 자계를 감지하면, 작동 상태로 되고, 접지 전극(GND)과 출력 전극(OUT) 사이의 저항이 대부분 제로가 되고, 출력 전극(OUT)은 실질적으로 접지된 상태로 된다. 그렇게 하면, 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 저항 R(n)으로부터 접지 수단(5)에 의해 접지된 접속부(4c)까지의 사이의 저항에는 전류가 흐르지 않고, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 저항 R0으로부터, 접지 수단(5)에 의해 접지된 접속부(4c) 중 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)까지의 사이의 저항에 전류가 흐른다. 이 전류에 대응하는 전압 신호가, 버퍼 앰프(U1)를 통해 액위 신호로서 출력 단자(LQout)에 출력된다.

이 실시예에 있어서는, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)(S(1))이 액위의 하한측에 있고, 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)(S(n))이 액위의 상한측에 있도록, n개의 접지 수단(5)이 배치되어 있다. 또한, 저항 R1로부터 R(n)까지의 저항값은 모두 동일하게 되어 있다. 따라서, 액위의 상승에 수반하여, 전류가 흐르는 저항의 수가 대략 선형적으로 증가한다. 즉, 플로트의 위치와 액위 신호의 크기 사이에 비례 관계가 성립한다. 액위 신호는, 1.0V에서 5.0V의 범위에서 발생한다. 액위 신호의 하한값을 1.0V로 하기 위해서, 저항 R0의 저항값은 1kΩ로 하고 있다.

저항 열(4)의 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)(S(1))의 외측에는, 경계 신호로서의 하한 경보 Lout를 출력하기 위한 경계 신호 출력 수단(7)을 구성하는 추가된 접지 수단(7a)(S(L))이 마련되어 있다. 이 추가된 접지 수단(7a)(S(L))이 작동하면, 저항 RL1에 전류가 흐른다. 이 전류 신호는 논리 반전 수단(9)인 트랜지스터 QL1에 의해 논리 반전되어, 하한 경보 Lout의 단자가 OFF가 되고, 포토커플러(PL1)를 경유하여 출력 단자(LQ_Lout)에 하한 경보가 발생한다. 추가된 접지 수단(7a)(S(L))은, 저항 열(4)을 구동하는 직류 전원(+Vcc)과 공통되는 직류 전원에 의해 작동하지만, 정전류 회로를 구비하지 않는 점에 있어서 저항 열(4)과는 다른 구성을 갖는다.

하한 경보의 발생과 동시에, 포토커플러(PL2)에 의해 구성된 정극 접지 수단(8a)이 작동하여, 저항 R0과 저항 R1 사이의 접속부(4c)가 접지된다. 이에 의해, 접지 수단(5)의 상태의 여하에 관계없이, 액위 신호는 하한값인 1.0V를 나타낸다. 포토커플러를 통해 신호를 전달함으로써, 외부의 전기 회로에 있어서 발생한 노이즈가 액위 센서를 구성하는 전기 회로에 전해지지 않도록 하여, 액위 센서의 작동을 보다 안정시킬 수 있다.

저항 열(4)의 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)(S(n))의 외측에는, 경계 신호로서의 상한 경보 Hout를 출력하기 위한 경계 신호 출력 수단(7)을 구성하는 추가된 접지 수단(7a)(S(H))이 마련되어 있다. 이 추가된 접지 수단(7a)(S(H))이 작동하면, 저항 RH1에 전류가 흐른다. 이 전류 신호는, 논리 반전 수단(9)인 트랜지스 QH1에 의해 논리 반전되어, 상한 경보 Hout의 단자가 OFF가 되고, 포토커플러(PH1)를 경유하여 출력 단자(LQ_Hout)에 상한 경보가 발생한다. 추가된 접지 수단(7a)(S(H))도, 저항 열(4)을 구동하는 직류 전원(+Vcc)과 공통되는 직류 전원에 의해 작동하지만, 정전류 회로를 구비하지 않는다. 상한 경보를 발생시키는 경계 신호 출력 수단(7)은 정극 접지 수단(8a)과 연동하고 있지 않다.

또한, 도시하지 않지만, 부극 접지 수단(8b)을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 상한 경보를 발생시키는 경계 신호 출력 수단(7)과 부극 접지 수단(8b)을 연동시켜도 된다. 예를 들어, 상한 경보의 발생과 동시에 부극 접지 수단(8b)이 작동하여, 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)(저항 R(n)과 저항 R(n-1) 사이의 접속부(4c))가 접지되도록 구성해도 된다. 당해 구성에 의하면, 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)에 이상이 발생하여 당해 접속부(4c)를 접지할 수 없는 경우에도, 당해 접지 수단(5)으로부터 소정의 거리 이내에 플로트가 위치할 때 또는 당해 접지 수단(5)보다도 외측에 플로트가 위치할 때에 당해 접속부(4c)를 부극 접지 수단(8b)에 의해 접지할 수 있으므로, 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 위치에 대응하는 액위 신호를 인출할 수 있다. 또한, 부극 접지 수단(8b)에 의하면, 플로트(3)의 위치가 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)의 근처에 있을 때에 액위 신호 출력 수단(6)에 우발적으로 에러가 발생한 경우에 발생할 수 있는 전술한 바와 같은 문제를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 상한 경보를 발생시키는 경계 신호 출력 수단(7)을 구성하는 추가된 접지 수단(7a)(S(H))이 접지된 때에 출력되는 상한 경보의 출력값이 액위 신호의 상한값(예를 들어, 5.0V)과 일치하도록 저항 열(4)의 구성을 조정해도 된다.

또한, 정극 접지 수단(8a)에 대해서도, 상기와 마찬가지로, 정극측 단부(4a)가 아닌, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)를 접지하도록 구성해도 된다. 당해 구성에 의하면, 플로트의 위치에 관계없이, 복수의 접지 수단(5)을 구성하는 복수의 센서 S(1) 내지 S(n) 중 적어도 하나가 대응하는 접속부(4c)를 항상 접지하고 있게 되고, 논리 회로와 액위 신호가 정합하게 되므로 바람직하다.

도 6은, 본 발명에 관한 액위 센서의 다른 예를 나타내는 회로도이다. 이 실시예에 있어서는, 도 5에 나타낸 실시예와 달리, 액위 센서(1)를 정전압으로 구동한다. 저항 열(4)은, 슬리브(2)의 내부에 마련된 R0으로부터 R(n)까지의 n+1개의 저항에 의해 구성되고, 그 정극측 단부(4a)와 부극측 단부(4b)가 직류 전원(+Vcc)에 상시 접속된다. 저항 R0은, 접지 수단 S(1)이 작동한 때에 직류 전원(+Vcc)이 쇼트하지 않도록 하기 위한 부하 저항으로서 마련된다. 이 실시예에 있어서도, 정극측 단부(4a)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)(S(1))이 액위의 하한측에 있고, 부극측 단부(4b)에 가장 가까운 접속부(4c)에 대응하는 접지 수단(5)(S(n))이 액위의 상한측에 있도록, n개의 접지 수단(5)이 배치되어 있다. 따라서, 액위의 상승에 수반하여, 전압이 인가되는 저항의 수가 증가하므로, 저항 열에 흐르는 전류가 작아진다. 즉, 출력 단자(LQout)에 출력되는 액위 신호의 크기는, 액위의 상승에 수반하여 비선형적으로 변화한다. 이 실시예에 있어서는, 정전류 구동의 경우와 비교하여 전기 회로가 심플해지므로, 전체로서 고장의 리스크 및 제조 비용을 저감할 수 있다. 상기를 제외하는 도 5와 공통되는 부분의 구성과 그 기능은 도 5에 나타낸 실시예의 경우와 동일하기 때문에, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 7은, 본 발명에 관한 액위 센서의 작동 예를 나타내는 모식도이다. 이 실시예는, 도 5에 나타낸 정전류 구동의 예이다. 도면의 횡축은, 하한 위치에서 측정한 플로트의 위치를 mm 단위로 나타내고 있다. 종축은, 전압 신호로서 실측된 액위 신호를 V 단위로 나타내고 있다. 액위 신호는, 플로트가 하한의 위치에 있을 때는 1.0V, 상한의 위치에 있을 때는 5.0V가 되도록 조정되어 있다. 액위 신호는 미세한 스텝상의 그래프로 나타내고 있고, 액위에 대하여 선형성이 우수한 의사 아날로그 신호가 출력되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도면의 하부에는 경계 신호 출력 수단(7)이 작동하여 경계 신호로서의 하한 경보(L)와 상한 경보(H)가 출력될 때의 플로트 위치의 굵은 선에 의해 나타나 있다.

도 7에 있어서 플로트가 하한의 위치에 있을 때에, 액위 센서(1)에 어떤 에러가 발생하여 접지 수단(5)이 정상적으로 작동하지 않았던 경우, 액위 신호는, 도면의 점선으로 나타내는 바와 같이 5.0V까지 점프할 우려가 있다. 그러나, 본 발명에 있어서, 추가된 접지 수단(7a)을 포함하는 경계 신호 출력 수단(7)은, 액위 신호 출력 수단(6)과는 다른 전기 회로에 의해 구성되어 있기 때문에, 경계 신호(하한 경보) 자체는 정상적으로 발생한다. 또한, 정극 접지 수단(8a)을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 정극 접지 수단(8a)이 동작한 경우에는, 액위 신호는 도면의 실선과 같이 1.0V를 유지하므로, 액위 신호와 경계 신호가 정합하고, 오퍼레이터에 혼란은 발생하지 않는다.

1: 액위 센서
1a: 센서부
1b: 제어부
1': 액위 센서(종래 기술)
2: 슬리브
3: 플로트
4: 저항 열
4a: 정극측 단부
4b: 부극측 단부
4c: 접속부
5: 접지 수단
6: 액위 신호 출력 수단
7: 경계 신호 출력 수단
7a: 추가된 접지 수단
8a: 정극 접지 수단
8b: 부극 접지 수단
9: 논리 반전 수단

Claims (6)

1. 연직 방향으로 마련된 슬리브와,
   액위의 변동에 수반하여 상기 슬리브를 따라 이동하도록 구성된 플로트와,
   직렬로 접속된 복수의 저항을 포함하고 양단이 직류 전원에 상시 접속된 저항 열과,
   상기 저항 열에 있어서 인접하는 상기 저항의 접속부에 각각 대응하여 상기 슬리브의 내부에 마련된 복수의 접지 수단이며, 소정의 거리 이내에 상기 플로트가 위치할 때에 대응하는 상기 접속부를 접지하고 소정의 거리 이내에 상기 플로트가 위치하지 않을 때에 대응하는 상기 접속부를 접지하지 않도록 구성된 복수의 접지 수단과,
   상기 저항 열의 상기 양단 중 상기 직류 전원의 정극과 접속된 쪽의 단부인 정극측 단부와 상기 접지 수단에 의해 접지된 상기 접속부 사이에 있어서 검출되는 전기 신호를 상기 액위에 대응하는 신호인 액위 신호로서 인출하도록 구성된 액위 신호 출력 수단을
   갖는 액위 센서이며,
   상기 플로트의 가동 범위 내의 소정의 위치인 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 상기 플로트가 위치할 때에 경계 신호를 출력하고 상기 경계 위치로부터 소정의 거리 이내에 상기 플로트가 위치하지 않을 때에 경계 신호를 출력하지 않도록 구성된 경계 신호 출력 수단, 및
   복수의 상기 접지 수단 중 상기 정극측 단부에 가장 가까운 상기 접속부에 대응하는 접지 수단으로부터 소정의 거리 이내에 상기 플로트가 위치할 때 혹은 당해 접지 수단보다도 외측에 상기 플로트가 위치할 때에 상기 정극측 단부 혹은 상기 정극측 단부에 가장 가까운 상기 접속부를 접지하도록 구성된 정극 접지 수단 및/또는 복수의 상기 접지 수단 중 상기 저항 열의 상기 정극측 단부와는 반대측의 단부인 부극측 단부에 가장 가까운 상기 접속부에 대응하는 접지 수단으로부터 소정의 거리 이내에 상기 플로트가 위치할 때 혹은 당해 접지 수단보다도 외측에 상기 플로트가 위치할 때에 상기 부극측 단부에 가장 가까운 상기 접속부를 접지하도록 구성된 부극 접지 수단을
   더 갖는 액위 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 경계 신호 출력 수단이 논리 반전 수단을 구비하는
   액위 센서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플로트가 마그네트를 구비하고,
   상기 접지 수단이, 상기 마그네트가 발생시키는 자계를 검지한 때에 대응하는 상기 접속부를 접지하고 상기 마그네트가 발생시키는 자계를 검지하지 않은 때에 대응하는 상기 접속부를 접지하지 않도록 구성되어 있고,
   상기 경계 신호 출력 수단이, 상기 마그네트가 발생시키는 자계를 검지한 때에 상기 경계 신호를 출력하고 상기 마그네트가 발생시키는 자계를 검지하지 않은 때에 상기 경계 신호를 출력하지 않도록 구성되어 있는
   액위 센서.
4. 제3항에 있어서, 상기 접지 수단 및 상기 경계 신호 출력 수단이 리드 스위치 또는 홀 IC의 어느 것을 포함하는
   액위 센서.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류 전원이 정전류 회로를 포함하고,
   상기 저항 열을 구성하는 상기 저항의 저항값이 모두 동일한
   액위 센서.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경계 신호 출력 수단이, 상기 직류 전원과는 다른 전원에 의해 구성되는
   액위 센서.

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