KR20230088105A - 수질 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질 감지 장치에 관한 것으로, 제 1 펄스와 제 2 펄스를 교대로 제공하는 제어부, 및 상기 제 1 및 제 2 펄스를 제공 받아 TDS 농도에 따른 제 1 전압과 제 2 전압을 생성하고, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 레벨 차를 증폭한 센싱 값을 상기 제어부에 제공하는 센싱부를 포함할 수 있다.

Description

수질 감지 장치{WATER QUALITY SENSING DEVICE}

본 발명은 스케링 방지 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 수질 센싱 장치에 관한 것이다.

수돗물에는 칼슘 이온(Ca2+)이나 마그네슘 이온(Mg2+) 등의 이온성 물질이 포함되어 있으며, 이온성 물질을 포함하는 물은 피부나 섬유에 손상을 일으킬 수 있다.

연수 시스템은 이온성 물질을 포함하는 물에서 이온성 물질을 제거하며, 이온성 물질을 센싱하는 수질 감지 장치를 포함한다.

수질 감지 장치는 이온 농도가 높아지면 전기 저항이 낮아지는 현상을 이용하여 전극 2개 사이에서 흐르는 전류 값으로 전기 전도도를 측정하여 TDS(Total Dissolved Solids)로 환산한다.

이때, TDS(Total Dissolved Solids)는 물에 포함된 이온화 또는 미세 과립 현탁 형태로 존재하는 모든 무기 및 유기 물질의 용해된 결함 함량의 척도이다.

일반적으로, 수질 감지 장치는 TDS 센서를 포함하도록 구성되며, TDS 센서는 인가되는 전압 비대칭에 따라 전극에 스케일이 생성되는 문제와 TDS 농도에 따른 센싱값이 비선형적으로 출력되는 문제가 있다.

본 발명의 실시예는 전극의 스케일 생성을 방지할 수 있고, TDS 농도에 따른 센싱 값을 선형적으로 출력할 수 있는 수질 감지 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 수질 감지 장치는, 제 1 펄스와 제 2 펄스를 교대로 제공하는 제어부, 및 상기 제 1 및 제 2 펄스를 제공 받아 TDS 농도에 따른 제 1 전압과 제 2 전압을 생성하고, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 레벨 차를 증폭한 센싱 값을 상기 제어부에 제공하는 센싱부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 센싱부는, 일단에 제 1 저항 소자를 통해 상기 제 1 펄스를 입력 받고, 타단에 제 2 저항 소자를 통해 상기 제 2 펄스를 입력 받는 TDS 센서를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 저항 소자는, 동일한 저항 값을 가질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 저항 소자의 저항 값은, 상기 TDS 센서의 TDS 목표 계측 농도 범위에 따른 물의 저항 값 범위보다 큰 저항 값일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 센싱부는, 상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압에 대응되는 전압 레벨을 갖는 상기 제 1 전압을 생성하는 제 1 전압 생성부;

상기 TDS 센서의 타단에 형성되는 전압에 대응되는 전압 레벨을 갖는 상기 제 2 전압을 생성하는 제 2 전압 생성부, 및 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 레벨 차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제 1 전압 생성부는, 제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압을 입력 받고, 제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 1 오피 앰프를 포함하고, 상기 제 2 전압 생성부는, 제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 타단에서 형성되는 전압을 입력 받고, 제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 2 오피 앰프를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차동 증폭부는, 일단에 상기 제 1 전압을 입력 받는 제 4 저항 소자, 일단에 상기 제 2 전압을 입력 받는 제 5 저항 소자, 일단에 상기 제 4 저항 소자의 타단이 연결된 제 6 저항 소자, 일단에 제 5 저항 소자의 타단이 연결되고, 타단에 접지단이 연결된 제 7 저항 소자 및 제 1 입력단에 상기 제 5 저항 소자의 타단과 상기 제 7 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되고, 제 2 입력단에 상기 제 4 저항 소자의 타단과 상기 제 6 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되며, 출력단에 상기 제 6 저항 소자의 타단이 연결된 제 3 오피 앰프를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차동 증폭부의 증폭률은, 상기 제 4 내지 제 7 저항 소자의 합성 저항 비에 의해 결정될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 센싱부는, 상기 차동 증폭부의 출력에 포함된 음 전압을 제거하는 다이오드를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 센싱부는, 일단에 상기 차동 증폭부의 출력을 입력 받는 제 3 저항 소자 및 일단에 상기 제 3 저항 소자의 타단이 연결되고, 타단에 접지단이 연결된 상기 다이오드를 포함하며, 상기 제 3 저항 소자의 타단과 상기 다이오드의 일단이 연결된 노드에서 상기 센싱 값이 출력될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수질 감지 장치는, 일단과 타단에 동일한 전압 레벨의 펄스가 번갈아 제공되는 TDS 센서 및 상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압과 상기 TDS 센서의 타단에 형성되는 전압의 레벨 차를 대응되는 전압을 출력하는 차동 증폭부를 포함할 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압과 동일한 전압 레벨을 갖는 제 1 전압을 생성하는 제 1 전압 생성부 및 상기 TDS 센서의 타단에 형성되는 전압과 동일한 전압 레벨을 갖는 제 2 전압을 생성하는 제 2 전압 생성부를 더 포함할 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 전압 생성부는, 제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압을 입력 받고, 제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 1 오피 앰프를 포함하고, 상기 제 2 전압 생성부는, 제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 타단에서 형성되는 전압을 입력 받고, 제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 2 오피 앰프를 포함할 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 차동 증폭부는, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 레벨 차를 증폭한 전압을 출력할 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 차동 증폭부는, 일단에 상기 제 1 전압을 입력 받는 제 4 저항 소자, 일단에 상기 제 2 전압을 입력 받는 제 5 저항 소자, 일단에 상기 제 4 저항 소자의 타단이 연결된 제 6 저항 소자, 일단에 제 5 저항 소자의 타단이 연결되고, 타단에 접지단이 연결된 제 7 저항 소자 및 제 1 입력단에 상기 제 5 저항 소자의 타단과 상기 제 7 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되고, 제 2 입력단에 상기 제 4 저항 소자의 타단과 상기 제 6 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되며, 출력단에 상기 제 6 저항 소자의 타단이 연결된 제 3 오피 앰프를 포함할 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 차동 증폭부의 증폭률은, 상기 제 4 내지 제 7 저항 소자의 합성 저항 비에 의해 결정될 수 있다.

본 기술은 전극의 스케일 생성을 방지하고, TDS 농도에 따른 센싱 값을 선형적으로 출력할 수 있어, TDS 센싱 값의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 감지 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 센싱부의 동작을 설명하기 위한 센싱부의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 동작을 설명하기 위한 타이밍도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센싱부의 동작을 설명하기 위한 센싱 값을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 5을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 감지 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 수질 감지 장치는 제어부(10) 및 센싱부(20)를 포함할 수 있다.

제어부(10)는 외부 요청 또는 기설정된 타이밍에 기초하여 센싱부(20)를 활성화시키고, 활성화된 센싱부(20)로부터 센싱된 값(센싱 값)을 제공 받을 수 있다.

예를 들어, 제어부(10)는 센싱부(20)를 활성화시키기 위해, 제 1 펄스(P_1) 및 제 2 펄스(P_2)를 센싱부(20)에 제공할 수 있다.

이때, 제어부(10)는 제 1 및 제 2 펄스(P_1, P_2) 중 하나를 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 펄스로 센싱부(20)에 제공할 수 있으며, 나머지 하나를 접지 레벨로 유지시킬 수 있다.

더욱 상세히 설명하면, 제어부(10)는 센싱부(20)를 활성화시키기 위해, 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 펄스를 제 1 펄스(P_1)로서 센싱부(20)에 제공하는 경우 제 2 펄스(P_2)가 전달되는 라인을 접지 전압으로 유지시킬 수 있다.

또한, 제어부(10)는 제 1 펄스(P_1)를 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨로 센싱부(20)에 제공한 이후, 제 2 펄스(P_2)를 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨로 센성부(20)에 제공하며, 제 1 펄스(P_1)가 전달되는 라인을 접지 전압으로 유지시킬 수 있다.

즉, 제어부(10)는 센싱부(20)를 활성화시키기 위해, 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 제 1 및 제 2 펄스(P_1, P_2)를 교대로 센싱부(20)에 제공할 수 있다.

센싱부(20)는 활성화되면, 물의 수질을 센싱한 센싱 값(DV)을 제어부(20)에 제공할 수 있다.

예를 들어, 활성화된 센싱부(20)는 2 개의 전극 사이에 물을 매개로 흐르는 전류의 양에 대응하는 전압을 센싱 값(DV)으로 제어부(20)에 제공할 수 있다.

도 2를 참조하여, 센싱부(20)의 구성과 동작을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 센싱부(20)는 제 1 저항 소자(R1), 제 2 저항 소자(R2), TDS 센서(21), 제 1 전압 생성부(22), 제 2 전압 생성부(23), 차동 증폭부(24), 제 3 저항 소자(R3) 및 다이오드(DI)를 포함할 수 있다.

제 1 저항 소자(R1)는 일단에 제어부(10)로부터 제공되는 제 1 펄스(P_1)가 전달되는 라인이 연결될 수 있고, 타단에 TDS 센서(21)의 일단이 연결될 수 있다.

제 2 저항 소자(R2)는 일단에 제어부(10)로부터 제공되는 제 2 펄스(P_2)가 전달되는 라인이 연결될 수 있고, 타단에 TDS 센서(21)의 타단이 연결될 수 있다.

이때, 제 1 저항 소자(R1)와 제 2 저항 소자(R2)는 동일한 저항 레벨일 수 있다.

TDS 센서(21)는 일단에 제 1 저항 소자(R1)의 타단이 연결되고, 타단에 제 2 저항 소자(R2)의 타단이 연결될 수 있다.

제 1 전압 생성부(22)는 TDS 센서(21)의 일단에 생성되는 제 1 TDS 전압(V_TDS1)의 레벨에 대응되는 전압을 제 1 전압(V1)으로 생성할 수 있다.

예를 들어, 제 1 전압 생성부(22)는 TDS 센서(21)의 일단에 생성되는 제 1 TDS 전압(V_TDS1)의 레벨과 동일한 레벨의 제 1 전압(V1)을 생성할 수 있다.

제 1 전압 생성부(22)는 제 1 오피 앰프(operational amplifier, OP1)를 포함할 수 있다.

제 1 오피 앰프(OP1)는 제 1 입력단(+)에 제 1 TDS 전압(V_TDS1)을 입력받고, 제 2 입력단(-)에 제 1 노드(Node_a)가 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 제 1 노드(Node_a)는 제 1 오프 앰프(OP1)의 출력단과 전기적으로 연결된 노드일 수 있고, 제 1 전압(V1)은 제 1 오프 앰프(OP1)의 출력 전압일 수 있으며, 제 1 전압(V1)의 레벨은 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨과 동일할 수 있다.

제 2 전압 생성부(23)는 TDS 센서(21)의 타단에 생성되는 제 2 TDS 전압(V_TDS2)의 레벨에 대응되는 전압을 제 2 전압(V2)으로 생성할 수 있다.

예를 들어, 제 2 전압 생성부(23)는 TDS 센서(21)의 타단에 생성되는 제 2 TDS 전압(V_TDS2)의 레벨과 동일한 전압의 제 2 전압(V2)을 생성할 수 있다.

제 2 전압 생성부(23)는 제 2 오피 앰프(operational amplifier, OP2)를 포함할 수 있다.

제 2 오피 앰프(OP2)는 제 1 입력단(+)에 제 2 TDS 전압(V_TDS2)을 입력 받고, 제 2 입력단(-)에 제 2 노드(Node_b)가 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 제 2 노드(Node_b)는 제 2 오프 앰프(OP2)의 출력단과 전기적으로 연결된 노드일 수 있고, 제 2 전압(V2)는 제 2 오피 앰프(OP2)의 출력 전압일 수 있으며, 제 2 전압(V2)의 레벨은 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨과 동일할 수 있다.

차동 증폭부(24)는 제 1 전압(V1)과 제 2 전압(V2)의 레벨 차에 대응하는 레벨의 전압을 생성할 수 있다.

예를 들어, 차동 증폭부(24)는 제 1 전압(V1)의 레벨과 제 2 전압(V2)의 레벨 차를 증폭하여 출력할 수 있다.

차동 증폭부(24)는 제 4 내지 제 7 저항 소자(R4, R5, R6, R7) 및 제 3 오피 앰프(OP3)를 포함할 수 있다.

제 4 저항 소자(R4)는 일단에 제 1 전압(V1)이 인가되고, 타단에 제 3 오피 앰프(OP3)의 제 2 입력단(-)이 전기적으로 연결될 수 있다.

제 5 저항 소자(R5)는 일단에 제 2 전압(V2)이 인가되고, 타단에 제 3 오피 앰프(OP3)의 제 1 입력단(+)이 전기적으로 연결될 수 있다.

제 6 저항 소자(R6)는 일단에 제 4 저항 소자(R4)의 타단과 제 3 오피 앰프(OP3)의 제 2 입력단(-)이 연결된 노드가 전기적으로 연결되며, 타단에 제 3 노드(Node_c)가 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 제 3 노드(Node_c)는 제 3 오피 앰프(OP3)의 출력단과 전기적으로 연결될 노드일 수 있고, 제 3 노드(Node_c)의 전압은 제 3 오피 앰프(OP3)의 출력 전압일 수 있다.

제 7 저항 소자(R7)은 일단에 제 5 저항 소자(R5)의 타단과 제 3 오피 앰프(OP3)의 제 1 입력단(+)이 전기적으로 연결된 노드가 연결될 수 있고, 타단에 접지단이 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같이 구성된 차동 증폭부(24)는 제 1 전압(V1)의 레벨과 제 2 전압(V2)의 레벨 차를 증폭한 전압 레벨을 제 3 노드(Node_c)의 전압 레벨로서 생성할 수 있다.

이때, 차동 증폭부(24)의 증폭률은 제 4 내지 제 7 저항 소자(R4, R5, R6, R7)의 합성 저항비에 의해 결정될 수 있다.

제 3 저항 소자(R3)는 일단에 제 3 노드(Node_c)가 전기적으로 연결될 수 있고, 타단에 다이오드(DI)의 일단이 연결될 수 있다.

다이오드(DI)는 일단에 제 3 저항 소자(R3)의 타단이 연결되고, 타단에 접지단이 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 제 3 저항 소자(R3)와 다이오드(DI)의 일단이 연결된 노드에서 센싱부(20)의 센싱 값(DV)이 출력될 수 있다.

다이오드(DI)는 기설정된 방향으로 전류를 흐르게 하는 구성이므로, 센싱 값(DV)은 양의 전압 레벨 및 음의 전압 레벨 중 하나의 전압 레벨로 생성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수질 감지 장치에서는 센싱 값(DV)이 양의 전압 레벨을 가질 경우를 예로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 센싱부의 동작을 설명하기 위한 센싱부의 등가 회로를 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수질 감지 장치는 제어부(10) 및 센싱부(200를 포함하며, 제어부(10)로부터 센싱부(20)에 제공되는 제 1 및 제 2 펄스(P_1, P_2)에 의해 센싱부(20)는 활성화될 수 있다.

이때, 센싱부(20)의 TDS 센서(21)의 일단에 제 1 펄스(P_1)가 제 1 저항 소자(R1)를 거쳐 입력될 경우 TDS 센서(21)의 타단에 접지단이 연결되어, TDS 센서(21)가 활성화될 수 있다. 또한, TDS 센서(21)의 타단에는 제 2 펄스(P_2)가 제 2 저항 소자(R2)를 거쳐 입력될 경우 TDS 센서(21)의 일단에 접지단이 연결되어 TDS 센서(21)가 활성화될 수 있다.

도 3를 참조하면, TDS 센서(21)의 일단에 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨(예를 들어, 5V)이 유지되는 제 1 펄스(P_1)가 제 1 저항 소자(R1)를 통해 입력되며, TDS 센서(21)의 일단에 제 1 펄스(P_1)가 입력되는 동안 TDS 센서(21)의 타단에 접지 레벨의 전압(예를 들어, 0V)이 입력될 수 있다.

이후, TDS 센서(21)의 타단에 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨(예를 들어, 5V)이 유지되는 제 2 펄스(P_1_가 제 2 저항 소자(R2)를 통해 입력될 수 있다. 이때, TDS 센서(21)의 일단에 접지 레벨(예를 들어, 0V)의 전압이 입력될 수 있다.

또한, TDS 센서(21)의 타단에 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨(5V)의 제 2 펄스(P_2)가 입력된 이후 다시 TDS 센서(21)의 일단에 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨(5V)의 제 1 펄스(P_1)가 입력될 수 있다.

도 3의 왼쪽과 같이, TDS 센서(21)의 일단에 제 1 펄스(P_1)가 입력되고, TDS 센서(21)의 타단에 접지 레벨의 전압이 입력될 경우, 전류는 제 1 저항 소자(R1)로부터 TDS 센서(21)를 거쳐 제 2 저항 소자(R2)로 흐를 수 있다.

이러한 경우, TDS 센서(21)의 일단에 형성되는 전압 즉, 제 1 TDS 전압(V_TDS1)은 TDS 센서(21)의 타단에 형성되는 전압 즉, 제 2 TDS 전압(V_TDS2)의 레벨보다 높을 수 있다.

도 3의 오른쪽과 같이, TDS 센서(21)의 타단에 제 2 펄스(P_2)가 입력되고, TDS 센서(21)의 일단에 접지 레벨의 전압이 입력될 경우, 전류는 제 2 저항 소자(R2)로부터 TDS 센서(21)를 거쳐 제 1 저항 소자(R1)로 흐를 수 있다.

이러한 경우, TDS(TDS)의 타단에 형성되는 전압 즉, 제 2 TDS 전압(V_TDS2)은 TDS 센서(21)의 타단에 형성되는 전압 즉, 제 1 TDS 전압(V_TDS)의 레벨보다 높을 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 동작을 설명하기 위한 타이밍도를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 제어부(10)는 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 펄스를 제 1 및 제 2 펄스(P_1, P_2) 중 하나로 번갈아 센싱부(20)에 제공할 수 있다.

도 4와 같이, 제어부(10)가 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 제 1 펄스(P_1)를 센싱부(20)에 제공할 경우를 설명하면 다음과 같다.

TDS 센서(21)의 일단에 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 제 1 펄스(P_1)가 제공되고, 제 2 펄스(P_2)가 입력되는 TDS 센서(21)의 타단에 접지 전압이 제공될 수 있다.

이때, TDS 센서(21)의 일단과 타단에 물의 TDS 농도에 따라 서로 다른 레벨의 전압이 형성되며, TDS 센서(21)의 일단에 형성된 전압은 제 1 TDS 전압(V_TDS1)으로 제 1 전압 생성부(22)에 제공되고, TDS 센서(21)의 타단에 형성된 전압은 제 2 TDS 전압(V_TDS2)으로 제 2 전압 생성부(23)에 제공될 수 있다.

이때, 제 1 TDS 전압(V_TDS1)은 제 2 TDS 전압(V_TDS2)의 레벨보다 높을 수 있다.

제 1 전압 생성부(22)는 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨을 제 1 TDS 전압(V_TDS1)의 레벨과 동일한 전압 레벨로 형성할 수 있다. 즉, 제 1 노드(Node_a)의 전압은 제 1 전압(V1)과 동일하므로, 제 1 전압 생성부(22)는 제 1 TDS 전압(V_TDS1)의 레벨과 동일한 전압 레벨의 제 1 전압(V1)을 생성할 수 있다.

제 2 전압 생성부(23)는 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨을 제 2 TDS 전압(V_TDS2)의 레벨과 동일한 전압 레벨로 형성할 수 있다. 즉, 제 2 노드(Node_b)의 전압은 제 2 전압(V2)과 동일하므로, 제 2 전압 생성부(23)는 제 2 노드(Node_b)의 레벨과 동일한 전압 레벨의 제 2 전압(V2)을 생성할 수 있다.

차동 증폭부(24)는 제 1 전압(V1)과 제 2 전압(V2)의 레벨 차를 증폭할 수 있다. 즉, 차동 증폭부(24)는 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨과 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨의 차를 증폭하여 제 3 노드(Node_c)의 전압을 생성할 수 있다.

도 2에 도시된 차동 증폭부(24)는 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨을 기준으로 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨과의 차를 증폭하도록 구성되었고, 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨이 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨보다 높기 때문에 제 3 노드(Node_c)의 전압 레벨은 음의 전압으로 형성될 수 있다.

즉, TDS 센서(11)의 일단에 제 1 펄스(P_1)가 입력될 경우, 차동 증폭부(24)는 제 3 노드(Node_c)의 전압을 음의 전압으로 형성할 수 있다.

제 3 저항 소자(R3)와 다이오드(DI)는 음의 전압 레벨을 제거하므로, 제 3 노드(Node_c)에 형성된 음 전압을 제거하므로, 센싱부(20)가 제어부(10)에 제공하는 센싱 값(DV)은 접지 레벨(0볼트[V])에 가까운 음 전압일 수 있다. 이때, 센싱 값(DV)이 접지 레벨에 가까운 음 전압인 것은 다이오드(DI)의 턴온 저항 때문일 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어부(10)가 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 제 1 펄스(P_1)를 센싱부(20)에 제공한 이후, 제어부(10)는 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 제 2 펄스(P_2)를 센싱부(20)에 제공할 수 있다.

제어부(10)가 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 제 2 펄스(P_2)를 센싱부(20)에 제공할 경우를 설명하면 다음과 같다.

TDS 센서(21)의 타단에 기설정된 시간동안 기설정된 전압 레벨을 유지하는 제 2 펄스(P_2)가 제공되고, 제 1 펄스(P_1)가 제공되는 TDS 센서(21)의 일단에 접지 전압이 제공될 수 있다.

TDS 센서(21)의 일단과 타단에 물의 TDS 농도에 따라 서로 다른 레벨의 전압이 형성되며, TDS 센서(21)의 일단에 형성된 전압은 제 1 TDS 전압(V_TDS1)으로 제 1 전압 생성부(22)에 제공되고, TDS 센서(21)의 타단에 형성된 전압은 제 2 TDS 전압(V_TDS2)으로 제 2 전압 생성부(23)에 제공될 수 있다.

이때, 제 2 TDS 전압(V_TDS2)은 제 1 TDS 전압(V_TDS1)의 레벨보다 높을 수 있다.

제 1 전압 생성부(22)는 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨을 제 1 TDS 전압(V_TDS1)의 레벨과 동일한 전압 레벨로 형성할 수 있다. 즉, 제 1 노드(Node_a)의 전압은 제 1 전압(V1)과 동일하므로, 제 1 전압 생성부(22)는 제 1 TDS 전압(V_TDS1)의 레벨과 동일한 전압 레벨의 제 1 전압(V1)을 생성할 수 있다.

제 2 전압 생성부(23)는 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨을 제 2 TDS 전압(V_TDS2)의 레벨과 동일한 전압 레벨로 형성할 수 있다. 즉, 제 2 노드(Node_b)의 전압은 제 2 전압(V2)과 동일하므로, 제 2 전압 생성부(23)는 제 2 노드(Node_b)의 레벨과 동일한 전압 레벨의 제 2 전압(V2)을 생성할 수 있다.

차동 증폭부(24)는 제 1 전압(V1)과 제 2 전압(V2)의 레벨 차를 증폭할 수 있다. 즉, 차동 증폭부(24)는 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨과 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨의 차를 증폭하여 제 3 노드(Node_c)의 전압을 생성할 수 있다.

도 2에 도시된 차동 증폭부(24)는 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨을 기준으로 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨과의 차를 증폭하도록 구성되었고, 제 2 노드(Node_b)의 전압 레벨이 제 1 노드(Node_a)의 전압 레벨보다 높기 때문에 제 3 노드(Node_c)의 전압 레벨은 양의 전압으로 형성될 수 있다.

즉, TDS 센서(11)의 일단에 제 2 펄스(P_2)가 입력될 경우, 차동 증폭부(24)는 제 3 노드(Node_c)의 전압을 양의 전압으로 형성할 수 있다.

제 3 저항 소자(R3)와 다이오드(DI)는 음의 전압 레벨을 제거하므로, 제 3 노드(Node_c)에 형성된 양의 전압은 그대로 제어부(20)에 센싱 값(DV)으로 제공될 수 있다.

제어부(10)는 물의 TDS 농도에 따른 양의 전압 레벨을 갖는 센싱 값(DV)을 센싱부(20)로부터 제공받을 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센싱부의 동작을 설명하기 위한 센싱 값을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 센싱부(20)의 센싱 값(DV)은 제 2 전압(V2)을 기준으로 하는 제 1 및 제 2 전압(V1, V2)의 레벨 차를 증폭시킨 값이므로, DV = 증폭률*(V2-V1)의 수식이 성립될 수 있다.

이때, TDS 센서(21)가 측정하고자 하는 물의 TDS 농도에 따른 저항 값을 Rw라고 가정한다.

도 3의 오른쪽 등가 회로를 기준으로 설명하면, 제 1 전압(V1)의 레벨은 등가 회로의 전체 합성 저항과 제 2 저항 소자(R2)의 저항 값의 비로 결정되고, 제 2 전압(V2)의 레벨은 등가 회로의 전체 합성 저항과 제 2 저항 소자(R2) 및 Rw의 합성 저항 비로 결정될 수 있다. 이때, 성립되는 수식을 살펴보면, V2= (Rw+R2)/(R1+Rw+R2)*5로 수식이 성립되고, V1= R2/(R1+Rw+R2)*5로 수식이 성립될 수 있다.

측정하고자 하는 Rw는 변화되는 저항 값이고, 제 1 및 제 2 저항 소자(R1, R2)의 저항 값을 고정된 저항 값일 수 있다.

따라서, 변화되는 Rw의 저항 값에 따라 선형성을 갖는 센싱 값(DV)을 도출하기 위해서, 제 1 및 제 2 저항 소자(R1, R2)의 고정된 저항 값은 변화되는 값을 갖는 Rw보다 큰 값이여야 한다.

만약, TDS 센서의 TDS 목표 계측 농도 범위가 20ppm ~ 1000ppm일 경우 Rw의 저항 값 범위는 5.35kΩ(20ppm) ~ 300Ω(1000ppm)이면, 제 1 및 제 2 저항 소자(R1, R2) 각각의 저항 값은 5.35kΩ보다 커야 센싱 값(DV)가 선형성을 가질 수 있다.

도 5의 A는 제 1 및 제 2 저항 소자(R1, R2)의 저항 값이 TDS 목표 계측 농도 범위에 따른 물의 저항 값 범위 이내 일 경우 센싱 값(DV)이 비선형적인 특성을 갖는 것을 도시한 것이다.

도 5의 B는 제 1 및 제 2 저항 소자(R1, R2)의 저항 값이 TDS 목표 계측 농도 범위에 따른 물의 저항 값 범위보다 큰 값일 경우, TDS 센서(21)의 일단에 형성되는 전압(V_TDS1)과 타단에 형성되는 전압(V_TDS2)의 차를 도시한 것으로, 선형적인 특성이 있음을 보여준다.

도 5의 C는 TDS 센서(21)의 일단과 타단에 각각 형성된 전압의 차를 증폭시킨 것으로, 센싱부(20)의 센싱 값(DV)를 도시한 것으로, 선형적인 특성이 있음을 보여준다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수질 감지 장치는 TDS 센서의 일단과 타단에 동일한 저항 값을 갖는 저항 소자를 각각 배치하여, TDS 센서의 일단과 타단에 동일한 전압 레벨의 펄스가 교대로 입력되도록 구성됨으로써, TDS 센서의 전극에 스케일이 생성되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 감지 장치는 TDS 목표 계측 농도 범위에 따른 물의 가변 저항 범위보다 큰 저항 값을 갖는 저항 소자를 TDS 센서의 일단과 타단에 각각 배치함으로써, 선형적인 특성을 갖는 센싱 값(DV)을 생성할 수 있고, 이를 통해 더욱 정밀한 TDS 농도를 측정할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

1. 제 1 펄스와 제 2 펄스를 교대로 제공하는 제어부; 및
   상기 제 1 및 제 2 펄스를 제공 받아 TDS 농도에 따른 제 1 전압과 제 2 전압을 생성하고, 상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 레벨 차를 증폭한 센싱 값을 상기 제어부에 제공하는 센싱부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 센싱부는,
   일단에 제 1 저항 소자를 통해 상기 제 1 펄스를 입력 받고, 타단에 제 2 저항 소자를 통해 상기 제 2 펄스를 입력 받는 TDS 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 저항 소자는,
   동일한 저항 값을 갖는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 저항 소자의 저항 값은,
   상기 TDS 센서의 TDS 목표 계측 농도 범위에 따른 물의 저항 값 범위보다 큰 저항 값인 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 센싱부는,
   상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압에 대응되는 전압 레벨을 갖는 상기 제 1 전압을 생성하는 제 1 전압 생성부;
   상기 TDS 센서의 타단에 형성되는 전압에 대응되는 전압 레벨을 갖는 상기 제 2 전압을 생성하는 제 2 전압 생성부; 및
   상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압의 레벨 차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제 1 전압 생성부는,
   제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압을 입력 받고,
   제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 1 오피 앰프를 포함하고,
   상기 제 2 전압 생성부는,
   제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 타단에서 형성되는 전압을 입력 받고,
   제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 2 오피 앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치,
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 차동 증폭부는,
   일단에 상기 제 1 전압을 입력 받는 제 4 저항 소자;
   일단에 상기 제 2 전압을 입력 받는 제 5 저항 소자;
   일단에 상기 제 4 저항 소자의 타단이 연결된 제 6 저항 소자;
   일단에 제 5 저항 소자의 타단이 연결되고, 타단에 접지단이 연결된 제 7 저항 소자; 및
   제 1 입력단에 상기 제 5 저항 소자의 타단과 상기 제 7 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되고, 제 2 입력단에 상기 제 4 저항 소자의 타단과 상기 제 6 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되며, 출력단에 상기 제 6 저항 소자의 타단이 연결된 제 3 오피 앰프;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 차동 증폭부의 증폭률은,
   상기 제 4 내지 제 7 저항 소자의 합성 저항 비에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 센싱부는,
   상기 차동 증폭부의 출력에 포함된 음 전압을 제거하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
   
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 센싱부는,
    일단에 상기 차동 증폭부의 출력을 입력 받는 제 3 저항 소자; 및
    일단에 상기 제 3 저항 소자의 타단이 연결되고, 타단에 접지단이 연결된 상기 다이오드를 더 포함하며,
    상기 제 3 저항 소자의 타단과 상기 다이오드의 일단이 연결된 노드에서 상기 센싱 값이 출력되는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
    
11. 일단과 타단에 동일한 전압 레벨의 펄스가 번갈아 제공되는 TDS 센서; 및
    상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압과 상기 TDS 센서의 타단에 형성되는 전압의 레벨 차를 대응되는 전압을 출력하는 차동 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압과 동일한 전압 레벨을 갖는 제 1 전압을 생성하는 제 1 전압 생성부; 및
    상기 TDS 센서의 타단에 형성되는 전압과 동일한 전압 레벨을 갖는 제 2 전압을 생성하는 제 2 전압 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 1 전압 생성부는,
    제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 일단에 형성되는 전압을 입력 받고,
    제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 1 오피 앰프를 포함하고,
    상기 제 2 전압 생성부는,
    제 1 입력단에 상기 TDS 센서의 타단에서 형성되는 전압을 입력 받고,
    제 2 입력단과 출력단이 전기적으로 연결된 제 2 오피 앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
    
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 차동 증폭부는,
    상기 제 1 전압과 상기 제 2 전압의 레벨 차를 증폭한 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 차동 증폭부는,
    일단에 상기 제 1 전압을 입력 받는 제 4 저항 소자;
    일단에 상기 제 2 전압을 입력 받는 제 5 저항 소자;
    일단에 상기 제 1 저항 소자의 타단이 연결된 제 6 저항 소자;
    일단에 제 2 저항 소자의 타단이 연결되고, 타단에 접지단이 연결된 제 7 저항 소자; 및
    제 1 입력단에 상기 제 5 저항 소자의 타단과 상기 제 7 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되고, 제 2 입력단에 상기 제 4 저항 소자의 타단과 상기 제 6 저항 소자의 일단이 연결된 노드가 연결되며, 출력단에 상기 제 6 저항 소자의 타단이 연결된 제 3 오피 앰프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.
    
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 차동 증폭부의 증폭률은,
    상기 제 4 내지 제 7 저항 소자의 합성 저항 비에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 수질 감지 장치.

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