KR960010689B1 - 연료의 유전율 검지센서 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연료의 유전율 검지센서

제1도는 이 발명의 제1발명의 제1실시예에 의한 센서의 센서부 사시도 및 단면도.

제2도는 제1발명 및 종래 센서의 출력특성도.

제3도는 상기 제1실시예에 의한 센서의 센서부 등가회로도.

제4도는 이 제1발명의 제2실시예에 의한 센서의 센서부 단면도.

제5도는 이 제2실시예에 의한 센서의 센서부 등가회로도.

제6도는 이 제1발명의 제3실시예에 의한 센서의 센서부 단면도.

제7도는 이 제1발명의 제4실시예에 의한 센서의 센서부 사시도 및 단면도.

제8도는 이 제4실시예에 의한 센서의 코일부 사시도.

제9도는 이 제4실시예에 의한 센서부 등가회로도.

제10도는 이 제4실시예에 의한 센서의 센서부 검출회로의 검출회로와의 접속을 변경한 경우의 등가회로.

제11도는 이 제1발명의 제5실시예에 의한 센서의 센서부 단면도.

제12도는 이 제1발명의 제6실시예에 의한 센서의 센서부 단면도.

제13도는 이 발명의 제2발명의 한 실시예에 의한 연료의 유전율 검지센서의 구성도.

제14도는 상기 실시예에 적용되는 센서의 센서부의 구조를 표시하는 사시도.

제15도는 상기 센서부의 개략단면도.

제16도는 상기 센서부의 등가회로도.

제17도는 상기 실시예를 설명하기 위한 각종 몰드재료의 유전율의 온도 특성도.

제18도는 상기 실시예를 설명하기 위한 종축을 유전율의 역수로 한 각종 몰드재료의 온도 특성도.

제19도는 상기 실시예를 설명하기 위한 몰드재료를 고정한 경우의 온도 보상방법의 설명도.

제20도는 상기 실시예를 설명하기 위한 몰드재료를 가변으로 한 경우의 온도 보상방법의 설명도.

제21도는 상기 실시예에 의한 온도 보상을 한 경우와 종래예의 공진주파수 비교도.

제22도는 이 발명의 제3발명에 의한 연료의 유전율 검지센서의 한 실시예를 표시한 구성도.

제23도는 상기 실시예의 센서부의 일부파단 사시도.

제24도는 상기 실시예의 센서부의 등가회로도.

제25도는 상기 실시예의 센서부의 등가회로의 구성도.

제26도는 상기 실시예의 구체적 회로예에서의 출력 특성도.

제27도는 상기 실시예의 온도에 대한 연료의 유전율 특성도.

제28도 및 제29도는 온도에 대한 각종 정전용량 특성도.

제30도는 온도에 대한 종래예와 실시예의 병렬공진주파수 특성도.

제31도는 이 제3발명의 다른 실시예의 유전율 검지센서의 센서부 구성도.

제32도는 이 제3발명의 또다른 실시예의 유전율 검지센서의 센서부 구성도.

제33도는 종래 센서의 구성도.

제34도는 상기 센서의 센서부 등가회로도.

제35도는 종래의 다른 센서의 구성도.

제36도는 상기 센서의 출력구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 원통용기형 케이스, 3 : 단층권코일

4 : 연료통로 6 : 주형전극

13 : 코일성형체 101 : 원주형절연체

102 : 연료통로 103 : 도전성전극

104 : 단층권코일 201 : 절연관

202 : 연료통로 203 : 도전성전극

204 : 단층권코일 209 : 온도보상콘덴서

이 발명은 연소기등에 공급되는 연료의 유전율을 비접촉으로 검지하고 연료의 성상(性狀)을 판별하는 연료의 유전율 검지센서에 관한 것으로 특히 자동차등의 엔진에 사용되는 메타놀 혼합 연료중의 메타놀 함유율을 측정하는 것에 관한 것이다.

근년, 미국이나 구주등의 각국에서는 석유의 소비량 저감과 자동차 배기가스에 의한 대기오염의 저감을 위하여 가솔린에 메타놀을 혼합한 연료가 자동차용으로 도입되고 있다.

이와 같은 메타놀혼합연료를 가솔린연료의 공연비에 정합된 엔진에 그대로 사용하면 메타놀은 가솔린에 비하여 이론공연비가 작으므로 공연비가 희박화하여서 운전이 곤란하게 된다.

그래서 메타놀혼합연료중의 메타놀 함유율을 검출하고 이 검출치에 따라 공연비, 점화시기등을 조정하고 있다. 종래 이와 같은 메타놀 함유율의 검출을 위하여 메타놀혼합연료의 유전율을 정전용량의 변화에 의하여 검출하는 방식과 굴절율을 검출하는 방식이 제안되어 있다.

이러한 방식중에서 연료의 유로에 근접하여 코일을 구비하고 이러한 코일과 근접한 다른 코일간의 부유(浮遊)용량이나 코일과 코일에 근접한 전극간의 정전용량의 변화에 의하여 유전율을 검출하는 방식의 것이 일본국 특개소 62-25248호 공보, 동 특공소 63-31734호 공보에 기재되어 있다. 이에 대하여 제2도, 제33도 및 제34도에 의하여 설명한다.

제33도는 종래의 연료의 유전율 검지센서 구성도이며, 1은 세라믹, 내유성 플라스틱등의 절연체로 형성되고 내부에 연료통로(4)가 있는 절연관, 16은 절연관(1)의 외주일부에 링상으로 감겨있는 여기(勵起)전극, 3은 여기전극(16)에서 소정거리 떨어져서 역시 절연관(1)에 감겨있는 단충권코일이며. 이들로서 센서부가 형성된다.

20은 센서부에 접속된 검출회로이며, 톱니형파발진회로(21)의 출력이 전압제어발진회로(22)에 접속되고, 전압제어발진회로(22)의 출력이 여기전극(16)에 접속되며, 단층권코일(3)의 여기전극(16) 반대측 단부가 접지되어, 단층권코일(3)의 타단측신호가 전파정류회로(23)를 통하여 피크검출기(24)에 접속되고 피크검출기(24)의 출력은 톱니형파발진회로(21)의 출력이 입력된 샘플홀드회로(25)에 입력되며, 샘플흘드회로(25)의 출력은 저역통과필터 (26)를 통하여 외부로 출력된다. 제34도는 상기 센서부의 등가회로의 설명도, 제2도는 센서부의 출력특성도이다.

다음은 상기 종래 센서의 동작을 설명한다. 전압제어발진회로(22)로부터 여기전극(16)에 인가되는 신호의 주파수는 톱니형파발진회로(21)의 출력으로 스위프(sweep)제어된다.

이때 단층권코일(3)의 유기전압은 연료의 유전율 ε이 상이하면 상이한 주파수에서 최대치를 표시한다. 이것은 여기전극(16)과 단층권코일(3)간의 연료통로(4)내의 연료의 유전율 ε에 대응하는 정전용량 C_f와 단층권코일(3)의 자기 인덕턴스 L에 의하여 LC 공진이 발생하며 공진주파수에서 단층권코일(3)의 유기전압이 최대가 되기 때문이다

센서부가 개략등가회로는 제34도와 같으며 그 직렬공진주파수 f_o는

로 표시된다. 여기서 L은 단층권코일(3)의 자기인덕턴스, C_f는 여기전극(16)과 단층권코일(3)간의 연료통로(4)내의 용량이며, 연료의 유전율 ε에 대응하는 것이다.

C_s는 절연관(1)의 관벽의 용량, C_P는 전극(16)과 코일(3)간의 절연관(1)의 축방향용량, C_pa는 전극(16)과 코일(3)간의 외부 부유용량, C_pa는 코일(3)과 병렬로 존재하는 부유용량이다.

공진주파수 f_o는 (1)식에 표시한 바와 같이 용량 C_f즉 연료의 유전율 ε이 클수록 저하한다.

코일(3)의 유기전압은 전파정류회로(23)에서 직류신호로 변환되고 피크검출기(24)에서 그 최대치가 검출되며 피크검출펄스가 샘플홀드회로(25)로 출력되어서 톱니형파발진회로(21)의 스위프 출력이 샘플홀드된다. 따라서 이때의 흘드전압은 공진주파수 f_o에 상당하고 이 전압출력이 저역통과필터(26)를 통하여 외부로 V_out,로서 출력 된다.

또 종래의 유전율을 검출하는 다른 방법으로서 본 발명의 출원인이 선출원한 일본 특원평 3-22488호가 있다. 이하 이 방법을 도면에 의하여 설명한다.

제35도는 일본국 특원평 3-22488호에 표시한 한 실시예이다.

이 도면에서, C는 센서부이며, 201은 세라믹, 내유성 플라스틱등의 절연체로 형성되고 내부에 연료가 도입되는 유저 (有低)의 원통형절연관. 203은 이 원통형절연관(201)의 내측에 설치되고 그 외주면이 절연관(201)의 벽면과 대략 평행이며 또한 절연관(201)과 동축의 원통형의 도전성전극이며, 204는 절연관(201) 외측의 상기 도전성전극(203)과 대향하는 위치에 감겨진 단층권코일, 204a,204b는 단층권코일(204)의 리드선, 202는 단층권코일(204)의 내주연과 절연관(201)의 관벽을 사이에 두고 도전성전극(203)의 외주면간에 형성된 연료통로, 205는 도전성전극(203)이 부착되어 절연관(201)과 연료실(207)를 통하여 결합되어서 전체적으로 연료용기를 형성하는 플랜지이며, 여기서는 도전성전극(203)과 일체로 형성된 예를 표시하고 있으며, 206은 연료통로(202)에 연료를 도입하는 니플이다. B는 검지회로부를 표시하며, 210은 단층권코일(204)의 리드선(204a)에 접속되어서 직렬회로를 이루는 각렬저항 R_s,211은 이 저항 R_s(210)의 양단의 신호가 접속된 0°위상비교기, 212는 위상비교기(211)의 출력이 접속된 저역통과필터, 213은 저역필터 (212)의 출력과 위상 0°에 상당하는 소정기준전압 V_ref이 접속된 비교적분기, 214는 비교적분기 (213)의 출력이 접속된 전압제어발진기, 215는 전압제어발진기 (214)의 출력증폭기이며. 그 출력은 상기 직렬회로에 접속된다.

216은 상기 전압제어발진기(214)의 출력주파수의 분주기이다.

다음은 이 동작에 관하여 설명한다.

제35도의 센서부(C)는 제24도의 (C)에 표시한 바와 같은 등가회로가 된다.

제24도에서, L는 단충권코일(204)의 인덕턴스, C_f는 연료통로(202)내의 연료의 유전율 ε에 대응하여 변화하는 단층권코일(204)과 도전성전극(203)간에 발생하는 정전용량, C₅는 단층권코일(204)을 연료로부터 보호하는 절연관(201)의 절연물질을 유전체로 하는 용량, C_p는 리드선(204a)에 기생하는 부유용량이나 0° 위상비교기 (211)의 입력용량등, 연료의 유전율 ε과는 관계없는 용량이다. 여기서, 제35도의 센서부의 리드선(204a)에 인가하는 주파수를 변화시키면은 병렬 LC 공진을 나타낸다. 이때의 병렬공진주파수 f는 다음식으로 표시된다

여기서 K, a, b는 센서부의 형상에 의하여 결정되는 정수이다.

예를 들면 절연관(201)의 직경이나 관두께, 절연관(201)의 재료의 유전율, 도전성전극(203)과 단층권코일(204)의 간격, 단층권코일(204)의 자기 인덕턴스등에 의한다.

공진주파수 f는 (2)식에 표시한 바와 같이 연료의 유전을 ε에 의존하므로 연료의 유전율 ε이 클수록 공진주파수는 낮아진다. 또 메타놀과 가솔린의 임의 혼합연료에 있어서는 메타놀의 함유율에 따라서 제36도에 표시한 바와 같은 공진주파수 f의 변화를 표시하였다.

즉 이 공진주파수 f에 대응하는 신호를 검지함으로써 연료의 퓨전율 ε, 나아가서는 메타놀혼합연료중의 메타놀 함유율을 검지할 수 있다.

제35도의 회로부(B)는 상기 공진주파수 f를 검지하도록 구성되어 있으며 이하 이 회로부(B)의 설명을 계속한다. 연료통로(202)에 메타놀혼합연료를 유통시킨 상태에서 증폭기(215)에서 저항 R₅(210)과 단층권코일(204)의 직렬회로로 고주파 신호가 인가되고 저항 R_s(210)의 양단 즉 상기 직렬회로에 인가되는 고주파 전압신호의 단충권코일(204)에 인가되는 고주파전압신호가 위상비교기(211)에 입력되어 양자의 위상이 비교된다.

지금 상기 공진주파수 f와 같은 주파수의 고주파전압신호가 상기 직렬회로에 인가되었다고 하면 센서부(C)의 전류전압 위상은 0°가 되므로 저항 R_s(210)의 양단 고주파전압의 위상차는 0°가 된다. 한편 상기 공진주파수 f보다 낮은 주파수의 고주파전압신호의 상기 직렬회로에 인가되면, 센서부(C)의 전류전압위상은 0° 보다 앞서 있으므로 저항 R_S(210)의 양단 고주파전압의 위상차는 상기 직렬회로에 인가하는 고주파신호의 위상을 기준으로 하면 0°보다 크게 된다.

따라서 위상비교기(211)의 출력을 저역필터 (212)를 통하여 위상차에 상당하는 직류전압으로 변환하고 상기 직류전압과 위상차 0°에 상당하는 직류전압 V_ret를 비교적분기 (212)에 입력하여서 양자의 차를 적분하고 비교적분기 (212)의 출력을 상기 직렬회로에 저항 R_S(210)을 통하여 고주파신호를 인가하고 있는 전압제어 발진기에 입력함으로써 위상동기루프가 형성된다.

전압제어발진기 (213)는 상기 위상동기루프에 의하여 저항 R_S(210)의 양단의 고주파전압신호간의 위상차가 0°가 되도록 제어하므로 전압제어발진기(213)의 발진주파수는 항상 상기 병렬공진주파수 f가 된다. 따라서 전압제어발진기 (212)의 출력주파수를 분주기 (216)를 통하여 적당한 주파수로 분주하여서 병렬공진주파수 f에 대응하는 주파수출력 f_out을 얻게 된다.

또 전압제어발진기 (213)의 발진주파수와 제어입력전압이 1대 1로 대응하는 것에 주목하면 저역통과필터(211)의 출력이 전압출력 V_out로서 인출된다.

그러나 상기 종래 센서에 있어서는 전극(16)이 코일(3)의 단면상에 동축배치되어 있으므로 아래와 같은 과제가 있었다. 예를 들면, L=20*, 절연관(1)의 외경 Ø=10mm, 절연관(1)의 관벽두께 t=1mm, 코일(3)의 단면과 전극(16)의 단면간 거리 d=2mm로 하면은 연료가 ε=2의 가솔린과 ε=33의 메타놀의 경우에서는 연료의 유전율ε에 의하여 변화하는 용량 C_f에 대하여 커다란 병렬용량 C_p+, C_pa가 존재하므로 공진주파수 f_o는 공히 약 8MHz로 되어서 그 차는 제4도에 표시한 바와 같이 약 5% 정도밖에 얻지 못하였다.

또 d는 단면간의 거리이기 때문에 정도확보가 어렵고 공진주파수 f_o의 변화가 크며 더욱이 절연관(1)의 오손등의 표면상태, 외부습도등에 의하여 부유용량 C_pa가 변화하고 출력의 재현성이 나쁘다는 과제가 있었다. 또 정도확보를 위하여 거리 d를 크게 하면은 용량 C_p, C_Pa는 작게 되나 용량 C_f도 작게 되어 공진주파수 f_o가 평균적으로 증대할 뿐 f_o의 변화율은 오히려 저하하였다. 즉 종래 센서에서는 유전율 ε의 변화에 대한 출력변화율을 크게할 수 없고 센서간의 출력변동이 크며, 센서출력이 외부상태에 의하여 영향받기 쉽고 센서의 정도가 나쁘다는 과제가 있었다. 또한 종래의 연료의 유전율 검지장치는 연료의 유전율에 온도특성이 있기 때문에 측정온도에 따라 같은 농도의 연료라도 공진주파수에 변화가 발생한다는 문제점이 있었다.

그리고 온도보상을 행하는 방법으로서는 일반적으로 연료통로내에 서미스터를 설치하고 온도보상회로에 접속하여서 시행하나 장치가 대형화될 뿐만 아니라 새로히 회로를 부가함으로써 장치가 고가로 된다는 문제점도 있었다. 상기 다른 종래 장치에서는 메타놀 함유율이 변화하지 않는데도 불구하고 연료의 온도변화에 의하여 연료의 유전율 및 절연관(201)의 유전율이 변화하고 제36도의, 1점 괘선이나 파선으로 표시한 바와같이 주파수출력 f_out가 크게 변화하여 정확한 메타놀 함유율의 검출이 곤란하게 된다는 문제점이 있었다.

이 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서 유전율 ε의 변화에 대한 출력변화를 크게 할 수 있는 동시에 출력의 변동이나 외부상태에 의한 영향을 축소시킬 수 있어 정도 높은 연료의 유전율 검지센서를 얻는 것을 제1목적으로 한다.

또 이 발명은 연료의 유전율의 온도특성을 절연체의 유전율의 온도 특성에 의하여 보상함으로써 정도 높은 연료중의 메타놀 함유율을 검출할 수 있는 연료의 유전율 검지센서를 .얻는 것을 제2목적으로 한다. 또한 이 발명은 메타놀함유연료의 온도 변화에 대한 유전율검지를 정도 높게 검지할 수 있는 유전율 검지센서를 얻는 것을 제3의 목적으로 한다.

이 발명에 의한 연료의 유전율 검지센서는 연료에 접하는 축의 주위면 또는 평면에 밀착하여 고유전율의 절연성 박벽이 설치된 통형 또는 평면형 단층권코일과, 이 코일에 대향하여 코일과의 사이에 연료통로를 형성한 금속전극과, 코일과 전극간의 정전용량에서 연료의 유전율을 검출하는 수단을 설치한 것이다. 이 발명에 의한 연료의 유전율 검지센서는 연료통로의 중간에 설치된 도전성전극과, 이 도전성전극간에 연료가 도입되고 절연체에 의하여 몰드되는 동시에 코일의 주(柱)면이 도전성전극과 소정간격을 두고 대향배치된 단층권검출코일을 설치한 것이다.

또한 이 발명에 의한 유전율 검지센서는 도전성전극과, 도전성전극에 소정간격을 두고 절연층으로 덮힌 코일주면이 대향 배치된 단층권코일과, 도전성전극과 단층권코일간에 연료가 도입되는 연료통로와, 단층권코일의 공진주파수를 검출하는 수단을 구비하고. 공진주파수가 연료의 유전율에 상당하도록 구성된 연료의 유전율 검지센서이며, 연료의 온도변화를 검지할 수 있는 위치에 온도보상콘덴서를 설치하는 동시에 단층권 코일과 병렬로 접속되고 공진주파수의 온도특성을 온도보상콘덴서에 의하여 상쇄하도록 한 것이다. 이 발명의 제1발명에서는 단층권코일과 금속전극간에 형성된 연료통로에 연료를 유통시켜 연료의 유전율을 코일과 전극간의 정전용량에 의하여 검출한다. 또 이 발명의 제2발명에 의한 유전율 검지센서는 연료의 유전율의 온도특성을 절연체의 유전율의 온도특성에 의하여 보상함으로써 연료의 유전율에 의존하는 단층권검출코일의 공진주파수를 보상하고 연료중의 유전율을 검출하여서 메타놀 함유율을 정도 높게 검출한다.

또한 이 발명의 제3발명에 의한 유전율 검지센서는 연료의 유전율을 공진주파수에 의하여 측정하는 동시에 온도보상콘덴서에 의하여 온도에 의한 공진주파수변화를 상쇄하고 센서의 온도변화에 관계없이 항상 정확한 메타놀 함유율을 검출하는 것이다.

다음은 이 발명의 제1발명에 의한 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

(제1실시예)

제1도(a) (b)는 제1실시예에 의한 유전율 검지센서의 사시도 및 그 A-A선 단면도, 제3도는 이 센서의 등가회로 설명도, 제2도는 출력특성도이다.

제1도에서, 2는 플라스틱등의 절연체로 형성되고 중앙부가 박벽(薄壁)부(2a)로 된 원통용기형 케이스이고, 플라스틱으로서는 비교적 고유전율의 내유성 에폭시수지나 PPS 수지등을 사용하면 출력변화율의 향상 및 연료에 대한 내성상 바람직하나 사출성형가능한 점에서 PPS 수지가 특히 좋다. 3은 케이스(2)의 박벽부(2a)의 외주에 통형으로 감겨진 통형단층권코일, 4는 케이스(2)의 내부에 형성된 연료통로, 5는 연료통로(4)의 양단에 설치된 한쌍의 연료출입구, 6은 코일(3)의 내주면에 대하여 대향하는 위치에 코일(3)과 동축으로 배치된 주형(柱形)전극이며, 스테인레스나 티탄, 혹은 동, 황동, 철등에 니켈 도금한 것으로 형성하고 연료에 대하여 내성있는 것을 사용한다. 주형전극(6)의 직경은 코일(3)이 감겨진 박벽부(2a)의 내경에 대하여 작은쪽이 센서의 출력변화율 향상면에서 유리하다.

주형전극(6)은 그 일단의 직경을 케이스(2)의 내경에 맞추어서 0링 (8)을 부착하고 타단은 케이스(2)에 설치한 오목부(2b)에 삽입고정하여 연료를 밀봉시킨다.

고정금구(7)는 주형전극(6)의 일단을 누르기 위하여 케이스(2)에 코킹고정하고 주형전극(6)을 케이스(2)에 고정한다. 9는 케이스(2)에 삽입성형으로 부착되고 코일(3)의 양단이 납땜된 한 쌍의 코일단자, 10은 주형전극(6)의 일부를 고정금구(7)의 중심구멍을 통하여 외부로 돌출시켜 형성한 전극단자, 11은 케이스(2)의 강도를 보강하기 위하여 박벽부(2a)의 외주에 설치된 보강빔이다. 다음은 상기 센서의 동작을 설명한다.

센서의 검출회로(20)는 제33도에 표시한 종래 것과 같으며 전압제어발진회로(22)의 출력이 주형전극(6)의 전극단자(10)에 접속되고, 코일(3)의 한쪽 코일단자(9)가 접지되는 동시에 다른쪽 코일단자(9)와 전파(全波) 정류회로(23) 가 접속된다.

종래와 달리 코일단자(9)는 어느쪽을 접지하여도 괜찮다.

제3도는 이와 같은 접속을 한 경우의 센서의 등가회로를 개략표시하며, C_f는 주형전극(6)의 외주와 박벽부(2a)의 내주간의 연료통로(4)를 유전율 ε의 연료가 유통되었을때의 이 사이의 정전용량, C_s는 박벽부(2a)의 두께방향의 정전용량, C_pc는 종래와 같이 코일 (3)과 병렬로 존재하는 부유용량이며, C_f는 종래와 같이 코일(3)의 자기인덕턴스 L과 직렬공진회로를 형성하고 그 공진주파수 f_m는

로 주어진다. 공진주파수 f_m는 연료의 유전율ε이 클수록 저하한다.

따라서, 주형전극(6)에 인가하는 주파수를 전압제어발진회로(22)에 의하여 변화시켜 이때의 절연관(3)의 유기전압을 전파정류회로(23)에서 정류하고 이 출력의 최대치를 피크검출기 (24)로 검출하고 이때의 전압제어발진회로(22)의 제어입력을 샘플홀드회로(25)에서 샘플홀드하여, 저역통과필터 (26)를 통하여 출력함으로써 그 전압출력 V_out은 센서의 공진주파수 f_m즉 연료의 유전율ε에 대응치가 된다. 이 경우 유전율ε의 변화에 대한 공진주파수 f_m의 변화율은 (3)식 혹은 제3도의 등가회로에 표시한 바와 같이 C_f,에 대한 병렬용량 CP, C_pa의 기여가 없으므로 크게 된다.

또 케이스(2)의 치수, 주형전극(6)의 치수정도를 높힘으로써 C_f, C₅의 기하용량정도를 향상시킬 수 있어 센서의 출력변동을 저감시킬 수 있다.

제2도는 L=30*, 케이스(2)의 박벽부(2a)의 외경 Ø=10mm, 박벽부(2a)의 두께 t=1mm, 박벽부(2a)의 내주와 주형전극(6)의 외주간 연료통로(4)의 폭 d=2mm로 한 경우의 센서의 출력 특성을 같은 정도의 치수의 종래 센서 출력특성과 비교한 것이다.

연료가 ε=2의 가솔린과 ε=33의 메타놀의 경우 공진주파수 f_m의 변화는 이 실시예에서는 약 20% 이상이며 종래에 비하여 변화범위가 대폭 향상하고 있다.

(제2실시예)

제4도는 이 발명의 제2실시예에 의한 센서부의 단면도이며, 12는 코일보빈 13은 코일(3)이 감겨진 부분이 박벽부(13a)가 되도록 코일(3)을 일체로 성형한 코일성형체, 14는 케이스를 겸한 통형케이스전극이다. 코일성형체(13)는 원주 또는 동통형코일보빈(12)의 외주에 단층권코일(3)을 감은후 코일(3)의 양단을 코일보빈(12)에 삽입성형한 한쌍의 코일단자(9)에 납땜하고 다시 그 주위에 플라스틱을 사출성형하여서 몰드한 것이다.

이 몰드재료로서는 PPS 수지등이 적당하다. 코일보빈(12)는 연료에 접하지 않으므로 반드시 연료에 대하여 내성이 있는 플라스틱을 사용할 필요는 없으나 코일성형체(13)와 동일소재를 사용하면 열변형을 회피할 수 있어 좋다. 코일성형체(13)는 코일(3)이 감겨진 박벽부(13a)를 제외하고 그 양단 직경을 통형케이스전극(14)의 내경에 대략 맞게 하고 여기에 한쌍의 링(8)을 설치하여 연료 밀봉을 하고 있으며 그 양단에는 통형케이스전극(4)이 굴곡되어 코킹으로 고정된다. 연료통로(4)는 통형케이스전극(14)의 내주와 코일성형체(13)의 외주간에 형성되어 있으며, 그 양단부에 통형케이스전극(14)에 용접등으로 접속된 한쌍의 연료출입구(5)가 설치되어서 연료를 유통시킨다. 제2실시예에서는 박벽부(13a)는 제1도의 원통형기형케이스(2)와는 달리 연료압력을 박벽부(13a)에서만 부담할 필요가 없다.

따라서, 박벽부(13a)를 더욱 얇게 할 수 있어, 용량 C_f와 직렬로 접속된 박벽부(13a)의 용량 C_s를 더욱 크게 할 수 있으므로 연료의 유전율 변화에 대한 공진주파수 변화를 더욱 크게 할 수 있다. 통형케이스전극(14)과 한쪽 코일단자(9)를 접지하고 다른쪽 코일단자(9)에 저항 R을 통하여 검출회로(20)의 전압제어발진회로(22)의 출력을 인가하며 코일(3)과 저항 R의 접속부의 전압을 전파정류회로(23)에 입력한 경우의 센서부의 등가회로를 제5도에 표시한다.

이 경우 센서부는 병렬공진회로를 구성하고 그 공진주파수 f_n는

로 주어지며 공진주파수 f_n는 역시 연료의 유전율ε이 클수록 저하한다.

공진주파수 f_n에서는 LC 병렬공진회로의 임피던스는 최대가 되고 코일(3)과 저항 R의 접속부전압도 최대가 된다. 따가서, 저항 R을 통하여 코일(3)에 인가하는 주파수를 전압제어발진회로(22)에서, 변화시켜, 코일(3)과 저항 R의 접속부전압을 전파정류회로(23)에서 정류하여서 그 출력이 최대치를 피크검출기(24)에서 검출하고 이때의 전압제어발진회로(22)의 제어입력을 샘플홀드회로(25)에서 샘플홀드하고 저역통과필터 (26)를 통하여 출력함으로써 그 전압출력 V_out은 공진주파수 즉 연료의 유전율 ε에 대응한 값이 된다.

(4)식에 있어서, 코일(3)의 병렬용량 C_pc는 용량 C_f에 대하여 작게 할 수 있고 또 코일(3)이 몰드되어 있으므로 습도등에 의한 외부방향을 받지 않는다.

또 코일(3)이 접지한 통형케이스전극(14)으로 덮혀 있으므로 통형케이스전극(14)에 내면을 니켈도금하여 연료내성을 확보한 철등의 자성체를 사용함으로써 코일(3)에 미치는 외부자계의 영향을 제거할 수 있다. 이와같이 제2실시예에서는 연료의 유전율 변화에 대한 공진주파수 변화를 크게 할 수 있을 뿐만 아니라 센서출력에 대한 외부환경 영향을 보다 완전하게 제거할 수 있다.

(제3실시예)

제6도는 제3실시예에 의한 센서부의 단면도이며, 15는 코팅부재이다.

코일보빈(12)에는 연료밀봉을 위한 0링(81)을 통하여 한쌍의 코일단자(9)가 삽입성형되는 동시에 코일보빈(12)의 외주에 코일(3)이 감겨있고 코일(3)의 양단을 코일단자(9)에 납땜등으로 접속한 후 코일(3)을 디핑(Dipping)에 의하여 코일부재(15)로 코팅하고 최후로 보빈(12)을 통형케이스전극(14)에 0링(8)을 부착하여 삽입하고 통형케이스전극(14)의 단부를 굴곡시켜서 코킹으로 고정한다. 코팅부재(15)로서는 내유성 에폭시수지나 PPS 수지가 사용된다.

이러한 구성에 의하면 박벽부를 코팅부재(15)에 의하여 구성할 수 있으므로 그 두께를 더욱 얇게 할 수 있어 용량 C_s를 더욱 크게 할 수 있으며 따라서 공진주파수 변화를 더욱 크게 할 수 있는 동시에 제작공정이 간소화되어 센서를 보다 염가로 할 수 있다.

그리고 상기 각 실시예에서는 코일(3)과 주형전극(6) 또는 통형케이스전극(14)을 동측으로 하였으나, 코일(3)의 외주와 전극(14)의 내주 혹은 코일(3)의 내주와 전극(6)의 외주가 대향하고 있으면 반드시 동축이 아니라도 되며 대략 축 평행이면 된다.

또 연료의 유전율 측정에 이용하는 경우에 관하여 설명하였으나 일반적인 액체의 유전율 측정에도 사용할 수 있다.

(제4실시예)

제7도(a) (b)는 제4실시예에 의한 센서의 센서부사시도 및 그 B-B선 단면도를 표시하며 제8도(a)(b)는 동 코일부의 사시도이다. 17은 플라스틱등의 절연체로 형성된 둥근접시형 부재이며 플라스틱중에서도 비교적 고유전율의 내유성 에폭시나 PPS 수지등이 출력변화율의 향상 및 연료에 대한 내성상 바람직하나 PPS 수지가 사출성형할 수 있는 점에서 유리하다.

18은 표면에 평면상 단층권코일(19)을 패턴 배선한 코일기판, 27은 코일기판(18)을 관통하여 코일(19)의 양단에 접속된 한쌍의 코일단자이며 코일기판(18), 코일(19) 및 코일단자(27)에 의하여 코일부를 형성한다. 코일부는 제8도(a)에 표시한 바와 같이 예를 들면 글라스 에폭시등의 원판형 플라스틱 적층기판(18)에 둥근 나선형코일(19)을 배치하고 그 양단의 리드선접속부에 관통구멍을 설치하여 코일단자(27)를 납땜하고 있다.

코일기판(18)에는 세라믹기판을 사용하여도 된다. 또 제8도(b)에 표시한 바와 같이 각 판형기판(18)에 각 나선형코일(19)을 배치하여도 된다.

코일부는 등근접시형 부재(17)의 저부에 내저면으로부터 박벽부(17a)를 남기고 삽입성형된다.

28은 평면상 단충권코일(19)이 배치된 둥근접시형 부재(17)의 내저면으로부터 소정거리 띄어서 그 저면의 평면부가 대향하여 설치된 원통용기형의 금속케이스전극이며. 이 대향면간에 연료통로(4)를 형성하고 있다. 전극(28)의 박벽부(17a)와의 대향부 두께는 박벽부(2a) 두께에 대하여 5배 정도 이상 두꺼운 쪽이 센서의 출력변화율의 향상면에서 유리하다.

금속케이스전극(28)의 저면에는 연료통로(4)에 연료를 공급, 배출하는 한쌍의 니플(29)이 연료통로(4)와 연통되도록 용접, 납땜등으로 설치되어 있다.

이러한 금속케이스전극(28)은 재료로서 스테인레스, 티탄등을 사용하든가, 혹은 철등으로 제작하여 니플(29)을 설치한 후 내면에 니켈도금을 실시함으로써 연료에 대한 내성을 확보한다.

둥근접시형 부재(17)는 그 외주에 0링(8)을 배치하고 금속케이스전극(28)의 원통부에 삽입하여 연료밀봉을 확보하고 이 원통부의 단부를 굴곡시켜 코킹으로 고정한다.

10은 이 코킹부를 일부 굴곡시키지 않고 남겨 형성한 전극단자이다.

다음은 제4실시예에 의한 센서의 동작을 설명한다. 센서의 검출회로는 제33도에 표시한 종래예와 같으며 전압제어발진회로(22)의 출력이 금속케이스전극(28)의 전극단자(10)에 접속되고 한쪽의 코일단자(27)이 접지되는 동시에 다른쪽 코일단자(27)가 전파정류회로(23)에 접속된다. 코일단자(27)는 어느쪽을 접지하여도 된다. 제9도는 상기 구성센서부의 등가회로를 나타내며, C_f는 금속케이스전극(28)의 저면과 박벽부(17a) 면간의 연료통로(4)를 유전율 ε의 연료가 흐를때의 이 사이의 정전용량, C_s는 박벽부(17a)의 두께방향의 정전용량, C_Pc는 단층권코일(19)에 병렬로 존재하는 부유용량이며 C_f는 코일(19)의 자기 인덕턴스 L과 직렬공진회로를 형성하고, 그 공진주파수 f_m는 상술한 (2)식으로 공진주파수 f_m는 연료의 유전율 ε이 클수록 저하한다.

따라서 금속케이스전극(28)에 인가하는 주파수를 전압제어발진회로(22)에 의해 변화시켜 코일(19)의 유기 전압을 전파정류회로(23)에서 정류하여서 출력의 최대치를 피크검출기(24)에서 검출하고 이때의 전압제어발진회로(22)의 제어입력을 샘플홀드회로(25)에서 샘플홀드하여 저역통과필터(26)를 통하여 출력함으로써 그 전압출력 V_out은 센서부의 공진주파수 f_m즉 연료의 유전율 ε에 대응하는 치가 된다. 이 경우 유전율 ε의 변화에 대한 공진주파수 f_m의 변화율은(2)식 또는 제9도에 표시한 바와 같이 종래와 같은 C_f에 대한 병렬용량 C_P, C_Pa의 기여가 없기 때문에 크게 할 수 있다. 또 금속케이스전극(28)의 저면과 박벽부(17a)면간 거리 및 박벽부(17a)의 두께는 각 부재의 공작정도를 높힘으로써 치수정도를 확보할 수 있으므로 C_f, C_s의 기하용량정도를 높힐 수 있어 센서의 출력변동을 저감시킬 수 있다.

제4실시예의 출력특성도 제2도와 같이 되고 연료가 ε=2의 가솔린과 ε=33의 메타놀의 경우의 공진주파수 f_m변환은 종래의 센서에 비하여 대폭적으로 향상된다.

제10도는 상기 구성의 센서부의 검출회로와의 접속을 변경한 경우의 등가회로이며 이 경우 금속케이스전극(28) 및 한쪽의 코일단자(27)를 접지하는 동시에 다른쪽의 코일단자(27)를 저항 R을 통하여 전압제어발진회로(22)에 접속하고, 또한 코일단자(27)를 전파정류회로(23)에 접속한 것이다. 센서부는 병렬공진회로를 형성하고 그 공진주파수 f_n는 (4)식에 표시한 바와 같이 되며 공진주파수 f_n는 연료의 유전율 ε이 클수록 저하한다.

주파수가 공진주파수 f_n로 되면 LC 병렬공진회로의 임피던스는 최대가 되고 코일(19)과 저항 R의 접속부 전압도 최대가 된다. 따라서 전압제어발진회로(22)로부터 저항 R을 통하여 코일(19)에 인가하는 신호의 주파수를 변화시켜 상기 접속부전압을 전파정류회로(23)에서 정류하여 그 출력의 최대치를 피크검출기 (24)에서 검출하고, 이때의 전압제어발진회로(22)의 제어입력을 샘플홀드회로(25)에서 샘플홀드하여 저역통과필터(26)를 통하여, 출력함으로써 그 전압출력 V_out은 센서부의 공진주파수f_n즉 연료의 유전율ε에 대응한 것이 된다.

또 (4)식에 있어서 병렬용량 C_PC는 코일(19)의 두께가 얇은 코일턴(coil turn)간의 대향 면적이 작기 때문에 용량 C_f에 대하여 작게 할 수 있으며 또 코일(19)이 몰드되어 있으므로 종래와 같이 습도등에 의한 외부의 영향을 받지 않는다.

또 코일(19)이 접지된 금속케이스전극(28)으로 덮혀 있으므로 금속케이스전극(28)으로서 내면을 니켈도금하여 연료내성을 확보한 철등의 자성체를 사용함으로써 코일(19)에 미치는 외부자계의 영향을 저감할 수 있다. 즉 제4실시예에서는 연료의 유전율변화에 대한 공진주파수 변화를 크게 할 수 있을 뿐만 아니라 센서출력에 대한 외부환경영향을 보다 저감시킬 수 있다.

(제5실시예 )

제11도는 제5실시예에 의한 센서부의 단면을 나타내며, 15는 코팅부이며, 코일기판(18)상에 '평면상 단층권코일(19)을 패턴배선하고, 코일(19)의 양단에는 코일단자(27)을 접속한 코일부에 있어서, 코일(19)상에 인쇄 또는 디핑등에 의하여 내연료성이고, 유전율이 큰 플라스틱을 코팅하여 형성한다. 이와 같은 구성의 코일부를 연료밀봉을 위하여.·코일단자(27)에 0링(30)을 삽입한후 둥글접시형부재(I7)의 저면에 설치한다.

이 경우 코일부의 고정은 내연료성 접착제에 위하여 코일기판(13)을 둥근접시형부재(17)의 저면 오목부에 접착하거나 혹은 코일기판(18)을 이 오목부에 위치맞춤한 후 이 오목부 주위에 용융 코킹으로 고착하여도 되며 또 접착과 코킹을 동시에 사용하여 고정하여도 된다. 둥근접시형부재(17)의 유전율은 특히 고려할 필요가'없다.

제5실시예에 의하면 코팅부(15)의 두께를 제4실시예의 몰드에 의한 박벽부(17a)보다 더욱 얇게 할 순 있으므로 C_f와의 직렬용량 C_s를 다욱 크게 할 수 있어 연료의 유전율 변화에 대한 공진주파수 변화를 더욱 크게 할 수 있다.

(제6실시예)

제12도는 제6실시예에 의한 센서부의 단면도이며, 31은 금속전극간(32)을 저 면에 삽입성형하는 동시에 니플(2g)을 일체로 성형한 원통용기형 플라스틱 케이스이고, 코일부를 삽입 성형한 둥근접시형부재 (17)은 O링 (8)설치하여 원통용 기형 플라스틱케이스(31)의 원통부에 삽입하고 위치맞춤후 이 원통부의 단부를 용융코킹으로 고정하거나 또는 초음파용착등으로 초음파용착등으로 용착고정한다.

플라스틱케이스(31)의 소재는 둥근접시형부재(17)과 동일한 것을 사용하면 된다.

그리고 상기 제4검출 제6실시예에서는, 코일(19)로서 코일기판(18)상에 .패턴배선한 것을 표시하였으나 대략 평면상의 단층권코일이면은 어떤 것이라도 상관없다.

또 연료의 유전율 측정에 이용하는 경우에 관하여 .설명하였으나 액체일반의 유전율 측정에도 이용할 수 있다. 다음은 이 발명의 제2발명에 의한 연료의 유전율 검지센서의 실시예를 도면에 의하여 설명한다. 제13도는 그 한 실시예를 표시하는 구성도, 제14도는 이 한 실시예의 센서부 구성도이고, 일부 절개하여 내부를 투시하여 나타낸 사시도, 제15도는 이 실시예의 센서부의 개략단면도, 제16도는 그 등가회로의 설명도이다.

먼저 이들 제13도검출 제16도에서, A는 센서부이고, 101은.내유성 플라스틱등위 절연체로, 형성되고 내부에 단층권검출코일(104)이 있는 원주형 절연체, 단층권검출코일(104)은 상기 절연체(101)속에 몰드되어 있다. 이 단층권검출코일(104)의 리드선(104a) (l04b)는 절연체(101)의 상면으로부터 외부로 돌출되고 리드선(104b)은 검지회로 B내에서 접지되며, 리드선(104a)은 이 검지회로 B내에서 0° 위상비교기(111)의 입력단에 접속되어 있는 동시에 직렬저항(110)을 통하여 증폭기 (115)의 출력단에 접속되어 있다. 또 절연체(101)의 외측에는 도전성전극(103)이 설치되어 있다. 이 도전성전극(103)은 상기 절연체(101) 외측에 설치되고 그 내주면이 절연체(101)의 외주면과 대략 평행이며 또한 절연체(101)와 동축으로 되어 있으며 티탄, 스테인레스 표면이 알루마이트(alumite) 처리된 알류미늄등이 연료에 대한 내성상 바람직하다.

또 단층권검출코일(l04)의 외주면과 절연체(101)를 사이에 두고 도전성전극(103)의 원통내주면 사이에 연료통로(102)가 형성되어 있다.

플랜지 (105)에는 원주형의 절연체(101)이 상단면이 설치되며, 또 플랜지 (105)의 하면에는 도전성전극(103)의 플랜지부와 연료실(107)을 통하여 결합되어 있다.

이렇게 하여 절연체(101)과 도전성전극(103)과 플랜지(105)에 의하여 연료용기를 구성하고 있다. 이 플랜지 (105)를 관통하여 플랜지(105)의 상면에는 한쌍의 니플(106a) (106b)이 돌출되어 있다. 니플(106a)는 연료통로(102)내에 연료를 도입하기 위한 것으로서 니플(106b)은 배출하기 위한 것이다. 다음에 제13도에 의하여 상기 검지회로 B의 구성에 관하여 설명한다.

상기 직렬저항(110)은 저항치 R_s이고 단층권검출코일(104)와 리드선(104a)에 직렬 접속되어서 직렬회로를 형성한다. 상기 단층권코일(104)와 직렬저항(110)의 접속부의 신호와 직렬저항(110)의 타단의 신호 즉 직렬회로로의 인가신호가 0° 위상비교기(111)에 입력되는 동시에 이 0°위상비교기(111)에는 증폭기(115)의 출력도 입력되게 되어 있다.

이에 따라,0°위상비교기(111)는 단층권검출코일 (4)의 출력과 증폭기 (115)의 출력의 위상차를 비교하고 그 비교결과를 저역통과필터 (112)에 출력하게 되어 있다.

저역통과필터 (112)의 출력과 기준전압 V_ref,는 비교적분기 (113)로 비교하여 이 비교결과를 출력단자 T₁과 전압제어발진기 (114)의 입력단에 인가하게 되어 있다.

이 기준전압 V_ref는 위상0° 에 상당하는 전압이다.

전압제어발진기 (114)의 출력은, 상기 증폭기(115)에서 증폭되도록 되어 있는 동시에 분주기(116)에서 분주하여 출력단자 T₂에서 출력주파수 f_out로서 출력된다.

제17도, 제18도는 연료, 각종 몰드재료의 유전율에 대한 온도특성도이며, 제19도 및 제20도는 이 발명에 의한 온도보상을 설명하기 위한 온도특성도이며, 제21도는 종래예와 온도보상한 이 발명의 공진주파수의 비교도이다.

다음은 제13도.∼제21도에 의하여 이 발명의 동작을 설명한다.

이 동작의 설명에 즈음하여 공진주파수의 검출에 관하여 설명한다.

연료통로(102)에 메타놀혼합가솔린을 유통시킨 상태에서 증폭기(115)에서 직렬저항(110)과 단층권검출코일(104)의 직렬회로로 고주파신호가 송신되어 직렬저항(110)의 양단신호 즉 상기 직렬회로에 인가되는 전압신호와, 단층권검출코일(104)에 인가되는 전압신호가 0°위상비교기(111)에 입력되어 양자의 위상차가 비교된다.

상기 증폭기(l15)에 정현파중폭기를 사용하여 상기 직렬회로에 인가되는 고주피신호를 정형파로 하면 상기 전압신호도 정현적이 되기 때문에 0° 위상비교기 (111)로서는 승산기를 사용하면 된다. 이 0°위상비교기(111)는 상기 양자의 위상차에 상당하는 신호를 출력하고 저역통과필터(112)는 상기 위상차에 비례한 직류전압신호를 출력하고 비교적분기(113)는 저역통과필터 (112)의 위상 0°의 출력에 상당하는 기준전압 V_ref와 저역통과필터(112)의 출력을 비교적분하고 비교적분기(113)의 전압출력에 의하여 상기 직렬회로에 증폭기(115)를 통하여 인가되는 고주파진호의 주파수가 전압제어발진기 (114)에서 결정된다.

즉 이 직렬회로 0°위상비교기(111), 저역통과필터(112) 비교적분기( 113) 전압제어발진기(114), 증포기(115)의 직렬회로에 의하여 위상동기루프가 형성되고 전압제어발진기 (l14)의 발진주파수는 상기 직렬회로에 인가되는 전압신호와 단층권검출코일(104)에 인가되는 전압신호의 위상차가 0°가 되도록 제어되므로 비교적 분기 (113)의 전압출력 V_out혹은 전압제어발진기 (114)의 주파수출력은 센서부 A의 상기 병렬공진주파수 즉 연료의 유전율, 환언하면 메타놀 함유율에 대응한 값이 된다. 이 전압제어발진기(114)의 출력주파수는 센서부 A의 크기에도 달렸지만 수 MHz의 고주파이므로 분주기 (116)에 의하여 출력특성에 적당한 주파수까지 분주되어서 주파수출력 f_out로서 출력된다. 제14도는 이 한 실시예의 센서부 A의 구조를 표시하며, 원주형의 절연체(101)의 내부에 단층권검출코일(104)가 몰드된 구조로 되어 있고, 제15도는 그 개략단면도, 제16도는 그 등가회로의 개략표시도이다. 이들 제14도∼제16도에 있어서, C_f는 연료통로(102)를 연료가 흐를때의 정전용량, C_S는 절연체(101)의 단층권검출코일(104)의 외측부분에 기여하는 두께방향의 정전용량, C_PC.는 검출코일(104)에 병렬로 존재하는 부유용량이다.

이때 센서부 A는 병렬공진회로를 구성하고 그 공진주파수 f_n은 (5)식으로 주어지며 공진주파수 f_n는 연료의 유전율이 클수록 저하한다.

다음은 이 실시예에 관하여 연료의 유전율에 대한 온도특성을 몰드재료의 온도 특성에 의하여 보상하기 위한 센서치수의 결정방법을 설명한다

제16도의 등가회로에서, C_Pc,에는 온도의존성이 없다고 생각되므로 온도의존성이 있는 합성용량 C는 (6)식으로 표시된다.

단(K·K)는 C_s의 기하용량, K는 C_f,의 기하용량이고, 이 (6)식의 [ ]내의 값 α가 정수가 되면 이 실시예에서의 연료의 유전율 검지장치의 온도보상이 달성됨을 알 수 있다.

연료와 각종 몰드재료의 유전율에 대한 온도특성을 제17도에 표시하였으며, 종축을 유전율의 역수로 한 것을 제18도에 표시하였다. 이 제17도에서 명백한 바와 같이 연료의 유전율은 온도와 더불어 단조롭게 감소하고 또 제18도에서 명백한 바와 같이 반대로 몰드재료의 유전율은 온도와 함께 단조롭게 증가하므로 이들의 유전율의 대응하는 정전용량의 직렬접속에서는 온도의존성이 취소되는 방향이 된다. 한편 몰드재료를 고정하고 K를 가변으로 하였을때의 α의 블록도를 제19도에, K를 고정하고 몰드재료를 가변으로 하였을때의 α의 블록도를 제20도에 표시한다. 제19도, 제20도에서 α가 정수가 될때의 K 몰드재료를 선택하고, K는 기하용량이기 때문에 이 값에서 센서의 치수를 결정하면 온도보상이 된다.

제21도는 몰드재료로서 나이론 66재를 사용하고 K를 소정치로한 메타놀에서의 센서의 공진주파수 f_n의 온도특성을 종래예와 비교하여 표시한 것이다.

이와같이 종래예에 비하여 이 실시예에서는 공진주파수 온도특성의 보상이 달성되어 있음을 알 수 있다. 다음은 이 발명의 제3발명에 의한 유전율 검지센서의 한 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제22도는 이 발명에 의한 연료의 유전율 검지센서의 한 실시예를 표시하는 구성도, 제23도는 이 한 실시예의 센서부 구성도, 제24도 및 제25도는 센서부의 등가회로도와 그 구성도, 제26도는 구체적 회로예를 사용한 실시예에서의 출력특성도, 제27도는 온도에 대한 연료의 유전율특성도, 제28도 및 제29도는 온도에 대한 각종 정전용량특성도, 제30도는 온도에 대한 종래예와 실시예의 병렬공진주파수 특성도이다.

도면에서, 검출회로는 다른 종래예와 동일하나 센서부 A가 다르므로 센서부 A에 대하여 설명한다. 201은 세라믹, 내유성 플라스틱등의 절연체로 형성되어 내부에 연료가 도입되는 유저원통형절연관 203은 이 원통형절연관(201)의 내측에 설치되고 절연관(201)의 외주면이 절연관(201)의 벽면과 대략 평행으로 또한 절연관(201)과 동축의 원통형도전성전극이며, 티탄, 스테인레스, 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄 등이 연료에 대한 내성상 바람직하다.

204는 절연관(201)의 외측의 도전성전극(203)과 대향하는 위치에 감겨진 절연관, 204a, 204b는 단층권코일(204)의 리드선, 202는 단층권코일(204)의 내주면과 절연관(201)의 관벽을 사이에 두고 도전성전극(203)의 외주면간에 형성된 연료통로, 205는 도전성전극(203)이 설치된 절연관(201)과 연료실(207)을 통하여 결합되어서 전체로 연료용기를 형성하는 플랜지이며, 여기서는 도전성전극(203)이 일체로 형성된 전체로 형성된 예를 표시하고 있고, 206은 연료통로(202)에 연료를 안내하는 니플, 209는 연료온도가 검지될 수 있는 위치에 설치하는 동시에 단층권코일(204)에 병렬로 접속된 온도보상콘덴서이다.

제24도 및 제25도는 코일 A를 간이적으로 나타낸 등가회로도와 그 구성도이며, C_p는 단층권코일(204)에 발생하는 선간용량 및 입력용량, C_s,는 단층권코일(204)을 연료로부터 보호하는 절연관(201)의 절연물질을 유전체로 하는 용량, C_f는 연료의 유전체로 하는 용량, C_t는 온도보상콘덴서의 용량이라고 하면 병렬공진주파수 f는 다음 (7)식으로 표시된다.

병렬공진주파수 f는 연료의 유전율 ε에 의존하고, 유전율 ε이 클수록 저하한다.

더욱이 제27도에 표시한 바와 같이 연료의 유전율 ε은 연료의 온도변화에 의존하고 온도상승과 더불어 단조롭게 감소한다.

상기 (7)식에서 센서부의 온도보존성을 표시하는 직렬합성용량은 다음식이 된다.

여기서 a, b는 절연체의 재질 및 센서 형상에 의하여 결정되며, a는 C_s의 기하용량, b는 C_f의 기하용량이고, 단지 유전율의 변화로 결정되는 것이 아니고 각각 기하용량이 계수로서 작용한다. 연료의 유전율은 온도와 함께 단조롭게 감소하고 반대로 절연체의 유전율은 온도와 함께 단조롭게 증가하므로 이들의 유전율에 대응하는 정전용량의 직렬접속에서는 온도의존성은 취소되는 방향이 된다. 연료의 유전율의 온도에 대한 영향은 연료의 함유율에 의하여 다소 다른 온도계수를 나타내나 절연체에 의한 온도계수의 영향이 크다.

센서형상을 고정하고 절연체를 변경한 경우의 온도특성을 직렬합성용량의 형태로 제28도 및 제29도에 표시하였다. 여기서, 제28도와 제29도의 차이는 절연체가 변경된 경우의 상태를 표시한 것으로 a는 나이론, b는 PP이다.

C,는 상술한 바와 같이 절연체의 재질에 의하여 변화하나 내유성을 고려하면 절연체의 재질선택에도 한계가 있다. 이때 연료온도가 검지될 수 있는 위치에 온도보상콘덴서를 설치하여 단층권코일에 병렬접속한 경우의 합성용량은 다음 (9)식이 된다.

센서의 재질과 형상 즉 기하용량의 값이 결정된 단계에서 상기 (9)식이 온도에 의존하지 않는 함수가 되도록 온도보상콘덴서의 용량 및 온도계수, 온도계수 허용차를 결정한다.

또 이상의 결과에 의하여 병렬공진주파수의 온도특성을 종래예와 비교한 것을 제30도에 표시하였다. 이와같이, 종래예에 비하여 병렬공진주파수의 온도특성이 보상되는 것이다.

제26도는 종래예와 같이 제35도의 검지회로에 의하여 상기 제22도의 센서부가 접속된 센서의 실시예로서 메타놀혼합가솔린의 메타놀 함유율에 대한 주파수출력 f_out를 개략 표시한 것으로서 메타놀 함유율이 증가하고, 유전율 ε이 크게 되는 동시에 연료의 온도변화에 의존하지 않고 단조롭게 출력이 저하하는 특성으로 된다

상기 실시예에서는 센서부 A의 절연관과 도전성전극이 동축인 예를 표시하였으나 반드시 동축이 아니라도 단충권코일과 도전성전극간에 연료에 의한 정전용량이 존재하도록 하면 된다.

또 제31도는,제3발명의 다른 실시예를 표시한 것으로서, 온도보상콘덴서(2O9)를 단층권코일(204)을 연료로부터 보호하기 위한 절연층중에 몰드하는 동시에 온도보상콘덴서(209)의 단자를 단충권코일(204)단자 근방에서 접속한 것이다.

이러한 구조에서는 온도보상콘덴서(209)의 리드선등의 부가용량을 작게 할 수 있어 ,보상이 더욱 정확하게 되는 효과가 있다. 또한 제32도와 같이 단층권코일(204)와 도전성전극(203)의 배치를 반대로 하고 단층권코일(204)을 절연관(201)으로 몰드하는 동시에 온도보상콘덴서 (209)도 절연관(201)로 몰드하여 절연관내에서 단자를 접속함으로써 단층권코일과 같이 외란으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다. 그리고 이 발명에서는 이 센서를 메타놀연료중의 메티놀 함유율 검지에 사용한, 경우를 표시하였으나 다른 액체중의 유전율 검출용으로도 널리 적용가능하다

이상과 같이 이 발명에 의하면 코일과 전극간에 연료통로를 형성하고 이 연료통로를 유통하는 연료의 유전율을 코일면과 전극면간의 정전용량에 의하여 검출하고 있으며 이 정전용량은 병렬용량의 영향을 받지 않으므로 유전율의 변화에 의하여 크게 변화하여 검출되고 검출정도를 높힐 수 있다. 그리고 코일과 전극간의 거리를 정도 높게 정할 수 있으므로 검출오차를 저감할 수 있다. 또 이 발명에 의하면 연료통로의 중간에 연료를 사이에 두고 도전성전극과 절연체인 몰드재료에 비하여 몰드된 단층권 검출코일과 상기 단층권코일의 공진주파수를 검출하는 수단을 구비하고 연료유전율의 온도특성을 코일몰드재료의 온도특성에 의하여 보상할 수 있도록 하였으므로 항상 정도 높게 메타놀 함유율을 검지할 수 있다.

또한 이 발명에 의하면 연료통로의 중간에 연료를 사이에 두고 도전성전극과, 절연층으로 덮힌 단층권코일을 설치하고 단층권코일과 병렬로 온도보상콘덴서를 접속하고 연료온도 변화에 의한 공진주파수를 보상하였으므로 항상 정도 높게 메타놀 함유율을 검지할 수 있다

Claims (4)

1. 연료에 접하는 측의 주위면에 밀착하여 고유전율이 절연성 박벽이 설치된 통형 단층권코일과 이 단층권코일과 동축 혹은 축평행으로 주위면이 상기 코일주위면에 대향하여 설치되고 단층권코일과의 사이에 연료통로를 형성하는 주(柱)형 혹은 원통형의 금속전극과 상기 코일주위면과 금속전극의 주위면간의 정전용량에서 연료유로를 흐르는 연료의 유전율을 검출하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료의 유전율 검지센서
2. 연료에 접하는 측의 면에 밀착하여 고유전율의 절연성 박벽이 설치된 평면상 단층권코일과, 이 단층권코일과 대향하여 설치되고 단층권코일과의 사이에 연료통로를 형성하는 평판상 금속전극과는, 단층권코일과 금속전극간의 정전용량에서 연료통로를 흐르는 연료의 유전율을 검출하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연료의 유전율 검지센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 단층권코일은 연료의 유전율의 온도특성을 보상할 수 있는, 몰드재로 몰드되고,상기 통형금속전극과, 대향 배치되어 상기 연료의 유전율에 상당하는 공진주파수를 가지며, 상기 단층권코일의 공진주파수의 변화를 상기 코일몰드재의 온도특성에 의해 보상하도록 한 것을 특징으로 하는 연료의 유전율 검지센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 절연관은, 연료의 온도를 검지할 수 있는 위치에 설치된 온도보상콘덴서와 병렬로 접속되어 상기 공진주파수의 온도특성을 보상하도록 한 것을 특징으로 하는 연료의 유전율 검지센서.