KR960013449B1 - 경사 측정 장치 - Google Patents

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재임스 베이츠 스티븐
로저 데이비스 켈빈
재임스 머레이 앤드루
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듀라셀 인터내쇼날 인코포레이티드
로늘드 에스 코오넬
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Abstract

내용 없음.

Description

경사 측정 장치
본 발명은 경사 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면, 전자 수준기(electronic lever) 또는 경사각 게이지(inclination gauge)용 센서에 관한 것이다.
통상 알콜 수준기로 불리는 광학적 수준기가 널리 공지되어 있고, 그 수준기는 액체가 채워진 유리병내의 기포가 항상 최고지점에 위치하려고 하는 원리에 근거하여 표면의 수평 여부를 광학적으로 표시해 준다. 그 유리병은 약간 만곡되어 있고, 수평 위치에 있을 때 기포는 항상 평형 위치를 취한다. 이러한 기포 수준기는 적절한 프레임내에 배치되면, 표면의 수직 여부를 표시해 주는데에 이용될 수 있다.
그러나, 이러한 알콜 수준기는 수평 또는 수직으로부터 매우 한정된 범위밖에 있는 편차를 측정한 수가 없다. 또한, 이러한 수준기는 수평이나 수직의 측정이 기포의 위치를 측정하는 사용자의 능력에 의존하므로 정확하게 판독하는 것이 어려울 수 있다. 불충분한 조명이나 나쁜 시력과 같은 요소들은 분명히 이런 판독에 영향을 미친다.
전도성 액체를 부분적으로 채원진 캡슐을 사용하는 전자식 수준기가 Cantarella에게 허여된 미합중국 특허 제 4,167,818호에 제안된 바 있다. 캡슐 내에는 수개의 전극이 배치되고, 전극들 사이의 저항이 캡슐내 액체의 위치에 따랄 변하고, 액체의 위치는 캡슐의 경사도에 따라 변한다. 수평으로부터 또한 수직으로부터의 경사각이 디지탈 값으로 판독된다. 그러나, 이러한 수준기의 단점은 수평 또는 수직으로부터의 어떠한 측정의 정확도가 온도와 같은 주위 조건에 따라 변한다는 것인데, 그 이유는 온도의 변동이 캡슐내 액체의 높이와 저항을 변화시켜, 전극이 액체에 동일하게 잠기지 않으면 각도에 대한 경사도의 판독에 영향을 미치기 때문이다.
발명의 개시
본 발명의 제1태양에 따라 제공되는 캡슐은 액체가 일부 채워져 있고, 액체의 체적은 온도의 함수로 변하고 캡슐은 그 내부의 온도유도 압력변화에 응답하여 탄성적으로 변형가능하게 되어 있어서, 캡슐의 내부 체적은 온도에 따라 가변되어 캡슐의 벽 치수와 재료가 캡슐내 액체의 수위와 온도 사이에 소정 관계를 제공하도록 선택된다.
본 발명의 제2태양에 따라 제공되는 캡슐은 액체가 일부 채워져 있고, 캡슐의 벽은 캡슐내의 온도 유도 압력 변화가 캡슐의 벽을 탄성적으로 변형시켜 캡슐내 액체의 수위를 실질적으로 일정하게 유지하도록 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에서, 원통형 캡슐이 제공되는데, 캡슐내의 압력 증가에 응답하여 캡슐의 방사상 벽이 팽창하는 것은 방사상 벽에 대한 두께와 재료의 선택에 의하여 결정되어, 온도에 의해 유도된 액체 체적의 증가는 캡슐 방사상 벽의 형상 변화에 의해 일어난 캡슐의 체적증가로 보정되어 액체 수위를 실질적으로 일정하게 유지시킨다.
또는 캡슐 방사상 벽의 형상변화가 액체 수위가 소정 방식으로 온도와 함께 변동하도록 선택된다.
특정 응용에서, 캡슐은 경사 측정장치에 이용되는데, 여기서 캡슐과 액체 내에 배치된 전극 사이에서 측정된 저항은 캡슐내 액체 수위의 변동에 기인하고 또한 액체의 저항에 비례하여 전극에 연결된 스위치의 저항의 변동에 기인하여 경사에 종속되고 온도와 함께 변동하는 경향을 나타낸다. 액체 수위에 기인한 변동은 상술한 방식으로 캡슐의 체적을 조정함으로써 보정될 수 있다. 그러나, 그 수위가 예측되는 방식으로 변동할 수 있게하는 소정 방식으로 캡슐의 체적이 변화할 수 있게 함으로써 수위치의 저항과 액체의 온도 종속성은 액체 수위의 변화의 보정과 함께 적어도 최적의근사치로 보정될 수 있다.
본 발명의 제3태양에 따르면, 일부가 액체로 채워지면, 내부의 액체위치가 기준 축을 중심으로 캡슐의 회전각을 나타내는 캡슐, 일정 각도 범위내에서 상기 위치를 감지하기 위하여 캡슐 내에 배치된 다수의 전극, 여기원, 감지회로 및 상기 위치를 나타내는 액체의 다수의 전기적 특성을 측정하기 위하여 상기 전극을 감지회로와 여기원에 접속기키는 수단을 포함하는 형태의 경사 센서의 교정(calibration) 방법으로서 상기 센서를 적어도 2개의 지지의 각도 θ로 배치하는 단계, 대응하는 감지각 θ'를 측정하는 단계 및 지지의 각과 감지각으로부터 교정값 a와 b를 계산하는 단계(여기서 θ=aθ'+b)를 포함하는 교정 방법이 제공된다.
발명의 최선 실시 형태
제1도 내지 제3도에는 정사각 센서(1)가 도시되어 있다. 센선는 거의 원통형의 캡슐(3)로 구성된다. 캡슐(3)은 결합가능한 두 개의 비도체 불활성 플라스틱 모울딩(5,7)으로 형성되고, 그 모울딩은 강도와 안정성을 제공하기 위해 15-20% 유리 비이드롤 보강된 염가소성 포리에스터[예를들어, VALOX와 같은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)]로 형성되는 것이 바람직하다.
모울딩(5,7)은 밀봉을 보장하기 위해 서로 초음파 용접된다. 모울딩(5,7)의 단부면(9,11)은 후술된 바와 같이 캡슐(3) 내부의 압력 변화에 따라 탄성 변형할 수 있는 일정 두께로 형성된다.
니켈로 형성된 전극(A,B)과 (C,D)이 모울딩(5,7) 내부에 각각 배치된다. 각 전극(A-D)은 형태가 거의 반원형이고, 진공 증착 또는 고온 박편접착(hor foil blocking)(그러나, 다른 전극 형성 방법이 사용될 수 있음)에 의해 각각의 모울딩(5,7)상에 형성된다. 전극(A,B 또는 C,D은 직접 전기 접촉하지 않도록 기다란 간격(8 또는 10)에 의해 서로 분리된다. 간격(8,10)은 폭이 좁아야 하며, 바람직하게는 0.5mm미만 이여야 한다. 전극(A-D)은 전도성 플라스틱 물질로 형성된 리벳에 의해 연결되며, 그 리벳은 케이스 절반부에 초음파 용접에 의하여 결합된다. 상기 전극(A,B)용 리벳(13,15)이 제2도에 도시되어 있다.
또는, 캡슐은 두 개의 동일한 플라스틱 원판으로 형성되며, 전극이 실크스크린 인쇄에 의해 원판 상에 형성되고, 각각의 디스크가 중공의 원통형 플라스틱 스페이서의 축방향 개방 단부에 연결되어 캡슐을 형성하며, 상기 디스크는 서로에 의해 90°만큼 회전되어 제1도에서 도시된 소정의 전극을 형성할 수도 있다.
전극(A,B)은 후술된 바와 같이 360°에 걸쳐 각도를 측정할 수 있도록 전극(C,D)에 대해 캡슐의 기준 축선(Ⅰ)을 중심으로 90°만큼 회전된다. 캡슐(3) 내부에는 증류수와 메탄올 및 소금의 혼합물 예를 들어, 초산나트륨 삼수화물(CH₃COONa 3H₂O)인 전도성 액체(17)가 상온 및 정상 압력(NTP)으로 캡슐 용적의 절반까지 채워진다. 캡슐의 나머지는 공기 또는 아르곤과 같은 불활성 기체로 채원진다.
캡슐의 일반적 작동 모드를 제4a도 및 제4b도를 참조하여 설명하며, 상기 도면에는 감지 전극으로 전극(A,B)을 이용하는 측정이 예시되어 있다. 제4a도 및 제4b도는 개략적으로 도시된 장착대(19)에 있는 캡슐(3)을 도시하며, 그 장착대의 가장자리(21)는 경사각이 측정될 표면을 향한다. 이 경우에 1쌍의 전극(C,D)은 서로 결합되어 공통 전극을 형성하며 교류 전압이 차례로 전극(A 또는 B)에 인가된다. 전극(C,D)과 전극(A) 또는 전극(B) 사이의 임피던스 특히, 경로의 저항은 전극(A 또는 B)이 전도성 액체(17)에 침지되는 정도에 의존하며, 침지 정도가 클수록 경로의 저항은 낮아진다.
따라서, 전극(C,D)과 전극(A) 및, 전극(C,D)과 전극(B) 사이와 두 경로의 저항을 측정하므로써, 센서의 경사각(θ)이 계산될 수 있다.
보다 상세히 설명하면 제4a도와 제4b도를 비교해 보면 알 수 있듯이, 전극(A,B)의 전체 습윤 면적은 항상 거의 일정하므로, 크로스 임피던스는 무시한다.
Figure kpo00001
여기서, Z₁=캡슐의 전체 저항
Z₁=경로 CD-A의 저항
Z₂=경로 CD-B의 저항
Figure kpo00002
Figure kpo00003
따라서, 저항 Z₁, Z₂의 비(R)는
Figure kpo00004
Figure kpo00005
R의 예시적 값을 표1에 나타내면 다음과 같다.
Figure kpo00006
전극(A,B)은 제4a도 및 제4b도에 도시된 바와 같이 수평으로부터 ±50°까지의 각도를 감지하는데 사용된다. 이러한 한계 보다 더 큰 경사각의 경우에, 전극(A,B)은 공통 전극으로 되고, 직교상태로 배치된 전극(C,D)은 감지 전극이 되도록 전극을 재배열하여, 이러한 배열에서 센서는 수직으로부터 ±50°범위의 각도를 측정한다.
전극을 재배열하는 것은 다수의 아날로그 스위치로 이루어진 스위치 매트릭스를 이용하여 각 전극을 교류전압원 또는 다른 전극과 공통인 감지회로와 적당히 연결하기 때문에 편리하게 달성될 수 있다.
그러한 전극 스위칭을 사용하므로써 최대 360°의 경사 각이 측정될 수 있으며, 수평 또는 수직으로부터 벗어난 경우에는(제5도에 도시된 바와 같이),전극 배열이 센서의 경사각에 따라 계산 및 제어 회로(비도시)에 의해 선택된다. 경사각 측정을 시작할 때, 제어 회로는 공통 쌍으로 선택된 C,D와 같이 임의 쌍의 전극으로 측정을 실행할 수 있다. 계산 회로에 의해 계산된 비(R)가 허용 범위(±50°)(표 1 참조)내에 있다면, 측정이 계속되는 반면, 측정된 비가 혀용 범위 밖에 있다면, 배열이 공통의 다른 쌍의 전극을 연결하기 위해 변경된 후, 측정이 실행된다.
상기 캡슐에서, 캡슐(3)내의 액체(17)의 체적은 온도에 따라 변동하기 쉽다. 캡슐과 액체의 상이한 열팽창에서 비롯되는 체적 변화로 인해, 온도 변화는 액체 수위를 변화시키고, 그 액체 수위의 변화는 경사각 측정에 영향을 끼친다. 이러한 결과가 제6도에 도시되어 있다.
온도에 따라 액체 수위의 증가가 높이 X 의 변화로 표시된다고 가정한다.
다음, 절반 채워진 캡슐의 전체 전도율을 S라고 하면,
Figure kpo00007
여기서, ZA',AB'는 경로(A)에 대한 경로(CD)의 저항과 경로(B)에 대한 경로(CD)의 저항이다.
Figure kpo00008
Figure kpo00009
여기서, SA* = 액체에 첨지된 판 면적 A*에 의한 콘던턴스
SA'=액체에 잠긴 판 면적 A'의 의한 콘덕턴스
Figure kpo00010
Figure kpo00011
식(6), (7), (8)을 조합하여, 재정리하면,
Figure kpo00012
또, 보정 계수 a는 다음과 같다.
Figure kpo00013
따라서, 높이 X가 온도에 따라 변화함에 따라, 감지된 각도도 그 만큼 변화할 것이라는 것을 알 수 있다.
또한, 캡슐이 처음에 용적의 정확히 절반까지 채워지지 않으면, 어떤 온도에 기인한 액체 수위의 변화와 관계없이 액체 수위의 팰연적인 초기차이에 따른 오차가 발생한다. 그러나, 이것은 후술된 바와 같이 교정에 의해 보정될 수 있다.
온도에 의한 수위 변화를 보정하기 위하여, 제7도에 도시된 바와 같이, 온도 변화(온도 증가)로 인한 캡슐(3)내부의 액체 체적 변화와 기체 증기압 변화에 의해 야기된 압력 변화에 따라 캡슐 모울딩(5,6)의 측면(9,11)의 두께를 탄성 변형가능하도록 설정한다. 일정한 측면 두께의 경우에, 다음의 예시적인 구조적 계산으로 나타낸 바와 같이, 액체(17)의 수위를 거의 일정하게 유지하도록, 측면(5,7)이 변형하여 액체의 증가된 체적과 조화를 이루어 캡슐(3)의 체적을 증가시킨다.
가정
1) 밀페식이고 일부 충전된 원통형 용기내에서 온도에 따른 액체 수위의 변동을 방지하는 것(또는 무시할 수 있는 비율로 감소시키는 것)이 필요하다.
(주 : 이 원리는 비원통형 용기들에도 적용될 수 있다).
2) 액체는 용기와 열팽창 제적 계수보다 상당히 더 큰 양(+)의 열팽창 체적 계수를 갖는다.
3) 용기의 잔부를 채우는 기체 또는 증기는 작동 온도 범위에 걸쳐 근본적으로 선형인 압력 열 변동을 보인다.
4) 용기 재료는 균질하고, 등방성이며, 단일 양수값의 열팽창도를 갖는다.
(주 : 이 가정이 만족되지 않는다해도 이 원리는 사용될 수 있으나, 구조적 계산이 훨씬 복잡해진다).
5) 특정 구조의 경우에, 원통형 요기는 축선과 수평하게 장착된다. 용기 벽은 용기 크기에 비해 얇으며 탄성 한도 이상으로 응력을 받지 않는다. 모든 처짐은 작다.
6) 원통형 용기의 직경(D)은 50mm이고, 원통형 용기의 축방향 길이(L)는 10mm이다.
구조 계산
1)미분 열팽창
용기는 직경이 D이고 단위 축방향 길이를 가지며, 체적 열팽창 게수 et의 액체로 절반까지 채워지는 것으로 고려한다. 용기는 제8도에 도시된 바와 같이 선형 팽창 계수 ev를 갖는 재료로 제조된다.
선형 팽창 계수는 온도 T+δT에서
직경=D(1+evδT)로 규정되며 그리고, 액체의 체적 계수는
체적=V(1+evδT)로 규정되며 여기서 V=온도 T에서의 초기 체적.
온도 T에서의 용기 체적=
Figure kpo00014
온도 T+δT에서의 새로운 체적=
Figure kpo00015
Figure kpo00016
온도 T 에서의 최초 액체 체적=
Figure kpo00017
새로운 액체 체적=
Figure kpo00018
∴액체는 다음의 높이 만큼 용기내에서 상승한다. 즉,
Figure kpo00019
(주 : 이것은 액체 용기내의 변동이 작다고 가정한다)
∴상승한 액체 수위=
Figure kpo00020
전개하고, et와 ev의 거듭 제곱을 무시하면,
Figure kpo00021
Figure kpo00022
이다.
(2evδT1이기 때문이다).
3ev=용기의 체적 팽창 계수임을 주위한다.
2)내압에 의한 용기 팽창
주변에 단순 지지된 편평한 원형인 경우에, 중심으로부터 반경 r인 임의의 지점에서의 처짐은
Figure kpo00023
응력-변형률 로우르크(ROARK)공식(맥크로우 힐 제4판 216쪽 케이스 1)참조]
어기서, p=내압
a=판의 반경
E=판 재료의 종탄성 계수(Youngs nodulus)
t=판 두께
v=판 물질의 프아송 비(재료는 등방성이라고 가정)
처짐에 의한 증분 체적은
Figure kpo00024
압력/온도가 기체 법칙에 따른다고 가정하면,
Figure kpo00025
또는
Figure kpo00026
또는
Figure kpo00027
(T₁=20℃=293K로 가정)
∴온도의 함수로의 팽창 체적은 다음과 같다.
Figure kpo00028
P₁=0.1N/mm²(=1bar)
a=25mm
v≒0.4(폴리에스터의 경우에 KEMDE'S 참조)
E≒230M/mm²(VALOX 재료의 경우에 공칭 값)
을 대입하여 적분하면,
Figure kpo00029
3) 열 팽창과 용기 팽창이 같다.
사용된 예시 물질의 팽창도 값을 취하면,
메탄올의 경우 : et=1190×10-6(체적)
VALOX의 경우 : et=70×10-6(선형)
(공정 값)
열 팽창에 의한 비분 체적 변화=액체 높이 변화×직경상 단면적
Figure kpo00030
여기서, L=용기의 축방향 길이=10mm
Figure kpo00031
따라서,
Figure kpo00032
Figure kpo00033
이 계산은 용기의 원통형 벽의 압력 팽창을 무시할 수 있고 두 원형 벽의 두께가 같다는 가정하에서이다. 이 원리는 이 가정이 만족되지 않는 경우에도 사용될 수 있다.
계산을 쉽게 하기 위해, 캡슐 벽은 주변에 단수 지지되고 일정 두께로 되어 있다고 가정하였다. 더욱 정밀한 분석이 예을 들어 특별한 경우에 대해 방정식(14)을 더 정확이 세우는 유한 요소 방법에 의해 당업자의 능력내에서 실행될 수 있다.
이 원리는 상기 경사각 센서의 경우가 아닌 경우에도 이용될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 보정 방법은 경사각 센서의 다른 요소에 대한 추가적인 온도 보정을 부여하기 위하여 채용될 수도 있다. 특히, 센서가 예를 들어 상기와 같이 최대 360°의 경사각을 측정하기 위해 전극 스위칭을 채용하여 전극(A,B)의 범위 밖의 각도를 측정하는데 사용된다면, 그리고 예를 들어, ASIC(application specific integrated circuit)의 일부로 형성된 전극 스위칭을 수행하는 전자 스위치가 그러한 스위칭에 사용되면, 스위치의 저항이 온도에 따라 변화하는 경향이 있을 것이다.
그러한 저항은 측정시에 센서의 전체 저항에 기여하므로, 후술된 바와 같이 계산 및 제어 회로는 스위치 저항을 고려하여 교정될 필요가 있다. 그러나, 그러한 교정(calibration)은 온도 센서를 사용하지 않고 또한 교정 기억 용량을 꽤 크게 증가시키지 않고는 온도로 야기된 저항 변동을 보정할 수 있다.
측정된 각도에 관한 스위치 저항의 효과가 제10도를 참조하여 설명하기로 한다. 임의의 사용 간능한 전극 배열의 경우, 저항 raw를 갖는 아날로그 스위치는 각 전극에 접속되어, 캡슐의 감지된 전체 저항 비(R)를 다음과 같이 수식화 한다.
Figure kpo00034
(방정식 1b+1c 로부터)
전개 및 정리하면 아래와 같이 표시될 수 있다.
Figure kpo00035
여기서,
Figure kpo00036
로 놓으면(방정식(3)에서
Figure kpo00037
로 놓고, θ'는 계산된 각도임)
θ에 대한 2차 방정식의 해를 구하면,
Figure kpo00038
θ와 θ'느 같은 부호이고, a1이기 때문에, 테일러 건개식을 이용하면,
Figure kpo00039
Figure kpo00040
항(
Figure kpo00041
)은 상기 raw의 변동에 기인하고 또한 전체 캡슐 저항 ZT의 변동에 기인하기 때문에 온도에 의존한다. 그러나, 액체 수위와 스위치 저항에 대한 전체 각도-의존 보정 게수 a'는
Figure kpo00042
진술된 바와 같이, 캡슐은
Figure kpo00043
가 일정하게 유지되게끔 변형하도록 설계될 수 있다. 그러나, 보정 계수 a'의 온도 종속성이 훨씬 더 감소되도록, 캡슐이
Figure kpo00044
의 변화를 어느 정도 보정하게끔 변형하도록 만들어질 수 있다.
이 경우에, 캡슐내의 액체 수위는 스위치 및 액체 저항 변화를 추가로 보정하기 위해 온도에 따라 약간 변동할 것이다. 예를 들어, 보정 계수 a '는 온도 종속 형태로 다음과 같이 다시 기재될 수 있다.
Figure kpo00045
여기서, △T는 주어진 온도(본 실시예에서 20°)에서 raw와 ZT의 측정치로부터의 온도 변화를 나타내고, x는 액체 수위의 온도 종속 변화(mm/K)이다. 완전한 온도 보정을 위해서는,
Figure kpo00046
이로부터
Figure kpo00047
α, β가 작기 때문에
Figure kpo00048
x에 대한 원하는 값이 계산될 수 있고, 방정식(11)-(16)을 참조하여 설명된 방식과 유사한 방식으로 0이 아닌 높이 변화 x 의 필요한 보정을 제공하게끔 캡슐 형상이 설계되도록 α와 β가 실험에 의해 밝혀질 수 있다.
일반적으로, 캡슐과 외부 센서 회로의 전기 전달 기능을 온도와 무관하게 유지하거나, 또는 적어도 소정의 온도 범위에 걸쳐 최상의 적합성을 제공하기 위해, 온도에 따라 변형할 수 있게 캡슐이 설계될 수 있다. 그러한 경우에, 캡슐의 온도 종속성은 실험에 의해 입증될 수 있고, 캡슐 구조는 전술된 방식으로 가장 유용한 보정을 제공하도록 변경될 수 있다.
상기한 바와 같이, 초기 조건(온도에 의해 야기된 변화와 무관)이 캡슐과 센서내에 존재하며, 캡슐과 센서는 이러한 초기 조건을 교려하여 교정될 필요가 있다.
일반적으로, 상기 캡슐과 관련 센서 회로에 의해 감지된 각도(θ')는 다음의 표현으로 실제의 경사각(θ)과 관련이 있다.
Figure kpo00049
Figure kpo00050
교정 계수(a'와b)는 캡슐내의 전극의 위치에 어느정도 의존하며, 전극의 위치에서의 오차는 교정 계수를 변화시킬 수 있기 때문에, 상이한 계수 (a*,b)는 항상 각 쌍의 전극(A,B) 또는 (C,D) 을 위해 존재한다.
본 발면자는 교정 게수(a*)에 영향을 미치는 지배적인 작용은 방정식(10)으로부터 명백한 바왁같이 각도의 선형적으로 관련있는 측정 전극에 대한 최초의 액체 수위의 변동과 관련이 있다는 것을 밝혀냈다. 따라서, 계수(C₂-Cn)는 합당한 제조 공차를 갖는 캡슐의 경우에 C₁과 비교해 보면 작다. 라서, 이러한 근사치에 의하면 실제 각도(θ)가 감지된 각도(θ')의 일차 함수라는 것을 방정식(26)으로부터 알 수 있다.
따라서, θ가 θ'에 대해 도면에 표시된다면, 최종 직선의 기울기는 a*를 나타낼 것이다. 캡슐을 두 지점에 위치시키므로써 감지된 대응 각도(θ'₁,θ'₂)를 측정하는 기지의 각도(θ₁,θ₂)는 이들 두 지점 사이의 직선의 기울기를 설정하기에 충분한 데이터를 제공할 것이다. 따라서 a*를 나타낼 것이다.
다음에, 원점(0°)에서의 θ=θ'인 초기 조건을 적용시켜 b가 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure kpo00051
교정 계수 b는 전극 대 측정 면 관계에 의존하기 때문에, 캡슐이 뒤접어진다면, 교정 계수 b의 표시는 적절한 보정을 제공하기 위해 변화될 필요가 있다.
제조 단계에서, 값(a*,b)은 실제의 경사각 게산서에 계산 및 제어 회로에 의해 사용되도록 프로그래머블판독 전용 메모리(PROM)에 저장될 수도 있다.
제1도의 캡슐에 대한 a*를 계산하는 경우에 기지의 각도는 ±45°로 선택되는 것이 바람직하다. 항(C₂-Cn)이 작을지라도 각도의 측정에 악간의 영향을 준다는 것을 알 수 있기 때문에, 이러한 각도 차이는 선택된다. 쌍을 이루는 판의 이용가능한 각도 범위의 양 끝에서 실제의 각도를 선택하며 그리고 최종 직선 그래프가[θ=θ'=0(방정식(33)]로 되게 하므로써, 교정 보정의 합당한 전개가 전체 감지 범위에 걸쳐 주어진다.
경사 측정 면(21)이 거꾸로 있는지, 똑바로 있는지에 따라 예를들어 전극(A,B)의 배열은 0°와 180°중 어느 하나를 측정하도록 이용할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 전극(A,B)과 동일한 면적이 액체에 침지되고, 각도 위치의 차이가 면(21)의 배치에 의존하는 이러한 두 조건(또는 임의의 다른 조건)을 구별하기 위하여, 가능한 두 경사각중 어느 각도로 측정 장치가 경사지는가에 관한 추가적인 정보는 전극(C,D)에 대해 같은 각도를 측정하므로써 얻어질 수 있다. 전극(C,D)에 대한 액체의 위치는 전극(A,B)을 이용하여 측정가능한 두 대등한 경사각과는 상이할 것이라는 것을 알 수 있다.
제1도 및 제8도의 캡슐에 도시된 바와 같은 전극 배열의 경우, 다음의 관계가 얻어진다.
Figure kpo00052
Figure kpo00053
한편, 이러한 관계는 계산 회로가 계수(b)의 추가 또는 제외 여부를 결정하는데 이용될 수 있다.
제1도는 본 발명의 실시예의 일부를 형성하는 센서 캡슐의 사시도,
제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도,
제3도는 제1도의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 분해 단면도,
제4a도 및 제4b도는 서로 다른 경사각으로 위치하는 캡슐을 나타내는 제2도와 유사한 단면도,
제5도는 센서의 각도 범위를 도시하는 도면,
제6도는 켑슐 감도에 미치는 액체 수위 변화의 영향을 설명하는 다이어 그램,
제7도는 제1도 내지 제3도에 도시된 캡슐이 온도 변동을 보정하는 능력을 도시하는 도면,
제8도 및 제9도는 온도 보정 목적으로 바람직한 캡슐 벽의 두께를 계산하는 구조적 계산의 특징을 나타내는 다이어그램,
제10도는 캡슐 감도에 미치는 스위치 저항의 영향을 설명하는 디이어그램이다.

Claims (16)

  1. 온도 보상수단을 가지며, 중공 원통체로 형성되고 온도 변화에 따라 체적이 변화하는 액체(17)가 부분 충전된 캡슐(3)과, 상기 유체(17)의 전기적 특성을 감지하도록 캡슐(3)에 접속된 다수의 전극(A,B,C,D)을 포함하며, 상기 전기적 특성은 기준축을 중심으로 소정의 경사 범위에 걸쳐 캡슐(3)의 경사 변화에 따라 변화하여, 경사각의 함수인 전기적 전달 기능을 갖는 전자식 경사 측정 장치에 있어서, 상기 캡슐(3)의 원통형 측벽의 재료나 두께는 캡슐(3) 내부의 온도 유도 압력 변화(temperature-induced change inpressure)에 응답하여 치수적으로 상당한 변화가 발생하지 않도록 선택되며, 상기 캡슐(3)의 단부벽의 재료와 두께는 캡슐(3) 내부의 온도 유도 압력 변화에 응답하여 탄성적으로 변형하도록 선택되고, 상기 캡슐(3)의 내부 체적은, 캡슐(3) 내부의 액체(17) 수위가 소정의 온도 범위에 걸쳐 온도 변화에 따라 상기 경사 범위에 포함되는 소정의 경사에 대하여 일정하게 유지되도록, 온도 종속성으로 가변되는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캡슐(3)은 플라스틱 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 유리 비이드(bead)로 보강된 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체(17)는 메탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캡슐(3)은 서로 연결된 제1 및 제2성형물(5,7)로 구성된 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캡슐(3)은 중공 원통형 부재와 제1 및 제2디스크로 구성되어 있으며, 각 디스크는 원통형 부재의 한 단부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전극(A,B,C,D)을 여러 가지의 소정 레벨로 접속하는 스위치 수단을 또한 포함하며, 상기 스위치 수단은 온도의 함수인 전기 전달 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정장치.
  9. 제8항에 있어서, 일정 온도 범위에 걸쳐 상기 캡슐(3)과 스위치 수단의 조합된 전기 전달 기능의 온도에 대한 종속성이 보상되는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  10. 제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 다수의 전극(A,B,C,D)은 캡슐(3)애네 배치된 제1 및 제2전극(A,B)을 구비하며, 상기 액체(17)에서의 제1 및 제2전극(A,B)의 상대적 침지 정도는 제1각도 범위내에서 기준축(O)을 중심으로 제1기준각에 대한 캡슐(3)의 경사각을 나타내는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 다수의 전극(A,B,C,D) 은 캡슐(3)내에 배치된 제3 및 제4전극(C,D)을 또한 포함하며, 상기 액체(17)에서의 제3 및 제4전극(C,D)의 상대적 침지 정도는 제2각도 범위내에서 기준축(O)을 중심으로 제1기준각과 다른 제2기준각에 대한 캡슐(3)의 경사각을 나타내는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2기준각은 제1 및 제2전극(A,B) 또는 제3 및 제4전극(C,D)이 각기 액체(17)에 동일하게 침지되는 각도인 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서, 제1 내지 제4전극(A,B,C,D)은 기준축(O)을 중심으로 캡슐(3)의 어떠한 경사각도 상기 제1 및 제2각도 범위중 적어도 하나에 포함되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2기준각은 직교식으로 배치된 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2전극(A,B)은 반원형으로 되어 있고 기준축(O)을 중심으로 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제3 및 제4전극(C,D)은 반원형으로 되어 있고 기준축(O)을 중심으로 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 전자식 경사 측정 장치.
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