CN102057259A - 物位检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种物位检测装置，其用于测定待测物的物位，包括：电路基板；第一电极以及第二电极，分别以不同的面积形成在电路基板的一面和另一面；第一介电层以及第二介电层，分别以不同的厚度形成在第一电极上与第二电极上；判断部，通过电路基板与第一电极及第二电极电连接，并利用由第一电极以及第二电极测定的各测定值判断待测物的物位。根据本发明，可以不受温度等周围环境的影响而正确地检测物位。

Description

物位检测装置
技术领域
本发明涉及一种物位检测装置，更具体而言，利用两个电极所测定的静电容量来检测待测物的位移物位的物位检测装置。
背景技术
物位检测装置是在工业自动化机器或个人用机器测定液体、液状颗粒或者粉状颗粒等的物位时使用的装置。由物位检测装置所测定的物位(Level)是指待测物填充面的位置或者高度，其用于检测填充于填充罐的待测物的高度。即，适用于汽车的油罐等，用于测定油的填充量，或者，在自动化工厂用于测定填充到填充罐之后被注入到产品的注入物的量。
该物位检测装置，根据驱动方式可以分为浮子液位检测装置、电子式物位检测装置、电磁波物位检测装置或者静电容量物位检测装置等。
其中，静电容量物位检测装置是，利用随着电容率比空气大的液体、粉状颗粒等边上升边接近包含于物位检测装置的电极而上升的静电容量来检测待测物的物位。
静电容量物位检测装置与所述浮子液位检测装置、电子水准检测装置、电磁波物位检测装置不同，是利用填充物的电容率测定的方式，因此，填充物的电容率成为检测的非常重要的因素。
但是，此时存在填充物的电容率根据温度急剧变化的情况，因此存在物位检测装置发生误动作的问题。例如，测定注入到容器内的水的高度的物位检测装置为例，由于水的电容率根据温度的变化非常大，因此有必要提供补偿所述变化的基准(Reference)。
图1示出水的特性，由图1的说明可知，在常温下水的电容率维持75至80，随着温度的上升电容率变为50左右。由此，作为待测物的水的电容率有两倍之差，因而，即使水被填充到相应高度时，由于该水的电容率降低到一半，因此物位检测装置也无法测定此现象。
因此，以往使用具有如下结构的物位检测装置：为了补偿所述现象，在容器的底面设置有提供基准的另一个物位检测装置，当水从底面部开始填充时，自从基准所测定的电容算出随着温度变化引起的水的电容率的变化，并反映此变化。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决所述问题点而提出的，其目的在于，提供一种利用由参比电极和物位检测电极的两个电极所测定的互不相同的测定值来检测物位的物位检测装置以及物位检测方法。
此外，本发明的其他目的可通过以下所述的优选实施例将会更加明确。
技术方案
为了达到所述目的，本发明提供一种物位检测装置。
根据本发明的一实施例，提供一种物位检测装置，其用于测定待测物的物位，包括：电路基板；第一电极以及第二电极，分别以不同的面积形成在所述电路基板的一面和另一面；第一介电层以及第二介电层，分别以不同的厚度形成在所述第一电极上与所述第二电极上；判断部，通过所述电路基板与所述第一电极及第二电极电连接，并利用由所述第一电极以及所述第二电极测定的各测定值来判断所述待测物的物位。
所述第一电极以及所述第二电极的面积与所述第一介电层以及所述第二介电层的厚度可形成为，在所述物位检测装置被暴露于空气中时，使得形成在所述第一电极的静电容量超过形成在所述第二电极的静电容量。
所述第一电极以及所述第二电极的面积与所述第一介电层以及所述第二介电层的厚度可形成为，使得形成在所述第二电极的静电容量超过形成在所述第一电极的静电容量。
所述物位检测装置还包括：内部振荡电路，其与所述第一电极或者所述第二电极中的一个以上连接，自所述内部振荡电路产生的振荡信号的频率，可通过形成于所述第一电极或者所述第二电极的各自的静电容量发生变化。
所述物位检测装置，在填充所述待测物的填充容器的内面，与所述内面垂直地粘贴，或者在所述填充容器的外面，与所述外面平行地粘贴。
根据本发明还提供一种物位检测系统。
本发明的一实施例的测定待测物的物位的物位检测系统，在填充所述待测物的填充容器的内面或外面，以多段式包括一个以上的物位检测装置。并且所述一个以上的物位检测包括：电路基板；第一电极以及第二电极，分别以不同的面积形成在所述电路基板的一面和另一面；第一介电层以及第二介电层，分别以不同的厚度形成在所述第一电极上与所述第二电极上；判断部，通过所述电路基板与所述第一电极及第二电极电连接，并利用由所述第一电极以及所述第二电极测定的各测定值来判断所述待测物的物位。
有益效果
如上所述，根据本发明，可以构成为在一个物位检测装置内包含参比电极以及物位检测电极，从而可以简化物位检测装置的结构。
另外，根据本发明，可以不受温度等周边环境的影响，正确地检测物位。
附图说明
图1是示出水的特性的图。
图2是根据本发明的一实施例的物位检测装置的侧视图。
图3是示出本发明的物位检测装置所测定的静电容量以及计数值的变化的图。
图4是示出根据本发明的另一实施例的物位检测装置的构成中的部分构成的图。
图5是利用根据本发明的实施例的物位检测装置的物位检测系统的构成的图。
具体实施方式
本发明可以进行各种变更，并可以具备各种实施例，以下图中示出特定实施例并进行详细说明。但是，本发明并不限定于所述特定实施形态，应理解为在本发明的思想以及技术范围内的所有变更、等同物或者代替物皆属于本发明。
第一、第二等序数的用语可以用于说明各种构成要素，但所述构成要素并不限定于所述用语。所述用语仅用来区别一个构成要素与另一个构成要素。例如，在不脱离本发明的权利要求范围的情况下，第一构成要素可以命名为第二构成要素，同样的，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。以及/或之用语包含多个相关记载项目的组合或者多个相关记载项目中的任一项目。
言及到某一构成要素“连接或接续”于另一构成要素时，应理解为可以直接连接或接续于该另一构成要素，但是，也可以理解为中间具有其他构成要素。相反，当言及到某一构成要素“直接连接或直接接续”于另一构成要素时，应理解为中间没有其他构成要素。
在本发明中所使用的术语是仅用来说明特定实施例的，并不能限定本发明。说明书中，单数的表达方式在上下文中未明确地表示具有不同的意思时应理解为包含复数的表达方式。在本发明中，“包含”或者“具有”等用语用来指定本说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、构件或者这些组合，其并不排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、构成要素、构件或者这些组合的存在或者其附加功能。
在没有特别定义时，包括技术或科学用语在内的本说明书中所使用的所有用语对属于本发明的技术领域的技术人员来说是自明的。通常所使用的、词典上所定义的用语应解释为其含义与相关技术的含义一致，在本说明书中未明确地定义时，不得以理想化或者过渡形式性的意思进行解释。
以下，参照附图详细说明根据本发明的优选实施例，参照附图进行说明时，与图示符号无关，对相同或对应的构成要素标注相同的符号，并省略重复的说明。
以下，物位检测装置是指静电容量式物位检测装置。
图2是根据本发明的一实施例的物位检测装置的侧视图。
根据图2，本发明的触摸检测装置包括：电路基板100、第一电极110、第一介电层130、第二电极120、第二介电层140。
电路基板100可以为印刷电路板(PCB：Printed Circuit Board)，柔性印刷电路板(FPCB：Flexible Printed Circuit Board)等。
第一电极110以及第二电极120是由金属、其他导电性物质而成的板型、线形或者点形面的电极。本发明所包含的第一电极120和第二电极120可以具有不同的面积。此时，面积影响静电容量(Capacitance)，对此，在后面进行详细说明。
第一电极110和第二电极120分别形成于电路基板100的一面及另一面，并与电路基板100电连接。从而，通过第一电极110和第二电极120，物位检测装置外部的电气影响通过电路基板100传到连接于电路基板100的物位检测电路(省略图示)。
物位检测电路包括内部振荡器(省略图示)以及IC电路(省略图示)，内部振荡器通过形成于电路基板100的电路图案连接于第一电极110和第二电极120上。并能通过内部振荡器生成的振荡信号测定分别形成在第一电极110和第二电极120上的静电容量。即，第一电极110和第二电极120分别通过形成于各自的电极外面的第一介电层130或者第二介电层140以及空气与地面(Ground)形成静电容量，从而使振荡信号的频率发生变化。变化的频率可以以各种方式测定，对此，在后面进行详细说明。
第一电极110和第二电极120中的第一电极110相当于参比电极(Reference Electrode)，第二电极120相当于物位检测电极(Level Detecting Electrode)。即，第一电极110所形成的静电容量用于算出参考值(Reference Value)，第二电极120的静电容量用于算出为检测物位的测定值(Detection value)。
待测物(例如，水)接近或接触本发明的物位检测装置之前形成在参比电极110的静电容量应一直大于形成在物位检测电极的静电容量。
但是，如果具有大电容率的水(电容率假设为80)等的液状颗粒接近或接触物位检测装置，则形成在物位检测电极110的静电容量超过形成于参比电极110的静电容量。从而，本发明的物位检测装置可以检测出待测物的液状颗粒接近物位检测装置。
为此，本发明的物位检测装置应调整第一电极110以及第二电极120的面积，以及形成于各电极的上部的第一介电层130及第二介电层140的厚度。以下，首先，重点说明待测物未接近物位检测装置的情况。
首先，第一电极110与地面形成的静电容量是将第一电极110以及地面作为两电极，从而包含两电极之间的介电体130以及空气的状态的静电容量。即，如图1所示，在第一电极110的上面形成第一介电层130，其厚度是d。介电层还可以用覆盖层(Overlay)等术语来代替。
介电层可以是电容率为2至10的聚合物、橡胶等，以下，重点说明由丙烯酸树脂形成的情况。丙烯酸树脂的电容率假设为2。
由此形成由第一电极110、丙烯酸130、空气、大地电极而成的静电容量，此时，静电容量受第一电极110的面积以及作为介电层的丙烯酸130的厚度的影响。即，第一电极110的面积越大，且丙烯酸130的厚度越薄时，其静电容量越大。
如上所述，本发明的实施例所包含的第一电极110是参比电极，其应比形成在第二电极120的静电容量大，所以第一电极110和第二电极120的面积有差异。例如，第一电极110的面积(2xS)可以是第二电极120的面积S的两倍。
除电极的面积以外，丙烯酸层的厚度也是调整静电容量的因素(Factor)，因此可以将形成于第一电极110上的丙烯酸层130的厚度调整为d、将形成于第二电极120上的丙烯酸层(第二介电层140)的厚度调整为0.7xd(即，K＝0.7)。因此，形成于第一电极的电容C1大于形成于第二电极的电容C2。
不过，这些只是用来说明本发明的例示，可以通过实验调整厚度以及面积。因此，图中所示的K并不限定于0.7。不过，形成在第二电极120上的丙烯酸层130的厚度可以薄于形成在第一电极110上的丙烯酸层110的厚度(即，K＜1)。这是为了使第二电极120受到填充于容器的水等液体状颗粒的影响更大。通过图3对此详细说明。
此时，当连接于第一电极110和第二电极120的内部振荡电路施加振荡信号时，振荡频率受形成在各电极的静电容量的影响。
对此进行进一步详细说明的话，作为内部振荡电路可以使用RC(Resistor-Capacitor；电阻电容)振荡电路，RC振荡电路连接在第一电极110或者第二电极120，并影响内部振荡电路所产生的振荡信号。根据电极的连接状态，RC振荡电路的频率与静电容量成比例或成反比例。
可知，根据电极的数量，内部振荡电路可以为两个，一个内部振荡器与第一电极110以及第二电极120分时反复连接，从而算出各自的测定值。根据电路的构成，测定值可以是频率、电压、电流等测定各种电性特性的值，但是以下以计数方式计数时钟信号的计数值假定为测定值并进行说明。
根据第一电极110或者第二电极120的静电容量受影响的振荡信号被传送到时钟信号产生部转换为时钟信号。作为时钟信号产生部可以使用施密特触发电路(Schmitt trigger circuit)。
由时钟信号产生部被转换的时钟信号被输入于计数器，计数器在预先设定的时间周期内计数时钟信号。从而，计数器所计数的值是反映形成在第一电极110的静电容量或者形成在第二电极120的静电容量的值。
参照图3，进一步详细说明。图3是本发明的物位检测装置设置于测定容器的高度H时，作为待测物的水被填充的同时，水面接近高度H，然后再降到容器底部时，表示静电容量以及计数值的变化的图。
区间A是填充容器150未填充水，从而本发明的物位检测装置被露出于空气的情况，区间B是在填充容器150中填充有水，从而水面达到高度H时的情况，区间C是从填充容器150倒出水，从而水面降低到底面部的情况。
首先，区间A，即，本发明的物位检测装置露出于空气时，第一电极110的静电容量C1为0.6F，受此影响，计数值(第一测定值)可以为1500。第二电极的静电容量C2比第一电极110的静电容量C1约低4倍，是0.15F，受此影响的计数值(第二测定值)可以为2000。但这些只不过是例示，应当知道，这些是根据第一电极100和第二电极100的面积以及形成于各自的电极上的介电层的厚度的构成而不同的。例如，将第一电极100的面积设为第二电极的面积的8倍，将第一电极上的介电层的厚度设为第二电极上的介电层的厚度的2倍，则C1是C2的4倍(即，在图2中，K＝0.5)。
根据电路的构成，计数值与振荡电路的频率成比例，根据电路的构成振荡电路的频率与静电容量成反比例，可知如图3所示，电路被构成为根据本发明的一实施例物位检测装置的内部振荡电路的频率与静电容量成反比例。
但是，待测物为水时，当水填充到测定容器，水面达到高度H时，即，在区间B，形成于第一电极110和第二电极120的静电容量C1、C2的大小调换。此时由于水的电容率为80，因此，与水相邻接设置的第二电极120的静电容量C2受到水的电容率的影响，比第一电极110的静电容量C1急剧变大。而且，第二电极120与水邻接的同时，使丙烯酸层的厚度中形成于第二电极120上的部分形成为更薄，从而所受水的影响非常大，所以C2比C1急剧变大。
此时，如上所述，即使温度上升到100度以上而电容率降低到50，第二电极120的静电容量也会变得比第一电极110的静电容量大。因此，可以省略另外的修改温度作业。
当第二电极120的静电容量C2超过第一电极110的静电容量C1时，计数器所计数的值也会变。第一电极110的静电容量C1变为1F，受此影响的计数值(第一测定值)从1500降到1400，降低100计数。但此，相对于此，第二电极的静电容量变为4F，所测定的计数值(第二测定值)是1200，急剧降低800计数。
因此，当在根据本发明的一实施例的物位检测装置中所包含的比较器电路(省略图示)输入从所述第一电极100所测定的计数值(第一测定值)以及从第二电极120所测定的计数值(第二测定值)，则输出信号的方向成为相反。即，比较器电路是在本发明的物位检测装置中检测物位的判断部。
判断部的输出连接在LED等显示装置的话，则，给用户显示待测物到达高度H的信息。
但是，在区间C，即水下降而本发明的物位检测装置被再次露出于空气中时，第一电极110的静电容量C1再次变得大于第二电极120的静电容量C2，从第一电极所测定的计数值(第一测定值)再次变得小于第二电极所测定的计数值(第二测定值)。
但是，在水下降后，空气中的H2O颗粒增多(湿度高)或者在容器的壁面结水滴，从而第一电极110的静电容量C1无法正确地回复到0.6F。但是，这可以通过实验，通过调整所述第一电极110以及第二电极120的面积以及丙烯酸层的厚度来解决。
由于第一电极110的静电容量C1再次比第二电极120的静电容量C2变大，因此自第一电极110测定的计数值(第一测定值)再次比自第二电极120测定的计数值(第二测定值)变小。
从而，与计数器连接的比较器的输出信号与在区间A输出的输出信号相同，用户由此可以知道作为待测物的水下降到高度H以下。
如上所述，根据本发明的物位检测装置，在一个电路基板设置面积相不同且介电层的厚度相不同的参比电极和物位检测电极，从而可以简单地测定待测物的物位。
而且，无需通过填充容器150的下端设置另外的参比电极来预先检测或计数水的温度，以根据温度变化补偿计数变化值。
图4是示出根据本发明的另一实施例的物位检测装置的构成中的部分构成的图。
参照图4，根据本发明的另一实施例的物位检测装置垂直设置于填充容器的内面，且第一电极110和第二电极120分别设置于填充容器150的上下方向。此外，假设第一电极110和第二电极120的面积以及丙烯酸层的厚度与涉及图2的说明相同。只不过图4中丙烯酸层被一体形成，但是形成于第一电极110和第二电极120上的丙烯酸层的厚度不相同。
此时，填充水，使水面上升而到达物位检测装置，水先接触到第二电极120方向上的丙烯酸层。
此时，图3中说明的静电容量以及计数值的变化也照样适用。即，水面位于填充容器的底面时，物位检测装置被露出于空气中，因此，第一电极110的静电容量比第二电极120的静电容量大。
但是，水面上升而接触到第二电极120方向上的介电层的瞬间，第二电极120的静电容量急剧上升，因此会超过第一电极110的静电容量。由此，第二电极120所测定的计数值变得低于第一电极110所测定的计数值。
由此可知水面已到达本发明的物位检测装置。
图5是示出利用根据本发明的物位检测装置的物位检测系统的构成的图。
根据图5，三个物位检测装置100a、100b、100c按照填充容器150的高度设置为多段。图2示出物位检测装置设置于填充容器150的外面的状态，但并不限定于此，其可以如图4所示设置于填充容器150的内面。
从填充容器150的下端依次设置物位检测装置，当水填充到填充容器150，同时水面从A上升到B时，该高度的物位检测装置100a可检测出达到相应的高度
并且，继续填充水，当水面从B填充到C，从C填充到D时，各物位检测装置100b、100c受水的影响，利用各参比电极和物位检测电极所测定的计数值的变化，可以检测出被填充到相应的高度。

Claims (6)

1.一种物位检测装置，其用于测定待测物的物位，其特征在于，包括：
电路基板；
第一电极以及第二电极，分别以不同的面积形成在所述电路基板的一面和另一面；
第一介电层以及第二介电层，分别以不同的厚度形成在所述第一电极上与所述第二电极上；
判断部，通过所述电路基板与所述第一电极及第二电极电连接，并利用由所述第一电极以及所述第二电极测定的各测定值来判断所述待测物的物位。
2.根据权利要求1所述的物位检测装置，其特征在于：
所述第一电极以及所述第二电极的面积与所述第一介电层以及所述第二介电层的厚度形成为，在所述物位检测装置被暴露于空气中时，使得形成在所述第一电极的静电容量超过形成在所述第二电极的静电容量。
3.根据权利要求2所述的物位检测装置，其特征在于：
所述第一电极以及所述第二电极的面积与所述第一介电层以及所述第二介电层的厚度形成为，使得形成在所述第二电极的静电容量超过形成在所述第一电极的静电容量。
4.根据权利要求1所述的物位检测装置，其特征在于，所述物位检测装置还包括：
内部振荡电路，其与所述第一电极或者所述第二电极中的一个以上连接，自所述内部振荡电路产生的振荡信号的频率，通过形成于所述第一电极或者所述第二电极的各自的静电容量发生变化。
5.根据权利要求1所述的物位检测装置，其特征在于：
所述物位检测装置，在填充所述待测物的填充容器的内面，与所述内面垂直地粘贴，或者在所述填充容器的外面，与所述外面平行地粘贴。
6.一种物位检测系统，其用于测定待测物的物位，其特征在于：
在填充所述待测物的填充容器的内面或外面，以多段式包括一个以上的物位检测装置，
所述一个以上的物位检测，包括：
电路基板；第一电极以及第二电极，分别以不同的面积形成在所述电路基板的一面和另一面；第一介电层以及第二介电层，分别以不同的厚度形成在所述第一电极上与所述第二电极上；判断部，通过所述电路基板与所述第一电极及第二电极电连接，并利用由所述第一电极以及所述第二电极测定的各测定值来判断所述待测物的物位。
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