CN102435257B - 一种液位传感器及其液位检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液位传感器及基于这种液位传感器的液位检测方法，所述液位传感器包括一端开口的半封闭导热壳体和设置于导热壳体内的发热模块，所述发热模块与导热壳体的顶部抵接，所述导热壳体内部还设置有用于检测发热模块靠近导热壳体顶部一侧温度的感温元件，与发热模块和感温元件连接设置有控制单元，所述液位传感器的结构简单，易于生产和制造，成本低廉，上述传感器通过控制单元对设置于导热壳体内且与发热模块相接触的感温元件的监控，实现了对与感温元件紧密接触的发热模块和导热壳体温度的监控，进一步可以判断导热壳体顶部是否位于液体中，最终实现了对液位的感测，该液位检测方法灵敏度高，可靠性好。

Description

一种液位传感器及其液位检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测液位的装置和方法，更具体地，涉及一种液位传感器及基于这种液位传感器的液位检测方法。

背景技术

目前的家用电器中，有很多都涉及到对液体液位的探测，如汤煲或中药煲等，能否在最合适的时候停止加热往往决定着剩余汤汁或药液的品质，同时，设置液位传感器还可以有效地防止干烧，不过就目前来说，现有技术中对液位的探测效果并不理想。

以中药煲为例，最初的中药煲设置的液位探测装置包括微处理器和与微处理器相连的两根探棒，上述液位探测装置通过微型处理器来测量两根探棒之间的电阻变化从而测量中药煲内药液的液位，即当两根探针之间有药液时，两根探针通过药液导通，两根探针之间的药液相当于一个电阻；当两根探针之间没有药液时，两根探针之间的电阻为无穷大，如此，通过上述电阻的变化来检测药液液位。但是，这种方式的准确度不高，在实践中，因各种药液的电解度不同，这种方式可能会造成该输出信号时未输出或提早输出错误信号的情况，用户的体验度并不好。

另一种方式是，煲体底部设置有一个导电体，导电体接地，探棒安装在煲体上，且位于煲体内的适当位置，探棒通过导线分别与微处理器的一个低电平脚和一个高电平脚连接，其中探棒为电容的一个电极，导电体为电容的另一个电极，药液为电容两极之间的介质，从而在探棒与导电体之间形成一个药液电容器C，该电容值C随着药液的减少而变化，由此通过测量两个电极之间的电容可以间接测量出药液的高度，不过在实践中，这种测量方式的准确度还是不高，有约十分之一的几率可能发生误检，还是需要改进。

发明内容

本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种液位传感器及基于这种液位传感器的液位检测方法。

为了达到本发明的第一个目的，采用如下技术方案：

一种液位传感器，包括一端开口的半封闭导热壳体和设置于导热壳体内的发热模块，所述发热模块与导热壳体的顶部抵接，所述导热壳体内部还设置有用于检测发热模块靠近导热壳体顶部一侧温度的感温元件，与发热模块和感温元件连接设置有控制单元，所述液位传感器沿竖直方向设置。

进一步地，所述感温元件为热敏电阻。

作为一种具体实施例，所述发热模块包括导热块和内置发热器，所述导热块一端抵接于导热壳体的顶部，另一端设置有用于容纳内置发热器的开口，所述热敏电阻设置于内置发热器和导热块之间。

作为另一种具体实施例，所述发热模块包括集成式发热器，所述集成式发热器一端抵接于导热壳体的顶部，所述热敏电阻设置于集成式发热器和导热壳体之间。

进一步地，所述导热壳体和发热模块为柱状结构，所述发热模块的至少一部分外侧壁与导热壳体的内侧壁相接触。

更进一步地，所述发热模块和导热壳体顶部内侧之间设置有用于固定发热模块和传递热量的导热胶。

还进一步地，所述发热模块的顶部形状与导热壳体顶部内侧形状相互配合并紧密接触。

再更进一步地，所述导热壳体的材质为不锈钢，所述导热块的材质为铝。

为了达到本发明的第二个目的，采用如下方法实现：

一种基于权利要求1所述的液位传感器的液位检测方法，其特征在于，包括以下步骤得到：

1)将液位传感器安装在用于容纳并加热液体的容器内；

2)在容器内加入液体；

3)启动发热模块，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第一预设值R₁₀时，记录感温元件的阻值R₁并按如下规则判断容器内液位高低：

31）如R1小于第二预设值R₂₀，说明容器内液位低于设定液位H，执行以下操作：

311)控制单元关闭发热模块并输出提示信号；

32)如R1大于R₂₀，说明容器内液位高于设定液位H，执行以下步骤：

321)控制单元关闭发热模块并启动容器热源加热液体至沸腾；

322)启动发热模块，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R₃₀时，记录感温元件的阻值R₃；

323)间隙性地关闭容器热源，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R₃₀时，记录感温元件的阻值R₄，当R₃和R₄的阻值差︱R₃-R₄︱大于第四预设值R₄₀时，控制单元输出提示信号并停止对液体的加热，否则返回到步骤(322)。

进一步地，步骤（1）中，所述液位传感器安装于容器的底部。

更进一步地，所述液位传感器通过螺钉和压片与容器底部连接，所述液位传感器与容器底部接触处设置有密封圈。

再进一步地，步骤（1）中，所述容器在底部位置设置有用于加热液体的发热盘。

还进一步地，步骤（1）中，所述液位传感器安装于发热盘上。

还更进一步地，所述液位传感器通过螺钉和压片与发热盘连接，所述液位传感器与发热盘接触处设置有密封圈

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过控制单元对设置于导热壳体内且与发热模块相接触的感温元件的监控，实现了对与感温元件紧密接触的发热模块和导热壳体温度的监控，进一步可以判断导热壳体顶部是否位于液体中，最终实现了对液位的感测，该液位检测方法其灵敏度高，可靠性好；同时，该方法所依赖的液位传感器结构简单，易于生产和制造，是一种低成本、高灵敏度的液位检测设备。

附图说明

图1是本发明实施例一所述液位传感器的正向剖面图。

图2是本发明实施例一所述液位传感器的侧向剖面图。

图3是本发明实施例一所述液位传感器的装配示意图。

图4是本发明实施例一所述液位传感器用于无加热容器的示意图。

图5是本发明实施例二所述液位传感器中导热块的变形例剖视图。

图6是本发明实施例三所述液位传感器中导热块的变形例剖视例。

图7是本发明实施例四所述液位传感器中导热块的变形例剖视图。

图8是本发明实施例五所述液位传感器中导热块的变形例主视图。

图9是本发明实施例五所述液位传感器中导热块的变形例俯视图。

图10是本发明实施例六所述液位传感器的正向剖视图。

图11是本发明实施例六所述液位传感器的侧向剖视图。

参见图1～图4，1：发热模块；11-导热块；12-内置发热器；2：热敏电阻；3：导热块；4：导热壳体；5：发热盘；51：密封圈；52：螺钉；53：压片，6-容器。

参见图5，11’：导热块。

参见图6，11”：导热块。

参见图7，11”’：导热块。

参见图8，图9，11””：导热块。

参见图10、图11，1’：发热模块；12‘：集成式发热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明：

实施例一

参见图1～图3，本发明所述的一种液位传感器，包括一端开口的半封闭导热壳体4和设置于导热壳体4内的发热模块1，所述发热模块1与导热壳体4的顶部接触，所述导热壳体4内部还设置有用于检测发热模块1靠近导热壳体4顶部一侧温度的感温元件，与发热模块1和感温元件连接设置有控制单元，上述感温元件为其阻值可随温度改变的半导体材料，在本实施例中，感温元件为热敏电阻2，上述发热模块1包括导热块11，该导热块11一端抵接于导热壳体4的顶部，另一端设置有用于容纳内置发热器12的开口，热敏电阻2位于内置发热器12和导热块11之间，上述导热壳体4和发热模块1为柱状结构，发热模块1的至少一部分外壁与导热壳体4的内侧壁相接触，在实际应用中，导热壳体4可以制作为圆柱形或棱柱形结构，导热块11可以为棱柱形或圆柱形结构，导热块11的外表面与导热壳体4的内侧壁接触用于支撑导热块11避免其松动，就实施例而言，导热壳体4为圆柱形，导热块11呈四棱柱，导热块11与导热壳体4的内侧壁为线接触，为了让发热模块1和导热壳体4的顶部内侧接触部分紧固连接并不至有间隙，导热块11的顶部形状与导热壳体4顶部内侧形状相互配合并紧密接触，导热块11和导热壳体4顶部内侧之间还设置有用于固定导热块11和传递热量的导热胶，上述内置发热器12的工作电压为198V-242V，热敏电阻2的工作电压为5-12V，为了能够快速地传递热量，所述导热壳体4和导热块11均选用导热率较高的材质制作，在本实施例中，导热块11的材质为铝，内置发热器12为PTC发热器，为了进一步保证导热壳体不污染其所检测的液体，导热壳体的材质优选为不锈钢。

基于上述结构，本发明所述液位传感器通过以下步骤实现对液位的检测：

1)将液位传感器安装在用于容纳并加热液体的容器6内，上述液位传感器沿竖直方向安装于容器6的底部，如果容器的加热元件同样设置于容器6底部，也可以将液位传感器设置于加热元件上，以中药煲为例，本例所示的中药煲在底部设置有用于加热药液的发热盘5，所述液位传感器在竖直方向与发热盘5通过螺钉52和压片53实现固定，为了避免药液从液位传感器边缘渗漏，在液位传感器和发热盘5接触的地方还设置有密封圈51；

2)在容器6内加入液体，用以煎制中药；

3)启动发热模块1，控制单元检测并记录热敏电阻2的阻值，当热敏电阻2阻值在单位时间内的变化量小于第一预设值R₁₀时，记录热敏电阻2的阻值R₁并按如下规则判断容器内液位高低，其中第一预设值R₁₀为表征热敏电阻2的阻值趋于稳定的一个参考值，其具体数值可由试验进行标定：

31)如R₁小于第二预设值R₂₀，说明容器内液位低于设定液位H，执行以下操作：

311)控制单元关闭发热模块并输出提示信号；

本例中使用的感温元件为NTC（Negative Temperature coefficient）热敏电阻，其特性是环境温度越高，热敏电阻阻值越小，在本步骤中，如果加入容器6内的待加热液体未浸没液位传感器导热壳体4的顶端，则发热模块1产生的热量因无法散开而在导热壳体4顶部形成局部干烧，使该部分的温度急剧上升导致热敏电阻2的阻值维持在一个较小的数值R_min，如第二预设值R₂₀对应的高度为液位传感器的高度H，则显然R_min<R₂₀，从而可以判断出液体量加得不足够，控制单元以灯光或声音的方式输出信号向用户发出警示。

32)如R₁大于R₂₀，说明容器内液位高于液位传感器的高度H，与(31)的判断方式相同，如果加入容器6内的待加热液体浸没了液位传感器导热壳体4的顶端，则发热模块1产生的热量通过导热壳体4周围的液体迅速散开，发热模块1温度无法升高，故热敏电阻2的阻值也维持在一个较大的数值R_max，显然R_max<R₂₀，从而可以判断出加入容器6的液体量足够，此时执行以下步骤：

321)控制单元关闭发热模块1并启动容器热源加热液体至沸腾，

322)启动发热模块1，控制单元检测并记录热敏电阻2的阻值，当热敏电阻2阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R₃₀时，记录热敏电阻12的阻值R₃。在本例中，判断液体是否沸腾很容易检测，一种可能的方法是在溶液中设置一个与控制单元相连的温度传感器，当容器内的温度达到液体沸点时，则回传信号启动内置发热器12，在内置发热器12开启后，其热量通过导热块11传递给热敏电阻2和导热壳体4，因为导热壳体4被药液包围，故传递到其上的热量很快即被药液吸收，因为沸腾后的液体温度不会再升高，故该部分被吸收的热量多数用于形成水蒸气，所以在这个阶段，导热壳体4和导热块11顶部接触部分的温度并不会明显升高，在一段时间后，上述热量交换过程趋于平衡，热敏电阻2的阻值在单位时间内变化量小于第三预设值R₃₀并趋近于零，此时认为上述热交换的达到平衡状态，以上第三预设值R30为在液体处于较高温度时表征热敏电阻2的阻值趋于稳定的一个参考值，其具体数值可由试验进行标定并将其存储在控制单元中。

323)间隙性地关闭容器热源，控制单元检测并记录热敏电阻2的阻值，当热敏电阻阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R₃₀时，记录热敏电阻2的阻值R₄，当R₃和R₄的阻值差︱R₃-R₄︱大于第四预设值R₄₀时，控制单元输出提示信号并停止对液体的加热，否则返回到步骤(322)。

上一步骤的检测获得了传感器整体浸入沸腾的液体内时热敏电阻2的阻值，为监测热敏电阻2的阻值提供了比较标准，本步骤中，开始时候液位传感器还处于整体浸没于液体中的状态，还需要继续加热进行蒸煮，不过随着加热过程的继续进行，中药煲内的液面不断下降，该过程中控制单元对热敏电阻2的阻值进行间歇性检测，在检测过程中为了减少液面波动对检测结果造成影响，检测过程中都将发热盘5加以关闭，与步骤(32)类似地，当启动内置发热器12后，其产生的热量对导热块11和导热壳体4进行加热，当导热壳体4的顶部露出液面一定高度后，由于导热壳体4的周围没有液体可以带走其热量，故内置发热器12通过导热块3使该位置形成局部干烧，使该部分的温度急剧上升，从而使与其紧密接触的导热块11顶部温度升高，该温度进一步影响到热敏电阻2，使得热敏电阻2的阻值明显下降，则︱R₃-R₄︱的值也急剧增加，当上述电阻值差大于第四预设值R₄₀后，认为此时液面已经低于液位传感器，从而发出提示信号，上述第四预设值R₄₀用于表征R₃和R₄之间的阻值发生明显变化的参考值，具体数量也需要根据实验事先测得并存储于控制单元内。

基于上述步骤（31）和（32）中控制单元通过热敏传感器对液位的探测，参见图4，本发明所述的液位传感器也可设置于未带加热元件的容器6中用于对液位进行探测，其方法和步骤（31）和（32）相同，在实践中，可以对普通储水容器6的液位进行检测，如在水缸进行加水过程中，控制单元可以根据热敏电阻2传出信号的不同来控制是否继续加水。

应该理解，除发热模块1的结构外，本实施例所公开的液位传感器的整体结构和工作原理也适用于本说明书中的其他实施例。

实施例二

参见图5，为了让热敏电阻2尽可能多地随导热壳体4顶部温度的变化而变化，应尽可能减少导热块与导热壳体4内侧壁的接触面积，本实施例在导热块11’的棱上设置有不连续的凸点，使导热块11’的外侧壁和导热壳体4的内侧壁实现点接触，从而在热量传递过程中，由于导热块11’与导热壳体4侧边的接触面积减少，热量更多地通过导热块11’顶部位置与导热壳体4进行传递，从而使得热敏电阻2对导热壳体4顶部的感应更加敏感，增加了整个检测的灵敏度。

实施例三

参见图6，作为另一个实施例，本例公开导热块的的另一种变形例11”’，该变形例在实施例二的基础上将变形块11’的弧状凸点更改为类三角形凸点，在保证了导热块11”’的支撑强度的同时进一步减少了导热块11”’的整体用料。

实施例四

参见图7，作为又一个实施例，本例公开导热块的另一种变形例11”’，该实施例在实施例1所述导热块11的两个相对面上开有凹槽，使本变形例中导热块11”’的棱与导热壳体4的内侧壁实现不连续的线接触，在保证导热块11”’有足够强度的前提下减少了其棱与导热壳体4的接触面积，增加了液位传感器检测的灵敏度。

实施例五

参见图8和图9，本实施例公开导热块11的另一个变形例，在本例中，导热块11””为大致圆柱状，其侧面开有竖形凹槽，用于间隔这些凹槽的侧壁与导热壳体4的内侧壁实现部分面接触，在保证导热块11””有足够强度的前提下减少了其与导热壳体4的接触面积，增加了液位传感器检测的灵敏度。

实施例六

参见图10和图11，与实施例一～实施例五相比，本实施例所公开的液位传感器，其发热模块1只有集成式发热器12’一个整体，所述集成式发热器12’一端抵接于导热壳体4的顶端，两者之间设置有感温元件，所述感温元件为热敏电阻2，集成式发热器12’在充电后，其温度变化改变引起导热壳体4的温度变化，由于热敏电阻2设置集成式发热器12’和导热壳体4顶部内侧之间，也可实现对发热模块1和散热壳体4的温度探测，其对液位的检测方法与实施例一所中所述的方法一致。

应该理解，本发明并不局限于上述具体实施例，凡是熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种液位传感器的液位检测方法，其特征在于，

所述液位传感器包括一端开口的半封闭导热壳体和设置于导热壳体内的发热模块，所述发热模块与导热壳体的顶部抵接，所述导热壳体内部还设置有用于检测发热模块靠近导热壳体顶部一侧温度的感温元件，与发热模块和感温元件连接设置有控制单元；

所述液位检测方法包括以下步骤得到：

1)将液位传感器安装在用于容纳并加热液体的容器内；

2)在容器内加入液体；

3)启动发热模块，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第一预设值R₁₀时，记录感温元件的阻值R₁并按如下规则判断容器内液位高低：

31）如R1小于第二预设值R₂₀，说明容器内液位低于设定液位H，执行以下操作：

311)控制单元关闭发热模块并输出提示信号；

32)如R1大于R₂₀，说明容器内液位高于设定液位H，执行以下步骤：

321)控制单元关闭发热模块并启动容器热源加热液体至沸腾；

322)启动发热模块，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R₃₀时，记录感温元件的阻值R₃；

323)间隙性地关闭容器热源，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R₃₀时，记录感温元件的阻值R₄，当R₃和R₄的阻值差︱R₃‐R₄︱大于第四预设值R₄₀时，控制单元输出提示信号并停止对液体的加热，否则返回到步骤(322)。

2.如权利要求1所述的液位检测方法，其特征在于，步骤（1）中，所述液位传感器安装于容器的底部。

3.如权利要求2所述的液位检测方法，其特征在于，步骤（1）中，所述液位传感器通过螺钉和压片与容器底部连接，所述液位传感器与容器底部接触处设置有密封圈。

4.如权利要求1所述的液位检测方法，其特征在于，步骤（1）中，所述容器在底部位置设置有用于加热液体的发热盘。

5.如权利要求4所述的液位检测方法，其特征在于，步骤（1）中，所述液位传感器安装于发热盘上。

6.如权利要求5所述的液位检测方法，其特征在于，步骤（1）中，所述液位传感器通过螺钉和压片与发热盘连接，所述液位传感器与发热盘接触处设置有密封圈。

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