CN105538913A - 用于测量槽中的水位的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于连续测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽(10)中的墨水的水位的装置，包括：-第一电极对(24,26)和用于串联连接该电极对的装置，其用于测量在所述槽中的墨水的第一预定高度的阻抗，-第二电极对(16,18)和用于串联连接该第二电极对的装置，其用于测量在所述槽中的墨水的第二高度的阻抗，该第二高度被包括在所述第一高度和最大水位之间；-用于根据独立于墨水导电性而测量的2个阻抗的电阻分量来计算所述第二高度的装置。

Description

用于测量槽中的水位的装置

技术领域

本发明涉及连续喷墨(CIJ)打印机领域。本发明还涉及用于测量导电液体、尤其是这种打印机的槽中的墨水的水位的装置和方法

背景技术

连续喷墨(CIJ)打印机在工业法和标记多种产品、例如高速地对条形码、食品上的有效期，或者甚至在线缆上或直接在生产线的管道上的参考标记或距离标志进行标记的领域中是众所周知的。这种类型的打印机还在一些装饰领域中被发现，在其中，图形化打印可能性技术被使用。

这些打印机具有如在图1中显示的几种标准配件。

首先，大体上偏置于打印机本体3的打印机头1由柔性脐带2连接至打印机3的本体，其中，柔性脐带2使所需通过给予其柔韧性来操作所述头的液压连接和电连接相结合，这便利于在生产线上的集成。

打印机本体3的(也被称为控制台或橱柜)通常包括三个配件：

在控制台底部处的墨水电路(区域4’)，其一方面能够以平稳压力将适合品质的墨水提供至头，并且另一方面，墨水喷射并非用于待被处理的打印；

位于控制台的顶部处(区域5’)的控制器，其能够管理能够使墨水电路和头的不同功能被激活的动作序列和执行过程，

界面6，其赋予操作者实施打印机并且被通知关于其操作的方式。

换句话说，橱柜包括2个配件：在顶部部分处，电子设备和电力供应以及操作者界面，以及在底部处，在压力条件下向头和槽提供具有额定品质的墨水以用于恢复未被头使用的墨水的墨水电路。

图2示意性地呈现CIJ打印机的打印机头1。其包括滴液生成器60，该滴液生成器60被供有由墨水电路压缩的电性导电墨水。

这个生成器能够通过被称为喷嘴的小尺寸端口发出至少一个连续喷射。在位于喷嘴出口的上游的周期性激励系统(未示出)的作用下，该喷射被转化为具有等同尺寸的规则连续的滴液，当滴液7并不用于打印时，它们被指引至沟槽62，其中，沟槽62使它们恢复以便使未使用的墨水再循环并且将它们带回到墨水电路中。沿喷射放置的装置(充电以及偏置电极)61通过命令能够使滴液被电性地充电并且在电场Ed中被偏置。因此，它们偏离于来自于滴液生成器的、它们自然的喷射轨迹。用于打印的滴液9避免吸气剂并且将被沉积在待被打印的介质8上。

这个描述可以被施加到所谓的连续喷墨(CIJ)打印机的二元或多偏置连续喷射版本。二元的CIJ打印机装备有头和具有多个喷嘴的下降生成器，喷嘴的每个滴液可以仅被定向为2个轨迹：打印和恢复。在多偏置连续喷射打印机中，单个喷嘴(或者一些分隔开的喷嘴)的每个滴液可以被偏置为对应于与滴液彼此不同的充电命令的多种轨迹，从而使这个区域的扫摆能够沿为偏置方向的方向进行印刷，待被印刷的区域的其他扫摆方向由相对移位打印机头和待被打印的介质8来覆盖。大体上，元件被设置以使得这两个方向本质上是正交的。

一方面，连续喷墨打印机的墨水电路能够使在可控压力条件下的墨水以及可能的溶剂被提供至头1的下降生成器，并且在另一方面，低压被创建以恢复未使用的液体用于打印并且其随后从头回来。

其还能够使消费品(从贮液器递送的墨水和溶剂)被管理并且使墨水品质(粘性/浓度)被控制和保持。

最终，其他功能涉及用户舒适度和一些维护操作的自动接管以确保恒定的操作而不考虑使用条件。在这些功能中，存在头(滴液生成器、喷嘴、吸气剂)的溶剂清洗、预防性地维护头、例如替换具有限定寿命的组件、尤其是过滤器和/或泵。

这些不同的功能具有不同的目的以及技术需要。它们通过更加复杂的打印机控制器被激活并且被成序列，并且功能的数量和复杂度是更大的。

大体上，能够投射墨水的已知喷墨打印机的墨水电路保留昂贵的元件，这是因为多个液压元件来实施。

因此，在CIJ类型打印中以更少的成本利用减少数量的组件来完成墨水电路的所有功能或部分功能的问题出现了，同时确保最小化的可靠性或者在任意情形下确保由用户期望的可靠性、尤其是涉及贯穿消耗的墨水同质性。因此尝试尽可能简单地实施组件、尤其是用于诸如槽中的水位测量的功能，控制以及维护墨水质量。后者可以根据墨水粘性和/或浓度来限定。

关于水位传感器，(然而)离散地测量一个或多个水位的传感器是公知的。可以基于电容测量或光学测量、或者利用相对于阈值被触发的浮筒来操作这种传感器类型。这种类型的装置仅能够使单一水位或几个离散水位被指示出：满的、空的、低的、中间的。

例如，已知的传感器实施水位杆，所述水位杆指示出在杆之间的电流的存在或不存在，其中，所述电流涉及墨水水位。由于不尝试测量这个电流的值，因此它们独立于导电率。

文献EP0784784描述了这样一种离散传感器

文献WO2011/076810描述了一种连续传感器，然而其是复杂且昂贵的。

允许用于连续测量的系统取决于测量介质。因此，要么这个介质务必被驱动或要么变化务必被测量以提供必要的矫正。由电阻式传感器产生的信号取决于墨水导电率，电容式传感器的信号取决于电容；压力传感器可以对密度和大气压力是敏感的。对于声敏传感器而言，信号水平将取决于在所测量的介质中的传播速度。

因此，寻找新的连续类型传感器的问题出现了，其中，该传感器提供的测量数据独立于测量介质并且尤其独立于其水位被测量的液体的导电率。

优选地，这种传感器易于实施并且是廉价的。

发明内容

本发明首先涉及用于连续地测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽中的水位的装置，包括：

-第一装置，用于测量在所述槽中的第一预定液体高度的阻抗；

-第二装置，用于测量在所述槽中的相同液体的、尤其是在所述第一高度之上的任何第二高度的阻抗；

-用于根据或者基于所述2个测量的阻抗优选所述阻抗的电阻分量来估计或者计算所述第二高度的装置。

所述第一装置可以包括第一杆对或者第一电极对和用于串联连接该电极对的装置，所述装置用于测量在所述槽中的墨水的第一预定高度的阻抗。

所述第二装置可以包括第二杆对或者第二电极对和用于串联连接该第二电极对的装置，所述装置用于测量在所述槽中的墨水的第二高度的阻抗，该第二高度被包括在所述第一高度和最大水位之间。

根据本发明的装置独立于液体的导电性而允许连续的且线性的测量。这能够针对每个液体或者每个墨水或者甚至每个打印机避免特定校正。

例如多路装置类型的装置可以被提供以允许使用所述第一装置或者所述第一电极对或者所述第二装置或者所述第二电极对交替测量。根据一个实施例，用于测量在所述槽中的第一预定液体高度的阻抗的第一装置包括两个测量杆或者电极，其旨在并行地安装在所述槽中，每一个包括导电材料的测量端，用于测量与第一预定液体高度对应的并且针对高于第一高度的任何第二高度保持恒定的阻抗。

用于测量在所述槽中的任何第二液体高度的阻抗的第二装置可以包括两个测量杆或者电极，其每一个为导电材料，旨在并行安装在槽中，用于测量与第二液体高度对应的阻抗。

优选地，旨在浸入的测量杆或者电极中的每一个的所述端：

-关于所述第一装置(或者第一电极对)的所述电极或者杆的端偏移了高于或者等于第一预定高度的数值，或者

-沿着高于或者等于所述第一高度的长度覆盖有绝缘涂层或者绝缘套筒。

用于馈送第一阻抗测量装置的测量杆或者第一电极对的装置和/或第二阻抗测量装置的测量杆或者第二电极对的装置可以被设置以用于供应具有零平均值的AC电信号。

优选地，馈送装置供应电流，该电流的频率处于1kHz和1MHz之间。

测量电极或者杆中的每一个的一端可以是自由的。因此，在测试时，它旨在与测量其高度的液体接触。

根据有利替换物，装置允许该端的机械保持。

用于测量第一液体高度的阻抗的两个杆或者电极可以具有与第二液体高度的两个阻抗测量杆或者电极的那个不同或者相同的几何结构例如形状和/或两个杆或者电极之间的间隙距离。

用于连续地测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽中的流体的水位的系统包括：如上所述的装置和用于计算或者估计所述槽中的流体高度的装置。

它还可以包括：存储用于计算流体的高度的至少一个参数和/或用于校正考虑槽的壁的存在和/或电极的端的配置而计算的高度(而不管所述电极的端是否是自由)的一个或者多个数据的装置。

根据本发明的另一个方面，用于连续喷墨(CIJ)打印机的墨水槽包括：

-至少一个壁，

-用于将墨水引入所述槽的装置以及用于从所述槽排放墨水的装置，

-根据前述权利要求中任一项所述的连续水位测量装置或系统。

该壁可以电气导电；在这种情况下，装置被提供使得电绝缘槽，例如，它可以通过关于由系统测量的或者待测量的阻抗的非常高阻抗(在所述非常高阻抗和测量的或者待测量的阻抗之间的至少10的比)连接到大地。

可替换地，所述壁可以电气绝缘。

这种槽还可以包括：用于在离所述壁的最小距离处保持第一阻抗测量装置或者第一电极对、以及第二阻抗测量装置、第二电极对的装置，所述最小距离至少等于杆或者电极之间的间隙。

本发明还涉及连续喷墨打印机，包括：

-墨水电路，包括如上所述的槽，

-打印机头，

-液压连接装置，用于将待打印的墨水从槽带到打印机头并且向所述墨水电路发送从打印机头恢复的墨水，

-用于电气馈送所述打印机头的电气连接装置。

本发明的一个目的也在于提供一种用于测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽中的水位的方法，实现如上所述的装置或者系统。

本发明的一个目的也在于提供一种用于测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽中的水位的方法，包括：

-测量所述槽中的第一预定液体高度的阻抗；

-测量所述槽中的相同液体的任何第二高度的阻抗；

-基于2个测量的阻抗尤其是基于它们电阻分量来计算或者估计所述第二高度。

测量第一液体高度的阻抗可以使用串联连接的第一电极对来进行。

测量第二液体高度的阻抗可以使用串联连接的第二电极对来进行。

这种方法允许独立于液体的导电性而进行连续的且线性的测量。

在这种方法中：

-用于测量所述槽中的第一预定液体高度的阻抗的第一装置可以包括：在所述槽中彼此并行安装的两个测量杆或者电极，每个测量杆或者电极包括导电材料的测量端，用于测量与第一预定液体高度对应的并且针对高于第一高度的任何第二高度保持恒定的阻抗；

-用于测量在所述槽中的任何第二液体高度的阻抗的第二装置可以包括：在所述槽中并行安装的两个测量杆，每个杆由导电材料制成，所述测量杆用于测量与第二液体高度对应的阻抗。

根据一个实施例，测量杆或者电极被进一步电气馈送有具有零平均值的AC电信号。

测量杆或者电极可以电气馈送有电流，该电流的频率处于1kHz和1MHz之间。

优选地，使用保持装置保持杆或者电极的端。

进一步优选地，在离所述槽的壁的一个距离处保持杆或者电极，所述距离至少等于杆或者电极之间的间隙。

在根据本发明的方法和装置中，保持杆或者电极和所述槽的壁之间的距离高于所述杆或者电极之间的间隙。杆或者电极例如被布置为正方形。

计算出的或者估计出的高度的校正可以被执行，以考虑槽的壁的存在和/或电极的端的配置，而不管所述电极的端是否是自由的。

本发明也涉及计算机程序，其包括实施尤其是如上所述的根据本发明的方法的指令。

本发明也涉及数据介质，其可以由计算系统读取，包括以编码形式实施尤其是如上所述的根据本发明的方法的数据。

本发明也涉及软件产品，其可以由计算系统读取的、包括允许实施尤其是如上所述的根据本发明的程序数据介质装置。

附图说明

图1表示已知打印机结构，

图2表示CIJ类型打印机的打印机头的已知结构，

图3A和图3C表示根据本发明的传感器的实施例，

图3B表示根据本发明的传感器的2个电极的走线示意图，

图4A和图4B表示使用根据本发明的传感器进行的测试结果，

图5表示使用根据本发明的传感器获得的灵敏度曲线，

图6A和图6B表示根据本发明的具有用于保持电极的环的传感器的另一个结构的实施例，

图7A和图7B表示根据本发明的具有用于保持电极的环的传感器完成的测试结果，

图8A-图8C表示具有自由端(图8A)的、或者具有端保持装置(图8B)的或者进一步具有分离器(图8C)的电极的各种配置，

图9表示使用具有图8A-图8C中表示的类型的各种电极配置的根据本发明的传感器完成的测试结果，

图10示意性地表示电极结构，

图11A-图11C表示在具有测量杆的并行壁的情况下的测试和测试结果，

图12A-图12C表示在与测试杆垂直的壁的情况下的测试和测试结果，

图13A-图13B表示用于评估壁对水位测量的影响的测试和测试结果，

图14A-图14D表示用于评估圆锥形壁对水位测试的影响的测试和测试结果，

图15表示用于评估杆的几何结构对水位测试的影响的测试结果，

图16示意性地表示包括墨水电路、控制器和用户接口装置的组合件。

具体实施方式

在图3A中示出了根据本发明的测量装置的示例。

这里，该测量装置被设置在槽10中。

该测量装置包括2个导电杆或者电极16,18和2个参考杆或者电极20,22。

优选地，参考电极彼此相同和/或测量电极彼此相同。

参考杆或者电极中的每一个在其长度的大部分上覆盖有绝缘体或者电绝缘材料的套筒24,26或者涂层，这仅允许具有长度I_R的对应电极的端部(有效部分)投射。因此，它能够使用深度I_R+p测量或者检测液面(或者第一高度)或者与这种液面对应的信号，p为参考电极的自由端和槽2的底部之间的距离。

长度I_R优选由以下折衷确定：它被选择为足够大以实现很好准确性并且足够低以限制未测量的容量尺寸。

I_R优选至少等于直径(针对于具有圆形横截面的电极)的2倍或者电极(不包括涂层24，26)的横截面的2倍，以限制非直接场线(即与电极未垂直的那些，如图8A-图8B所示)的范围。

进一步优选，I_R等于电极的直径的5倍或者横截面的5倍。

I_R可以被包括在上面指出的数值中的一个和测量电极的高度的25％(或者10％)之间。

测量杆16,18中的每一个包括电极，其依次未覆盖有绝缘体或者电绝缘材料的套筒，至少其一部分被包括在电极的自由端(旨在离槽的底部最接近)和期望待测量的最大高度h_max之间。不同电极为导电材料例如不锈钢。通常，根据本发明的装置能够使用电极16,18来测量在由第一高度限定的最小高度和最大水位之间包括的第二液体高度，最小水位和最大高度之间的幅度为第一高度的至少4倍到10倍。所述液体的第二高度可以位于槽的下半部分。因此可以测量或者检测在所述最小水位之上的、在所述槽的下半部分中定位的水位。

成对电极由发生器装置或者电流或电压发生器30馈送电流。使用串联连接所述电极的电路串联来电布置每对电极。优选，供应的电流为AC电流，具有零均值以避免任何电解。电流频率既不是太低(再次地，为了避免任何电解)也不是太高(为了避免电极之间的任何电容耦合位移电流)。例如，电流频率位于10kHz和50kHz之间，并且它例如等于15kHz或者20kHz或者30kHz。

为了更准确研究这些现象，考虑2个电极16,18部分浸在槽10中的图3B中呈现的走线图。

该系统的电阻抗包括几项：实数(电阻)分量和虚数(电容器或者自身)分量。项“自身”在本文中不具有任何物理意义并且可以忽略。另一方面，电极之间的电容耦合可以生成相对于导电项的不可忽略位移电流，例如如果测量信号的频率太高的话。

通过采取图3B的符号，2个部分浸入的圆柱形电极之间的阻抗被写为：

–在液体中：

$Cl=\frac{{\mathrm{\π\ϵ}}_o{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\γ}}hl}{Log(D/2r)}$

在空气中：

$Ca=\frac{{\mathrm{\π\ϵ}}_{o}ha}{Log(D/2r)}$

总电容C因此为：

C＝Ca+Cl

总电容为并联的两个电容器的总和。它看上去：在当槽充满墨水和具有强介电常数的液体时，该寄生电容被增强且不利的。对于水，相对介电常数为80，而它仅为溶剂例如酒精、MEK等中的几个单位。

如果电容阻抗相对于电极之间的电阻抗而保持低，则电容耦合忽略不计。在电极之间流动的电流为低的(优选小于1安培)，例如在10μA和10mA之间，静电场线与电流(动电)线一致；用于确定电阻和电容之间的几何耦合因子相同并且因此通过进行乘积RC(Zr＝Zc)来简化。

电容耦合阻抗被写为：

$Zc=\frac{1}{j\mathrm{\ω}Cl}$

电阻阻抗被写为：

$Zr=Ra=\frac{1}{\mathrm{\σ}}\frac{Log(D/2r)}{ha}$

阻抗相等的频率因此被写为：

$f=\frac{\mathrm{\σ}}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_o{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\γ}}}$

墨水导电性σ被获得等于1000μS/cm，真空介电常数εo等于8.810^-12F/m，并且水相对介电常数εr等于80。

对于基于水的墨水的填充槽而言，数值应用给出22MHz的截止频率。实际上，将获得小于10Mhz或者甚至1MHz或者甚至100kHz的工作频率。

另一方面，在电极和导电液体之间的界面处，电流流动由根据界面电势而中继的两个机构来保证。如果在界面处的电势下降保持小于1伏特，则流动的电流为通过电气双层的位移电流。如果界面电势通常超过1伏特，则电流流动由导致液体的电解的电子交换来保证。电极附近的化学种类的扩散管理电流界面处的电流密度。

对于提供规定自由的未取决于溶剂中的化学种类的测量而言，电极界面处的电流被写为：

i＝C_dbV_dbf

其中，C_db为双层电容：

$C_{db}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{o}2\mathrm{\π}rhl}{e}$

E＝在原子尺寸上限定的界面厚度。作为第一近似值，假设并且其中，V_db为双层电势＝1V。

在电极之间流动的电流i由欧姆定律来确定：

U＝Ri

其中，U为电极的偏置电压，并且R为电极之间的电阻：

$R=\frac{1}{\mathrm{\σ}}\frac{Log(D/2r)}{hl}$

未触发电解机构的最小频率可以被确定：

$\begin{array}{cc}f=\frac{U}{{\mathrm{RC}}_{db}{V}_{db}}=>& f=\frac{U}{V_{db}}\frac{\mathrm{\σ}e}{2{\mathrm{\πr\ϵ}}_{o}Log(D/2r)}\end{array}$

其中U＝5伏特-V_db＝1伏特并且D＝20mm-2r＝2mm。

数值应用给出390Hz的最小工作频率。实际中，可以因此考虑500Hz或者甚至1kHz的最小频率。

鉴于上面的结果，可以得到小于10MHz或者甚至1MH或者100kHz且大于500Hz或者1kHz的频率。

装置32例如电压检测器能够测量在测量杆之间的电压V_M。例如，这些装置32包括电阻器，其能够使电压测量进行测量强度并且在电路中限制电流。

优选地，能够完成测量的这些装置执行关于峰值的采样并且然后放大。

装置34例如多路复用装置典型地在电子产品中使用的复用器可以被提供以交替执行两个测量杆的端处的测量和在两个参考杆的端处的测量。因此，没有进行测量的端处的对被完全断开并且不具有对在其它对的端处进行的测量的影响，并且避免电极对的任何耦合效果。在该配置中，相同电压测量装置32可以用于测量两个测量杆之间的电压V_R并且用于两个参考杆之间的电压V_R。

例如，测量使用两个测量杆在100ms内执行并且然后使用两个参考杆在100ms内执行。使用两个测量杆的测量持续时间与随后使用参考杆的测量持续时间可以相同或者不同，例如，使用两个测量杆的测量时间和使用两个参考杆的测量时间的比可以处于5和10之间。

从电压测量V_M和V_R可以分别推导阻抗、测量阻抗R_M(或者其电阻分量)和参考阻抗R_R(或者其电阻分量)。

随后，R_R/R_M被计算以由下面的公式从其推导液体高度的水位h_M：

h_M＝K.(R_R/R_M)-K₀

因此，R_R/R_M(电阻分量的比)优选被计算以从其推导墨水水位。该公式与液体导电性无关(如将在本文中下面所看到)，其由实验测量值来确认。意外地，要注意到，每毫米墨水的参考电阻与每毫米墨水的测量电阻不同。(该差异可能来自非直接场线(即与电极未垂直的那些，如图8A-图8B所示)，其针对参考电阻和测量电路是不同的，由于电极的底部的结构差异)。

参考电极一旦完全浸入就可以执行正确测量(这是图3A的情况)并且/或者关于槽的底部的距离p’的测量电极等于由与参考电极的有效部分对应的长度增加的p(这也是图3A的情况)。这之前条件导致p’≥p+I_R；p’优选等于或者靠近p+I_R。可替换地，如图3C所示，测量电极的末端可以由具有等于或者大于参考电极的有效部分I_R的长度的绝缘涂层或者绝缘套筒16’,18’保护(图3C的其它元件与图3A的那些相同)。根据一个实施例，绝缘套筒16’,18’的上部与电极24,26的套筒的下部基本上对应。

在相反情况中，只要参考电极的末端(超过距离I_R)未完全浸入，公式h_M＝K.(R_R/R_M)-K₀在槽的底部就未有效(在这种情况下，测量阻抗和参考阻抗相等，其给出了恒定hm数值)。但是，一旦完全浸入参考电极，就可以应用上面公式，系数K₀和K₁在实验上确定。

电子装置可以例如在打印机控制器中编程，以基于R_R和R_M数值来计算h_M。测量数据从墨水槽传输到控制器，其然后执行数据处理且计算墨水或者液体水位。

如果因此计算的墨水水位小于预定阈值水位，则控制器可以触发槽填充操作。包括例如泵37的液压电路可以用于填充来自瓶子或容器41的槽。泵39可以用于将液体从槽转移到容器。

完成了测试测量。

实施的装置使用下面特定数据而非常靠近在图3A中呈现的那些：

–槽的容积10:1l，

–与自由端相对的电极末端由支持件35例如塑料部件(由图3A中的虚线表示)保持，并且4个电极被设置在具有20mm边长的正方形的顶点处，

-参考杆24,26中的每一个的电极在其长度的大部分上覆盖有涂层或者套筒24,26，这仅允许长度I_R＝10mm在其末端投射。

–槽的底部和电极中的每一个的自由端之间的距离p为20mm。

侧尺(在附图中未表示)被安装到槽10的侧面以用于测量液体高度。归因于2个泵37,39，测试液体可以从瓶子41移注到槽10或者反之亦然。

检查并且校准阻抗的测量链。对杆进行支持的部件被设置以使用5mm的液体高度来获得两对杆的相同阻抗。

使用这种装置来实行阻抗测量。它们存在于读出2对杆的阻抗以用于5mm步数的液体高度。使用基于水和盐的液体实行它们，具有4个不同导电性，从410μS变化到1660μS:410μS,765μS,1230μS,1660μS。

使用基于MEK的纯墨水，并且随后使用分别被稀释为导电性1110μS和260μS的相同墨水，来完成2个其它串联测量。

图4A(基于水和盐的液体)和图4B(基于MEK的墨水)的曲线图表示参考阻抗(RR)和测量阻抗(RM)之间的RR/RM比作为液体高度的函数。

所有读出示出在不同导电性处的曲线彼此重叠且是线性的。

通常，根据本发明完成的测量与导电性无关。

在以相同高度调整测量杆和参考杆(距离p针对两对电极而言相同)的配置中，液体(墨水)高度由下面关系给出：

–基于水：

H＝((RR/RM)*(1/0.0572))-(0.6938/0.0572)

H＝17.48(RR/RM)-12.1

–基于MEK：

H＝((RR/RM)*(1/0.0572))-(0.4987/0.0572)

H＝17.48(RR/RM)-8.7

仅区别在于曲线的原始偏移，其由电极和槽壁上的液体的不同行为解释。更具体地，液体的表面张力针对两个墨水是不相同的，这导致不同弯月面。

通常，可以使用根据本发明的装置和方法来测量具有任何导电性50μS到20kμS的墨水的水位。所有更有趣的是导电性可以根据温度激烈变化。针对50℃大小，导电性可以乘以2或者3因子。因为他们对导电性的阻抗，因此，根据本发明完成的测量由温度变化不或者几乎不改变。

因此，根据本发明的测量方法和装置可利用用于测量槽尤其是连续喷墨打印机中的导电液体水位尤其是墨水或者溶剂(如果它是导电的)。

图5能够示出传感器的灵敏度是什么及系统允许测量的高度变化。表示的曲线为ΔH＝f(h)的那些，即针对每个导电性，灵敏度随着时间的变化作为所测量的高度的函数。表示的曲线涉及：

–针对曲线I-IV：分别地，410μS(曲线I)；765μS(曲线II)；1660μS(曲线III)的导电性的基于水和盐的液体；

–针对曲线V-VI：基于MEK的纯墨水(260μS(曲线IV))，然后在1110μS(曲线V)处稀释。

注意到，测量灵敏度随着液体高度降低而且也随着液体导电性降低。注意的变化可以使用具有更好性能的测量装置进一步降低。

总之，灵敏度小于1/10mm或者3/10mm。再次地，使用具有更好性能的测量装置可以甚至更好。

在图6A和图6B中表示另一个实施例。与之前实施例的不同在于存在用于以集成方式保持杆的末端或者电极的装置50。这些装置50(也称为保持器)能够增强组合件的机械稳定性并且保持电极之间的间隙。因此，这些装置50有助于测量稳定性。

在图6A和图6B的实施例中，这些装置表现为环52的形式，环52围绕十字，该十字由环的2个直径54,56或者四个分支(辐条)54₁,54₂,56₁,56₂组成。十字的分支中的每一个上的端口54₃,54₄,56₃(在分支56₂上的一个是不可见的)能够容纳测量电极或者参考电极的末端。

在图6B中，可以看见具有用于保持末端的装置50的电极的组合件。也可以看见在另一端保持他们的支持件35。

使用该传感器实行阻抗测量，电极设置有装置50，系统的剩余具有图3A的那个的所有特征。这些测量存在于读出在每5mm的2对杆上的阻抗。使用从410μS变化到1660μS的上面相同4个导电性来在基于水和盐的液体上实行它们。

2个其它串联的测量使用基于MEK的纯墨水来实行，并且相同墨水分别稀释为1110μS和260μS。

图7A(基于MEK的液体)和图7B(基于水和盐的墨水)的曲线图表示参考阻抗(RR)或其阻抗部分或者分量和测量阻抗(RM)或其阻抗部分或者组分之间的RR/RM比以作为液体高度的函数。

再次地，读出示出在不同导电性(图7A:260μS和1110μS；图7B:410μS,765μS,1230μS以及1660μS)处的曲线彼此重叠且是线性的。因此，测量原理可利用于测量槽中的导电液体的水位。

在测量杆和参考杆被调整到相同高度(针对两对电极而言相同距离p)的配置中，液体(墨水)高度由下面关系给出：

–基于水：

H＝((RR/RM)*(1/0.0661))-(0.3464/0.0661)

H＝15.12(RR/RM)-5.24

–基于MEK：

H＝((RR/RM)*(1/0.0662))-(0.2248/0.0662)

H＝15.10(RR/RM)-3.39

唯一区别为曲线的原始偏移，其由电极和槽壁上的不同行为(由于针对相同液体不是相同的表面张力，如上面已经解释的)解释。

看到，针对给定配置(图3A的那个或者图6A和图6B的那个)，比例系数相同的，在图3A的情况下基本上靠近17.5，在图6A和图6B的情况下基本上靠近15.1。

比例系数反映了场线分布上的界限(电极末端，其可以被遮蔽或者不被遮蔽)处的条件的影响，如图8A-8C的方案中所示。

在图8A中，表示了系统的其末端是自由的两个参考电极24,26和对应的场线。

在图8B中，在其中它们的末端由保持部件50保持的情况下表示这些参考电极24,26。

在图8C中，表示了其末端在由套筒24,26的底部限定的区域中被嵌入在无限平板(分离器60)中的这些两个相同参考电极24,26；该分离器60避免场线通过上面而分流旁路。因此，保持这些线与电极的导体垂直。

使用这些3个传感器实现阻抗测量，系统的剩余具有图3A的那个的所有特征。这些测量存在于读出在每5mm步数的具有液体水位2对杆上的阻抗。使用1230μS导电性来在基于水和盐的液体上实行它们。

图9的曲线图表示参考阻抗(RR)与测量阻抗(RM)的RR/RM比作为液体高度的函数(曲线I：图8A的配置，自由端；曲线II：图8B的配置，半自由端；曲线III：图8C的配置，遮蔽端)。液体高度由下面的关系给出：

具有自由端的杆(图8A)：H＝((RR/RM)*17.2)+10.4

具有半自由端的杆(图8B)：H＝((RR/RM)*15.2)+5.4

具有遮蔽端的杆(图8C)：H＝((RR/RM)*12.2)+3.6

注意到，比例系数根据配置变化；它反映场线分布上的边界处的条件的影响。

通常，根据配置的与比例系数有关的数据和根据墨水的与原始偏差有关的数据可以被存储且在利用测量时使用。

可以通过考虑在d＝20mm的距离处的电极来建模获得的结果，每个电极例如为图10中所述，包含具有半径R的圆柱体，其在其下端处以半径R的半球终止。更准确地，下面定律的有效性能够被示出：

h_M＝(h_R+B)R_R/R_M–α.B

其中，B＝2R(Ln(d/R)/(1-(R/d)²))

B为不取决于几何结构且建模边缘效果的常数；当装置使这些边缘效果下降时，使用0和1之间的因子α来修改B的数值，以考虑该几何结构修改；α＝0，不存在边缘效果，α＝1用于大墨水容量中浸入或者插入的圆形和自由电极端。

能够将前述图的结果与借助于上面公式计算的数值进行比较。注意到，实验曲线具有与来自分析计算的直线靠近的外观，并且在“自由电极端(α＝1)”的情况和“遮蔽的电极端”(α＝0.1)之间还存在良好定量协定。

因此，上面给出的公式可以用于调整水位测量系统以及用于使用在打印机可用的计算装置来计算液体高度。

不管保留的实施例，根据本发明的传感器将建立在槽10中，使得每个电极位于离槽的任何壁的一定距离处，例如离槽的任何壁的至少20mm的最小距离处。装置35(用于通过旨在与液体接触的相对的其末端来保持电极(图3A))能够完成该定位。该预防能够避免壁对测量的任何影响。在相反的情况中，可以尝试通过打印机的控制装置中预先存储的校正数据来校正测量。这些校正数据可以包括至少一个系数或者存在与导电性无关的这种系数，其能够保存本发明的优势及其线性。

已经尝试了评估环境(尤其是壁的存在)对杆的影响。

如图11A所示，首先进行测量，其在于读出2个杆116,118之间的阻抗，该两个杆116,118根据每个杆与绝缘壁100之间的距离D来限定与绝缘壁100平行的平面。杆浸入在具有1230μS的导电率的液体的50mm中。所使用的杆在没有支柱(如50,60，参见图8C)的情况下处于末端以能够减少D并且与壁开始接触。结果存在于图11B中。看出：通常当杆非常靠近壁时，该壁具有对阻抗的较大影响。如图11C所示，这由大多数导线在杆的轴线的任一侧通过的该事实来解释。通过移除这些线，当壁靠近杆移动时，极大增加了阻抗。

也尝试了评估与杆垂直的壁的影响(杆限定与壁垂直的平面)。

如在图12中示出的，测量结果已经被首先作出，其包括读取彼此平行的但是设置在垂直于绝缘壁101的平面中的2个杆116、118之间的阻抗，以作为最接近壁的杆116和这个后者之间的距离D’的函数。杆被浸入到具有1230μS导电率的液体50mm。所使用的杆在端部处不具有能够减少D’并且与壁接触的支柱(比如50，60)。

结果被呈现在图12B中。

看到的是，通常当杆非常靠近壁时，壁对阻抗具有影响。这由以下事实来解释，如在图12C中示出的，一部分导电线在杆的后面通过。看到的是，影响在以前的情形中是较小的，因为导电路径更长并且因此对总阻抗具有较低的影响。

也尝试评估壁对液体水位的测量上的影响。

此处的测量结果包括将参考阻抗与测量阻抗的比引导为液体高度的函数(针对具有1230μS导电率的液体)。

如在图13A中示出的，2个测量杆116、118被放置成：

以在距壁102的距离D1处平行于壁102，这对应于50％的影响(平行位置)

并且以在距壁103的距离D2处垂直于壁103(D2实际上是在最靠近壁103的杆116与壁103之间的距离)，这对应于在垂直方向上的50％的影响。杆120、122被设置在平行于杆116、118的平面内。

参考杆120、122中的一个也处在垂直影响中，以便保持杆的正方形布置。

D1#3mm并且D2#3mm被采用。

根据由部件50(图6A)给定的几何结构，参考杆120、122相对于测量杆裸露10mm并且被降低10mm。

结果在图3B中被呈现。

注意的是，壁平行于杆的接近不质疑测量系统和大多数的其线性。另一方面，使阻抗比能够与高度连接的斜率发生变化。在我们情形中：

H＝(24.15*Ratio)–3.38。

对于相同杆且不具有壁而言，存在：

H＝(17.5*Ratio)–12

由于一些槽具有至少部分圆锥的形状，因此还尝试评估这种构造类型对液体水位的测量的影响。

测量结果这里包括将参考阻抗与测量阻抗的比引导为液体高度的函数。

如在图14A(俯视图)和14B(侧视图)中示出的，测量杆116、118被放置在具有22度角和150mm高度的截锥107中(D为椎体直径，在椎体的底部处D＝20mm，在其顶部处D＝77mm)。电极被布置为正方形并且它们的端部与椎体接触，如在图14B中看到的，这对应于极端的实施例。结果被呈现在图14C中(针对导电率为1230μS的液体)。

注意的是，椎体在第一个10毫米或15毫米上产生非线性。这种变形是微小的并且仅来自于测量杆116、118，所述测量杆116、118更受壁的接近而影响。

参考杆120、122仅影响斜率，这能够使阻抗比与高度相关。在自由介质中，17.5的系数(参见上面的关系式H＝(17.5*Ratio)–12)在椎体中转变为13.2的系数。这种减少来自于参考阻抗的增加。如在图14D中示出的，这由在边缘上(但也在边缘下)的导电线的移除来解释。在自由杆的情形下，在测量期间被读出的参考阻抗在椎体中从476欧姆转变为624欧姆。此外，相同的比被发现：(476/624)*17.5＝13.3。

通过这些测试，可以得出以下结论，即本发明的特征被保留，除椎体的底部之外(线性)。因此，优选地考虑电极和槽壁之间的最小距离(例如大约15mm)。

已经看到，在所有测试中参考阻抗是用于补偿液体导电率变化的常量。

已经尝试了解参考杆的几何结构(被理解为杆的形状以及它们相关的间隙)是否等同于那些测量杆的几何结构。2个杆之间的阻抗取决于导电率；问题是其是否以相同的方式针对具有不同形状和/或间隙距离的两对杆发生变化。以下报道的测试显示出这不是问题。

测量已经被执行，其中参考杆的几何结构不同于测量杆的几何结构：参考杆此处具有平坦表面，然而测量杆是圆柱体，并且参考杆之间的间隙不同于测量杆之间的间隙。在这些条件下，参考阻抗/测量阻抗比已经被引导出2个不同的导电率。

结果在图15中被呈现(曲线I：410μS的导电率；以及曲线II:1660μS的导电率)。

看到的是，对于2个导电率，存在着参考阻抗/测量阻抗斜率稍微不同：

H＝19.8*Ratio+3.75(曲线II)以及

H＝21*Ratio+3.52(曲线I)。

因此存在差异，但仅仅是5％的差异。

尝试优选地尝试具有2对杆上的相同几何结构以避免创建高度的测量精确度的减少。当其是可能时，等同的几何结构简化了独立于导电率的系统的设计。

上述测试显示出杆和槽壁的接近修改了将液体高度与阻抗比关联的功能。与针对垂直的壁相比，针对平行于这对杆的壁而言影响是更显著的。

如果参考杆测量导电率图像并且测量杆相对壁具有几何结构(在高度上是恒定的)，则线性系统被保持。另一方面，取决于电极和壁之间的距离，能够使高度被计算的参数可以被作出。

应该考虑的是，一旦杆-壁距离大于杆的间隙，则壁的影响变得微不足道。

最后，对于通过电阻杆的液体高度测量结果的精确性而言，为了尽可能地减少涉及几何结构和环境的误差，优选的是采用对称的杆几何结构，即电极对具有等同的几何结构：2个测量电极之间的距离与2个参考电极之间的距离是相同的，并且2个测量电极的形状与参考电极的形状是相同的。基于相同的原因，还优选的是尽可能高地采用电极和槽的壁之间的距离；优选地，被选择的杆-壁距离大于杆的间隙。

根据本发明，喷墨打印机的墨水电路可以包括具有用于测量墨水水位的设备的墨水槽。墨水电路的示例在文献WO2011/076810中被描述。

提醒的是，墨水电路主要提供以下功能：

*在压力条件下向头1的滴液生成器供应适合品质的墨水，

*恢复和再循环用于打印的未使用液体从头1的吸气剂返回，

*吸收以用于排出位于头1中的滴液生成器，

*向头1供给溶剂以用于在头维护操作期间执行的清洗。

例如包括一个或多个管道或者管子和泵的液压电路可以被用于将墨水和/或溶剂从根据本发明的槽发送到喷墨打印机的打印头(参见图1)。

包括墨水电路4和用于存储及处理测量到的数据的设备在图16中被示出，其中，墨水电路4具有带有如上所述的测量装置的槽。

墨水电路4将信息、尤其是利用根据本发明的传感器测量到的槽中的流体高度数据发送到控制器装置5。这些装置能够使打印机被驱动。用户界面6可以被提供以允许操作者与打印机的交互。

装置5可以被编程为：

-处理由根据本发明的传感器测量到的数据。具体说，涉及所述槽中的液体的第一预定高度的阻抗的数据和涉及在所述槽中的液体的第二预定高度的阻抗的数据被处理以计算或估计独立于液体导电率的测量到的2个阻抗的电阻分量，并且随后基于所述电阻分量来计算或估计第二高度；-取决于液体高度的计算结果，例如从贮液器墨水瓶(图3A)发送用于填充所述槽的指令。如果结果给出比预设阈值更低的值，则填充被自动触发。

本体或打印机控制台3(图1)主要包括墨水电路4、用于驱动打印机的控制器5以及允许与打印机交互的用户界面6。

控制器5可以例如包括微计算机或微处理器和/或一个(或多个)电子板和/或一个(或多个)电气电路或电子电路和/或机载软件，其编程提供用于驱动墨水电路4和打印头1。这个控制器能够使打印指令被传输到头和发动机以及系统的阀门被驱动以便管理电路的墨水和/或溶剂的供给以及来自于头的墨水/空气混合物的恢复。因此其编程用于这些目的。

装置5可以进一步包括用于存储流体高度计算参数的至少一种数据(例如上述的一个或多个公式)、和/或一个或多个收集数据(例如用于考虑槽壁的存在或距离)和/或电极的端的配置，而不管电极的端是否是自由的。

实施根据本发明方法的指令、尤其是如上所述的、能够可以被体现为计算机程序。

装置5可以包括用于读取数据介质的设备，所述数据介质包括被解码以实施根据本发明的方法、尤其是诸如上述方法的数据。

可选地，软件产品包括可能由计算系统5读取的程序数据介质装置，从而能够使根据本发明的方法、尤其是诸如上述方法被执行。

本发明被执行在如上述与图1和2相联系的连续喷墨打印机(CIJ)。这特别包括打印头1，其大体上偏置于打印机本体3并且通过手段(例如以柔性脐带2的形式)连接到其，其中，针对于待被操作的头，柔性脐带2使液压连接和电连接相结合。

Claims (20)

1.一种用于测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽(10)中的墨水的水位的装置：包括：

-第一电极对(24,26)和用于串联连接该第一电极对的装置，其用于测量在所述槽中的墨水的第一预定高度的阻抗，

-第二电极对(16,18)和用于串联连接该第二电极对的装置，其用于测量在所述槽中的墨水的第二高度的阻抗，该第二高度被包括在所述第一高度和最大水位之间；

-用于根据独立于墨水导电性而测量的2个阻抗的电阻分量来计算所述第二高度的装置。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：用于使用第一电极对和第二电极对来允许多路测量的装置(34)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，第一电极对(24,26)旨在并行安装在槽中，所述第一电极对中的每一个电极包括导电材料的测量端，其用于测量与第一预定液体高度对应的并且针对高于第一高度的任何第二高度保持恒定的阻抗。

4.根据权利要求3所述的装置，第二电极对(16,18)中的每一个电极为导电材料，旨在并行地安装在槽中，并且用于测量与第二液体高度对应的阻抗。

5.根据权利要求4所述的装置，旨在浸入的第二电极对中的每一个电极的端：

-关于所述第一电极对的端偏移了高于或者等于第一预定高度的数值，

-沿着高于或者等于所述第一高度的长度覆盖有绝缘涂层或者绝缘套筒。

6.根据权利要求3所述的装置，还包括下列至少一个：

-用于给第一电极对和/或第二电极对供应具有零平均值的AC电信号的装置(30)；

-用于向第一电极对和/或第二电极对供应电流的装置(30)，所述电流的频率处于1kHz和1MHz之间。

7.根据权利要求3所述的装置，还包括：用于机械地保持第一电极对的电极和/或第二电极对的电极的一个端的装置(50)，所述一个端旨在与在所述槽中待测量的液体接触。

8.根据权利要求3所述的装置，第一电极对的两个电极具有以下几何结构，其例如形状和/或两个电极之间的间隙距离与第二电极对的两个电极的那个不同或者相同。

9.用于连续地测量连续喷墨(CIJ)打印机的槽(10)中的流体的水位的系统，包括根据权利要求1或者2所述的装置以及用于计算所述槽中的流体高度的装置(5)。

10.根据前述权利要求所述的系统，还包括：装置(5)，其存储用于计算流体的高度的至少一个参数和/或用于校正考虑槽的壁的存在和/或电极的端的配置而计算的第二高度的一个或者多个数据而不管所述电极的端是否是自由的。

11.一种用于连续喷墨(CIJ)打印机的槽，包括：

-至少一个壁(10)，

-用于将墨水和/或溶剂引入所述槽的装置(37,38)以及用于从所述槽排放墨水的装置，

-根据权利要求1或2所述的连续水位测量装置或系统。

12.根据前述权利要求所述的槽：

-第一电极对(24,26)旨在并行安装在所述槽中，所述第一电极对中的每一个电极包括由导电材料制成的测量端，所述第一电极对用于测量与第一预定液体高度对应的并且针对高于第一高度的任何第二高度保持恒定的阻抗，

-第二电极对(16,18)中的每一个电极由导电材料制成，所述第二电极对的所述电极旨在并行安装在槽中，用于测量与第二液体高度对应的阻抗，

所述装置还包括：用于在离所述壁的最小距离处保持电极的装置，所述最小距离高于每个电极对中的电极之间的每个间隙。

13.一种连续喷墨打印机，包括：

-墨水电路，其包括根据权利要求11所述的槽，

-打印机头(1)，

-液压连接装置，用于从槽带来液体以被用于打印机头(1)，并且如果液体是墨水，则用于向所述墨水电路发送从打印机头(1)恢复的墨水，

-电气连接装置，用于电气馈送所述打印机头。

14.一种用于测量包括连续喷墨(CIJ)打印机的槽(10)中的墨水和/或溶剂的液体的水位的方法，包括：

-测量所述槽中的第一预定液体高度的阻抗；

-测量所述槽中的相同液体的第二高度的阻抗；该第二高度为任何高度并且被包括在所述第一高度和最大高度之间；

-根据2个测量的阻抗的电阻分量来计算所述第二高度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

-测量第一液体高度的阻抗使用串联连接的第一电极对来进行，

-测量第二液体高度的阻抗使用串联连接的第二电极对来进行。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：

-用于测量第一液体高度的阻抗的第一电极对(24,26)，旨在彼此并行地安装在所述槽中，所述第一电极对中的每一个电极包括导电材料的测量端，用于测量与第一预定液体高度对应的并且针对高于第一高度的任何第二高度保持恒定的阻抗，

-用于测量第二液体高度的阻抗的第二电极对(16,18)，其每一个为导电材料，被彼此并行地安装在槽中，用于测量与第二液体高度对应的阻抗。

17.根据权利要求15或16所述的方法，包括至少一个：

-给至少第二电极对电气馈送具有零平均值的AC电信号；

-给至少第二电极对电气馈送电流，所述电流的频率处于1kHz和1MHz之间。

18.根据权利要求15或16所述的方法，其中，使用保持装置(50)保持电极的端。

19.根据权利要求15或16所述的方法，其中，在离所述槽的壁的一个距离处保持电极，所述距离高于每个电极对中的电极之间的每个间隙，并且/或者在电极和所述槽的壁之间的距离被保持高于电极之间的间隙。

20.根据权利要求15或16所述的方法，还包括：校正考虑槽的壁的存在和/或电极的端的配置而计算的高度而不管所述电极的端是否是自由的。