CN107421606B - 液位检测装置、检测方法及水箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液位检测装置、液位检测方法及水箱。该液位检测装置包括浮子、控制单元以及与所述控制单元相连的多个高度不同的磁传感器，所述浮子上设置有磁铁，所述磁传感器能够感应所述磁铁产生的磁场并输出磁感应参数，所述磁传感器输出的磁感应参数能够随其与所述磁铁之间距离的改变而连续变化，所述控制单元根据所述多个高度不同的磁传感器输出的磁感应参数得到所述浮子所在的液位高度。本发明提供的液位检测装置能够实现大范围液位的连续精确检测。

Description

液位检测装置、检测方法及水箱

技术领域

本发明涉及液位检测领域，具体涉及一种液位检测装置、检测方法及水箱。

背景技术

现有液位检测装置的检测方式通常为水位电极式和干簧管式，这两种方式都只能检测特定某点的水位，若需要检测多点水位则需要设置多个电极或干簧管，当需要检测的水位点较多时会带来成本的增加。另外，现有的检测方法无法实现连续地水位检测，无法满足检测精度要求比较高的场合。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种能够实现水位的连续检测的液位检测装置、液位检测方法及水箱。

为达到上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种液位检测装置，包括浮子、控制单元以及与所述控制单元相连的多个高度不同的磁传感器，所述浮子上设置有磁铁，所述磁传感器能够感应所述磁铁产生的磁场并输出磁感应参数，所述磁传感器输出的磁感应参数能够随其与所述磁铁之间距离的改变而连续变化，所述控制单元根据所述多个高度不同的磁传感器输出的磁感应参数得到所述浮子所在的液位高度。

优选地，所述磁传感器设置为，当所述浮子运动至与其中一所述磁传感器位于同一水平面上时，该磁传感器靠近所述浮子设置。

优选地，所述浮子的运动轨迹沿竖直方向延伸，所述多个高度不同的磁传感器在竖直方向上排为一列。

优选地，所述磁铁嵌设在所述浮子内。

优选地，所述磁感应参数包括输出电压和/或输出电流。

优选地，所述控制单元包括电路板，所述多个高度不同的磁传感器设置在所述电路板上。

优选地，所述液位检测装置还包括滑轨，所述浮子能够沿所述滑轨滑动。

优选地，所述液位检测装置还包括安装部，所述安装部包括安装板，所述滑轨设置在所述安装板的一侧，所述磁传感器安装在所述安装板的与所述一侧相反的另一侧。

优选地，所述多个高度不同的磁传感器的数量为至少三个，且在竖直方向上等间距设置。

优选地，所述磁传感器为线性霍尔传感器。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种如上所述的液位检测装置的液位检测方法，所述检测方法包括：

设定磁传感器和浮子之间在竖直方向上的距离为L，磁传感器在输入电压为VCC的情况下输出电压为V，所述控制单元内预存有距离L与输出电压V的对应关系以及各个所述磁传感器所在位置对应的液位高度H；

分别向所述多个高度不同的磁传感器内输入电压VCC；

所述控制单元根据所述多个高度不同的磁传感器的输出电压V、所述磁传感器和浮子之间在竖直方向上的距离L以及所述磁传感器所在位置对应的液位高度H得到所述浮子所在的液位高度。

优选地，所述多个高度不同的磁传感器的数量为至少三个，且在竖直方向上等间距设置，所述检测方法进一步包括：

所述控制单元获取所述多个高度不同的磁传感器的输出电压，得到其中三个输出电压较大的磁传感器，三个磁传感器按由高到低依次为第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器，其输出电压依次为第一电压V1、第二电压V2、第三电压V3；

获取所述第二磁传感器所在位置对应的液位高度H2以及所述第二磁传感器与所述浮子之间在竖直方向上的距离L2；

比较第一电压V1和第三电压V3，若V1>V3，则所述浮子当前所在的液位高度为H2-L2，若V1＝V3，则所述浮子当前所在的液位高度为H2，若V1<V3，则所述浮子当前所在的液位高度为H2+L2。

再一方面，本发明采用以下技术方案：

一种水箱，包括箱体，所述箱体上设置有如上所述的液位检测装置。

优选地，所述箱体内设置有滑轨，所述浮子能够沿所述滑轨滑动。

优选地，所述箱体的内侧面上设置有第一凹槽，所述浮子设置在所述第一凹槽内，所述第一凹槽构成所述滑轨。

优选地，所述控制单元和所述磁传感器安装于所述箱体的外侧面上。

优选地，所述箱体的外侧面上与所述滑轨相对应的位置设置有第二凹槽，所述控制单元和所述磁传感器安装在所述第二凹槽内。

优选地，所述控制单元包括电路板，所述多个高度不同的磁传感器设置在所述电路板上，所述第二凹槽的内壁与所述电路板之间设置有支撑结构。

优选地，所述支撑结构包括设置在所述第二凹槽内壁上的至少一个支撑板，所述电路板抵靠在所述支撑板上。

优选地，所述箱体的侧壁上设置有向内凸出的凸起结构，所述滑轨设置在所述凸起结构上，所述第二凹槽设置在与所述凸起结构相对应的位置。

优选地，所述凸起结构的横截面呈C形结构，C形结构的内腔构成所述滑轨。

本发明提供的液位检测装置中，浮子上设置有磁铁，液位检测装置还包括有多个高度不同的磁传感器，且磁传感器输出的磁感应参数会随其与磁铁之间的距离的改变而连续变化，如此，控制单元根据各个磁传感器输出的磁感应参数即可得到浮子所在的液位高度，由于磁传感器能够在一定区域范围内感应磁场，且输出的磁感应参数会随其与磁铁之间的距离的改变而改变，使得液位检测装置能够实现大范围液位的连续精确检测。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的液位检测装置的结构示意图；

图2示出线性霍尔传感器输出电压与磁场分布关系图；

图3示出线性霍尔传感器输出电压与磁场距离关系图；

图4示出本发明具体实施方式提供的箱体结构示意图之一；

图5示出本发明具体实施方式提供的箱体结构示意图之二；

图6示出本发明具体实施方式提供的控制单元与磁传感器相配合的结构示意图；

图7示出本发明具体实施方式提供的水箱的剖视图；

图8示出本发明具体实施方式提供的水箱装入外壳内的剖视图。

图中，1、浮子；2、磁铁；3、磁传感器；31、第一磁传感器；32、第二磁传感器；33、第三磁传感器；4、控制单元；41、电路板；411、安装孔；5、箱体；51、滑轨；511、第一凹槽；52、挡板；53、凸起结构；54、第二凹槽；55、螺钉柱；56、支撑板；6、外壳。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

本申请中所述的“竖直”“水平”指的是液位检测装置在正常使用状态时的方位。

针对现有的液位检测方式无法实现连续水位检测的问题，本申请提出采用能够进行范围检测的磁传感器与设置在浮子上的磁铁相配合的方式来进行水位的连续检测，但是，由于单个的磁传感器的磁感范围很小，只能实现极小液位内的连续检测，因此，本申请提供了一种液位检测装置，如图1和图6所示，该液位检测装置包括浮子1、控制单元4以及与控制单元4相连的多个高度不同的磁传感器3，其中，浮子1上设置有磁铁2，浮子1以及磁铁2可以为能够方便与其他结构装配的任意结构，例如，浮子1可以为球形、圆柱形、方形等形状，磁铁2可以为条形、环形、马蹄形等形状。磁铁2可以设置在浮子1的外侧面上，也可以嵌设在浮子1内部，优选嵌设在浮子1内部。磁传感器3能够感应磁铁2产生的磁场并输出的磁感应参数(例如输出电压、输出电流、磁感应强度等等)，其输出的磁感应参数能够随其与磁铁2之间距离的改变而发生连续变化，也即磁传感器3输出的磁感应参数能够随其与浮子1之间距离的改变而连续变化，如此，控制单元4根据不同的磁传感器3输出的磁感应参数即可得到浮子1所在的液位(后面有具体介绍)，从而实现大范围液位的连续精确检测。可以理解的是，本申请中所述的磁铁2可以是通常意义上的普通的磁铁，也可以为电磁铁，能够产生磁场即可。另外，磁铁2的摆放方式不局限于图1所示的方式，也可以将S极和N极互换位置。

为保证浮子1能够顺利地上浮和下沉，避免磁传感器3阻碍浮子1的动作，优选地，所有的磁传感器3均不在浮子1的运动路径上，浮子1的运动路径可以是沿竖直方向，也可以是相对竖直方向倾斜一定角度的方向，可根据具体的应用场景进行设置。当浮子1设置为沿竖直方向运动时，浮子1在水平面上的投影与所有磁传感器3在水平面上的投影相互错开，例如，磁传感器3在水平面上的投影环绕浮子1设置。优选地，磁传感器3设置为，当浮子运动至与其中一磁传感器位于同一水平面上时，该磁传感器靠近浮子设置，从而保证磁传感器的感应效果，进一步优选地，在水平面的投影中，所有磁传感器3与浮子1内的磁铁2之间的距离均相等，从而方便对磁传感器3输出的磁感应参数与浮子1在竖直方向上与磁传感器3之间的距离的标定。在一个优选的实施例中，如图6所示，所有的磁传感器3在竖直方向上相间隔地排为一列，浮子的运动轨迹也沿竖直方向延伸，一方面直接保证在水平方向上所有磁传感器3与浮子1之间的距离保持一致，另一方面也方便了磁传感器3和浮子1的安装。进一步地，为方便安装，如图6所示，控制单元4优选设置为电路板41，磁传感器3均设置在电路板41上。

进一步优选地，为保证浮子1能够有确定的运动轨迹，液位检测装置还包括有滑轨，浮子1能够沿滑轨滑动，滑轨例如可以为条形结构，浮子1上设置有凹槽，条形结构能够插入凹槽内，使得浮子1能够沿条形结构滑动，再例如，滑轨为凹槽，具体地，凹槽形成在安装部上，浮子设置在安装部内并能够沿凹槽滑动。为保证磁传感器3能够尽量靠近浮子1设置，磁传感器3也安装在安装部上，例如，安装部包括有安装板，滑轨设置在安装板的一侧，磁传感器3安装在安装板的与该侧相反的另一侧，通过安装部可将液位检测装置安装在需要进行液位检测的结构例如水箱上。

磁传感器3可以为能够满足上述要求的任意结构，优选地，磁传感器3采用线性霍尔传感器，线性霍尔传感器拥有很宽的磁场工作范围，如图2所示，其输出的电压值跟传感器所在空间的磁场强度成良好的线性关系，且几乎不受振动、潮湿、灰尘、油膜、环境照明等因素的影响，从而能够使得液位检测装置获得更加精确的液位检测结果，保证液位检测装置的使用可靠性，其中，VCC为线性霍尔传感器的输入电压，VCQ为穿过传感器的磁场为0时的输出电压，又称静态电压。

优选地，本申请提供的液位检测装置的液位检测方法具体为，设定磁传感器3和浮子1之间在竖直方向上的距离为L，磁传感器3在输入电压为VCC的情况下输出电压为V，控制单元4内预存有距离L与输出电压V的对应关系(此处的对应关系可以是输出电压V的不同数值或者数值范围所对应的不同距离L，也可以为距离L与输出电压V的函数关系)，例如，当磁传感器3为线性霍尔传感器时，其输出电压V和距离L的关系如图3所示。分别向多个高度不同的磁传感器3内输入电压VCC，控制单元4能够根据多个高度不同的磁传感器3的输出电压V、磁传感器3和浮子1之间在竖直方向上的距离L以及磁传感器3所在位置对应的液位高度H得到浮子1所在的液位高度。

具体地计算方法例如可以为，将多个磁传感器3在竖直方向上设置为等间距排列，控制单元4获取多个磁传感器3的输出电压，得到其中三个输出电压较大的磁传感器3，三个磁传感器3按由高到低依次为第一磁传感器31、第二磁传感器32和第三磁传感器33，其输出电压依次为第一电压V1、第二电压V2、第三电压V3；

控制单元查询预存的数据，获取第二磁传感器32所在位置对应的液位高度H2以及第二磁传感器32与浮子1之间在竖直方向上的距离L2；

控制单元4比较第一电压V1和第三电压V3，若V1>V3，则说明第一磁传感器31与浮子1之间在竖直方向上的距离L1>第三磁传感器33与浮子1之间在竖直方向上的距离L3，浮子1位于第二磁传感器32的下方，则浮子1当前所在的液位高度为H2-L2，若V1＝V3，则说明第一磁传感器31与浮子1之间在竖直方向上的距离L1＝第三磁传感器33与浮子1之间在竖直方向上的距离L3，浮子1位于第二磁传感器32平齐的位置，则浮子1当前所在的液位高度为H2，若V1<V3，则说明第一磁传感器31与浮子1之间在竖直方向上的距离L1<第三磁传感器33与浮子1之间在竖直方向上的距离L3，如图1所示浮子1位于第二磁传感器32的上方，浮子1当前所在的液位高度为H2+L2。这种计算方法能够获得非常精准的液位结果。

在替代的实施例中，计算方法还可以为，控制单元4获取多个磁传感器3的输出电压，得到其中两个输出电压较大的磁传感器，控制单元4查询预存的数据，获得处于较低位置的磁传感器所在位置对应的液位高度H’以及该磁传感器与浮子1之间在竖直方向上的距离L’，浮子1当前所在的液位高度即为H’+L’，或者获得处于较高位置的磁传感器所在位置对应的液位高度H”以及该磁传感器与浮子1之间在竖直方向上的距离L”，浮子1当前所在的液位高度即为H”-L”，亦或者，取H’+L’与H”-L”的平均值作为浮子1当前所在液位高度值。

本申请提供的液位检测装置可广泛应用于各种需要进行液位检测的设备中，例如饮水机、加湿器等家用电器中。针对该液位检测装置，本申请还提供了一种水箱，如图7所示，其包括箱体5和设置在箱体5上的上述的液位检测装置。为简化结构，浮子1直接设置在箱体5内(可以理解的是，还可以设置为，在箱体5的外侧设置与箱体5形成连通器的管状容器，将浮子1设置在管状容器内)，而控制单元4和磁传感器3设置在箱体5的外侧，避免控制单元4和磁传感器3进水而影响其正常工作，优选地，控制单元4和磁传感器3安装于箱体5的外侧面上。箱体5可以为能够提供容水空间的任意形状，例如圆筒状、矩形筒状等。

为保证浮子1能够按一定的路径运动，方便对磁传感器3输出的磁感应参数与浮子1在竖直方向上与磁传感器3之间的距离进行标定，优选地，在箱体5内设置有滑轨51，浮子3能够沿滑轨51滑动，滑轨51优选沿竖直方向延伸，进一步优选地，滑轨51设置在箱体5的内侧面上，控制单元4和磁传感器3设置在与滑轨51相对应的位置处，从而方便磁传感器3感应浮子1上的磁铁2产生的磁场。滑轨51可以为设置在箱体5内侧面上的沿竖直方向延伸的条形结构，浮子1上设置有凹槽，条形结构能够插入凹槽内，使得浮子1能够沿条形结构滑动，再例如，如图4和图5中所示，箱体5的内侧面上设置有沿竖直方向延伸的第一凹槽511，该第一凹槽511即构成滑轨51，浮子1设置在第一凹槽511内并能够沿第一凹槽511滑动，第一凹槽511的形状与浮子1的形状相适配，例如，在图4和图5所示的实施例中，浮子1呈方形，第一凹槽511也呈方形，若浮子1为圆柱形或者球形，则第一凹槽511的侧壁也相应设置为圆弧面。为避免浮子1与第一凹槽511脱离，优选地，在第一凹槽511的开口侧设置有挡板52，通过挡板52将浮子1限定在第一凹槽511内。由于箱体5的厚度一般比较薄，优选地，在箱体5的侧壁上设置有向内凸出的凸起结构53，凸起结构53沿竖直方向延伸，滑轨51例如第一凹槽511设置在凸起结构53上，优选地，凸起结构53的横截面大致呈C形结构，如此，C形结构的内腔即构成滑轨。

进一步优选地，箱体5的外侧面上设置有第二凹槽54，控制单元4和磁传感器3均安装在第二凹槽54内，如图7和图8所示，第二凹槽54设置在与凸起结构53相对应的位置，即，第二凹槽54能够凹入凸起结构53内，这种结构一方面能够缩短磁传感器3与浮子1之间的距离，另一方面能够避免控制单元4和磁传感器3露于外部而容易受到磕碰造成损坏，且减小了水箱5的外形尺寸，方便其装入其他结构中，例如如图8所示，方便其装入外壳6中。为方便控制单元4和磁传感器3的安装，优选采用如图6中所示的结构，即控制单元4为电路板41，磁传感器3设置在电路板41上，电路板41例如可以通过卡接、插接等方式与第二凹槽54配合连接，在一个具体的实施例中，如图6所示，电路板41上设置有安装孔411，如图4所示，第二凹槽54内设置有螺钉柱55，紧固件(图中未示出)可穿过安装孔411与螺钉柱44螺接，从而将电路板41固定在第二凹槽54内，安装孔411以及螺钉柱44的数量可根据具体结构进行设定，在图4和图6所示的实施例中，安装孔411和螺钉柱44均为上下设置的两个。

进一步优选地，为保证电路板41的结构强度，避免其发生弯折，在电路板41和第二凹槽54的内壁之间设置有支撑结构，以对电路板41形成支撑，支撑结构可以为能够对电路板41形成支撑的任意结构，例如可以为板状、块状、球状、柱状结构等等。在一个具体的实施例中，如图4所示，支撑结构包括凸出于第二凹槽的内壁设置的支撑板56，电路板41抵靠在支撑板56上，为提高支撑板56的支撑效果，优选地，支撑板56可以包括相对设置的多对，多对支撑板56沿电路板41的延伸方向间隔开布置。

本申请提供的水箱可广泛应用于加湿器、饮水机、净水机、净饮机等需要具有容水空间且需要检测液位信息的家用电器中，图8示出将其放置在家用电器的外壳6中的示意图。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种水箱，包括箱体，其特征在于，所述箱体上设置有液位检测装置，所述液位检测装置包括浮子、控制单元以及与所述控制单元相连的多个高度不同的磁传感器，所述浮子上设置有磁铁，所述磁传感器能够感应所述磁铁产生的磁场并输出磁感应参数，所述磁传感器输出的磁感应参数能够随其与所述磁铁之间距离的改变而连续变化，所述控制单元根据所述多个高度不同的磁传感器输出的磁感应参数得到所述浮子所在的液位高度；

所述磁传感器设置为，当所述浮子运动至与其中一所述磁传感器位于同一水平面上时，该磁传感器靠近所述浮子设置；在水平面的投影中，所有磁传感器与浮子内的磁铁之间的距离均相等；所述浮子的运动轨迹沿竖直方向延伸，所述多个高度不同的磁传感器在竖直方向上排为一列；

所述磁铁嵌设在所述浮子内，所述控制单元包括电路板，所述多个高度不同的磁传感器设置在所述电路板上，所述液位检测装置还包括滑轨，所述浮子能够沿所述滑轨滑动；

所述液位检测装置还包括安装部，所述安装部包括安装板，所述滑轨设置在所述安装板的一侧，所述磁传感器安装在所述安装板的与所述一侧相反的另一侧；

所述多个高度不同的磁传感器的数量为至少三个，且在竖直方向上等间距设置；

所述箱体的内侧面上设置有第一凹槽，所述箱体的外侧面上与所述滑轨相对应的位置设置有第二凹槽，所述浮子设置在所述第一凹槽内，所述第一凹槽构成所述滑轨；所述控制单元和所述磁传感器安装在所述第二凹槽内；

所述第二凹槽的内壁与所述电路板之间设置有支撑结构，所述支撑结构包括设置在所述第二凹槽内壁上的至少一个支撑板，所述电路板抵靠在所述支撑板上；

所述箱体的侧壁上设置有向内凸出的凸起结构，所述滑轨设置在所述凸起结构上，所述第二凹槽设置在与所述凸起结构相对应的位置；所述凸起结构的横截面呈C形结构，C形结构的内腔构成所述滑轨；

设定磁传感器和浮子之间在竖直方向上的距离为L，磁传感器在输入电压为VCC的情况下输出电压为V，所述控制单元内预存有距离L与输出电压V的对应关系以及各个所述磁传感器所在位置对应的液位高度H；

分别向所述多个高度不同的磁传感器内输入电压VCC；

所述控制单元根据所述多个高度不同的磁传感器的输出电压V、所述磁传感器和浮子之间在竖直方向上的距离L以及所述磁传感器所在位置对应的液位高度H得到所述浮子所在的液位高度；

所述控制单元获取所述多个高度不同的磁传感器的输出电压，得到其中三个输出电压较大的磁传感器，三个磁传感器按由高到低依次为第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器，其输出电压依次为第一电压V1、第二电压V2、第三电压V3；

获取所述第二磁传感器所在位置对应的液位高度H2以及所述第二磁传感器与所述浮子之间在竖直方向上的距离L2；

比较第一电压V1和第三电压V3，若V1>V3，则所述浮子当前所在的液位高度为H2-L2，若V1=V3，则所述浮子当前所在的液位高度为H2，若V1<V3，则所述浮子当前所在的液位高度为H2+L2。

2.根据权利要求1所述的水箱，其特征在于，所述磁传感器为线性霍尔传感器。