CN110095168B - 一种电容式液位传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容式液位传感器，包括同轴设置的圆管状外筒套和内筒套，外筒套和内筒套之间形成管状空腔，空腔中朝向空腔的顶端固设有两片弧形金属极板，两片金属极板呈中心对称分布，内筒套中设有适配的圆柱状浮块，浮块朝向内筒套顶端的一端面上设有圆柱状金属块，所述浮块驱动金属块在两片所述的金属极板之间升降；所述外筒套、内筒套、密封圈、挡板和浮块均绝缘。本发明的有益效果是通过金属块在两片金属极板之间的电场中升降从而改变金属极板之间的电容值，此外通过内筒套、外筒套和密封圈之间的配合将金属极板设置在封闭的绝缘的空腔中，减少极板的溶蚀和损坏，延长液位传感器和水质传感器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及一种电容式液位传感器。
背景技术
随着人们生活水平的提高，很多家庭都在家里摆设鱼缸进行养鱼，但鱼缸中的水位太低会影响鱼类的活动范围，水位太高鱼缸中的水就容易随鱼类游动而溅出而且鱼类也容易蹦出水面。此外，智能马桶在家庭中也占有率越来越高，智能马桶中也需要液位传感器对马桶中的液位进行检测。常见的液位测量方式包括浮球式检测、电容式测量、静压式测量等，其中电容式测量成本较低在市场上比较流行，其主要通过检测由于液面高度变化而导致的电容值变化来测量液位高度，但是电容式的液位传感器长期浸泡在液体中容易使其受到溶蚀和损坏，影响其测量准确性和使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种不易损坏的电容式液位传感器。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种电容式液位传感器，其特征在于：包括同轴设置的圆管状外筒套和内筒套，所述外筒套套设在内筒套外，所述外筒套和内筒套之间形成管状空腔，所述空腔的顶端和底端设有将所述空腔进行密封的环形密封圈，所述空腔中朝向空腔的顶端固设有两片弧形金属极板，两片金属极板呈中心对称分布，所述内筒套中设有适配的圆柱状浮块，所述内筒套的顶端和底端设有将所述浮块限制在内筒套中的挡板，所述挡板开设有至少一个供水流入及流出的开口，所述浮块随内筒套内的水位变化在内筒套中升降；所述浮块朝向内筒套顶端的一端面上设有圆柱状金属块，所述浮块驱动金属块在两片所述的金属极板之间升降；所述外筒套、内筒套、密封圈、挡板和浮块均绝缘。
通过采用上述技术方案，相对设置的两片金属极板之间通电后形成电场，在圆管状的空腔中进行中心对称设置极板，可以使金属极板间形成的电场线分布对称，两极板的重合面积不产生浪费，从而节约极板材料；将液位传感器设置在水面与空气的交界处，水位低时浮块在金属块的重力作用下落入内筒套的底部，金属块也相应落入最低位置，金属块位于电场中的部分达到最小值，既电容达到最小；水位高时水通过挡板的开口进入内筒套中从而浮块受到浮力并同金属块一起升高，金属块进入到电场中的部分增多，既电容增大，当金属块顶到内筒套顶端的挡板时，电容达到最大。因此通过电容值的大小从而可以判断出水位的高低。此外通过内筒套、外筒套和密封圈之间的配合将金属极板设置在封闭的绝缘的空腔中，可以减少极板的溶蚀和损坏，延长液位传感器和水质传感器的使用寿命。
进一步设置为：所述开口在所述挡板上呈均匀分布的扇形。
通过采用上述技术方案，经过试验比较，扇形均匀分布的开口使水进入内筒套时更加平稳均匀，电容值与水位高度之间的线性度较好。
进一步设置为：所述密封圈和挡板一体设置。
通过采用上述技术方案，一体设置的密封圈和挡板便于传感器组装。
进一步设置为：所述金属极板的高度与所述金属块的高度相同，所述浮块的底部位于内筒套的底部时所述金属块的顶部正好位于所述金属极板的底部。
通过采用上述技术方案，所述金属极板的高度与所述金属块的高度相同，即水位高至金属块完全进入到两片金属极板之间时，金属块没有多余的部分位于金属极板下方；浮块的底部位于内筒套的底部时所述金属块的顶部正好位于所述金属极板的底部，即水位低于内筒套的底部时金属块全部都位于金属极板下方；由于外筒套是固定设在鱼缸内壁上的，如此设置便于用户计算水位与外筒套和内筒套的高度差，从而计算出水位。
进一步设置为：所述的金属极板连接有导线，所述导线外周包覆有绝缘皮，所述密封圈上开设有穿线孔，所述导线从穿线孔中穿出，靠近穿线孔的绝缘皮与穿线孔密封配合。
通过采用上述技术方案，预先在液位传感器上设置导线便于将传感器与其他电元器件连接，同时也更好保证空腔的密封性，防止金属极板受到损坏。
进一步设置为：所述电容式液位传感器连接有电容数字转换器，所述电容数字转换器连接有zigbee通讯模块。
通过采用上述技术方案，电容式液位传感器与电容数字转换器连接，将电容值从模拟信号转换为数字信号，再连接zigbee通讯模块，作为一个无线的液位传感器，将电容数字信号通过zigbee方式与主控芯片进行通讯，实现无线通讯。zigbee通信方式具有低功耗、低成本、短时延、近距离的优点，便于在家用鱼缸和智能马桶中应用。
进一步设置为：所述电容数字转换器型号为FDC2214，所述zigbee通讯模块型号为CC2530。
通过采用上述技术方案， FDC2214是面向电容式传感解决方案的抗噪声和 EMI、高分辨率、高速、多通道电容数字转换器，采用基于窄带的创新型架构，对噪声和干扰进行高度抑制，同时在高速条件下提供高分辨率，具有很好的性能，能够实现将电容信号进行准确处理并发送至单片机。CC2530是用于ZigBee的片上系统，它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点，它结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大的功能，CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
附图说明
图1为本发明中液位传感器的结构示意图；
图2为本发明中液位传感器的剖视图；
图3为图2中A处的放大示意图图；
图4为本发明的原理框图；
图中：1、液位传感器；2、外筒套；3、内筒套；4、空腔；5、密封圈；6、金属极板；7、浮块；8、挡板；9、开口；10、金属块；11、导线。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图4，本发明提供一种不易损坏的电容式液位传感器。
具体的，液位传感器1包括同轴设置的圆管状外筒套2和内筒套3，所述外筒套2套设在内筒套3外，所述外筒套2和内筒套3之间形成管状空腔4，所述空腔4的顶端和底端设有将所述空腔4进行密封的环形密封圈5，所述空腔4中朝向空腔4的顶端固设有两片弧形金属极板6，两片金属极板6呈中心对称分布，所述内筒套3中设有适配的圆柱状浮块7，所述内筒套3的顶端和底端设有将所述浮块7限制在内筒套3中的挡板8，所述密封圈5和挡板8一体设置，所述挡板8开设有至少一个供水流入及流出的开口9，所述开口9在所述挡板8上呈均匀分布的扇形，优选的，每个挡板8设有8个扇形开口9。所述浮块7随内筒套3内的水位变化在内筒套3中升降；所述浮块7朝向内筒套3顶端的一端面上设有圆柱状金属块10，所述浮块7驱动金属块10在两片所述的金属极板6之间升降；具体的，所述金属极板6的高度与所述金属块10的高度相同，所述浮块7的底部位于内筒套3的底部时所述金属块10的顶部正好位于所述金属极板6的底部。经测试，对金属极板6不进行绝缘会导致液位变化的传感信息的线性度不理想，因此外筒套2、内筒套3、密封圈5、挡板8和浮块7均选用绝缘材质。
另外，所述的金属极板6连接有导线11，所述导线11外周包覆有绝缘皮，所述密封圈5上开设有穿线孔，所述导线11从穿线孔中穿出，靠近穿线孔的绝缘皮与穿线孔密封配合。
另外，所述开口9在所述挡板8上呈均匀分布的扇形，所述密封圈5和挡板8一体设置。
经测试，在空腔4中设置管状的金属极板6，电容值与液位的线性度较差，且在水位快速上升或下降时出现暂时性的筒内外液位不等高的现象，导致液位检测误差较大且电容响应速度太慢。而仅设置对称的两片金属极板6并在内筒套3中设置圆柱状的金属柱，则电容值与液位的线性度较好，但也会出现暂时性的筒内外液位不等高的现象。但是在内筒套3上设置挡板8并在挡板8上开设均匀分布的扇形开口9后，电容值与液位的线性度较好，同时也避免了暂时性的筒内外液位不等高的现象，使检测的效率和准确性得到提高。
具体的，所述电容数字转换器为TI公司生产的FDC2214芯片，zigbee通讯模块型号为CC2530，液位传感器1上与金属极板6相连的一根导线11与电容数字传感器的电容输入端连接，另一根导线11接地，电容数字转换器与zigbee通讯模块的通信连接参考FDC2214芯片和CC2530的芯片手册，其为本领域内技术人员的公知技术，不再进行赘述。
以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (1)
1.一种电容式液位传感器，其特征在于：包括同轴设置的圆管状外筒套和内筒套，所述外筒套套设在内筒套外，所述外筒套和内筒套之间形成管状空腔，所述空腔的顶端和底端设有将所述空腔进行密封的环形密封圈，所述空腔中朝向空腔的顶端固设有两片弧形金属极板，两片金属极板呈中心对称分布，所述内筒套中设有适配的圆柱状浮块，所述内筒套的顶端和底端设有将所述浮块限制在内筒套中的挡板，所述挡板开设有至少一个供水流入及流出的开口，所述浮块随内筒套内的水位变化在内筒套中升降；所述浮块朝向内筒套顶端的一端面上设有圆柱状金属块，所述浮块驱动金属块在两片所述的金属极板之间升降；所述外筒套、内筒套、密封圈、挡板和浮块均绝缘；
所述开口在所述挡板上呈均匀分布的扇形；
所述密封圈和挡板一体设置；
所述金属极板的高度与所述金属块的高度相同，所述浮块的底部位于内筒套的底部时所述金属块的顶部正好位于所述金属极板的底部；
两片所述的金属极板均连接有导线，所述导线外周包覆有绝缘皮，所述密封圈上开设有穿线孔，所述导线从穿线孔中穿出，靠近穿线孔的绝缘皮与穿线孔密封配合；
所述电容式液位传感器连接有电容数字转换器，所述电容数字转换器连接有zigbee通讯模块；
所述电容数字转换器型号为FDC2214，所述zigbee通讯模块型号为CC2530。
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