CN110779599A - 用于直接插入高介电常数流体的流体液位传感器 - Google Patents

用于直接插入高介电常数流体的流体液位传感器 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于直接插入高介电常数流体中的介电常数不敏感的流体液位传感器。根据一个实施例，流体液位传感器包括第一组堆叠串联电容器，其中，第一组中的每个电容器由两个共面电极和位于电极之间的电介质空间形成。第一组中的串联电容器的每个堆叠包括具有第一模制载体作为电介质空间的至少一个电容器和与所述至少一个电容器串联的具有第一流体腔作为电介质空间的另一电容器。在该实施例中，第一组堆叠串联电容器的总电容根据第一流体腔内的流体的液位而变化。

Description

用于直接插入高介电常数流体的流体液位传感器
技术领域
本公开涉及用于直接插入高介电常数流体的流体液位传感器。
背景技术
存在各种已知的测量流体容器内的流体的液位(level)的方法。在一种方法中，传感器利用电容板，该电容板与流体相互作用并被交流电压激励，以生成基于流体液位而变化的信号电流。在该设计的最基本版本中，传感器被配置为测量特定介电常数的流体。为了针对流体的介电常数未知的情况进行调整，大多数电容式液位传感器利用参考电容器来补偿不同流体混合物的不同介电常数。在这些补偿电容式液位传感器中，参考电容器位于流体容器的底部，并且必须完全浸没在流体中以补偿介电常数的变化。使用参考电容器的缺点在于，因为参考电容器必须完全浸没在流体中，所以针对低于参考电容器高度的流体液位，将获得错误的输出。此外，因为参考电容器需要位于流体容器的底部，所以参考电容器对容器底部的非均匀流体混合物敏感，在这种情况下，所测量的介电常数不能代表预期流体。
发明内容
根据一个实施例，公开了一种用于直接插入高介电常数流体中的介电常数不敏感的流体液位传感器。流体液位传感器包括第一组堆叠串联电容器，其中，第一组中的每个电容器由两个共面电极和位于电极之间的电介质空间形成。第一组中的串联电容器的每个堆叠包括具有第一模制载体作为电介质空间的至少一个电容器和与所述至少一个电容器串联的具有第一流体腔作为所述电介质空间的另一电容器。第一组堆叠串联电容器的总电容根据第一流体腔内的流体的液位而变化。在该实施例中，如果对具有高介电常数的流体进行测量，则流体的介电常数的变化对电容器堆叠的总电容(以及由此传感器的总电容)具有较小的影响(相对于流体腔内的任何空气的介电常数的影响)。所得介电常数不敏感的流体液位传感器的优点在于，不需要预先知道要检测其液位的流体。
根据另一实施例，公开了一种用于直接插入高介电常数流体中的介电常数不敏感的传感器。流体液位传感器包括第一组堆叠串联电容器，其中，第一组中的每个电容器由金属屏蔽、第一电极、和位于第一电极与金属屏蔽之间的第一多个电介质空间中的一个电介质空间形成。第一组中的串联电容器的每个堆叠包括具有第一流体腔作为电介质空间的至少一个电容器和具有由金属屏蔽封装的一个或多个模制载体作为电介质空间的另一电容器。在该实施例中，流体液位传感器包括第二组堆叠串联电容器。第二组中的每个电容器由金属屏蔽、第二电极、和位于第二电极与金属屏蔽之间的第二多个电介质空间中的一个电介质空间形成。第二组中的串联电容器的每个堆叠包括具有第一流体腔作为电介质空间的至少一个电容器和具有由金属屏蔽封装的一个或多个模制载体作为电介质空间的另一电容器。在该实施例中，第一堆叠串联电容器的总电容和第二堆叠串联电容器的总电容都根据第一流体腔内的流体的液位而变化。因为传感器中的电容器是串联的，所以电容器中的一个电容器中的流体的介电常数的变化的影响被最小化。所得介电常数不敏感的流体液位传感器的优点在于，不需要预先知道要检测其液位的流体。
通过如附图中示出的本公开的示例性实施例的以下更具体的描述，本公开的前述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，其中，相同附图标记通常表示本发明的示例性实施例的相同部分。
附图说明
为了使所公开技术所属领域的普通技术人员更容易地理解如何制造和使用相同技术，可以参考以下附图。
图1描绘了根据本公开的一个实施例的介电常数不敏感的流体液位传感器的侧截面视图。
图2描绘了根据本公开的一个实施例的示出图1的流体液位传感器内的各种电容器的电容的表格。
图3描绘了示出图1的流体液位传感器在流体腔内的各种流体液位处的总电容的表格和图表。
图4描绘了图1中描绘的流体液位传感器的侧视图。
图5描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置的等距视图。
图6描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置的等距视图。
图7描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置的顶部截面视图。
图8描绘了根据本公开的一个实施例的分解的传感器装置的等距视图。
图9描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置的等距视图。
具体实施方式
本公开描述了一种流体液位传感器，该流体液位传感器对高介电常数流体(该流体的液位将被感测)的介电常数不敏感。所得介电常数不敏感的流体液位传感器的优点在于，不需要预先知道要检测其液位的高介电常数流体。
通过结合附图(其阐述了本发明的代表性实施例)给出的某些优选实施例的以下具体实施方式，本领域普通技术人员将更容易明白本文所公开的系统和方法的优点和其他特征。本文使用相同的附图标记来表示相同的部件。此外，定义方向的词语(例如，“上”和“下”)仅用于帮助描述组件相对于彼此的位置。例如，部件的“上”表面仅仅意味着描述与该相同部件的“下”表面分开的表面。表示方向的词语不被用来描述绝对方向(即，“上”部分必须始终位于顶部)。
图1示出了根据本公开的一个实施例的介电常数不敏感的流体液位传5感器(102)的侧截面视图。如本文所示和进一步描述的，图1中描绘的介电常数不敏感的流体液位传感器(102)被直接插入流体容器(150)内的高介电常数流体(152)中。为了便于解释，在整个公开内容中，介电常数不敏感的流体液位传感器(102)被称为流体液位传感器，并且高介电常数流体(152)被称为流体。流体液位传感器(102)被配置为测量流体容器(150)内的流体(152)的液位(160)。在特定实施例中，高介电常数流体是介电常数大于或等于35的任何流体。本领域技术人员将认识到将“高介电常数”定义为35或更大是示例，并且根据本公开的实施例，具有较低介电常数的流体仍然可以被认为是“高”介电常数。
流体液位传感器(102)包括两个共面电极：源电极(104)和检测电极(106)。两个共面电极(104，106)被封装在第一模制载体(108)内，并且通过第一模制载体(108)的一些部分彼此分开。在特定实施例中，第一模制载体(108)的位于两个电极(104，106)之间的部分具有已知的介电常数值，从而与两个电极一起形成固定电容值的第一组一个或多个电容器。例如，第一模制载体(108)可以用具有相对低介电常数值的材料(例如，塑料)形成。在特定实施例中，源电极(104)和检测电极(106)被插入模制到第一模制载体(108)中。
流体液位传感器(102)还包括第一流体腔(110)，该第一流体腔(110)被封装在第一模制载体的位于两个电极(104，106)之间的部分中。第一流体腔(110)打开以接收流体容器(150)内的不同液位的流体(152)。在特定实施例中，流体液位传感器(102)用于测量清洗液(其是具有不同量的甲醇、乙二醇、丙二醇、异丙醇、清洁剂、和/或水的商品液)的液位。第一流体腔(110)与两个电极(104，106)以及第一流体腔(110)内的流体(152)和任何空气(154)一起形成可变电容值的第二组一个或多个电容器。
例如，第一电容器可以由源电极(104)、检测电极(106)、和第一模制载体(108)的位于流体容器(150)内的流体的液位(160)处或下方并且位于流体腔(110)的左侧的部分(168)形成。继续该示例，第二电容器可以由源电极(104)、检测电极(106)、和第一模制载体(108)的位于液位(160)上方并且位于流体腔(110)的左侧的部分(164)的电介质空间形成。此外，第三电容器可以由源电极(104)、检测电极(106)、和流体腔(110)的位于流体容器(150)的流体(152)的液位(160)处或下方的部分(158)内的流体(152)形成。继续该示例，第四电容器可以由源电极(104)、检测电极(106)、流体腔(110)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的部分(156)内的空气(154)形成。此外，第五电容器可以由源电极(104)、检测电极(106)、和第一模制载体(108)的位于液位(160)处或下方并且位于流体腔(110)的右侧的部分(169)形成。最后，第六电容器可以由源电极(104)、检测电极(106)、和第一模制载体(108)的位于液位(160)上方并且处于流体腔(110)的右侧的部分(165)的电介质空间形成。
为了计算上述各种电容器的等效电容，可以将电容器分组为电容器堆叠。例如，第一堆叠(170)可以包括第二电容器、第四电容器、和第六电容器，该第二电容器、第四电容器、和第六电容器由源电极(104)、检测电极(106)、以及流体腔(110)和第一模制载体(108)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的部分的电介质空间形成。继续该示例，第二堆叠(172)可以包括第一电容器、第三电容器、和第五电容器，该第一电容器、第三电容器、和第五电容器由源电极(104)、检测电极(106)、以及流体腔(110)和第一模制载体(108)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)处或下方的部分的电介质空间形成。在该示例中，特定堆叠中的所有电容器彼此串联，并且为了计算等效电容的目的而这样相加。因为串联电容器的两个堆叠彼此上下布置，所以每个堆叠的串联电容器与另一堆叠中的串联电容器并联，并且为了计算等效电容的目的而这样相加。
例如，可以根据以下等式计算上述堆叠串联电容器组的总等效电容：
Figure BDA0002126532220000051
其中，C1、C2、C3、C4、C5、和C6分别是上述第一、第二、第三、第四、第五、和第六电容器，其中
Figure BDA0002126532220000052
Figure BDA0002126532220000053
Figure BDA0002126532220000054
Figure BDA0002126532220000055
Figure BDA0002126532220000061
并且
Figure BDA0002126532220000062
如上述等式所示，因为具有流体腔作为电介质空间的第三电容器(C3)与具有第一模制载体作为电介质空间的两个电容器(即，第一电容器(C1)和第五电容器(C5))串联，所以第三电容器的介电常数(k(部分158))的乘法逆(multiplicative inverse)用于第二堆叠(172)的总电容的加法。同样地，第四电容器的介电常数(k(部分156))的乘法逆用于第一堆叠(170)的总电容的加法。
如果在上述流体液位传感器(102)中测量具有高介电常数的流体，则第一高介电常数流体的介电常数的乘法逆和第二高介电常数的介电常数的乘法逆之间的差值与空气的介电常数的乘法逆相比相对较小。例如，当第一流体的介电常数为60且第二流体的介电常数为80时，这些介电常数的乘法逆(即，1/60和1/80)之间的差值与空气的介电常数的乘法逆(1/1)相比相对较小。结果是图1的流体液位传感器(102)对待感测流体的介电常数不敏感，并且具有不需要预先知道流体及其介电常数的优点。该配置还使得流体液位传感器(102)能够在不使用参考电容器的情况下精确地测量流体(152)的液位(160)。
为了进行说明，图2和图3一起提供了示出具有不同电介质的不同流体对上述流体液位传感器(102)的影响的示例。在图2和图3的示例中，图1的流体液位传感器(102)内的电容器的电容是使用具有介电常数为60的第一流体和具有介电常数为80的第二流体来计算的。为了计算图1的流体液位传感器(102)内的电容器的单独电容，以下输入被提供到上面在图1的描述中记载的等式中：
输入：k(载体)＝2.4；
k(具有第一电介质的第一流体)＝60；
k(具有第二电介质的第二流体)＝80；
εo(电容率)＝8.854e-12
左侧载体部分(168)的位于电极之间的距离＝1.5mm
右侧载体部分(169)的位于电极之间的距离＝1.5mm
流体腔的部分(158,156)的位于电极之间的距离＝2.5mm
电极的宽度＝2.38mm
流体腔(110)的总高度＝120mm
图2描绘了列出具有上述输入的第一电容器(C1)、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第四电容器(C4)、第五电容器(C5)、和第六电容器(C6)的电容的表格(202)，并且图3描绘了指定流体液位传感器(102)的根据上述提供的输入的在第一流体腔(110)内的各种流体液位处的总电容的表格(302)和图表(304)。
在图2的示例中，表格(202)具有(由流体腔(110)内的流体(152)的电介质空间形成的)第三电容器的(在流体腔(110)内具有第一流体以及在流体腔(110)内具有第二流体的情况下的)电容的列表。在最大液位为120mm处，第三电容器在第一流体填充流体腔的情况下具有50.6006pF的电容，并且在第二流体填充第一流体腔(110)的情况下具有70.8409pF的电容。如上面的等式所示，第二堆叠(172)中的电容器串联相加，其包括取第三电容器的电容的乘法逆，并且将第三电容器的电容的乘法逆与第一电容器的电容的乘法逆和第五电容器的电容的乘法逆之和相加。在该示例中，第三电容器的电容的乘法逆针对第一流体为0.01981/pF，并且针对第二流体为0.0141 1/pF。第三电容器在120mm处的两个电容的乘法逆之间的差值为0.0057。继续该示例，第一电容器的电容的乘法逆和第五电容器的电容的乘法逆之和为0.4941。将第三电容器的电容的乘法逆与第一电容器的乘法逆和第五电容器的乘法逆之和相加得到0.5111±0.00285，这取决于是第一流体还是第二流体存在于第一流体腔(110)中。此外，在0.5111上加上或减去0.00285是0.557％的偏差。也就是说，两种流体的两种不同介电常数之间的差异仅对第一堆叠电容器的总电容具有0.557％的影响。
在图3的表格(302)和图表(304)中，列出了流体液位传感器针对不同流体的总电容。例如，如图3的表(302)所示，在流体腔中的流体的液位为120mm时，使用具有介电常数为60的第一流体，传感器的总电容为1.9462pF，并且使用具有介电常数为80的第二流体，传感器的总电容为1.9678pF。在流体液位处于120mm的情况下，两个总电容之间的差值为0.0216pF。此外，针对第一流体，流体液位处于120mm的总电容与流体液位处于0mm的总电容之间的差值为1.2715。因此，流体液位处于120mm的总电容与流体液位处于0mm的总电容之间的差值为1.2823±0.0108，这取决于是第一流体还是第二流体存在于第一流体腔(110)中。在1.2823pF上加上或减去0.0108是对图1的流体液位传感器(102)的总电容的0.84％的偏差。
在该示例中，由于两种流体之间的二十介电常数的增量而引起的误差被最小化为小于±0.84％。图3的表格(302)和图表(304)示出了虽然第三电容器(C3)将直接受到流体之间的电介质变化的影响，但是图1的流体液位传感器(102)的总净电容可以在很大程度上保持不受影响。流体液位传感器(102)的串联电容器布置有助于减轻与能够在流体容器中使用的各种流体混合物相关联的偏移误差。
例如，在清洗液容器中，每种清洗液的混合物可以产生不同的介电常数。如上所述，图1的流体液位传感器(102)对待感测的流体的介电常数不敏感，并且因此在该示例中，图1的流体液位传感器(102)可以提供与清洗液容器内未知的清洗液混合物的液位相对应的精确读数。
图4描绘了图1中示出的流体液位传感器的侧视图。与图1的流体液位传感器(102)的截面视图(其中源电极(104)和检测电极(106)的整个长度是可见的)相反，在图4的示例中，除了电极(104，106)的延伸出流体液位传感器(102)的部分之外，源电极(104)和检测电极(106)被示出为完全由第一模制载体(108)封装。
除了第一流体腔(110)的在将流体液位传感器(102)置于流体容器(150)内时基本上与流体容器中的流体的液位垂直的一个特定平面之外，第一流体腔(110)也被封装在第一模制载体(108)中位于两个电极之间。在图4的示例中，第一流体腔(110)的该一个特定平面暴露于第一模制载体(108)的外部。在特定实施例中，除了在第一模制载体(108)的表面中形成第一流体腔(110)而创建的腔之外，第一模制载体(108)的表面的一些部分是平坦的。第一流体腔(110)的该一个特定平面打开以接收流体容器(150)内的不同液位的流体(152)。
图5描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置(501)的等距视图。传感器装置(501)包括图1中描述的流体液位传感器(102)。此外，传感器装置(501)还包括第二模制载体(503)，该第二模制载体(503)形成用于第一模制载体(108)的覆盖。
如图4中所解释的，在一个特定实施例中，除了在第一模制载体(108)的表面中形成第一流体腔(110)而创建的腔之外，第一模制载体(108)的表面的一些部分是平坦的。在图5的示例中，除了第一流体腔(110)之外，第一模制载体(108)的面向第二模制载体(503)的部分是平坦的。在该示例中，第二模制载体(503)的面向第一模制载体(108)的部分也是平坦的。在特定实施例中，上述第一模制载体(108)和第二模制载体(503)的两个平坦表面可以组装在一起，使得第二模制载体(503)覆盖第一流体腔(110)。如上所述，第一流体腔(110)被配置为接收流体容器(150)内的不同液位的流体。在图5的示例中，第二模制载体(503)包括上通孔(550)和下通孔(552)，每个通孔各自创建穿过第二模制载体(503)的孔。在第二模制载体(503)覆盖第一模制载体(108)时，上通孔(550)和下通孔(552)用作空气(154)和流体(152)穿过第二模制载体(503)进入第一流体腔(110)的导管。
图6描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置(601)的等距视图。图6的传感器装置(603)包括：第二模制载体(503)，该第二模制载体(503)被配置为覆盖第一模制载体的包括第一流体腔(110)的平面。如图5中所解释的，上通孔(550)和下通孔(552)用作空气(154)和流体(152)穿过第二模制载体(503)进入第一流体腔(110)的导管。
图7描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置(701)的顶部截面视图。传感器装置(701)是其中第二模制载体(503)覆盖第一模制载体(108)的包括第一流体腔(110)的表面的配置。在图7的示例中，在第一模制载体(108)和第二模制载体(503)之间存在小间隙(722)。替代配置可以包括更大或更小的间隙，或者甚至在两个模制载体之间根本没有间隙。
图7的传感器装置(701)还包括金属屏蔽(760)，该金属屏蔽(760)包围第一模制载体(108)和第二模制载体(503)。在特定实施例中，金属屏蔽(760)减少来自金属屏蔽(760)的外部对两个电极(104，106)之间的电容器的干扰。因为屏蔽(760)是金属的，所以电极(104，106)和屏蔽之间的杂散电容是一个问题，因为这种杂散电容可能影响两个电极(104，106)之间的电容。为了减小这种关于屏蔽(760)的杂散电容，两个电极(104，106)之间的空间外部的区域被完全封装在第二模制载体(503)中。在图7的示例中，第二模制载体(503)和第一模制载体(108)的位于两个电极(104，106)之间的空间外部的部分用作每个电极(104，106)和屏蔽(760)之间的电介质空间。
在特定实施例中，第一模制载体(108)和第二模制载体(503)具有已知的介电常数值，从而针对每个电极(104，106)以及屏蔽(760)，形成固定电容值的第一组一个或多个电容器。例如，第一模制载体(108)和第二模制载体(503)可以用具有相对低介电常数值的材料(例如，塑料)形成。
在图7的示例中，传感器装置(701)包括位于屏蔽(760)和两个电极(104，106)之间的间隙中的第二流体腔(724)。在该示例中，第二流体腔(724)与第一模制载体(108)和第二模制载体(503)之间的上述间隙(722)连接。替代配置可以包括更大或更小的间隙，或者甚至在屏蔽(760)和两个模制载体(108，503)之间根本没有间隙。
第二流体腔(724)打开以接收流体容器(150)内的不同液位的流体(152)，从而针对每个电极(104，106)以及屏蔽(760)和第二流体腔(724)内的流体(152)和任何空气(154)，形成可变电容值的第二组一个或多个电容器。
例如，一个或多个电容器可以由源电极(104)、屏蔽(760)、以及第一模制载体(108)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的部分的电介质空间来形成。继续该示例，一个或多个电容器还可以由源电极(104)、屏蔽(760)、以及第二模制载体(503)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的部分的电介质空间来形成。此外，一个或多个电容器可以由源电极(104)、屏蔽(760)、以及第二流体腔(724)中的空气(154)的电介质空间来形成。在该示例中，一个或多个电容器可以由源电极(104)、屏蔽(760)、以及第一模制载体(108)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)处或下方的部分的电介质空间来形成。继续该示例，一个或多个电容器也可以由源电极(104)、屏蔽(760)、以及第二模制载体(503)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)处或下方的部分的电介质空间来形成。此外，一个或多个电容器可以由源电极(104)、屏蔽(760)、以及第二流体腔(724)中的流体的电介质空间来形成。
继续该示例，一个或多个电容器可以由检测电极(106)、屏蔽(760)以及第一模制载体(108)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的部分的电介质空间形成。继续该示例，一个或多个电容器还可以由检测电极(106)、屏蔽(760)、以及第二模制载体(503)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的部分的电介质空间来形成。此外，一个或多个电容器可以由检测电极(106)、屏蔽(760)、以及第二流体腔(724)中的空气(154)的电介质空间来形成。在该示例中，一个或多个电容器可以由检测电极(106)、屏蔽(760)、以及第一模制载体(108)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)处或下方的部分的电介质空间来形成。继续该示例，一个或多个电容器也可以由检测电极(106)、屏蔽(760)、以及第二模制载体(503)的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)处或下方的部分的电介质空间来形成。此外，一个或多个电容器可以由检测电极(106)、屏蔽(760)、以及第二流体腔(724)中的流体的电介质空间来形成。
为了计算上述各种电容器的等效电容，可以将电容器分组为电容器堆叠。例如，第二组堆叠电容器可以包括第一堆叠和第二堆叠串联电容器。在该示例中，第一堆叠可以包括由源电极(104)、屏蔽(760)、以及源电极(104)和屏蔽(760)之间的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的电介质空间(其包括第二流体腔(724)中的空气(154)和两个载体(108，503)的一些部分)形成的电容器。第二叠层可以包括由源电极(104)、屏蔽(760)、以及源电极(104)和屏蔽(760)之间的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)处或下方的电介质空间(其包括第二流体腔(724)中的流体(152)和两个载体(108，503)的一些部分)形成的电容器。
作为另一示例，第三组堆叠电容器可以包括串联电容器的第一堆叠和第二堆叠。在该示例中，第一堆叠可以包括由检测电极(106)、屏蔽(760)、以及检测电极(106)和屏蔽(760)之间的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)上方的电介质空间(其包括第二流体腔(724)中的空气(154)和两个载体(108，503)的一些部分)形成的电容器。第二堆叠可以包括由检测电极(106)、屏蔽(760)、以及检测电极(106)和屏蔽(760)之间的位于流体容器(150)中的流体(152)的液位(160)处或下方的电介质空间(其包括第二流体腔(724)中的流体(152)和两个载体(108，503)的一些部分)形成的电容器。
如上面在图1中所解释的，如果串联电容器堆叠包括由模制载体的电介质空间形成的一个或多个电容器和由流体腔的电介质空间形成的一个或多个电容器，则因为电容器串联相加，所以不同电介质的流体对电容变化的影响被最小化。结果是流体液位传感器(其包括金属屏蔽和具有包括流体腔的电介质空间的串联电容器堆叠)对待感测流体的介电常数不敏感，并且具有不需要预先知道流体及其介电常数的优点。
在图7的示例中，第二堆叠串联电容器的总电容和第三串联电容器叠层的总电容都根据第二流体腔内的流体的液位而变化。在串联电容器堆叠的两个示例中，特定堆叠中的所有电容器彼此串联，并且为了计算等效电容的目的而被相加。因为堆叠彼此上下布置，所以两个堆叠彼此并联，并且为了计算等效电容的目的而被相加。
图8描绘了根据本公开的一个实施例的分解的传感器装置(801)的等距视图。图8的传感器装置(801)包括图1的流体液位传感器(102)和图5的第二模制载体(503)。
传感器装置(801)还包括金属屏蔽(882)，金属屏蔽(882)用于覆盖第一模制载体(108)和第二模制载体(503)。在图8的示例中，金属屏蔽(882)还包括上通孔(884)和下通孔(886)，每个通孔创建穿过金属屏蔽(882)的孔。在金属屏蔽(882)覆盖第二模制载体(503)和第一模制载体(108)时，上通孔(884)和下通孔(886)用作空气和流体穿过第二模制载体(503)的上通孔(550)和下通孔(552)进入第一流体腔(110)和第二流体腔(724)的导管。在特定实施例中，第二模制载体(503)的上通孔(550)和下通孔(552)以及金属屏蔽(882)的上通孔(884)和下通孔(886)中的一个或多个通孔的形状和尺寸可以被优化用于在动态环境条件下对流体液位进行机械过滤。例如，通孔的形状和尺寸可以减小流体晃动对液位测量的影响。
传感器装置(801)还包括模拟或数字电容专用集成电路(ASIC)和电子模块(876)，用于处理流体液位传感器(102)的电极(104，106)的输出。在特定实施例中，ASIC和电子模块(876)包括耦合到两个电极(104，106)的信号处理电路，以用于将由电极(104，106)形成的任何电容器的电容值转换为电信号，并且处理电信号以提供指示流体容器(150)内的流体(152)相对于流体液位传感器(102)的液位的输出信号。
在图8的示例中，传感器装置(801)还包括环境密封件(872)和3针USCAR 120连接器(874)，该环境密封件(872)和3针USCAR 120连接器(874)与ASIC和电子模块(876)一起耦合在金属壳体(878)内。在特定实施例中，金属壳体(878)可以容纳一系列安装技术。安装技术的示例包括本领域技术人员将想到的螺纹、支架、索环、直角回转等。传感器装置(801)包括密封件(880)，用于金属壳体(878)和传感器装置(601)之间的连接。
图9描绘了根据本公开的一个实施例的传感器装置(901)的等距视图。在特定实施例中，传感器装置(901)是图8的传感器装置(801)的组装配置。在图9的示例中，金属屏蔽(882)覆盖流体液位传感器(102)和第二模制载体(503)。
如图8中所解释的，金属屏蔽包括上通孔(884)和下通孔(886)，该上通孔(884)和下通孔(886)形成穿过金属屏蔽(882)的孔。在金属屏蔽(882)覆盖第二模制载体(503)和第一模制载体(108)时，上通孔(884)和下通孔(886)用作空气和流体穿过第二模制载体(503)的上通孔(550)和下通孔(552)进入第一流体腔(110)和第二流体腔(724)的导管。
在特定实施例中，传感器装置(901)用作用于直接插入流体容器(例如，图1的流体容器(150))内的流体中的流体液位传感器。根据本发明的实施例，流体液位传感器对待感测的流体的介电常数不敏感，并且具有不需要预先知道流体及其介电常数的优点。
相关领域的普通技术人员将理解，在替代实施例中，若干元件的功能可以由更少元件或单个元件来执行。类似地，在一些实施例中，任何功能元件可以执行与关于所示实施例描述的操作相比更少或不同的操作。同样，出于说明的目的而被示出为不同的功能元件可以被包括在特定实现方式中的其他功能元件内。
虽然已经关于优选实施例描述了本主题技术，但是本领域技术人员将容易理解，在不脱离本主题技术的精神或范围的情况下，可以对主题技术进行各种改变和/或修改。例如，每个权利要求可以以多从属方式从属于任何或所有权利要求，即使这些权利要求最初没有被要求保护。

Claims (20)

1.一种用于直接插入高介电常数液体中的介电常数不敏感的流体液位传感器，所述流体液位传感器包括：
第一组堆叠串联电容器，所述第一组中的每个电容器由两个共面电极和位于所述电极之间的多个电介质空间中的一个电介质空间形成，所述第一组中的串联电容器的每个堆叠包括具有第一模制载体作为电介质空间的至少一个电容器和与所述至少一个电容器串联的具有第一流体腔作为电介质空间的另一电容器，所述第一组堆叠串联电容器的总电容根据所述第一流体腔内的流体的液位而变化。
2.根据权利要求1所述的流体液位传感器，其中，所述两个共面电极被封装在所述第一模制载体中并且通过所述第一模制载体的一些部分彼此分开；其中，所述第一模制载体的位于所述两个电极之间的部分具有已知的介电常数值，从而与所述两个电极一起形成具有固定电容值的第一组一个或多个电容器；并且
其中，所述第一流体腔被封装在所述第一模制载体的位于所述两个电极之间的所述部分中，其中，所述第一流体腔打开以接收流体容器内的不同液位的流体，从而与所述两个电极以及所述第一流体腔内的流体和任何空气一起形成可变电容值的第二组一个或多个电容器。
3.根据权利要求2所述的流体液位传感器，其中，除了所述第一流体腔的在将所述传感器置于所述流体容器内时基本上与所述流体容器中的流体的液位垂直的一个特定平面之外，所述第一流体腔被完全封装在所述第一模制载体的所述部分中；并且
其中，所述一个特定平面暴露于所述第一模制载体的外部。
4.根据权利要求3所述的流体液位传感器，还包括第二模制载体，所述第二模制载体覆盖所述第一流体腔的暴露于所述第一模制载体的外部的所述特定平面。
5.根据权利要求4所述的流体液位传感器，还包括金属屏蔽，所述金属屏蔽包围所述第一模制载体和所述第二模制载体；其中，所述金属屏蔽减少来自所述金属屏蔽的外部对所述两个电极之间的所述电容器的干扰。
6.根据权利要求5所述的流体液位传感器，还包括：
第二组堆叠串联电容器，所述第二组堆叠串联电容器由所述两个共面电极中的第一电极、所述金属屏蔽、以及位于第一电极和所述金属屏蔽之间的多个电介质空间形成，所述第一电极和所述金属屏蔽之间的所述多个电介质空间包括所述第一模制载体和第二流体腔；以及
第三组堆叠串联电容器，所述第三组堆叠串联电容器由所述两个共面电极中的第二电极、所述金属屏蔽、以及位于所述第二电极和所述金属屏蔽之间的多个电介质空间形成，所述第二电极和所述金属屏蔽之间的所述多个电介质空间包括所述第一模制载体和所述第二流体腔；
其中，所述第二组堆叠串联电容器的总电容和所述第三组堆叠串联电容器的总电容两者根据所述第二流体腔内的流体的液位而变化。
7.根据权利要求6所述的流体液位传感器，其中，所述第二流体腔包括位于所述金属屏蔽和所述第一模制载体之间的任何空间以及位于所述金属屏蔽和所述第二模制载体之间的任何空间；
其中，所述第二流体腔与所述电极中的每个电极、所述金属屏蔽、以及所述第二流体腔内的任何流体和空气一起形成具有可变电容值的一个或多个电容器；并且
其中，所述第一模制载体的位于所述两个电极之间的空间外部的部分和所述第二模制载体与所述电极中的每个电极和所述金属屏蔽一起形成具有固定电容值的一个或多个电容器。
8.根据权利要求5所述的流体液位传感器，其中，所述金属屏蔽和所述第二模制载体各自包括一个或多个通孔，所述一个或多个通孔用于使所述流体容器内的流体在所述第二模制载体和所述金属屏蔽之间穿过并且进入所述第一流体腔。
9.根据权利要求2所述的流体液位传感器，其中，所述第二流体腔的体积小于以下两者的组合：所述第一模制载体的位于所述两个电极之间的空间外部的部分的体积，以及所述第二模制载体的体积。
10.根据权利要求1所述的流体液位传感器，还包括耦合到所述两个电极的信号处理电路，所述信号处理电路用于将由所述电极形成的任何电容器的电容值转换为电信号，并且处理所述电信号以提供指示所述流体容器内的流体相对于所述传感器的液位的输出信号。
11.一种用于直接插入高介电常数流体中的介电常数不敏感的流体液位传感器，所述流体液位传感器包括：
第一组堆叠串联电容器，所述第一组中的每个电容器由金属屏蔽、第一电极、和位于所述第一电极与所述金属屏蔽之间的第一多个电介质空间中的一个电介质空间形成，所述第一组中的串联电容器的每个堆叠包括具有第一流体腔作为电介质空间的至少一个电容器和具有由所述金属屏蔽封装的一个或多个模制载体作为电介质空间的另一电容器；以及
第二组堆叠串联电容器，所述第二组中的每个电容器由所述金属屏蔽、第二电极、和位于所述第二电极与所述金属屏蔽之间的第二多个电介质空间中的一个电介质空间形成，所述第二组中的串联电容器的每个堆叠包括具有所述第一流体腔作为电介质空间的至少一个电容器和具有由所述金属屏蔽封装的所述一个或多个模制载体作为电介质空间的另一电容器；并且
其中，所述第一组堆叠串联电容器的总电容和所述第二组堆叠串联电容器的总电容两者根据所述第一流体腔内的流体的液位而变化。
12.根据权利要求11所述的流体液位传感器，其中，所述第一流体腔包括位于所述金属屏蔽和所述一个或多个模制载体之间的任何空间；
其中，所述第一流体腔与所述电极中的每个电极、所述金属屏蔽、以及所述第一流体腔内的任何流体和空气一起形成具有可变电容值的一个或多个电容器；
其中，所述一个或多个载体具有已知的介电常数值；并且
其中，所述一个或多个载体的位于所述两个电极之间的空间外部的部分与所述电极中的每个电极和所述金属屏蔽一起形成具有固定电容值的一个或多个电容器。
13.根据权利要求11所述的流体液位传感器，还包括第三组堆叠串联电容器，所述第三组堆叠串联电容器由所述两个共面电极和位于所述电极之间的第三多个电介质空间形成，所述第三多个电介质空间包括第一模制载体和第二流体腔，所述第三组堆叠串联电容器的总电容根据所述第二流体腔内的流体的液位而变化。
14.根据权利要求13所述的流体液位传感器，其中，所述两个共面电极被封装在所述第一模制载体中并且通过所述第一模制载体的一些部分彼此分开；其中，所述第一模制载体的位于所述两个电极之间的部分具有已知的介电常数值，从而与所述两个电极一起形成具有固定电容值的第一组一个或多个电容器；并且
其中，所述第二流体腔被封装在所述第一模制载体的位于所述两个电极之间的所述部分中，其中，所述第一流体腔打开以接收流体容器内的不同液位的流体，从而与所述两个电极以及所述第二流体腔内的流体和任何空气一起形成具有可变电容值的第二组一个或多个电容器。
15.根据权利要求14所述的流体液位传感器，其中，除了所述第二流体腔的在将所述传感器置于所述流体容器内时基本上与所述流体容器中的流体的液位垂直的一个特定平面之外，所述第二流体腔被完全封装在所述第一模制载体的所述部分中；并且
其中，所述一个特定平面暴露于所述第一模制载体的外部。
16.根据权利要求15所述的流体液位传感器，还包括第二模制载体，所述第二模制载体覆盖所述第二流体腔的暴露于所述第一模制载体的外部的所述特定平面。
17.根据权利要求16所述的流体液位传感器，其中，所述金属屏蔽减少来自所述金属屏蔽的外部对所述两个电极之间的所述电容器的干扰。
18.根据权利要求16所述的流体液位传感器，其中，所述金属屏蔽和所述第二模制载体各自包括一个或多个通孔，所述一个或多个通孔用于使所述流体容器内的流体在所述第二模制载体和所述金属屏蔽之间穿过并且进入所述第二流体腔。
19.根据权利要求16所述的流体液位传感器，其中，所述第一流体腔的体积小于以下两者的组合：所述第二模制载体的体积，以及所述第一模制载体的位于所述两个电极之间的空间外部的部分的体积。
20.根据权利要求16所述的流体液位传感器，还包括耦合到所述两个电极的信号处理电路，所述信号处理电路用于将由所述电极形成的任何电容器的电容值转换为电信号，并且处理所述电信号以提供指示所述流体容器内的流体相对于所述传感器的液位的输出信号。
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