CN111448393A - 液位传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液位传感器和自动校准方法，该自动校准方法由于动态地发生在泵的安装和使用期间，因此消除了现有技术中对液位传感器的手动校准的需要。另外，通过经常监测传感器的校准并对感测表面上的污染或长期漂移进行修正，该液位传感器的可靠性显著地优于现有技术的液位传感器的可靠性。通过运行固态传感器，在上述液位传感器中不存在移动部件。

Description

液位传感器
技术领域
本发明涉及用于冷凝泵的液位传感器。
背景技术
空气调节(AC)单元是维持空间温度的最常见方法之一，并且空气调节(AC)单元通常使用需要蒸发器和冷凝器的制冷循环。这允许来自空间的暖空气被吹过制冷剂冷却管件并在被返回到待调节的空间之前被冷却。然而，关于该方法的问题中的一个问题是随着温暖潮湿的空气被冷却，在管件上形成冷凝。该冷凝物通常被留下而从管件滴落并被收集在滴盘或储存器中。尽管小型便携式AC单元可以具有能够仅通过移除冷凝物储存器而简单地被定期清空的储存器，但大部分AC单元将具有不能移除的储存器。在这些情况下，可以将管件附接至滴盘，并且重力可以将冷凝物引入排放管中。然而，如果对滴盘或储存器与排放管之间的整个路径而言管件不能向下伸延，则必须配装泵以泵送出储存器内的冷凝物。
通过使用冷凝泵从储存器移除冷凝物允许使用较小的储存器，这促成了更美观的AC单元。然而，在某些情况下，冷凝泵可能不能够足够快地清空储存器，或者冷凝泵可能发生故障，这可能导致储存器溢出，从而潜在地致使水被引入到系统的电子设备或任何邻近的系统。冷凝物的大量积聚还可能导致水损坏建筑物的地板、墙壁和天花板，这可能致使结构不安全。因此，有效地监测和清空冷凝物储存器是必要的。在这种情况下，AC单元将带有用于关闭AC单元的高水位警报开关以防止这种情况。此外，如果冷凝物水平下降到最低水平的下方并且冷凝泵继续运行，则空气可能被夹带到泵和下游导管中，这可能影响泵的寿命并导致增加的噪音。另外，冷凝泵可以依赖于作为用于泵活塞的润滑剂而被泵送的液体。
现有的冷凝泵通常安装在AC单元的壳体内或邻近于AC单元而在单独的壳体中，以使冷凝物储存器与冷凝泵之间的行程最小。然而，当泵马达运行时，泵马达致使冷凝泵振动，这进而致使泵在系统使用时于壳体内发生撞击并产生不期望的噪音。
传统地，这些泵已经由磁浮子控制，该磁浮子操作泵内的磁开关以运行泵以及高水平的操作。浮子系统仅提供静态水平指示(即需要接通和关断泵的指示)，并且尽管这对于基本控制是可以接受的，但该系统不允许测量和控制穿过冷凝泵的泵送流动速率。此外，浮子是机械设备，并且可能遭受物理损坏。在AC单元关闭比如在冬季时，对浮子而言还可能在更长时间段期间被卡在冷凝物储存器的底部。
除了磁浮子之外，还可以使用电容测量装置，但是仅用于提供水平信息而不提供流动信息。然而，由于制造差异，对于给定液位获得的值将具有公差。如果该范围显著，则实际水平测量将不精确，并且可能导致空气在关断点处被吸入到泵中，从而产生噪音并加速泵马达的磨损，或者在发生故障时例如储存器溢出时空气调节单元将无法关断。为了解决这些公差，电容基液位传感器可以通过将已知液位应用于泵并对其缩放比例以给出正确值来校准。与必须校准每个液位传感器相关联的问题包括：校准过程的耗时性质，这可能增加操作这种系统的成本；需求使用液体来校准液位传感器，这意味着液位传感器会变湿并且因此需要在液位传感器原本用途之前被仔细干燥以防止液位传感器的包装损坏；以及在执行校准过程时出现人为误差的风险。
发明内容
从第一方面来看，本发明提供了一种具有传感器模块的液位传感器，该传感器模块具有第一感测元件、第二感测元件和水平感测元件，第一感测元件配置为响应于液体到达第一感测元件而生成低液位检测信号，第二感测元件定位于第一感测元件的上方，并且第二感测元件配置为响应于液体到达第二感测元件而生成顶部液位检测信号，水平感测元件定位于第一感测元件与第二感测元件之间，并且水平感测元件配置为响应于液体上升越过水平感测元件而生成可变液位信号。第一感测元件、第二感测元件和水平感测元件电连接至微处理器，微处理器配置为接收低液位检测信号、顶部液位检测信号和可变液位信号。微处理器配置为在接收到低液位检测信号时将接收的可变液位信号作为低液位参考值存储在非易失性存储器中，并且微处理器配置为响应于接收的可变液位信号而控制冷凝泵。微处理器还配置为基于可变液位信号和参考值计算误差值、基于计算的误差值确定冷凝泵速度的运行的速度，以及生成控制信号以使冷凝泵以所确定的速度运行。
本发明还可以包括第三感测元件，第三感测元件定位于第二感测元件的上方，第三感测元件配置为响应于液体到达第三感测元件而生成高液位检测信号，第三感测元件电连接至微处理器，微处理器还配置为接收高液位检测信号。
第一感测元件或第二感测元件中的任一者可以电连接至第三感测元件。
低液位检测信号或顶部液位检测信号中的任一者可以是数字输出信号。第三感测元件的高液位检测输出信号可以是数字输出信号。
第一感测元件、第二感测元件或水平感测元件中的任一者可以具有由传导材料制成的感测区域。第三感测元件可以具有由传导材料制成的感测区域。传导材料可以是铜。
第一感测元件、第二感测元件或水平感测元件中的任一者可以是电容基传感器。在第一感测元件、第二感测元件或水平感测元件中的任一者是电容基传感器的情况下，第一感测元件、第二感测元件或水平感测元件中的任一者可以是电容基传感器可以是非接触式传感器。第三感测元件可以是电容基传感器。在第三感测元件是电容基传感器的情况下，第三感测元件可以是非接触式传感器。
传感器模块可以具有纵向轴线。第一感测元件、第二感测元件、水平感测元件或第三感测元件中的任一者可以与纵向轴线对准。
第一感测元件可以连接至第二感测元件。
第二感测元件或水平感测元件中的任一者可以具有由至少两个宽度形成的轮廓。在第二感测元件或水平感测元件具有由至少两个宽度形成的轮廓的情况下，水平感测元件的轮廓可以与第一感测元件或第二感测元件中的任一者的轮廓竖向地重叠。
水平感测元件可以邻近于第一感测元件或第二感测元件中的任一者。
微处理器可以是PIC16F18856微处理器芯片。使用该微处理器芯片是特别有利的，因为它包含了与可能存在于微处理器芯片上的一个或更多个接触式传感器连接的必要硬件，从而减少了传感器上部件的数目。
液体传感器可以形成冷凝泵的一部分，该冷凝泵具有壳体、泵马达、冷凝物储存器以及液位传感器，该液位传感器安装在壳体内使得液位传感器位于冷凝物储存器内，并且其中，液位传感器配置为控制泵马达。
通过使用描述的液位传感器控制冷凝泵的方法被认为是新颖的，并且因此，从第二方面来考虑该方法。本发明提供了一种通过使用液位传感器控制冷凝泵的方法，该方法具有以下步骤：提供传感器模块，该传感器模块具有第一感测元件、第二感测元件和水平感测元件，第一感测元件配置为生成低液位检测信号，第二感测元件定位于第一感测元件上方，并且第二感测元件配置为生成顶部液位检测信号，水平感测元件定位于第一感测元件与第二感测元件之间，并且水平感测元件配置为生成可变液位信号；提供微处理器，微处理器具有与第一感测元件、第二感测元件和水平感测元件中的每一者的电连接，其中，微处理器配置为接收低液位检测信号、顶部液位检测信号和可变液位信号，并且其中，微处理器配置为响应于接收的可变液位信号来控制冷凝泵；在接收到低液位检测信号时，将可变液位信号作为低液位参考值存储在非易失性存储器中；根据可变液位信号和存储在非易失性存储器中的低液位参考值计算误差值，其中，该误差值被计算为可变液位信号与低液位参考值之间的差；基于计算的误差值确定冷凝泵速度的运行的速度；生成控制信号以使冷凝泵以所确定的速度运行。
该方法可以包括响应于接收顶部液位检测信号而生成控制信号以使冷凝泵以最大速度运行的步骤。
该方法可以包括响应于接收高液位检测信号而生成控制信号以关闭所连接的空气调节单元的步骤。
该方法可以包括在接收到顶部液位检测信号时，将液位信号的值作为顶部液位参考值存储在非易失性存储器中的步骤。
该方法可以包括响应于接收高液位检测信号而将液位信号的值作为高液位参考值存储在非易失性存储器中的步骤。
因此，本发明提供了液位传感器和自动校准方法，由于该自动校准方法动态地发生在泵的安装和使用期间，因此该自动校准方法除去了现有技术中对液位传感器的手动校准的需要。另外，通过经常监测传感器的校准并对感测表面上的污染或长期漂移进行修正，该液位传感器的可靠性显著地优于现有技术的液位传感器的可靠性。通过运行固态传感器，在上述液位传感器中不存在移动部件。
附图说明
下文中参照附图进一步描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是现有技术的液位传感器的图示；
图2示出了这种现有技术的液位传感器的典型输出；
图3示出了这种现有技术的液位传感器的输出中的不确定性；
图4是示例性液位传感器和冷凝物储存器装置的立体图；
图5a和图5b是用于计算液位传感器的输出值的电路的示意性布局；
图6a是具有两个感测元件和水平感测元件的示例性液位传感器；
图6b示出了图6a中示出的液位传感器的输出；
图7a是具有由通过连接区域连接的两个感测区域形成的单个感测元件和水平感测元件的替代性液位传感器；
图7b示出了图7a中示出的液位传感器的输出；
图8a是具有三个感测元件和水平感测元件的示例性液位传感器；
图8b示出了图8a中示出的液位传感器的输出；
图9a是包括两个感测元件和具有由两个宽度形成的轮廓的水平感测元件的示例性液位传感器；
图9b示出了图9a中示出的液位传感器的输出；
图10a是包括由通过连接区域连接的三个感测区域形成的单个感测元件以及具有由两个宽度形成的轮廓的水平感测元件的示例性液位传感器；
图10b示出了图10a中示出的液位传感器的输出；
图11a是包括两个感测元件以及具有由三个宽度形成的轮廓的水平感测元件的示例性液位传感器；
图11b示出了图11a中示出的液位传感器的输出；
图12示出了用于液位传感器的校准方法；
图13示出了包括大致是感测元件的宽度的凹口的传感器模块。
具体实施方式
图1是现有技术的电容基液位传感器30的图示。液位传感器30设置在容器10内，容器10容纳处于水平40的液体20。液位传感器30示出为部分地淹没在容器10内的液体20中的简单的矩形传感器。
图2示出了液位传感器30、比如图1中示出的液位传感器30的典型输出。在容器10容纳处于低于液位传感器30的水平40的液体20时，液位传感器30的输出值中不存在变化。这种情况持续到水平40上升到足以接触液位传感器30(“A”)为止。超过液位“A”，液位传感器30的输出值随着上升的液位而变化。如图所示，输出值随着水平40上升而线性变化；然而，由本说明还想到了其他输出轮廓。传感器的输出值将继续增加，直到水平40上升到液位传感器30的顶部(“100％”)为止，并且即使液体水平40增加超过液位传感器30的顶部，传感器的输出值也将停留在该点处。
由制造过程中的差异引起的公差意味着液位传感器30通常需要校准来正常运作以返回对应于真实液体水平40的输出值。图3示出了由于制造公差引起的液位传感器30的输出中的不确定性。在“标称”响应输出附近示出了与液位传感器30的输出相关联的不确定性的界限(“上限”和“下限”)。在给定液体水平比如附图中示出的“B”处，不良校准的传感器可能返回B上限和B下限的范围内的输出值。尽管这在液体水平40不在容器10的最大水平附近时是能够接受的，但在液体水平40接近容器10的顶部或传感器30的底部时，具有精确的传感器输出是重要的，因为在液体处于特定物位时传感器输出特定值。如果传感器被不良校准或如果传感器已经很长一段时间未校准，则对应于校准时90％容量的液位的输出值实际上可能表明容器10溢出。类似地，对应于校准时10％容量的液位的输出值实际上可能对应于低于传感器的液位。当泵送的液体20用作用于泵马达的润滑剂时，在液位低于传感器时运行泵是不期望的。如果液体水平40减少到在容器中存在可忽略的液体的程度，则泵将必须从“干”状态重新启动，从磨损的角度来看“干”状态是不良的并且还增加了空气被吸入到泵中的可能性，这两者都可能导致特别嘈杂的运行以及泵的减少的运行寿命。
图4是示例性液位传感器和冷凝物储存器装置的立体图。该装置包括经由电连接件130连接至泵马达150和微处理器140的液位传感器100。微处理器可以是PIC16F18856微处理器芯片并且可以具有非易失性存储器。该微处理器芯片适于本发明，因为它容纳了与可以存在于微处理器芯片上的一个或更多个接触式传感器连接的必要硬件，因而减少了传感器上部件的数目。接触式传感器可以用于手动启动特定的冷凝泵操作比如校准过程。尽管PIC16F18856芯片比其他微处理器芯片更可取，但其他芯片也可以与其他测量技术比如电容-频率转换相结合来使用。液位传感器100具有传感器模块110和感测元件120。通常，感测元件120由传导板形成。传导材料可以是铜。通常，液位传感器100位于附接至连接部分170的壳体(未示出)内，该连接部分170附接至冷凝物储存器160。连接部分170包括槽180和关联的容座183，该容座183能够使液位传感器100易于被定位于冷凝物储存器160的容积内。优选地，传感器模块110具有大致平面的长形形式，并且感测元件120位于传感器模块110上，因为这允许传感器模块被容易地定位于储存器160的容积内。传感器模块110可以包括横跨传感器模块110的宽度的凹口115(见图13)。凹口115可以是V形的并且还可以大致是感测元件120的宽度。凹口115可以在大致水平的方向上伸延。凹口115允许传感器模块110在操作期间绕轴线屈曲。这是期望的，因为这允许传感器110被安装在感测元件120压靠在容座183的内表面的构型中。这将确保感测元件120维持与容座183的内表面的最佳接触以及在泵马达150的运行期间由传感器提供的读数保持精确。该传感器模块110装置在冷凝物储存器160内占据最小量的空间并导致设计更简单并且制造更容易的连接部分170。然而，将感测元件120设置在具有非平面形式比如长方体或圆柱体形式的传感器模块110上以获得本发明的益处是在本说明的范围内的。在不关注空间的情况下，这种传感器模块110将具有同样的功能。液位传感器可以依赖于液体20与液位传感器100之间的物理接触以引起液位传感器30的输出值的变化，因为液体接触引起感测元件120的电阻或电容的变化，该变化引起输出值的相应的变化。在电容基传感器的情况下，能够以不需要液体20物理接触液位传感器100的非侵入方式测量液位。这种感测能力通过图4中示出的装置实现，该装置使液位传感器100位于容座183内，该容座183具有薄壁以使液位传感器100与液体20分离，但保持液位传感器100紧邻近于液体20，使得水平40仍然能够越过液位传感器100的感测表面120。非接触式或非侵入式液位测量是特别期望的，因为它能够使液位传感器100的电子和电气部件比如微处理器140和电连接件130分开容置在远离容纳于冷凝物容器10内的液体20的防水壳体中。描述的非接触式或非侵入式传感还可以被认为是液体的间接感测。然而，应将理解的是，以与本发明的方式类似的方式设置的接触式传感器也将从本发明中受益。在使用接触式传感器的情况下，它们可以是绕冷凝物储存器160的内表面设置或设置在类似或非平面的传感器模块上的单独的传感器，其中，传感器模块与储存器160内的液体直接相接触。在液体与传感器之间形成直接接触的情况下，较厚的传感器横截面可以提供更稳定和坚固的传感器模块。图4的装置可以形成冷凝泵的一部分，该冷凝泵具有用以支承液位传感器100的壳体、、泵马达150和附接至壳体的冷凝物储存器160。冷凝泵的壳体还可以构造成使液位传感器100位于冷凝物储存器160内。液位传感器100可以配置为控制泵马达150。
通过测量穿过接收器183的壁到液体20的电容，非侵入地计算冷凝物储存器160中的液位40。测量是完全固态的，因为传感器100不包括移动部件。本发明测量参考电容器的输出电压并将该电压与液位传感器100的电压进行比较。该方法是特别有利的，因为该方法使用微处理器的内部电容器作为参考电容器，取消了对于附加部件的需求。测量过程处于图5a和图5b中示出的两个阶段。组合的结果用于提供液位值。
图5a和图5b示出了用于计算图4中示出的种类的液位传感器的输出值的电路的示意性布局。图5A示出了被充电至5V的内部电容器(“Cref”)，以及放电至0V的外部电容器(“Clevel”)。然后将充电的内部电容器连接至外部电容器，这导致外部电容器被充电并且在两个电容器上形成电压(“V1”)。该电压由微处理器记录。图5b示出了接地并被放电至0V的内部电容器(“Cref”)以及被充电至5V的外部电容器(“Clevel”)。然后将电容器连接在一起并在内部电容器由外部电容器充电时形成电压(“V2”)。该值还由微处理器记录。用于指示液位的最终值通过从V2减去V1来计算。该计算液位的方式对内部电容器提供了相对于该值的输出，这从而抵消了测量系统内的任何变化比如电源电压中的变化。
图6a是具有两个感测元件和水平感测元件的示例性液位传感器。为了清楚起见，省略了液位传感器200的传感器模块的一部分。液位传感器200可以是图4中示出的种类。第一感测元件210用作底部开关并用于指示泵关断水平，以防止在液位低于泵马达时泵干运转。第二感测元件230可以是用于指示顶部液位或高液位的顶部开关。顶部液位可以指示液体处于可接受的最大水平并且泵可能需要在增压模式下运行以迅速降低液位，并且高液位可以指示液位太高并且需要关闭AC单元以防止冷凝物的进一步上升。顶部开关可以用于指示顶部液位和高液位中的一者或两者。水平感测元件220邻近于第一感测元件210和第二感测元件230两者，并且水平感测元件220用于通过使用图5中示出的示意性电路布局根据上述方法计算冷凝物储存器内的液位。如图6a中所示，感测元件210、220和230沿着传感器模块200的纵向轴线240设置，并且该纵向轴线是大致竖向的。水平感测元件220被示出为邻近于第一感测元件210和第二感测元件230。在将感测元件描述为与纵向轴线对准的情况下，感测元件还包括沿着纵向轴线对准或设置有纵向轴线的感测元件。在这种情况下，传感器元件将设置成处于一条线。可以使感测元件210、220、230沿着纵向轴线对准，但彼此间隔开。此外，可以将感测元件210、220、230邻近于彼此设置，其中，感测元件利用感测元件210、220、230之间的最小竖向偏移或水平偏移彼此大致并排。然而，优选的是，设置感测元件210、220、230使得感测元件210、220、230在沿着纵向轴线观察时彼此重叠。该优选实施方式有利地允许更紧凑的传感器模块200，因为感测元件紧密设置在一起。然而，将明显的是，这对于本发明不是必需的。作为在制造期间设置过程的一部分，感测元件中的每个感测元件的干值记录为参考值。
图6b示出了图6a中示出的液位传感器的输出。感测元件中的每个感测元件具有对应于是否液体已经到达给定传感器的水平的输出。当液位上升至第一感测元件(“低”)时，生成指示液体已经到达第一感测元件210的水平(“L”)并且液位较低的低液位检测信号。在到达液位“L”时，第一感测元件210的输出值中存在从第一值到第二值的变化，该变化被发送到微处理器140。第一感测元件210可以通过输出数字输出信号来指示液位已经到达底部开关。随着液位进一步上升，液位接触水平感测元件220并上升越过水平感测元件220的表面，从而引起“水平”信号相应地增加。随着液位继续上升，液位将最终经过水平感测元件220的上方，并且可变液位信号将停止变化。随着液位继续上升，液位到达顶部液位(“T”)并接触第二感测元件230。此时，“顶部”输出值中将存在从第一值到第二值的变化，该变化将作为与顶部液位对应的顶部液位检测信号被发送至微处理器140。具有顶部传感器230提供了独立检测何时液位到达最大或顶部液位的方法，并且具有顶部传感器230可以用于以最大速度操作冷凝泵马达150以防止冷凝物储存器160溢出。冷凝泵150可以以最大速度操作，直到液位下降至“零”参考点并且泵被关闭为止。如上所述，代替顶部液位传感器，第二感测元件230可以是高液位传感器，该高液位传感器向微处理器140发送高液位检测信号，并致使AC单元关闭并防止液位的任何进一步上升。顶部液位开关或高液位开关中的一者可以发送用于指示液位已经到达第二感测元件的数字输出信号。
图7a是具有由通过连接部分350连接的两个感测部分330、340形成的单个感测元件310以及单独的水平感测元件320的替代性液位传感器300。单个感测元件310具有包括两个水平部分330、340以及竖向连接部分350的轮廓。水平部分330、340通过竖向连接部分350既物理地又传导地互相连接，并且水平部分330、340通常将包括单个整体构件。水平感测元件320布置在水平部分330、340之间的未被竖向连接部分350占据的区域中，并且水平感测元件320从水平部分330、340物理地分离，以确保在感测元件310与感测元件320之间没有电传导。为了清楚起见，省略了液位传感器300的传感器模块的一部分。液位传感器300可以是图4中示出的种类。在该实施方式中，感测元件310的轮廓由两个感测部分330、340形成。如下面说明的，尽管两个感测部分330、340通过连接部分350电连接，但是感测元件310能够提供与第一感测元件210和第二感测元件230的功能相同的功能。
图7b示出了图7a中示出的液位传感器的输出。第一感测部分330提供“低”检测信号，“低”检测信号对应于液位何时已经到达低液位(“L”)。此时，在液位下降的情况下，泵马达关闭以防止液位下降到低于泵马达的水平并防止空气被吸入泵马达以及在运行中产生显著的噪音。相反，从泵关断状态并在液位上升的情况下，在液位上升至到达低液位(“L”)时，低检测信号用于打开泵。第二感测区域340可以提供“顶部”检测信号，该“顶部”检测信号在液位已经到达顶部液位(“T”)时对应于泵应当何时以最大速度运行。作为替代性方案，第二感测区域340可以提供高液位检测信号，该高液位检测信号对应于何时应当关闭AC单元以防止进一步产生冷凝物以及冷凝物储存器溢出。在两种情况下，相同的感测元件310为低开关和顶部/高水平开关提供检测信号。与两个相应的感测部分330、340对应的来自第一感测元件310的指示底部开关或顶部/高水平开关中的一者的两个检测信号可以是呈数字输出的形式。如图7b中所示，数字输出可以具有不同的幅度。在低液位(“L”)与顶部液位(“T”)之间，水平感测元件320以与上述水平感测元件220大致相同的方式运行，并且水平感测元件320提供与上升越过水平感测元件320的液位对应的可变液位信号。尽管使用单个传感器来提供多个检测信号是有利的，因为这减少了液位传感器上的传感器电路的数目，但是本发明不需要使用单个传感器。
图8a是具有三个感测元件和水平感测元件的示例性液位传感器。所述三个感测元件410、430和440大致沿着传感器模块(未示出)的竖向的纵向轴线设置。为了清楚起见，省略了液位传感器400的传感器模块的一部分。液位传感器400可以是图4中示出的种类。在该实施方式中，第一“低”感测元件410和水平感测元件420以与图6a的第一感测元件210和水平感测元件220大致相同的方式运行。液位传感器400与其他实施方式的不同之处在于具有单独的顶部感测元件430和高水平感测元件440。这允许泵马达150以最大速度运行，同时在由微处理器140接收指示AC单元应当关闭的单独的高液位检测信号之前顶部液位检测信号已经传输至微处理器140。
图8b示出了图8a中示出的液位传感器的输出。传感器以与图6b中示出的方式大致相同的方式运行，其中，区别在于存在单独的高液位感测元件440，单独的高液位感测元件440向液位传感器提供其他输出信号。在液位到达高液位(“H”)时，高液位检测信号(“高”)被生成并发送至微处理器140。然后，微处理器140可以发送控制信号来关闭AC单元以防止产生其他冷凝物以及液位任何进一步上升。因此，在已经先于高液位检测信号接收到顶部液位检测信号时，泵马达150可以以最大速度运行。具有多个传感器元件是有利的，因为感测元件中的一个感测元件的故障不会致使液位传感器不可用。其余的感测元件能够向液位传感器提供那些感测元件的其余功能比如高液位警报。尽管包括多个感测元件是有利的，但对于本发明而言不是必需的。
图9a是具有两个感测元件和具有由两个宽度形成的轮廓的水平感测元件的示例性液位传感器。第一感测元件510以与较前实施方式中描述的底部开关210、330和410大致相同的方式起作用。该实施方式与先前实施方式的不同之处在于设置水平感测元件520和第二感测元件530。第二感测元件530具有包括有着两个不同宽度的一体的感测部分540和550的大致L形的轮廓。两个感测部分540和550以与图8a的顶部液位传感器430和高液位传感器440大致相同的方式运行，并且两个感测部分540和550提供何时液位处于顶部液位和高液位的指示。如图9a中所示，两个感测部分540和550电连接并且具有主要由两个宽度形成的轮廓。感测部分540具有紧邻在上方的相邻感测部分550的宽度的大约一半的宽度。水平感测元件520在其紧邻在第二感测元件530的下方的上端部处具有对应成形的阶梯式轮廓。水平感测元件520和第二感测元件530的轮廓使得两个感测元件能够竖向地与彼此重叠。如所示的，水平感测元件520的最接近高液位感测部分550的部分是最接近第一感测元件510的端部处的宽度的大约一半。如图9b中所示，宽度上的变化引起对于水平感测元件520和第二感测元件530两者的输出值上的变化。在该实施方式中，来自水平感测元件520的可变液位信号将线性增加，直到液位到达顶部水平(“T”)为止，此时，水平感测元件520的宽度上的变化将导致不同速率在数值方面的变化(假设恒定速率的上升液体)。输出值将以这种不同的速率变化，直到液位到达高水平(“H”)为止，此时，输出值将停止变化。第二感测元件530生成与到达顶部感测区域540的液位对应的顶部液位检测信号(“顶部”)。第二感测元件生成与到达感测区域550的液位对应的另一检测信号(“高”)。来自第二感测元件530的指示顶部液位开关或高水平开关的检测信号可以是呈数字输出的形式。该数字输出可以具有图9b中示出的幅度，并且不应当被视为按比例示出。
图9b示出了图9a中示出的液位传感器的输出。该实施方式导致更紧凑的液位传感器，因为水平感测元件520和第二感测元件530的轮廓沿着传感器模块的纵向轴线彼此重叠，而不失去另一单独的感测元件比如图8a中所示的感测元件具有的功能中的任何功能。
图10a是具有由通过连接区域连接的三个感测区域形成的单个感测元件以及具有主要由两个宽度形成的轮廓的水平感测元件的示例性液位传感器。感测元件610具有第一感测部分630、第二感测部分640和第三感测部分650。第一感测部分630由连接部分660物理地和电连接至第二感测部分640。本实施方式以与图9b中示出的方式相同的方式作用，其中，第一感测部分630用作底部开关传感器，第二感测部分640用作顶部开关传感器，并且第三感测部分650用作高水平开关传感器。该实施方式与图9的实施方式的不同之处在于第一感测部分、第二感测部分和第三感测部分电连接至彼此以使底部开关、顶部开关和高水平开关全部形成在相同的一体感测元件610上。在该实施方式中，感测元件610具有主要由三个不同的宽度形成的轮廓以提供不同的感测区域630、640和650。水平感测元件620具有对应的阶梯式轮廓并提供响应于经过水平感测元件620的液位的可变液位信号，并且水平感测元件620以与图9a的水平检测元件520大致相同的方式作用。
图10b示出了图10a中示出的液位传感器600的输出。该实施方式不同于图9b的实施方式，因为感测元件610将分别提供与到达第一传感部分、第二传感部分和第三传感部分对应的液位的三个检测信号(“低”、“顶部”和“高”)。这是替代性方案以使两个单独的感测元件510和530提供三个检测信号，比如图9中示出的实施方式中的检测信号。来自感测元件610的指示底部液位开关、顶部液位开关和高液位开关的三个检测信号可以是数字输出。数字输出可以具有不同的幅度，比如图10b中示出的幅度。
图11a是具有两个感测元件以及具有由三个宽度形成的轮廓的水平感测元件的示例性液位传感器。第一感测元件510以与较前实施方式中描述的底部开关210、330、410和510大致相同的方式起作用。该实施方式与先前实施方式的不同之处在于设置水平感测元件720和第二感测元件730。第二感测元件730具有主要由两个宽度形成的轮廓，所述两个宽度提供了两个感测部分740、750。所述两个感测部分740、750以与图9a的顶部液位传感器540和高液位传感器550大致相同的方式运行，并提供何时液位处于顶部液位和高液位的指示。所述两个感测部分740、750被示出为是电连接的，但这不是必需的。水平感测元件720具有主要由三个宽度形成的轮廓，而第二感测元件730具有主要由两个宽度形成的轮廓。这允许第二感测元件730和水平感测元件720彼此竖向地重叠并提供比较前实施方式中示出的形式更紧凑的形式。如图11b中所示，水平感测元件720的宽度上的变化引起水平感测元件720和第二感测元件730两者的输出值上的变化。
图11b示出了图11a中示出的液位传感器的输出。在该实施方式中，由水平感测元件720输出的可变液位信号将增加，直至液位处于顶部水平(“T”)为止，此时，水平感测元件720的宽度上的变化将导致不同速率在数值方面的变化(假设恒定速率的上升液体)。输出值将以这种不同的速率变化，直到液位到达高水平(“H”)为止，此时，由于轮廓的第三宽度，输出值将以另一速率变化。输出值将继续上升，直到液位经过水平感测元件720的顶部为止，此时，输出值将停止上升。与先前描述的实施方式不同，水平感测元件720的输出值即使在发送了高水平信号之后仍继续变化。在这种情况下，高水平信号不会关闭AC单元，并且液位将继续上升。在AC单元继续运行并且冒着冷凝物储存器溢出的风险的情况可以比关闭AC单元是优选的。这种情况的示例可能是需要保持冷藏或冷冻的医药产品、食品贮存设施或计算机服务器房间。因此，高液位检测信号可能不会关闭AC单元，而将代替地向建筑物管理系统发送指示高液位的信号，该信号可以警告建筑物维护工作人员有关冷凝泵的潜在的故障或问题，并用以调查问题。尽管示出的实施方式图示了位于液位传感器的下方的底部开关，但这不是必需的。如果底部开关上的校准点高于最低允许水位，则底部校准传感器可以与水平传感器重叠。在这种情况下，触发底部开关将使微处理器读取并存储水平传感器的值作为用于控制泵马达功能的参考水平。
图12示出了对液位传感器的校准过程。本发明还扩展到自动校准过程比如图12中示出的用于具有第一感测元件、第二感测元件、第三感测元件和水平感测元件的液位传感器的自动校准过程。图8a、图9a、图10a和图11a提供了这种液位传感器的示例。下面对校准过程进行描述。当泵通电800时，微处理器将判定泵是否已经校准805，并且如果没有，则将自动启动校准过程。校准过程可以通过检验微处理器中设定的校准标志来开始。如果还未设定校准标志，则这可能会向微处理器指示泵未校准。校准过程本身包括允许填充冷凝物储存器，使得在将可变液位传感器的值存储为检测到的液位的特定参考值之前，使容纳在冷凝物储存器中的液体按顺序经过感测元件中的每个感测元件。随着液位在冷凝物储存器中上升，液位将经过第一感测元件的水平815。这将引起第一感测元件的输出值变化。该变化可以是呈数字方式的，其中，类似于闭合开关，该变化是阶梯状的。输出值上的这种变化将由微处理器接收，并将向微处理器示意以将水平感测元件的输出值作为“泵关断”或“零”参考值存储在微处理器的非易失性存储器中820。“泵关断”点是泵应当被关闭以防止储存器干运行以及空气被吸入到泵马达中所处的点。这是特别重要的，因为在储存器中保留一定体积的水使泵马达保持润滑。传感器的“零”点用于校准水位传感器，并为误差信号提供零点。何时水位到达“零点”的泵开关。“泵关断”点用于控制泵马达的操作速度的方式将在随后的说明中进行更详细地描述。处理继续进行至步骤825，其中，微处理器判定是否传感器已校准至所有液位。由于仅已校准了底部传感器，因此校准过程返回至步骤805，并且校准循环继续。在过程返回至步骤815时，微处理器判定底部传感器自校准过程的最后一个循环以来是否已经变化。由于底部传感器保持启动，因此自先前循环以来底部传感器还未变化其状态，并且因此，过程继续至步骤830。
随着液位继续上升，液位将最终到达顶部开关830，此时，将由微处理器检测第二感测元件的输出值上的变化。输出值上的这种变化致使微处理器将水平感测元件的输出值作为“最大值”参考点存储在微处理器的非易失性存储器中835。“最大值”参考点指示水平感测元件的可允许最大值，因为该可允许最大值对应于可允许的最高液位。该过程继续从步骤835至步骤825，并且由于传感器还未对所有液位进行校准，因此该过程返回至步骤805，并且校准循环继续至步骤840。
随着液位继续上升，最终液位将到达高水平传感器840。此时，第三感测元件将改变其将由微处理器检测的输出值。接收高液位传感器的检测信号导致水平感测元件的值作为“高液位”参考值存储在微处理器的非易失性存储器中845。该参考值指示液位太高并且应当关闭AC单元的点。校准过程从步骤845转至步骤825，并且由于传感器已经对所有传感器液位进行了校准825，并且已经对所有参考值进行了存储，因此可以在微处理器中设定校准标志850。当过程返回至步骤805时，因为已经设定了校准标志，所以传感器退出校准过程并以正常方式被控制810。应当指出的是，尽管步骤805被包括在校准过程的每个循环中，但是同样可以的是，该步骤仅在泵的通电800之后执行一次。在这种情况下，来自步骤825的否定结果将使微处理器直接继续进行步骤815。来自步骤825的肯定结果将继续进行步骤850并直接继续进行步骤810。这种方法在校准过程的每个循环中将需要执行更少的过程。尽管已经描述了基于循环的校准过程，但是微处理器可以同时监测来自所有开关传感器的输入，并且当每个开关传感器启动时，通过使液位按顺序经过每个传感器，微处理器可以读取来自液位传感器的可变输出并将与每个开关传感器对应的可变输出值存储为用于每个液位的参考值。应当指出的是，在步骤820、835和845处存储的三个参考值不用于控制泵的操作。这些参考值是用于校准过程的指示器。泵可以定期使用所述三个参考值来检查校准的有效性，因为随着时间的流逝，污染物可能会堆积在传感器面上并降低传感器的灵敏性。然而，通过以所述方式定期重新校准液位传感器，能够确保泵正常运行。
现在将对控制泵马达的方法进行描述。与现有技术的系统不同，泵马达不会在离散点处接通和关断。通过上述校准过程确定的“泵关断”或“零”参考值用作控制泵马达速度的参考值。随着液位上升，水平感测元件将输出可变液位信号。对该液位信号与参考值进行比较并形成误差值。误差值被认为是从可变液位信号的当前输出值减去存储在微处理器的非易失性存储器中的“泵关断”参考值而获得的。该误差值确定了冷凝泵的运行速度。随着误差值增加，泵马达运行速度增加。泵将继续运行，直到液位等于参考水平，此时，泵将被关断。可以将其他因素比如多快能填充/排空储存器纳入到抽送速率计算的因素中，以应用最佳的流出速率并使由泵产生的噪音最小。这尤其重要，因为仅在必要时增加流出速率致使有效噪音的泵，因为与泵马达运行相关联的噪音仅在必要时才产生比如在液位处于顶部液位处时。尽管优选的是仅通过使用液位传感器以上述方式控制冷凝泵马达，但底部液位传感器、顶部液位传感器和高液位传感器可以用于提供替代性控制方法，以确保泵正确运行，例如当液位传感器被污染或发生故障时。
描述的感测元件可以是印刷电路板(PCB)上的传导迹线或传导材料的区域。传导材料可以是铜。
附图示出了大致上下设置的感测元件，其中，第一感测元件定位于传感器模块的底部处，水平感测元件定位于第一感测元件的上方，并且第二感测元件定位于水平感测元件的上方。在存在第三感测元件的情况下，第三感测元件定位于第二感测元件的上方。然而，尽管优选的是使感测元件在传感器模块上竖向地上下设置，但这不是必要的。如果底部感测元件位于水平传感器的下方并且顶部感测元件位于水平感测元件的上方，则本发明将同样好地适用于单独位于流体储存器的内部容积内的一系列传感器。
尽管感测元件的形状已经示出为大致矩形或具有带有两个或三个宽度的轮廓，但本说明涵盖了其他形状的感测元件、比如具有渐缩的或倒圆的端部或边缘部的形状。更复杂的形状可能引起来自液位传感器的非线性输出值。然而，产生可变液位信号的水平感测元件与至少一个感测元件耦合以产生检测信号的组合使得上述液位传感器的校准和控制的方法同样好地适用于由这种复杂的形状形成的感测元件。
本发明提供了液位传感器和自动校准方法，由于该自动校准方法动态地发生在泵的安装和使用期间，因此该自动校准方法除去了现有技术中对液位传感器的手动校准的需要。另外，通过经常监测传感器的校准并对感测表面上的污染或长期漂移进行修正，该液位传感器的可靠性显著地优于现有技术的的液位传感器可靠性。通过运行固态传感器，在上述液位传感器中不存在移动部件。
贯穿本说明书的说明和权利要求，词语“包括”和“包含”及这些词语的变型表示“包括但不限于”，并且它们不意在(并且不)排除其他部分、附加物、部件、整数或步骤。贯穿本说明书的说明和权利要求，除非上下文另有要求，否则单数包括复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则本说明书应当理解为涵盖多个以及单个。
结合本发明的特定方面、实施方式或示例而描述的特征、整数、特性、复合物、化学部分或组应当理解为适用于本文中所描述的任何其他方面、实施方式或示例，除非与其不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合的形式进行组合，除了在这种特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤是相互排斥的情况以外。本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖的一个特征或任何新颖的组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的新颖的一个步骤或新颖的组合。

Claims (24)

1.一种液位传感器，包括：
传感器模块，所述传感器模块具有第一感测元件、第二感测元件和水平感测元件，所述第一感测元件配置为响应于液体到达所述第一感测元件而生成低液位检测信号，所述第二感测元件定位于所述第一感测元件的上方，并且所述第二感测元件配置为响应于液体到达所述第二感测元件而生成顶部液位检测信号，所述水平感测元件定位于所述第一感测元件与所述第二感测元件之间，并且所述水平感测元件配置为响应于液体上升越过所述水平感测元件而生成可变液位信号；
其中，所述第一感测元件、所述第二感测元件和所述水平感测元件电连接至微处理器，所述微处理器配置为接收所述低液位检测信号、所述顶部液位检测信号和所述可变液位信号，
其中，所述微处理器配置为在接收到所述低液位检测信号时将接收的所述可变液位信号作为低液位参考值存储在非易失性存储器中，
其中，所述微处理器配置为基于所述可变液位信号和所述参考值计算误差值，
其中，所述微处理器配置为基于计算的所述误差值确定冷凝泵速度的运行的速度，并且
其中，所述微处理器配置为生成控制信号以使冷凝泵以所确定的速度运行。
2.根据权利要求1所述的液位传感器，还包括第三感测元件，所述第三感测元件定位于所述第二感测元件的上方，所述第三感测元件配置为响应于液体到达所述第三感测元件而生成高液位检测信号，所述第三感测元件电连接至所述微处理器，所述微处理器还配置为接收所述高液位检测信号。
3.根据权利要求2所述的液位传感器，其中，所述第一感测元件或所述第二感测元件中的任一者电连接至所述第三感测元件。
4.根据权利要求2或3所述的液位传感器，其中，所述高液位检测信号是数字输出信号。
5.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述低液位检测信号或所述顶部液位检测信号中的任一者是数字输出信号。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的液位传感器，其中，所述第三感测元件包括由传导材料制成的感测区域。
7.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述第一感测元件、所述第二感测元件或所述水平感测元件中的任一者包括由传导材料制成的感测区域。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的液位传感器，其中，所述传导材料是铜。
9.根据权利要求2至8中的任一项所述的液位传感器，其中，所述第三感测元件是电容基传感器。
10.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述第一感测元件、所述第二感测元件或所述水平感测元件中的任一者是电容基传感器。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的液位传感器，其中，所述电容基传感器是非接触式传感器。
12.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述传感器模块包括纵向轴线，并且所述第一感测元件、所述第二感测元件和所述水平感测元件中的任一者与所述纵向轴线对准。
13.根据权利要求12所述的液位传感器，其中，所述第三感测元件与所述纵向轴线对准。
14.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述第一感测元件电连接至所述第二感测元件。
15.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述第二感测元件或所述水平感测元件中的任一者具有由至少两个宽度形成的轮廓。
16.根据权利要求15所述的液位传感器，其中，所述水平感测元件的轮廓与所述第一感测元件或所述第二感测元件中的任一者的轮廓竖向地重叠。
17.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述水平感测元件邻近于所述第一感测元件或所述第二感测元件中的任一者。
18.根据任一前述权利要求所述的液位传感器，其中，所述微处理器是PIC16F18855微处理器芯片。
19.一种冷凝泵，包括：
壳体；
泵马达；
冷凝物储存器；以及
根据任一前述权利要求所述的液位传感器，所述液位传感器安装在所述壳体内使得所述液位传感器位于所述冷凝物储存器内；
其中，所述液位传感器配置为控制所述泵马达。
20.一种通过使用液位传感器控制冷凝泵的方法，包括：
提供传感器模块，所述传感器模块具有第一感测元件、第二感测元件和水平感测元件，所述第一感测元件配置为生成低液位检测信号，所述第二感测元件定位于所述第一感测元件上方，并且所述第二感测元件配置为生成顶部液位检测信号，所述水平感测元件定位于所述第一感测元件与所述第二感测元件之间，并且所述水平感测元件配置为生成可变液位信号，
提供微处理器，所述微处理器具有与所述第一感测元件、所述第二感测元件和所述水平感测元件中的每一者的电连接，其中，所述微处理器配置为接收所述低液位检测信号、所述顶部液位检测信号和所述可变液位信号，并且其中，所述微处理器配置为响应于接收的所述可变液位信号来控制冷凝泵，
在接收到所述低液位检测信号时，将所述可变液位信号作为低液位参考值存储在非易失性存储器中，
根据所述可变液位信号和存储在所述非易失性存储器内的所述低液位参考值计算误差值，其中，所述误差值被计算为所述可变液位信号与所述低液位参考值之间的差，
基于计算的所述误差值确定冷凝泵速度的运行的速度，
生成控制信号以使冷凝泵以所确定的速度运行。
21.根据权利要求20所述的控制冷凝泵的方法，还包括响应于接收顶部液位检测信号而生成控制信号以使所述冷凝泵以最大速度运行。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的控制冷凝泵的方法，还包括响应于接收高液位检测信号而生成控制信号以关闭所连接的空气调节单元。
23.根据权利要求20至22中的任一项所述的控制冷凝泵的方法，还包括在接收到所述顶部液位检测信号时，将所述液位信号的值作为顶部液位参考值存储在所述非易失性存储器中。
24.根据权利要求20至23中的任一项所述的控制冷凝泵的方法，还包括响应于接收所述高液位检测信号而将所述液位信号的值作为高液位参考值存储在所述非易失性存储器中。
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