CN117091673A - 一种配重式液位测量系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种配重式液位测量系统。该测量系统通过特制的传动条连接浮子和配重块，由传动条受到的拉力带动容器内上顶部的传动齿轮旋转；所述传动齿轮通过一定减速比与齿合测量齿轮，带动测量齿轮旋转；通过测量齿轮上的磁极，配合独立于容器的磁角度传感器模块，对容器内液位、以及水箱在位进行检测。另外，通过限位槽将所述浮子设置在容器中部，保证在水箱晃动时浮子始终处于容器液面中部以准确地反映容器内的液位。本发明提供的液位检测系统能够很好地满足智能家电中小体积的容器，对液位检测系统的需求。
Description
技术领域
本申请涉及液位测量技术领域，具体涉及一种适用于小体积容器，测量准确度高，结构简单、且工作稳定的配重式液位测量系统。
背景技术
液位测量技术广泛应用水利工程，工业制造领域。随着家电的智能化发展，一些家电或电器（如洗衣机，饮水机，拖地机等）同样具有对液位测量方案的需求，这类家电通常要求液位测量系统能够设置在一个小型容器内，且能够实时、稳定准确地测量该小型容器内的液位。例如，对于拖地机而言，其要求液位测量系统能够在用户使用拖地机过程处于不同倾斜状态下稳定、准确地测量出水箱的液位。
现有的容器内液位测量机构如图1所示，图1中液位测量结构包括：开关磁阻电机1、轮毂4、电磁传感器3、钢丝绳5、浮子6、数字处理单元2(DSP)以及驱动件。驱动件通过齿轮组7连接至轮毂4，用于驱动轮毂4转动，轮毂4处设置有电磁传感器3，钢丝绳缠绕在轮毂4上，另一端吊挂浮子6。驱动件、电磁传感器3与数字处理单元2通过电信号连接。
上述液位机构的工作过程为：当被测液位发生变化时，浮子6作用于钢丝绳5上的重力变化会导致电磁传感器3输出电压发生变化，该值与电压参考值产生偏差，数字处理单元2根据偏差值驱动开关磁阻电机1转动，直至被测的偏差电压值消失，数字处理单元2根据电机的定子电流相位变化即可计算出实际液位。
从图1所示的实施例可以看出，现有技术中液位测量机构通常需要用到轮毂、钢轴或连杆以及齿轮轴等，需要较大的安装空间，难以适用于一些家电或电器的小型水箱；而且需要采用数据处理单元进行复杂的计算才能得出对应的液位信息，精度低、成本高，且无法实现机电分离式检测。此外，现有的液位测量机构在水箱发生抖动时，难以输出稳定的水位信息，也没有检测水箱是否在位的功能，同样难以满足一些家电或电器对液位测量的要求。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种能够用于小体积容器，结构简单、成本低且工作稳定的配重式液位测量系统，以适应某些家电或电器的对液位测量的客观需求。
本发明提供的配重式液位测量系统，包括：浮子，传动齿轮，测量齿轮，磁传感器模块、配重块以及传动条。
所述浮子由容器内限位槽进行限位，保证其随容器内的液位面上、下运动，且始终位于所述容器内的液位面中心。所述传动齿轮与所述测量齿轮相互齿合，且均设置在容器内部。
所述传动条的一端连接所述浮子、另一端连接所述配重块，通过所述配重块对传动条产生的拉力，保证所述浮子浮于液面时受力平衡。所述传动条通过自身的齿合孔与所述传动齿轮进行齿合，由所述传动条的拉力驱动所述传动齿轮旋转，进而带动测量齿轮旋转一定角度。
所述测量齿轮设置有一对N-S磁极，所述一对N-S磁极跟随所述测量齿轮一起旋转。所述磁传感器模块的位置固定、不随所述测量齿轮旋转，用于通过测量所述一对N-S磁极产生的磁场与固定参考方向之间的角度，得到所述容器内液位信息。
优选地，所述磁传感器模块包括：磁感应单元以及用于处理磁感应单元输出信号得到角度信息的集成电路；所述磁感应单元为TMR式角度传感单元，霍尔式角度传感单元，AMR式角度传感单元，电感式角度传感单元中的一种。
进一步地，所述传动条采用耐腐蚀、不易氧化、质地轻软的材料制作（例如，塑料等），其齿轮孔之间的间距与所述传动齿轮的齿距相匹配。
进一步地，为了保证在容器内有液体时浮子始终浮于液面，设置所述配重块所受到的重力满足：
，且/>；
其中，为配重块所受的重力，/>为浮子所受的重力，/>为配重块所受到的浮力，/>为浮子所受到的浮力。
进一步地，所述一对N-S磁极沿所述测量齿轮的径向设置；所述磁传感器模块在所述测量齿轮轮盘面上的投影与所述一对N-S磁极在该轮盘面上的投影至少存在部分重合。所述一对N-S磁极为对半充磁的方形磁体或圆形磁体。
优选地，所述磁传感器模块设置所述容器外部、独立于容器，通过检测在所述一对N-S磁极产生的磁场是否存在，确定所述容器是否在预定位置。
进一步地，为了保证容器内液位高度和测量齿轮旋转的角度之间存在一一对应的关系，设置所述传动齿轮与所述测量齿轮通过一定的减速比进行齿合，保证容器液位处于最高点和最低点时，所述测量齿轮旋转角度不超过360度。或者，所述传动齿轮与所述测量齿轮二合一、同步旋转，同时保证容器液位处于最高点和最低点时，所述测量齿轮旋转角度不超过360度。
本发明提供的液位检测系统通过特制的传动条将浮子、配重块连接在一起带动齿轮随着液面的高低变化而旋转，将对容器液面的测量转化为磁角度传感器对测量齿轮转档角度的测量。该液位测量系统结构简单、成本低廉，且在容器晃动时仍然能够准确测量液面高度，能够很好地满足家电或电器采用小体积的容器对液位检测系统设置空间的严苛要求，同时还具有检测容器是否在位的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术中的一种液位测量机构的结构示意图。
图2为本发明提供的容器内液位测量系统在一个实施例中的正面、侧面视图。
图3为本发明中的传动条在一个实施例中的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图2所示，在一个实施例中本发明提供的容器内液位测量系统，包括：浮子1，设置在水箱8内顶部的传动齿轮2，测量齿轮3，磁传感器模块4，配重块5以及传动条6；其中，所述浮子1由限位槽7限制在垂直于水箱底部中间线上。由于限位槽7的作用，浮子1即便在水箱8发送晃动时，将始终处于水箱液位面的中心，使通过检测测量齿轮的旋转角度得到的液位信息仍然足够准确。
所述传动条6的一端连接所述浮子1、另一端连接所述配重块5，通过所述配重块5对传动条6产生的拉力，保证浮子1浮于液面时受力平衡。所述传动条6通过自身的齿合孔与所述传动齿轮进行齿合，由所述传动条6的拉力驱动所述传动齿轮2旋转，进而带动测量齿轮3旋转一定角度。
在一个实施例中，所述传动条6的结构如图3所示，其上周期性设置有齿轮孔9。相邻的两个齿轮孔9之间的间距与所述传动齿轮3的齿距相匹配。优选地，为了避免传动条的重力对浮子受力带来额外的影响，所述传动条6采用塑料制作。
所述测量齿轮3设置有一对N-S磁极31，所述一对N-S磁极31跟随所述测量齿轮3一起旋转。所述磁传感器模块4的位置固定、不随所述测量齿轮旋转，用于通过测量所述一对N-S磁极31产生的磁场与固定参考方向之间的角度，得到所述水箱8内的液位信息。
进一步地，为了保证在水箱8内有液体时，浮子1始终浮于液面；设置所述配重块5所受到的重力满足：
，且/>；
其中，为配重块5所受的重力，/>为浮子1所受的重力，/>为配重块5所受到的浮力，/>为浮子1所受到的浮力。
为了使磁传感器模块4能够准确反映测量齿轮3的旋转角度，所述一对N-S磁极31沿所述测量齿轮3的径向设置。所述磁传感器模块4在所述测量齿轮3轮盘面上的投影与所述一对N-S磁极在该轮盘面上的投影至少存在部分重合。优选地，所述磁传感器模块4设置在水箱8外部、独立于水箱8，这样当水箱8不在家电或电器的固定位时，磁传感器模块4可以及时发现水箱8是否在位。
进一步地，设置所述传动齿轮2与所述测量齿轮3通过一定的减速比进行齿合，保证水箱8中液位处于最高点和最低点时，所述测量齿轮3旋转角度不超过360度。或者，所述传动齿轮2与所述测量齿轮3二合一、同步旋转，同时保证水箱8中液位处于最高点和最低点时，所述测量齿轮3旋转角度不超过360度。通过上述设置，保证水箱8中液位高度和测量齿轮3的旋转角度之间存在一一对应的关系。
进一步地，所述一对N-S磁极31为对半充磁的方形磁体或圆形磁体。优选地，所述磁传感器模块4包括：磁感应单元以及用于处理磁感应单元输出信号得到角度信息的集成电路。所述磁感应单元为TMR式角度传感单元，霍尔式角度传感单元，AMR式角度传感单元，电感式角度传感单元中的一种。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种配重式液位测量系统，其特征在于，所述液位测量系统，包括：浮子，传动齿轮，测量齿轮，磁传感器模块、配重块以及传动条；
所述浮子由容器内限位槽进行限位，保证其随容器内的液位面上、下运动，且始终位于所述容器内的液位面中心；
所述传动齿轮与所述测量齿轮相互齿合，且均设置在容器内部；
所述传动条的一端连接所述浮子、另一端连接所述配重块，通过所述配重块对传动条产生的拉力，保证所述浮子浮于液面时受力平衡；
所述传动条通过自身的齿合孔与所述传动齿轮进行齿合，由所述传动条的拉力驱动所述传动齿轮旋转，进而带动测量齿轮旋转一定角度；所述测量齿轮设置有一对N-S磁极，所述一对N-S磁极跟随所述测量齿轮一起旋转；
所述磁传感器模块的位置固定、不随所述测量齿轮旋转，用于通过测量所述一对N-S磁极产生的磁场与固定参考方向之间的角度，得到所述容器内液位信息。
2.如权利要求1所述的液位测量系统，其特征在于，所述配重块所受到的重力满足：
，且/>；
其中，为配重块所受的重力，/>为浮子所受的重力，/>为配重块所受到的浮力，/>为浮子所受到的浮力。
3.如权利要求1所述的液位测量系统，其特征在于，所述传动条采用耐腐蚀、不易氧化、质地轻软的材料制作，其齿合孔之间的间距与所述传动齿轮的齿距相匹配。
4.如权利要求1所述的液位测量系统，其特征在于，所述一对N-S磁极沿所述测量齿轮的径向设置；所述磁传感器模块在所述测量齿轮轮盘面上的投影与所述一对N-S磁极在该轮盘面上的投影至少存在部分重合。
5.如权利要求4所述的液位测量系统，其特征在于，所述磁传感器模块设置所述容器外部、独立于容器，通过检测在所述一对N-S磁极产生的磁场是否存在，确定所述容器是否在预定位置。
6.如权利要求1-5中任一项所述的液位测量系统，其特征在于，所述一对N-S磁极为对半充磁的方形磁体或圆形磁体。
7.如权利要求1-5中任一项所述的液位测量系统，其特征在于，当所述传动齿轮与所述测量齿轮通过一定的减速比进行齿合，保证容器中液位处于最高点和最低点时，所述测量齿轮旋转角度不超过360度；或者，所述传动齿轮与所述测量齿轮二合一、同步旋转，同时保证容器中液位处于最高点和最低点时，所述测量齿轮旋转角度不超过360度。
8.如权利要求1-5中任一项所述的液位测量系统，其特征在于，所述磁传感器模块包括：磁感应单元以及用于处理磁感应单元输出信号得到角度信息的集成电路；所述磁感应单元为TMR式角度传感单元，霍尔式角度传感单元，AMR式角度传感单元，电感式角度传感单元中的一种。
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