CN204670921U - 一种电容式水位水量检测装置及其煮水壶 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及茶具技术领域，更具体地，涉及一种电容式水位水量检测装置及其煮水壶。本实用新型电容式水位水量检测煮水壶包括通过耦合器相互电连接的壶体和底座，所述壶体内设有导电部分，壶体的内底面上设有一表面覆盖有绝缘材料的导电柱体，所述导电部分与所述表面覆盖有绝缘材料的导电柱体共同构成电容器结构，所述底座上设有控制电路，导电柱体通过耦合器与控制电路电连接。本实用新型电容式水位水量检测煮水壶在壶体内设置一表面覆盖有绝缘材料的导电柱体，并直接利用煮水壶壶体本身配合组成一电容器结构，以此基于电容原理实现水位水量的实时检测，对煮水壶进行加水，精确、方便地对煮水壶的水位进行检测及控制，可靠性高。

Description

一种电容式水位水量检测装置及其煮水壶

技术领域

本实用新型涉及茶具技术领域，更具体地，涉及一种电容式水位水量检测装置及其煮水壶。

背景技术

现有的茶具一般由底座和壶体组成，其中壶体设有发热单元，底座设有控制电路，发热单元通过耦合器与控制电路连接，而壶体还设有控制开关和温度传感器。使用时，只需将壶体放在底座上，就可以将底座和壶体的控制电路连接，按动壶体的控制开关即可使发热单元工作从而对壶体内的液体进行加热，而壶体上的温度传感器可以探测壶体内水的温度，从而在水沸腾时自动切断电源，使用安全方便。

然而，现有茶具的水位显示，仅仅在壶体上标示了最高水位和最低水位，或最多只是采用在壶体上镶嵌透明件或在壶体内部设置高度指示，以供使用者通过人工肉眼识别的方式判断水位的高低，使用者有可能因为疏忽而导致壶体内的水位不符合要求，故现有市场上的茶具容易在使用过程中出现故障或造成一定的安全隐患。

目前，有部分煮水壶的水位检测是利用水的导电性进行电极式水位检测，电极与水直接接触，使电极产生电流从而判断水位。但是，这种方法会因为水质的不同而使通过电极的电流不同，从而产生不同的影响，比如，因为纯净水电阻大，因而通过电极的电流很小；而日常自来水的电阻比较小，因而通过电极的电流会比较大。因此，同等的水量会因为水质的不同而产生不同的电流，产生的电流甚至会差异较大，故会发生检测判断的错误。而且，这种电极式水位检测只能是单点检测，如检测最大值，而不能实时检测煮水壶内的水位水量。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本实用新型的目的是提供一种电容式水位水量检测装置，检测实时且准确。

本实用新型的进一步目的是提供一种结构简单的电容式水位水量检测煮水壶，在壶体内设置一表面覆盖有绝缘材料的导电柱体，并直接利用煮水壶壶体内设置的导电部分配合组成一电容器结构，以此基于电容原理实现水位水量的实时检测，可靠性高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种电容式水位水量检测装置，包括电容器结构以及用于检测所述电容器结构电容量的控制电路，所述电容器结构包括设有导电部分的容器和设置于所述容器内的导电柱体，所述导电柱体表面覆盖有绝缘材料，导电柱体与所述容器相互绝缘，导电柱体以及所述容器的导电部分分别通过耦合器与所述控制电路电连接。

本实用新型还提供一种采用如上述电容式水位水量检测装置的电容式水位水量检测煮水壶，其包括通过耦合器相互电连接的壶体和底座，所述壶体内设有导电部分，壶体的内底面上设有一表面覆盖有绝缘材料的导电柱体，所述导电部分与所述表面覆盖有绝缘材料的导电柱体共同构成电容器结构，所述底座上设有控制电路，导电柱体通过耦合器与控制电路电连接。

可选地，所述导电部分为壶体的内底面或内壁面。当壶体为玻璃壶等采用本身不导电的材料制作时，可以在壶体的内底面设置为导电部分；当壶体为不锈钢壶等采用本身导电的材料制作时，可以直接用壶体的内壁面或内底面作为导电部分。

进一步地，所述壶体设有最高水位线和最低水位线，所述导电柱体表面覆盖的绝缘材料的最高点接近所述最高水位线或与所述最高水位线平齐。

优选地，所述导电柱体垂直于所述壶体的内底面设置。

作为改进，所述导电柱体在远离所述壶体内底面的一端向上延伸一裸露段导电体，所述裸露段导电体的表面未覆盖绝缘材料，裸露段导电体高于壶体内的最高水位线设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型电容式水位水量检测装置通过采用电容器结构设计基于电容原理实现水位水量的检测，检测实时且准确。

本实用新型电容式水位水量检测煮水壶的结构简单，在壶体内设置一表面覆盖有绝缘材料的导电柱体，并直接利用煮水壶壶体本身配合组成一电容器结构，以此基于电容原理实现水位水量的实时检测，对煮水壶进行加水，精确、方便地对煮水壶的水位进行检测及控制，可靠性高。

附图说明

图1为实施例二电容式水位水量检测煮水壶的结构示意图。

图2为实施例二电容式水位水量检测煮水壶的电路图。

图3为实施例二电容式水位水量检测煮水壶的另一基本电路图。

图4为实施例三电容式水位水量检测煮水壶的结构示意图。

图5为实施例三电容式水位水量检测煮水壶的电路图。

图6为实施例三电容式水位水量检测煮水壶的第一基本电路图。

图7为实施例三电容式水位水量检测煮水壶的第二基本电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

此外，在本实用新型中，除非另有规定或者限定，需要说明的是，若有“安装”、“连接”、“相连”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接或者电连接或者气路连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

本实用新型电容式水位水量检测装置的实施例，其包括电容器结构以及用于检测电容器结构电容量的控制电路，电容器结构包括设有导电部分的容器和设置于容器内的导电柱体，导电柱体表面覆盖有绝缘材料，导电柱体与容器相互绝缘，导电柱体以及容器的导电部分分别通过耦合器与控制电路电连接。

容器的导电部分和导电柱体之间因导电柱体表面覆盖有绝缘材料而相互绝缘，二者构成电容器的两个电极。当容器内逐渐加水水位上升时，水浸没导电柱体的高度也随之上升，则容器导电部分和导电柱体之间的电容量也相应地上升，通过控制电路检测电容器的电容值，电容值与水位水量的数值一一对应，从而得到容器内水位的高度和水量的大小。

实施例二

如图1至图3所示为本实用新型电容式水位水量检测煮水壶的第一实施例。如图1所示，该煮水壶包括通过耦合器30相互电连接的壶体20和底座10，壶体20内设有导电部分，壶体20的内底面21上设有一表面覆盖有绝缘材料41的导电柱体40，导电部分与表面覆盖有绝缘材料41的导电柱体40共同构成电容器结构，底座10上设有控制电路11，导电柱体40通过耦合器30与控制电路11电连接。

本实施例中，壶体20为玻璃壶等采用本身不导电的材料制作，故将壶体20的内底面21设置为导电部分，导电柱体40垂直于壶体20的内底面21设置，则壶体20的内底面21和导电柱体40之间因导电柱体40表面覆盖有绝缘材料41而相互绝缘，二者构成电容器的两个电极。同时，壶体20设有最高水位线H和最低水位线（图未示），导电柱体40表面覆盖的绝缘材料41的最高点接近最高水位线H或与最高水位线H平齐。

煮水壶内未加水时，两电极之间的介质为绝缘材料41和空气，当煮水壶内逐渐加水，水浸没导电柱体40时，水作为介质取代了空气，而水的介电常数远远大于空气，故当煮水壶内的水位逐渐上升时，水浸没导电柱体40的高度也随之上升，则壶体20的内底面21和导电柱体40之间的电容量也相应地上升，同时由于控制电路分别与两电极相电连接，则可以通过控制电路检测该电容值，电容值与水位水量的数值一一对应，从而得到煮水壶内水位的高度和水量的大小。

而当导电柱体40表面覆盖的绝缘材料41的最高点接近最高水位线H或与最高水位线H平齐，当电容值与最高水位水量的数值对应时，控制电路应控制煮水壶停止加水。

如图2、图3所示为该煮水壶的基本电路图，U_IN为高频电压，连接至煮水壶内的导电部分B，导电柱体40（A）连接至电流取样电阻R，再连接至高频电压的接地端形成回路。当煮水壶内的水位升高时，煮水壶内的导电部分B与导电柱体40（A）构成的电容器的电容量增大，则通过回路的高频电流也增大，取样电阻R上的电压便增大，通过整流滤波后得到输出电压U_OUT增大，U_OUT通过单片机转换得到煮水壶内水位的高度和水量的大小。

实施例三

如图4至图7所示为本实用新型电容式水位水量检测煮水壶的第二实施例。与实施例二不同的是，壶体20为不锈钢壶等采用本身导电的材料制作，故可以直接用壶体20的内壁面或内底面作为导电部分。可以理解的是，考虑到使用的安全性，即使将壶体20直接作为导电部分，实际设计时也会设置保护结构以避免使用者使用时发生危险。

本实施例还作为对实施例二的改进，如图4所示，本实施例在导电柱体40远离壶体20的内底面21的一端向上延伸一裸露段导电体42，裸露段导电体42的表面未覆盖绝缘材料，裸露段导电体42高于壶体20内的最高水位线H设置，则当水位高于壶体20的最高水位线H时，壶体20内的水接触到该裸露段导电体42，即转换成电极式检测煮水壶内的水位水量。当煮水壶转换为电极式水位水量检测时，则壶体20内的导电部分和裸露段导电体42则构成两端的电极，此时需明确壶体20内的最高水位线H的位置。

即本实施例为电容式与电极式相结合检测煮水壶内的水位水量。如图5、图6以及图7所示为该煮水壶的基本电路图，U_IN为高频电压或直流电压，连接至煮水壶内的导电部分B。当水位在最高水位线H或以下时，当把高频电压U_IN转换为直流电压时，由于电容器的隔直流作用，这时取样电阻R上的压降为零；当水位等于高于最高水位线H（最高水位线H的设置在刚刚高于导电柱体40的绝缘材料41与裸露段导电体42的交界线）时，当把高频电压U_IN转换为直流时，由于水与裸露段导电体42接触，直流电压通过水从壶体的导电部分B导通至裸露段导电体42（A1），这时取样电阻R上的压降不为零。于是，通过单片机的高频电压与直流电压轮流转换，便可在电容式测量水位水量与电极式测量水位水量两种结构方法之间转换。

本实施例既具有电容式测量水位水量的实时检测的优点，同时也可以精确测量煮水壶内最高水位。可以理解的是，还可以在煮水壶的控制电路上设置报警模块，当煮水壶内的水位高于最高水位线时，报警模块响应动作，从而提醒用户安全操作。

本实用新型实施例电容式水位水量检测煮水壶的水位水量检测方法，其壶体的导电部分与导电柱体相互绝缘，二者组成电容器的两个电极，检测方法包括以下步骤：

S1. 当煮水壶的壶体内无水时，壶体的导电部分与导电柱体之间的介质为绝缘材料和空气，此时，控制电路测得的电容值为最低水位水量电容值；

S2. 当对煮水壶的壶体内加水时，壶体的导电部分与导电柱体之间的介质为水，二者之间的直流电流为零，此时，控制电路测得电容量增大并判断水位水量信号，通过控制电路内单片机转换得到水位水量值；

S3. 当煮水壶壶体内的水加满时，壶体的导电部分与导电柱体之间的介质为水，二者之间的直流电流为零，此时，控制电路判断最高水位水量信号，通过控制电路内单片机转换得到最高水位水量值并发出停止加水信号。

对于实施例三的煮水壶结构，当导电柱体在远离壶体内底面的一端向上延伸一裸露段导电体时，该检测方法还包括以下步骤：

S4. 当煮水壶壶体内的水加满并超过壶体内设置的最高水位线时，壶体内的水与裸露段导电体接触，壶体的导电部分与裸露段导电体之间的直流电流不为零，此时，控制电路判断壶体内超出最高水位线的水位水量信号，通过控制电路内单片机转换得到相应的水位水量值并发出停止加水信号。

Claims (6)

1.一种电容式水位水量检测装置，其特征在于，包括电容器结构以及用于检测所述电容器结构电容量的控制电路，所述电容器结构包括设有导电部分的容器和设置于所述容器内的导电柱体，所述导电柱体表面覆盖有绝缘材料，导电柱体与所述容器相互绝缘，导电柱体以及所述容器的导电部分分别通过耦合器与所述控制电路电连接。

2.一种采用如权利要求1所述电容式水位水量检测装置的电容式水位水量检测煮水壶，包括通过耦合器相互电连接的壶体和底座，其特征在于，所述壶体内设有导电部分，壶体的内底面上设有一表面覆盖有绝缘材料的导电柱体，所述导电部分与所述表面覆盖有绝缘材料的导电柱体共同构成电容器结构，所述底座上设有控制电路，导电柱体通过耦合器与控制电路电连接。

3.根据权利要求2所述的电容式水位水量检测煮水壶，其特征在于，所述导电部分为壶体的内底面或内壁面。

4.根据权利要求3所述的电容式水位水量检测煮水壶，其特征在于，所述壶体设有最高水位线和最低水位线，所述导电柱体表面覆盖的绝缘材料的最高点接近所述最高水位线或与所述最高水位线平齐。

5.根据权利要求4所述的电容式水位水量检测煮水壶，其特征在于，所述导电柱体垂直于所述壶体的内底面设置。

6.根据权利要求3所述的电容式水位水量检测煮水壶，其特征在于，所述导电柱体在远离所述壶体内底面的一端向上延伸一裸露段导电体，所述裸露段导电体的表面未覆盖绝缘材料，裸露段导电体高于壶体内的最高水位线设置。