CN204788569U - 一种液位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及检测技术领域，公开了一种液位传感器，该液位传感器包括液位检测电容器、液体基准电容器、环境基准电容器和处理模块，液位检测电容器的电极板下端位于液位下限处，液位检测电容器的电极板上端位于液位上限处；液体基准电容器位于液位下限下方；环境基准电容器位于液位上限上方；处理模块分别获取液位检测电容器、液体基准电容器、环境基准电容器的电容值C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}，并依据C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}来获得当前的液位高度。该液位传感器避免了非接触式液位计与被测液面之间不能存在遮挡的缺陷，既能准确地检测液位高度又能确保容器的密封性。

Description

一种液位传感器

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，具体地，涉及一种液位传感器。

背景技术

在包含有液体容器的自动控制系统当中，容器内液体液位的检测是系统控制液位水平的一个重要参数。液位达到上限则停止液体注入，液位达到下限则发出警报或自动开启阀门注入液体，液位处于上下限之间，则通过液位高度和系统的工作状态来预估剩余液体可供使用的时间。因此，准确测量容器内的液位高度，是自动控制系统实现智能化的必备功能。

目前，对液位进行检测的液位计有超声波液位计、雷达液位计等采用非接触式检测技术的非接触式液位计。这两种非接触式液位计的液位检测过程主要是：发射超声波或雷达波，接收液面反射的波动信号，并通过测量能量波运动过程的时间差来确定液位的变化情况。

在上述的非接触式液位计检测液位时，在发射和接收波动信号的探头与液面之间不能存在遮挡，否则非接触式液位计就无法工作。对于密封容器而言，则需要在容器壁上开孔以用于安装探头，这降低了容器的密封性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种液位传感器，其避免了非接触式液位计与被测液面之间不能存在遮挡的缺陷，从而既能准确地检测液位高度又能确保容器的密封性。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种液位传感器，该液位传感器包括液位检测电容器、液体基准电容器、环境基准电容器和处理模块，其中：所述液位检测电容器的电极板下端位于液位下限处，所述液位检测电容器的电极板上端位于液位上限处；所述液体基准电容器位于所述液位下限下方；所述环境基准电容器位于所述液位上限上方；所述处理模块用于分别获取所述液位检测电容器、所述液体基准电容器、所述环境基准电容器的电容值C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}，并依据C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}来获得当前的液位高度。

通过上述技术方案，由于根据本实用新型的液位传感器包括液位检测电容器、液体基准电容器、环境基准电容器并依据所述液位检测电容器、所述液体基准电容器、所述环境基准电容器的电容值C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}来获得当前的液位高度，所以其避免了非接触式液位计与被测液面之间不能存在遮挡的缺陷，从而既能准确地检测液位高度又能确保容器的密封性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型一种实施方式的液位传感器的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供一种液位传感器，该液位传感器包括液位检测电容器3、液体基准电容器5、环境基准电容器4和处理模块8，其中：液位检测电容器3的电极板下端位于液位下限处，液位检测电容器3的电极板上端位于液位上限处；液体基准电容器5位于液位下限下方；环境基准电容器4位于液位上限上方；处理模块8用于分别获取液位检测电容器3、液体基准电容器5、环境基准电容器4的电容值C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}，并依据C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}来获得当前的液位高度。

另外，在图1中，标号1表示盛装液体的容器，容器1可以为由绝缘材料制作的容器，其中绝缘材料可以包括但不限于塑料、玻璃、陶瓷等。标号2表示容器1内盛装的液体，3a是液位检测电容器3的正电极，4a是环境基准电容器4的正电极，5a是液体基准电容器5的正电极，6表示地电极，7表示液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的引出线及引出线接口。

液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的正负电极板可以例如面对面地放置，也可以被放置在一个平面上。例如，环境基准电容器4的正负电极板可以面对面地放置，也可以被放置在同一个水平面上或同一个竖平面上。

液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4可以位于容器1内部或内表面上。

但是，根据本实用新型的一种优选实施方式，液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4位于盛装液体2的容器1的外表面上或者容器1的容器壁夹层(未示出)中。这样，液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4均不与液体2直接接触。现有的磁浮子液位计、内浮式液位计、磁翻板液位计以及投入式液位计等接触式液位计需要分别采用浮子、翻板或探头来与容器内的液体相接触，从而实现液位高度的检测。但是，对于现有的接触式液位计而言，随着使用时间的延长，这些接触物会由于自身老化或液体腐蚀等原因产生污染物，影响到液体纯度，进而导致系统功能的下降，如，油箱内油料不纯而影响发动机工作效率、水箱内水被污染而无法饮用等等；同时，长时间与液体接触，特别是与黏稠液体接触，也会使这些接触式液位计被污染，降低液位计的感应效果，如，灵敏度下降等。因此，现有的接触式液位计在很多应用场合存在局限性。但是，在根据本实用新型的液位传感器中，液体2与液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4是非接触的，这避免了接触式液位计与液体接触造成的交叉污染和影响；避免了非接触式液位计需要在密闭容器上开孔而破坏容器密封性的加工，从而保证了容器1的密封性。因此，与现有的接触式液位计和非接触式液位计相比，根据本实用新型的液位传感器是一种非接触的、非破坏性的液位检测传感器，且实现了液位传感器与容器1的一体化集成。

优选地，液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板可以通过镀膜或镶嵌的方式形成在容器1的外表面上或容器壁夹层中。其中，所述镀膜的方式包括但不限于真空镀膜、喷涂、电镀、丝网印刷等方法。

优选地，所述容器壁夹层上覆盖用于保护液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的夹层盖，用于将液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4保护在容器壁夹层中。

优选地，液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板的极板面积相等，液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的正负电极板之间的距离相等，则处理模块8通过以下公式来获得当前的液位高度：

其中，C_{液位检测电容器}(0)是液位高度位于液位下限处时液位检测电容器3的电容值，α为系数。通过如此设置，能够在检测液位时，不必考虑容器1内所盛装的液体2的类型，也即不必考虑液体2的介电常数。而且，在液位变化时，C_{液体基准电容器}和C_{环境基准电容器}是恒定值，只有C_{液位检测电容器}随着液位的变化而变化，因此通过液位检测电容器3的电容值与液体基准电容器5和环境基准电容器4的电容值的比例能够方便地确定当前液位。

其中，α的取值依赖于所述液体基准电容器5、环境基准电容器4以及液位检测电容器3的电极板之间的形状及极板面积。例如，在液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板为正方形、液位检测电容器3的电极板的长度等于该正方形的边长的情况下，系数α是所述正方形的边长。再例如，在液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板的长度和高度分别相等、液位检测电容器3的电极板的长度等于液体基准电容器5的电极板的长度的情况下，系数α是液体基准电容器5的电极板的高度。

优选地，处理模块8包括专用集成电路(ASIC)芯片8a和微处理器8b，专用集成电路芯片8a用于分别获取液位检测电容器3、液体基准电容器5、环境基准电容器4的电容值C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}，将所获得的各个电容值转换成电压或电流信号并将所得到的电压或电流信号传送给所述微处理器，微处理器8b用于依据所述电压或电流信号来计算当前的液位高度。

优选地，液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板及其引出线涂覆有保护材料，避免这些电容器的电极板及其引出线因氧化或腐蚀而使根据本实用新型的液位传感器的性能退化。

优选地，液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板可以为电极薄片、电极板或电极条等电极形状。

优选地，液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板引出线形成排线插头，该排线插头能够与所述处理模块8连接，这样，使得处理模块8能够方便地与液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4连接，从而能够在进行液位检测时才将处理模块8与这些电容器连接以获取其电容值，增加了根据本实用新型的液位传感器的使用便利性。

根据本实用新型的液位传感器的制备流程可以如下所述：

S1、对容器壁表面或容器壁夹层进行处理：若采用镀膜的方式形成液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4，则需要对容器壁表面或容器壁夹层中需要设置液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的位置进行平整化处理，其中平整化处理的方法包括但不限于喷砂、机械抛光、打磨等，以使容器壁表面或容器壁夹层达到镀膜工艺所需的表面平整度，例如使容器壁表面或容器壁夹层的粗糙度达到或优于50μm；若采用镶嵌电极的方式形成液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4，则需要对容器壁表面或容器壁夹层加工所需尺寸的沟槽，以用于嵌入液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4。

S2、对容器壁表面或容器壁夹层进行清洗：对平整化处理或加工过沟槽的容器壁表面或容器壁夹层进行清理，例如采用酸、去离子水、无水乙醇等对容器壁表面或容器壁夹层进行清洗，以去除加工过程中所产生的液体和固体残留物，清洗后可以将其置于氮气气氛下干燥。

S3、采用镀膜的方式在容器壁表面或容器壁夹层中按照设计图案形成液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板图形，例如，在容器壁表面或容器壁夹层中需要设置检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的位置处覆盖对应形状的掩模，然后采用镀膜或喷涂的方式在容器壁表面或容器壁夹层中形成厚度为例如100μm的电极膜，然后去除掩模，形成液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的所需形状的各个电极板；或采用镶嵌电极的方法，将按设计图案加工成型的液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4镶嵌在容器壁表面或容器壁夹层中。另外，当在容器壁夹层中形成液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4时，还需要设置夹层盖，以将液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的各个电极板和电极板引出线保护在容器壁夹层中。

S4、设置液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板引出线和引出线接口：采用包括但不限于焊接、银浆粘接等方法在液位检测电容器3、液体基准电容器5和环境基准电容器4的电极板上设置引出线，将引出线连接至接口端子上，形成排线插头。

S5、将排线插头与ASIC芯片8a对应的引脚相连接，即可通过ASIC芯片8a进行各个电容器的电容值测量以及将电容值转化为相应的电压或电流信号。

S6、将ASIC芯片8a与微处理器8b的对应引脚相连接，即可将ASIC芯片8a转换得到的电压或电流信号传输给微处理器8b，从而能够由微处理器8b计算当前液位高度。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (9)

1.一种液位传感器，该液位传感器包括液位检测电容器、液体基准电容器、环境基准电容器和处理模块，其中：

所述液位检测电容器的电极板下端位于液位下限处，所述液位检测电容器的电极板上端位于液位上限处；

所述液体基准电容器位于所述液位下限下方；

所述环境基准电容器位于所述液位上限上方；

所述处理模块用于分别获取所述液位检测电容器、所述液体基准电容器、所述环境基准电容器的电容值C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}，并依据C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}来获得当前的液位高度。

2.根据权利要求1所述的液位传感器，其中，所述液位检测电容器、所述液体基准电容器和所述环境基准电容器位于盛装液体的容器的外表面上或者所述容器的容器壁夹层中。

3.根据权利要求2所述的液位传感器，其中，所述液位检测电容器、所述液体基准电容器和所述环境基准电容器的电极板通过镀膜或镶嵌的方式形成在所述容器的外表面上或容器壁夹层中。

4.根据权利要求3所述的液位传感器，其中，所述容器壁夹层上覆盖用于保护所述液位检测电容器、所述液体基准电容器和所述环境基准电容器的夹层盖。

5.根据权利要求2所述的液位传感器，其中，所述液体基准电容器和所述环境基准电容器的电极板的极板面积相等，所述液位检测电容器、所述液体基准电容器和所述环境基准电容器的正负电极板之间的距离相等，则所述处理模块通过以下公式来获得当前的液位高度：

其中，C_{液位检测电容器}(0)是液位高度位于液位下限处时所述液位检测电容器的电容值，α为系数。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的液位传感器，其中，所述处理模块包括专用集成电路芯片和微处理器，所述专用集成电路芯片用于分别获取所述液位检测电容器、所述液体基准电容器、所述环境基准电容器的电容值C_{液位检测电容器}、C_{液体基准电容器}、C_{环境基准电容器}，将所获得的各个电容值转换成电压或电流信号并将所得到的电压或电流信号传送给所述微处理器，所述微处理器用于依据所述电压或电流信号来计算当前的液位高度。

7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的液位传感器，其中，所述液位检测电容器、所述液体基准电容器和所述环境基准电容器的电极板及其引出线涂覆有保护材料。

8.根据权利要求7所述的液位传感器，其中，所述液位检测电容器、所述液体基准电容器和所述环境基准电容器的电极板为电极薄片、电极板或电极条。

9.根据权利要求8所述的液位传感器，其中，所述液位检测电容器、所述液体基准电容器和所述环境基准电容器的电极板引出线形成排线插头，该排线插头能够与所述处理模块连接。