CN208307559U - 一种液位检测装置及储液设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及液位检测技术领域，具体公开了一种液位检测装置及储液设备。该储液设备包括：储液箱和所述液位检测装置，所述液位检测装置包括：触控电容和信号处理单元，所述触控电容紧贴于所述储液箱的外壁面，所述触控电容的一端与所述信号处理单元连接，所述触控电容的另一端通过所述储液箱接地；所述信号处理单元用于按照预设周期对所述触控电容进行充电和放电，获取所述触控电容对应的数字信号，并基于所述数字信号确定所述储液箱中的液体的液位。通过上述方式，本实用新型实施例能够在与待测液体进行绝对的隔离的情况下检测到储液箱中的液体的液位，安全性能高，并且，该结构简单，成本低。

Description

一种液位检测装置及储液设备

技术领域

本实用新型实施例涉及液位检测技术领域，特别是涉及一种液位检测装置及包括所述液位检测装置的储液设备。

背景技术

在大多数储液设备中，比如，雾化器、咖啡机、水壶、洗衣机等等，为了保证其正常运行，一般会通过设置液位检测装置来监测液体位置。

目前，主流的液位检测技术可以包括：电阻式液位传感器、气压式液位传感器、浮动开关式液位传感器等。其中，电阻式液位传感器的原理是：液位变化引起干簧电阻链的阻值变化，并且，阻值变化量与液位变化量成正比，从而，将电阻值转换为电压值后即可通过检测该电压值来监测液位；气压式液位传感器的原理是：其内设置有膜片、磁环以及由线圈和固定电容组成的LC电路，当液位变化引起储液体设备内部气压上升时，带动线圈在磁环中向上移动，从而改变电感的数值，变化的电感和其内固定电容产生谐振，从而产生不同频率的信号以定义液体的位置；浮动开关式液位传感器的原理是：将干簧管放置在液体里面，并通过滑轮与绳索带动永磁铁上下移动，当永久磁铁移动到干簧管的预设位置时，干簧管内的常开接点在永磁铁的磁场的作用下接通，当永磁铁移开时，接点则被释放，从而，根据干簧管接点的接通与断开情况即可得知液位。

然而，上述液位传感器一般都需要泡在液体里才能检测相对应的液位信息，不能做到和待测液体进行绝对的隔离，安全性能不高，有触电的危险；并且，上述液位传感器的结构也相对复杂，一般的家电制造产家也不能独立生产和制造，需要外购。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种液位检测装置及储液设备，能够解决现有液位检测装置无法与待测液体进行绝对的隔离，安全性能不高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种液位检测装置，用于检测储液箱中的液体的液位，该液位检测装置包括：触控电容和信号处理单元，所述触控电容紧贴于所述储液箱的外壁面，所述触控电容的一端与所述信号处理单元连接，所述触控电容的另一端通过所述储液箱接地；

所述信号处理单元用于按照预设周期对所述触控电容进行充电和放电，获取所述触控电容对应的数字信号，并基于所述数字信号确定所述储液箱中的液体的液位。

可选地，所述信号处理单元包括：充放电模块、比较模块以及信号分析模块；

所述充放电模块与所述触控电容的一端连接，用于按照预设周期对所述触控电容进行充电和放电；

所述比较模块的输入端与所述触控电容的一端连接，用于实时获取所述触控电容的输出电压，并在所述触控电容的输出电压达到预设阈值时进行高低电平的转换，从而得到所述触控电容对应的数字信号；

所述信号分析模块与所述比较模块的输出端连接，用于基于所述数字信号确定所述储液箱中的液体的液位。

可选地，所述充放电模块包括：充电电源、第一开关电路、第二开关电路和放电电路；

所述充电电源通过所述第一开关电路与所述触控电容的一端连接；

所述放电电路通过所述第二开关电路与所述触控电容的一端连接；

当所述第一开关电路按照预设周期连通所述充电电源与所述触控电容时，所述充电电源为所述触控电容充电；

当所述触控电容充满电时，所述第一开关电路断开所述充电电源与所述触控电容之间的连接，所述第二开关电路连通所述触控电容和所述放电电路，从而使所述触控电容放电。

可选地，所述放电电路包括：参考电容、放电电阻和第三开关电路；

所述参考电容的一端分别与所述第二开关电路和所述比较模块的输入端连接，所述参考电容的另一端接地；

所述放电电阻通过所述第三开关电路与所述参考电容并联；

当所述第二开关电路连通所述触控电容和所述参考电容时，所述触控电容为所述参考电容充电；

当所述参考电容的输出电压大于或等于所述预设阈值时，所述第三开关电路连通所述参考电容和所述放电电阻，所述参考电容通过所述放电电阻进行放电，直至所述参考电容的输出电压小于所述预设阈值。

可选地，所述信号处理单元还包括锁存器，所述锁存器的输入端与所述比较模块的输出端连接，所述锁存器的输出端与所述信号分析模块连接。

可选地，所述触控电容包括至少两个，所述信号处理单元与所述触控电容的数量相等，每个所述触控电容对应一个信号处理单元。

可选地，每个所述触控电容与其对应的信号处理单元之间设置有对应的容值信号匹配电阻。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种储液设备，包括：

储液箱，用于存储液体；以及，

如上所述的液位检测装置，其安装在所述储液箱的外壁面，用于检测所述储液箱内的液体的液位。

可选地，所述触控电容通过双面胶粘贴于所述储液箱的外壁面。

可选地，所述触控电容与所述储液箱中的液体的液位平行。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供的液位检测装置及储液设备通过在储液箱的外壁面设置触控电容，并且，通过信号处理单元按照预设周期对所述触控电容进行充电和放电，获取所述触控电容对应的数字信号，并基于所述数字信号确定所述储液箱中的液体的液位，能够在与待测液体进行绝对的隔离的情况下检测到储液箱中的液体的液位，安全性能高，并且，该结构简单，成本低。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种储液设备的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种触控电容及其对应的信号处理单元的原理框图；

图3是本实用新型实施例提供的一种触控电容及其对应的信号处理单元的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平的”、“垂直的”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

根据电容式触控感应技术可知，当人体或者其他具备寄生电容的物体或者液体接触到触控电容时，会使得该触控电容整体的电荷量增大，从而加快电荷转移的速度，产生一定的电容值。本实用新型实施例提供的液位检测装置即基于该电容式触控感应技术的液位检测装置，能够隔绝待测液体进行液位检测，适用于检测任意能够导电的液体(比如，水)的液位。

下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

图1是本实用新型实施例提供的一种储液设备的结构示意图，该储液设备100可以是任意能够存储可导电的液体(比如，水、墨水等)的设备，比如，雾化器、咖啡机、水壶、饮水机、洗衣机、墨盒等等。

具体地，请参阅图1，该储液设备包括：用于存储液体的储液箱10以及安装在该储液箱10的外壁面的液位检测装置20。

该储液箱10的材质可以包括但不限于：金属材料、玻璃材料、陶瓷材料、塑料材料等。该储液箱10内可以形成任意形状的收容空间，比如：长方体、正方体、柱状、椭球形等等，液体存储于该收容空间内。特别地，在本实施例中，该储液箱10设置为长方体状，能够便于安装液位检测装置20，但其并不用于限定本实用新型。

该液位检测装置20包括三个触控电容Cx(即：第一触控电容Cxa、第二触控电容Cxb和第三触控电容Cxc)以及三个信号处理单元21(即：第一信号处理单元21a、第二信号处理单元21b和第三信号处理单元21c)。

其中，在本实施例中，第一触控电容Cxa、第二触控电容Cxb和第三触控电容Cxc上下间隔地紧贴于储液箱10的外壁面，并且，每个触控电容Cx与储液箱10中的液体的液位平行，从而，每一个触控电容Cx所在位置即可作为一个液位档位的参考位置，通过分析触控电容Cx的电容量即可得知储液箱10中的液体的液位是否达到该触控电容Cx所在位置。具体地，在实际应用中，可以根据实际应用需求，将各个触控电容Cx通过双面胶(比如，3M胶)粘贴到储液箱10的外壁面的合适位置，该结构简单，成本低，同时也便于生产商或者用户根据使用情况及时调整液位档位。

当然，可以理解的是，在本实施例中，各个触控电容上下间隔地紧贴于储液箱10的外壁面，并与液位平行，是为了便于针对触控电容的电容量进行后续的数据分析，降低生产成本。在其他的一些实施例中，各个触控电容也可以以其他的方式紧贴于储液箱10的外壁面，比如，在一些要求较高检测精度的实施例中，各个触控电容也可以呈阶梯状设置于储液箱10的外壁面。

其中，在本实施例中，第一信号处理单元21a、第二信号处理单元21b和第三信号处理单元21c集成于同一个电路单元(比如，单片机)中。第一触控电容Cxa的一端与第一信号处理单元21a连接，另一端通过储液箱10接地；第二触控电容Cxb的一端与第二信号处理单元21b连接，另一端通过储液箱10接地；第三触控电容Cxc的一端与第三信号处理单元21c连接，另一端通过储液箱10接地。具体地，第一信号处理单元21a用于按照预设周期对第一触控电容Cxa进行充电和放电，获取第一触控电容Cxa对应的数字信号，并基于所述数字信号判断所述储液箱中的液体的液位是否达到第一触控电容Cxa所在位置。同理，第二信号处理单元21b用于按照预设周期对第二触控电容Cxb进行充电和放电，获取第二触控电容Cxb对应的数字信号，并基于所述数字信号判断所述储液箱中的液体的液位是否达到第二触控电容Cxb所在位置。第三信号处理单元21c用于按照预设周期对第三触控电容Cxc进行充电和放电，获取第三触控电容Cxc对应的数字信号，并基于所述数字信号判断所述储液箱中的液体的液位是否达到第三触控电容Cxc所在位置。

其中，可以理解的是，在本实施例中，将各个信号处理单元21集成于同一个电路单元中，是为了使得液位检测装置20的结构更加紧凑，以及，便于综合分析各个触控电容Cx感测到的信号。在其他的一些实施例中，各个信号处理单元21也可以是相互独立的，本实用新型实施例对此不作具体限定。

再者，还可以理解的是，在本实施例中，液位检测装置20包括三个触控电容Cx以及分别与这三个触控电容Cx对应的三个信号处理单元21，其仅是为了进行示例性说明。在其他的一些实施例中，液位检测装置20还可以包括更多或者更少的触控电容和信号处理单元，比如，仅包括1个触控电容Cx和1个信号处理单元21；或者，包括2个触控电容Cx和2个信号处理单元21等等。

在本实施例中，一个触控电容Cx相当于一个液位档位，储液箱10中的液体是否接触到该触控电容Cx，会在该触控电容Cx上产生不同的电容值信号(具体为，得到不同的电容量)，该电容值信号通过PCB板上的焊盘或者导线传导到相对应的信号处理单元21，该信号处理单元21对该电容值信号进行处理和分析，即可确定该储液箱10中的液体的液位是否达到该触控电容Cx所在位置。

由于在本实施例中各个触控电容Cx及其对应的信号处理单元21进行液位检测的原理相同，因此，以下仅以一个触控电容Cx和一个信号处理单元21进行液位检测为例进行详细说明。

具体地，图2为本实用新型实施例提供的一种触控电容及其对应的信号处理单元的原理框图。

请参阅图2，该信号处理单元21包括：充放电模块211、比较模块212、锁存器213以及信号分析模块214。充放电模块211与触控电容Cx的一端连接，用于按照预设周期对触控电容Cx进行充电和放电；比较模块212的输入端与触控电容Cx的一端连接，用于实时获取触控电容Cx的输出电压，并在触控电容Cx的输出电压达到预设阈值时进行高低电平的转换，从而得到触控电容Cx对应的数字信号；锁存器213的输入端与比较模块212的输出端连接，输出端与信号分析模块213连接，用于将比较模块212输出的数字状态记住并同步输出到信号分析模块214；信号分析模块214与锁存器213的输出端连接，用于基于接收到的数字信号确定储液箱10中的液体的液位。

其中，在本实施例中，在比较模块212和信号分析模块214之间设置锁存器213，是为了提升输出数字信号的稳定性。在其他的一些实施例中，也可以省略该锁存器213。

具体地，在本实施例中，如图3所示，充放电模块211包括充电电源Vdd、第一开关电路SW1、第二开关电路SW2和放电电路2111。充电电源Vdd通过第一开关电路SW1与触控电容Cx的一端连接；放电电路2111通过第二开关电路SW2与触控电容Cx的一端连接。在实际操作中，第一开关电路SW1按照预设周期连通充电电源Vdd与触控电容Cx，当第一开关电路SW1连通充电电源Vdd与触控电容Cx时，充电电源Vdd为触控电容Cx充电；当触控电容Cx充满电时，第一开关电路SW1断开充电电源Vdd与触控电容Cx之间的连接，同时，第二开关电路SW2连通触控电容Cx和放电电路2111，从而使触控电容Cx通过该放电电路2111放电。

进一步地，为了提升液位检测装置20的稳定性，在本实施例中，放电电路2111包括参考电容Cmod、放电电阻Rb以及第三开关电路SW3。参考电容Cmod的一端分别与第二开关电路SW2和比较模块212的输入端连接，另一端接地；放电电阻Rb通过第三开关电路SW3与参考电容Cmod并联。在实际操作中，当触控电容Cx通过该放电电路2111放电时，第二开关电路SW2连通触控电容Cx和参考电容Cmod，触控电容Cx为参考电容Cmod充电；当参考电容Cmod的输出电压大于或等于所述预设阈值时，第三开关电路SW3连通参考电容Cmod和放电电阻Rb，参考电容Cmod通过放电电阻Rb进行放电，直至参考电容Cmod的输出电压小于所述预设阈值，从而完成对触控电容Cx以及参考电容Cmod的一个充放电过程。此外，可以理解的是，在其他的一些实施例中，也可以省略该参考电容Cmod和第二开关电路SW2，放电电阻Rb通过第三开关电路SW3与触控电容Cx并联，从而触控电容Cx可以直接通过放电电阻Rb进行放电，直至触控电容Cx的输出电压小于所述预设阈值。

其中，在本实施例中，所述第一开关电路SW1、第二开关电路SW2以及第三开关电路SW3均可以为任意能够控制电路导通或截止的电路，也可以为三极管、MOS管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等可控开关元件。

具体地，请继续参阅图3，比较模块212包括用于持续输出所述预设阈值的参考电源Vref和比较器CMP，参考电源Vref的输出端连接比较器CMP的其中一个输入端，参考电容Cmod的一端连接比较器CMP的另一个输入端，从而，当参考电容Cmod的输出电压达到所述预设阈值时，可以触发比较器CMP执行高低电平的转换，得到与该触控电容Cx当前状态相对应的数字信号。

其中，在本实施例中，所述“预设阈值”可以设置为大于没有液体接触到触控电容Cx时该触控电容Cx的输出电压值，从而，当液位低于触控电容Cx所在位置时，没有液体接触到触控电容Cx，该触控电容Cx或者参考电容Comd的输出电压小于所述预设阈值，无法触发比较器CMP进行高低电平的转换；而当液位达到触控电容Cx所在位置时，有液体接触到触控电容Cx，触控电容Cx的电容量增大，可以提供更高的输出电压以使参考电容Comd的输出电压大于或者等于所述预设阈值，能够触发比较器CMP进行高低电平的转换，从而得到有别于没有液体接触到该触控电容Cx时的数字信号。进而，信号分析模块214能够基于比较模块212输出的数字信号确定储水箱10中液体的液位(具体为，判断液位是否达到该触控电容Cx所在位置)。

在本实施例中，通过对触控电容Cx进行充放电和电压比较器的组合来实现液位检测。具体为，第一开关电路SW1按照预设周期连通充电电源Vdd与触控电容Cx，使充电电源Vdd为触控电容Cx充电：若此时储液箱10中的液体没有接触到该触控电容Cx，则触控电容Cx的电容量是一个相对固定的值，那么，充电电源Vdd为触控电容Cx充满电之后，第一开关电路SW1断开充电电源Vdd与触控电容Cx之间的连接，同时，第二开关电路SW2连通触控电容Cx和参考电容Comd，触控电容Cx为参考电容Comd充电，此时，由于触控电容Cx的电容量无法使参考电容Comd的输出电压等于或者大于参考电源Vref输出的预设阈值，所以无法触发比较器CMP执行高低电平的转换，从而得到一个持续高电平或者持续低电平的数字信号，进而，信号分析模块214根据该数字信号，即可判断当前储水箱10中的液体的液位低于该触控电容Cx所在位置；若此时储液箱10中的液体接触到该触控电容Cx，则，该触控电容Cx的电容量会增大，充电电源Vdd为触控电容Cx充电的时间变长，那么，触控电容Cx充满电之后，为参考电容Comd充电时，可以向参考电容Comd提供更多的电量，使参考电容Comd的输出电压能够大于或者等于所述预设阈值，而当参考电容Comd的输出电压大于或者等于所述预设阈值时，可以触发比较器CMP执行高低电平的转换，从而得到一个具有高低电平转换的数字信号，进而，信号分析模块214根据该数字信号，即可判断当前储水箱10中的液体的液位达到该触控电容Cx所在位置。此外，为了保证液位检测的持续性，在本实施例中，当参考电容Comd的输出电压大于或者等于所述预设阈值时，第三开关电路SW3连通参考电容Cmod和放电电阻Rb，参考电容Cmod通过放电电阻Rb进行放电，直至参考电容Cmod的输出电压小于所述预设阈值，第三开关电路SW3断开参考电容Cmod和放电电阻Rb之间的连接，重新对触控电容Cx和参考电容Cmod进行上述充电/放电的循环。

此外，考虑到连接各个触控电容Cx与其对应的信号分析单元21的PCB走线的长短不同会产生不同的电阻值，而不同的电阻值会对触控电容Cx的充电时间产生影响，进而影响到电容信号的检测，在一些实施例中，为了使各个触控电容Cx产生的电容信号达到一致的水平，方便信号分析单元21中的软件对电容信号进行检测，每个触控电容Cx与其对应的信号处理单元21之间设置有对应的容值信号匹配电阻。而各容值信号匹配电阻可以根据其对应的触控电容的充放电时间进行匹配调整。

通过上述技术方案可知，本实用新型实施例的有益效果在于：本实用新型实施例提供的液位检测装置及储液设备通过在储液箱的外壁面设置触控电容，并且，通过信号处理单元按照预设周期对所述触控电容进行充电和放电，获取所述触控电容对应的数字信号，并基于所述数字信号确定所述储液箱中的液体的液位，能够在与待测液体进行绝对的隔离的情况下检测到储液箱中的液体的液位，安全性能高，并且，该结构简单，成本低。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种液位检测装置，用于检测储液箱中的液体的液位，其特征在于，所述液位检测装置包括：触控电容和信号处理单元，所述触控电容紧贴于所述储液箱的外壁面，所述触控电容的一端与所述信号处理单元连接，所述触控电容的另一端通过所述储液箱接地；

所述信号处理单元用于按照预设周期对所述触控电容进行充电和放电，获取所述触控电容对应的数字信号，并基于所述数字信号确定所述储液箱中的液体的液位。

2.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于，所述信号处理单元包括：充放电模块、比较模块以及信号分析模块；

所述充放电模块与所述触控电容的一端连接，用于按照预设周期对所述触控电容进行充电和放电；

所述比较模块的输入端与所述触控电容的一端连接，用于实时获取所述触控电容的输出电压，并在所述触控电容的输出电压达到预设阈值时进行高低电平的转换，从而得到所述触控电容对应的数字信号；

所述信号分析模块与所述比较模块的输出端连接，用于基于所述数字信号确定所述储液箱中的液体的液位。

3.根据权利要求2所述的液位检测装置，其特征在于，所述充放电模块包括：充电电源、第一开关电路、第二开关电路和放电电路；

所述充电电源通过所述第一开关电路与所述触控电容的一端连接；

所述放电电路通过所述第二开关电路与所述触控电容的一端连接；

当所述第一开关电路按照预设周期连通所述充电电源与所述触控电容时，所述充电电源为所述触控电容充电；

当所述触控电容充满电时，所述第一开关电路断开所述充电电源与所述触控电容之间的连接，所述第二开关电路连通所述触控电容和所述放电电路，从而使所述触控电容放电。

4.根据权利要求3所述的液位检测装置，其特征在于，所述放电电路包括：参考电容、放电电阻和第三开关电路；

所述参考电容的一端分别与所述第二开关电路和所述比较模块的输入端连接，所述参考电容的另一端接地；

所述放电电阻通过所述第三开关电路与所述参考电容并联；

当所述第二开关电路连通所述触控电容和所述参考电容时，所述触控电容为所述参考电容充电；

当所述参考电容的输出电压大于或等于所述预设阈值时，所述第三开关电路连通所述参考电容和所述放电电阻，所述参考电容通过所述放电电阻进行放电，直至所述参考电容的输出电压小于所述预设阈值。

5.根据权利要求2所述的液位检测装置，其特征在于，所述信号处理单元还包括锁存器，所述锁存器的输入端与所述比较模块的输出端连接，所述锁存器的输出端与所述信号分析模块连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的液位检测装置，其特征在于，所述触控电容包括至少两个，所述信号处理单元与所述触控电容的数量相等，每个所述触控电容对应一个信号处理单元。

7.根据权利要求6所述的液位检测装置，其特征在于，每个所述触控电容与其对应的信号处理单元之间设置有对应的容值信号匹配电阻。

8.一种储液设备，其特征在于，包括：

储液箱，用于存储液体；以及，

如权利要求1-7任一项所述的液位检测装置，其安装在所述储液箱的外壁面，用于检测所述储液箱内的液体的液位。

9.根据权利要求8所述的储液设备，其特征在于，所述触控电容通过双面胶粘贴于所述储液箱的外壁面。

10.根据权利要求8或9所述的储液设备，其特征在于，所述触控电容与所述储液箱中的液体的液位平行。