CN210664659U - 非接触式柔性电容液位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式柔性电容液位传感器，其包括柔性材质板、电路部分、耐高温防水背胶和PAD感应面，所述电路部分布设在柔性材质板内，所述柔性材质板的底面布设电路部分的元器件，所述PAD感应面设置在柔性材质板的底面，所述耐高温防水背胶粘贴在PAD感应面上，所述电路部分与PAD感应面连接。本实用新型通过将电路部分布设在柔性材质板上，且感应面设置在柔性材质板的底面，再将耐高温防水背胶粘贴在PAD感应面上，所以整体结构更为简单，无需外壳封装；通过耐高温防水背胶粘贴在测量容器的外壳上，可以直接粘贴在圆弧面，波浪面，直面等不同外表面的容器，实现非接触式液位测量。

Description

非接触式柔性电容液位传感器

技术领域

本实用新型涉及液位传感器领域，尤其是一种非接触式柔性电容液位传感器。

背景技术

随着社会的进步，我们的生活也不断向自动化、智能化方向发展。在日常生活中很多家电产品都要求我们对液位进行测量，以满足人们对舒适生活的需要。带有水箱或其它水容器的电器通常都需要检测水位。目前，水位检测装置比较常用的是干簧管液位检测或者其它液位传感器检测。家电产品通常采用以下这几种产品：干簧管，霍尔，金属探头，光电检测装置等进行液位检测。

采用干簧管检测液位，需要浮球，浮球内置磁铁，与被检测液体直接接触，放置水箱容器中。塑胶封装的浮球长时间浸泡水中，会因老化产生发黄，发粘等现象，位置死角很难清洗，影响饮用水质；而金属材质的浮球长时间浸泡会生锈腐蚀，造成液体污染。且干簧管式液位检测的结构复杂，须配合磁铁使用；磁铁极易受如磁场，线圈，温度等因素外界环境影响，不稳定；其成本逐年上涨，不易控制；此外，干簧管一般用于平面安装，鲜用于弧面结构。

采用霍尔芯片方式的检测液位，同样需要内置磁铁。与干簧管式问题类似，会与水接触发黄、发粘，结构复杂，清洗困难，易影响水质；磁铁极易受如磁场，线圈，温度等因素外界环境影响；成本不易控制；仅用于平面安装，鲜用弧面结构。

采用电极探头式和温度探头式，都属于金属外壳封装，成本不易控制。需要在水箱容器顶部，底部或侧壁开安装孔。在平面安装，需要与液体直接接触。浸在水中的金属容易将被电解，造成杂质沉淀，影响水质。

采用光电原理的液位检测装置，需要在水箱容器底部或侧壁开孔，平面安装，成本不易控制。

因此，有必要现有技术进行改进，提出更优的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种非接触式柔性电容液位传感器，旨在于解决现有液位检测采用干簧管、霍尔传感器、金属探头或光电检测装置等存在的结构复杂，需与水箱内的液体直接接触，且由于采用外壳封装，无法实现曲面水箱外壳检测液位的技术问题。

为实现上述的目的，本实用新型的技术方案为：一种非接触式柔性电容液位传感器，其包括柔性材质板、电路部分、耐高温防水背胶和PAD感应面，所述电路部分布设在柔性材质板内，所述柔性材质板的底面布设电路部分的元器件，所述PAD感应面设置在柔性材质板的底面，所述耐高温防水背胶粘贴在PAD感应面上，所述电路部分与PAD感应面连接。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述PAD感应面的感应线各自不相互交错跨越，且感应线周围0.5mm无其他信号线。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述电路部分包括用于控制和处理数据的MCU芯片、用于指示的外围电路、调节电容、参考电容和电源，所述MCU芯片、外围电路、调节电容和参考电容分别安装在柔性材质板的上面，所述MCU芯片通过OUT端口与外围电路连接，MCU芯片的CX端口与PAD感应面连接，MCU芯片的CR端口与参考电容C2的一端连接，MCU芯片的SEN端口与调节电容C4的一端连接，所述电源分别与外围电路和MCU芯片连接，所述参考电容C2的另一端接地，所调节电容C4的另一端接地。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述MCU芯片与外围电路、参考电容C2、调节电容C4和电容之间的连接均是采用FPC柔性线材连接。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述外围电路包括串联形成回路的发光二极管D1、电阻RL和电阻R1，所述电阻RL的一端与发光二极管D1的负极连接，所述电阻R1的一端与发光二极管D1的正极连接，所述电阻RL的另一端和述电阻R1的另一端连接，所述电源连接在电阻RL和电阻R1之间，所述MCU芯片的OUT端口连接在发光二极管D1的负极和电阻RL之间。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述MCU芯片的VREG端口与电容C3的一端连接，电容C3的另一端和MCU芯片的VSS端口接地。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述MCU芯片通过VCC端口与电源连接，同时还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述PAD感应面的直径大于检测液体容器面板厚度的4倍。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述PAD感应面的通过触摸限流电阻与MCU芯片的CX端口连接。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述调节电容C4的调整范围一般是5pf~50pf。

有益效果：本实用新型通过将电路部分布设在柔性材质板上，且感应面设置在柔性材质板的底面，再将耐高温防水背胶粘贴在PAD感应面上，所以整体结构更为简单，无需外壳封装，通过耐高温防水背胶粘贴在测量容器的外壳上，就可以实现非接触式液位测量，直接粘贴圆弧面，波浪面，直面等多种结构外壳的容器上使用。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型中电路部分的电路原理图。

图3是本实用新型单段液位检测的示意图。

图4是本实用新型中多段液位检测的示意图。

图5是本实用新型中多段连续检测的示意图。

图6是本实用新型中单段弧面或者多段弧面液位检测的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型公开了一种非接触式柔性电容液位传感器，其包括柔性材质板1、电路部分2、耐高温防水背胶3和PAD感应面4，所述电路部分2布设在柔性材质板1内，所述柔性材质板1的底面布设电路部分2的元器件，所述PAD感应面4设置在柔性材质板1的底面，所述耐高温防水背胶3粘贴在PAD感应面4上，所述电路部分2与PAD感应面4连接。

采用上述结构后，本实用新型通过将电路部分的线路和电子元器件布设在柔性材质板中。由于柔性材质板非常柔软，各元器件之间的连接线材也采用FPC线材，故传感器可适用不同形状外表面容器上。由于电子元器件安装在柔性材质板中，所以无需外壳进行封装。传感器不仅能够防水，而且由于柔性材质板材的特殊结构，可避免与水箱液体直接接触，实现非接触液位检测。另外，由于本实用新型仅需三层结构便可以实现传感器制造，无需独立外壳封装，整体结构简单。元器件与电路部分一体化封胶（即是电路部分被柔性材质板封装），使用高温防水背胶粘贴于水箱容器的外壁，提升了电气绝缘性和抗干扰性能。优化的结构，可弯折的特性，使得安装工艺更简单。更加人性化的安装方式，圆弧面，波浪面，直面等多种场合适用性，对于相匹配产品的外观多样性，带来了诸多可能。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述PAD感应面4的感应线（未画出）各自不相互交错跨越，且感应线周围0.5mm无其他信号线，能够有效的防止其他信号线干扰检测效果，保证了液位检测准确度。

采用上述结构后，本实用新型PAD 感应背面不排布元器件，不铺地，以免影响感应效果。

如图2所示，所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述电路部分2包括用于控制和处理数据的MCU芯片20、用于指示的外围电路21、调节电容C4、参考电容C2和电源（VCC），所述MCU芯片20、外围电路21、调节电容和参考电容分别安装在柔性材质板1的上面，所述MCU芯片20通过OUT端口与外围电路21连接，MCU芯片20的CX端口与PAD感应面连接，MCU芯片20的CR端口与参考电容C2的一端连接，MCU芯片20的SEN端口与调节电容C4的一端连接，所述电源分别与外围电路21和MCU芯片20连接，所述参考电容C2的另一端接地，所调节电容C4的另一端接地。

不同产品、不同场合，需要不同的灵敏度才能满足产品使用要求。水位检测灵敏度主要由调节电容C4和参考电容C2决定，参考电容C2是粗调，调节电容C4是细调。

C4=20pf，CR 根据检测环境不同，一般取值范围是 2~20pf，参考电容C2越小灵敏度越高。

如果上述调整到的灵敏度还不是很合适，就继续调整 C4 的值使灵敏度达到满意。C4的调整范围一般是 5pf~50pf，电容值越小灵敏度越高

调整 CR 值到一个大致合适的灵敏度。

如图2所示，所述MCU芯片的FUN 端口悬空。

如图 3所示，液面接近 PAD 感应盘，OUT 输出低电平，液面离开感应盘，OUT 输出高电平。

所以可以根据实际应用场景，调节电路参数，实现感应灵敏度大小，感应距离远近调。

根据不同应用场景，增大或减小 PAD 感应面积，可以调整灵敏度距离；优选的是PAD感应面可以是正方形，长方形，圆形，椭圆形等。

优选的是，电源为 5VDC，所述MCU芯片的耐压范围为-0.3 ~ +6.5V，最大电流±20mA，ESD特性 H.B.M 8000V、M.M 8000V。

柔性材质板：可以做成任意形状，中间可留孔或镂空。做成边缘圆滑的形状，可以避免尖端放电效应。优选为，圆形和正方形。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述MCU芯片20与外围电路21、参考电容C2、调节电容C4和电容之间的连接均是采用FPC柔性线材连接。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述外围电路21包括串联形成回路的发光二极管D1、电阻RL和电阻R1，所述电阻RL的一端与发光二极管D1的负极连接，所述电阻R1的一端与发光二极管D1的正极连接，所述电阻RL的另一端和述电阻R1的另一端连接，所述电源连接在电阻RL和电阻R1之间，所述MCU芯片的OUT端口连接在发光二极管D1的负极和电阻RL之间。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述MCU芯片20的VREG端口与电容C3的一端连接，电容C3的另一端和MCU芯片的VSS端口接地，电容C3的电容值为1NF~10NF,优选为4.7NF，优先采用NP0 电容。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述MCU芯片20通过VCC端口与电源连接，同时还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述PAD感应面的直径大于检测液体容器面板厚度的4倍，可以增大电极的尺寸，提高信噪比。

由于PAD感应面的面积大小和灵敏度成正比，实际面积大小根据灵敏度的需求而定。所述PAD感应面最小 6mm*6mm, 最大 30mm*30mm，优选为12mm*12mm。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述PAD感应面的通过触摸限流电阻RS与MCU芯片的CX端口连接，所述触摸限流电阻RS为普通贴片电阻或普通的碳膜电阻，其阻值为3K。

所述的非接触式柔性电容液位传感器，其中，所述调节电容C4的调整范围一般是5pf~50pf。调节电容C4的电容值越大，灵敏度越低，抗扰度越高；调节电容C4电容越小，灵敏度越高，抗扰度越差。调节电容C4的电容值一般选 15PF~80PF,优选 20PF。

如果应用温度环境变化大，选用 NP0 电容。

本实用新型对温度、湿度不敏感，可在温度-40℃~125℃，湿度 5%~95%条件下正常工作。

本实用新型是柔性一体化设计，体积小巧，超薄设计，可弯折，能适用于平面及各种不规则表面水箱等，能够满足不同用户需求，适用于更多场合。

安装简单，只需将贴有高温防水胶的传感器离型膜撕掉，贴在水箱指定低水位处和高水位处，带电部分不会与外壳接触。

当水位上升或下降到指定高度，给控制电路输出相应水位信号，完成对应控制功能。

相比干簧管式，霍尔式，金属电极探头式，光电式，本实用新型不需要在容器上开安装孔，不需要螺丝固定。结构上省去螺丝柱，不仅节省了模具制造成本，也减少物料成本，缩短产品开发周期，提升装配效率。

在柔性工艺基础上，本实用新型的实施还可以是采用两个模块+两个 PAD 设计的双通道高液位和低液位感应技术。在柔性工艺基础上，实现多个模块+多个 PAD的多通道液位感应设计。

如图 3-6所示，本实用新型可以采用一个或多个传感器粘贴在容器的面板上，又或者采用多段连续的传感器（一个MCU控制多个PAD感应面），实现弧面单段或者弧面多段感应。

本实用新型通过将电路部分布设在柔性材质板上，且感应面设置在柔性材质板的底面，将耐高温防水背胶粘贴在PAD感应面上，整体结构简单，无需外壳封装。通过耐高温防水背胶粘贴在测量容器的外壳上，实现非接触式液位测量。可以直接粘贴在圆弧面，波浪面，直面等不同形状外表面容器上使用。传感器安装在平面或弧面水箱外侧壁，避免出现检测装置长时间与液体接触或自身老化等原因污染液体，有效地杜绝了水箱二次污染的情况发生。提高了传感器的精准度和灵敏度。

以上是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，不付出创造性劳动对本实用新型技术方案的修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，包括柔性材质板、电路部分、耐高温防水背胶和PAD感应面，所述电路部分布设在柔性材质板内，所述柔性材质板的底面布设电路部分的元器件，所述PAD感应面设置在柔性材质板的底面，所述耐高温防水背胶粘贴在PAD感应面上，所述电路部分与PAD感应面连接。

2.根据权利要求1所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述PAD感应面的感应线各自不相互交错跨越，且感应线周围0.5mm无其他信号线。

3.根据权利要求1所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述电路部分包括用于控制和处理数据的MCU芯片、用于指示的外围电路、调节电容、参考电容和电源，所述MCU芯片、外围电路、调节电容和参考电容分别安装在柔性材质板的上面，所述MCU芯片通过OUT端口与外围电路连接，MCU芯片的CX端口与PAD感应面连接，MCU芯片的CR端口与参考电容C2的一端连接，MCU芯片的SEN端口与调节电容C4的一端连接，所述电源分别与外围电路和MCU芯片连接，所述参考电容C2的另一端接地，所调节电容C4的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述MCU芯片与外围电路、参考电容C2、调节电容C4和电容之间的连接均是采用FPC柔性线材连接。

5.根据权利要求4所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述外围电路包括串联形成回路的发光二极管D1、电阻RL和电阻R1，所述电阻RL的一端与发光二极管D1的负极连接，所述电阻R1的一端与发光二极管D1的正极连接，所述电阻RL的另一端和述电阻R1的另一端连接，所述电源连接在电阻RL和电阻R1之间，所述MCU芯片的OUT端口连接在发光二极管D1的负极和电阻RL之间。

6.根据权利要求3所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述MCU芯片的VREG端口与电容C3的一端连接，电容C3的另一端和MCU芯片的VSS端口接地。

7.根据权利要求3所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述MCU芯片通过VCC端口与电源连接，同时还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。

8.根据权利要求3所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述PAD感应面的直径大于检测液体容器面板厚度的4倍。

9.根据权利要求3所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述PAD感应面的通过触摸限流电阻与MCU芯片的CX端口连接。

10.据权利要求3所述的非接触式柔性电容液位传感器，其特征在于，所述调节电容C4的调整范围一般是 5pf~50pf。

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