CN216213125U - 开关装置以及具有开关装置的液位检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关装置，其包括：设置有开关部件的第一壳体、其第二端与第一壳体连接并呈柱状的第二壳体、设置在第二壳体内的检测单元以及套设在第二壳体外部并能够在第二壳体上移动的浮球结构。具体地，在浮球结构从第二壳体的第一端向第二壳体的第二端移动的过程中，当浮球结构移动到第一范围时，第一位置传感器感测到浮球结构并向检测电路发送第一感测信号；当浮球结构移动到第二范围时，第二位置传感器感测到浮球结构并向检测电路发送第二感测信号，开关部件基于第二感测信号闭合并触发外部设备动作。所公开的开关装置使用灵活度高、故障率低、成本低廉并且产品可靠性高。

Description

开关装置以及具有开关装置的液位检测设备

技术领域

本实用新型涉及液位测量技术，尤其涉及开关装置以及具有开关装置的液位检测设备。

背景技术

现有的液位测量装置，一般是利用干簧管或霍尔结构来实现液位测量。然而现有的液位测量技术多多少少存在一些弊端，例如，干簧管存在精度较差、耐用性较差的缺点，而霍尔器件存在着结构设计不便利、功耗较高等技术问题。

具体地，霍尔传感器应用于液位测量技术中存在以下技术缺陷：要求保证液位测量装置中的浮球的磁体部件与霍尔传感器在非感应方向的相对位置保持不变(也即，当霍尔传感器在竖直方向感测磁体部件的位置变化时，要求霍尔传感器与感测磁体部件在与竖直方向相垂直的其他方向保持相对位置不变)，否则将因霍尔传感器本身的特性导致霍尔传感器生成的感测信号不准确。另外，霍尔传感器的功耗高、一致性、灵敏度和温度特性也均较差。

干簧管应用于液位测量技术中存在以下技术缺陷：由于干簧管的测量精度低，因此从成本角度考虑不能保证批量产品的高斯值(磁力强度单位)均相同。此外，干簧管的耐用性较差、故障率也较高。

因此，亟需一种能够克服上述现有装置缺陷的液位检测设备。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种开关装置以及具有开关装置的液位检测设备，进而克服了现有液位测量装置的上述缺陷。

本实用新型一方面提出了一种开关装置，其包括：

第一壳体，其内设置有开关部件；

第二壳体，其第二端与所述第一壳体连接，并呈柱状；

检测单元，设置在所述第二壳体内，并包括设置在第一位置的第一位置传感器、设置在第二位置的第二位置传感器以及与所述第一位置传感器、所述第二位置传感器以及所述开关部件耦接的检测电路；以及

浮球结构，套设在所述第二壳体外部，并能够在所述第二壳体上移动；

其中，在所述浮球结构从所述第二壳体的第一端向所述第二壳体的第二端移动的过程中，当所述浮球结构移动到第一范围时，所述第一位置传感器感测到所述浮球结构并向所述检测电路发送第一感测信号；当所述浮球结构移动到第二范围时，所述第二位置传感器感测到所述浮球结构并向所述检测电路发送第二感测信号，所述开关部件基于所述第二感测信号闭合并触发外部设备动作；其中，所述第一范围是所述第一位置传感器的感测范围，并且所述第一位置在所述第一范围内，所述第二范围是所述第二位置传感器的感测范围，并且所述第二位置在所述第二范围内。

在一种实施方式中，在所述浮球结构从所述第二壳体的第二端向所述第二壳体的第一端移动的过程中，当所述浮球结构远离所述第二位置并未达到所述第一范围时，所述开关部件保持闭合并触发所述外部设备动作；当所述浮球结构移动到所述第一范围时，所述第一位置传感器感测到所述浮球结构并向所述检测电路发送第一感测信号，所述开关部件基于所述第一感测信号断开并控制所述外部设备停止动作。

在一种实施方式中，所述第一位置被设计为靠近所述第二壳体的所述第一端，并且所述第二位置被设计为靠近所述第二壳体的所述第二端。

在一种实施方式中，所述开关装置还包括：

电源电路，设置在所述第一壳体内，并与所述开关部件、所述检测单元耦接；以及

插头电源组件，其第一端耦接到所述电源电路和所述开关部件，其第二端耦接外部电源，并且其第三端耦接到所述外部设备；

其中，所述外部电源利用所述插头电源组件和所述电源电路分别向所述开关部件和所述检测单元供电，所述开关部件通过所述插头电源组件控制所述外部设备动作。

在一种实施方式中，所述浮球结构包括：

浮球壳体，套设在所述第二壳体外部，并能够在所述第二壳体上移动；安置槽，设置在所述浮球壳体上；以及

磁性元件，设置在所述安置槽内；

其中，当所述浮球结构在所述第二壳体上移动时，所述第一位置传感器和所述第二位置传感器通过感测所述磁性元件分别生成所述第一感测信号和所述第二感测信号。

在一种实施方式中，所述开关装置还包括：与所述第二壳体的第一端连接的止挡件，用于限制所述浮球结构在所述第二壳体上的移动范围。

在一种实施方式中，所述磁性元件具有环形形状，并且所述安置槽的形状与所述磁性元件的形状相匹配。

在一种实施方式中，所述第一位置传感器和所述第二位置传感器是磁阻检测传感器。

在一种实施方式中，所述检测电路包括：

第一运算放大器，其反相输入端耦接到所述第一位置传感器的输出端，并且其同相输入端耦接到阈值电压；

第二运算放大器，其反相输入端耦接到阈值电压，其同相输入端分别耦接到所述第二位置传感器的输出端以及所述第一运算放大器的输出端，其输出端分别耦接到其同相输入端和所述开关部件；以及

单向导通部件，其输入端耦接到所述第二运算放大器的同相输入端，并且其输出端耦接到所述第一运算放大器的输出端。

在一种实施方式中，在所述浮球结构从所述第二壳体的第一端向所述第二壳体的第二端移动的过程中：

当所述浮球结构移动到所述第一范围时，所述第一位置传感器向所述第一运算放大器的反相输入端发送所述第一感测信号，使得所述第一运算放大器的输出端输出低电平；

当所述浮球结构移动到所述第二范围时，所述第二位置传感器向所述第二运算放大器的同相输入端发送所述第二感测信号，使得所述第二运算放大器的输出端输出高电平，以触发所述开关部件闭合并驱动所述外部设备动作。

在一种实施方式中，在所述浮球结构从所述第二壳体的第二端向所述第二壳体的第一端移动的过程中：

在所述浮球结构远离所述第二范围的过程中，所述第二位置传感器和所述第一位置传感器均未向所述检测电路发送信号，基于所述第二运算放大器的同相输入端与其输出端耦接，所述第二运算放大器的输出端输出高电平，使得所述开关部件保持闭合状态；

当所述浮球结构移动到所述第一范围时，所述第一位置传感器向所述第一运算放大器的反相输入端发送所述第一感测信号，使得所述第一运算放大器的输出端输出低电平，基于所述第二运算放大器的同相输入端经由所述单向导通部件与所述第一运算放大器的输出端耦接，使得所述第二运算放大器的输出端输出低电平，以触发所述开关部件断开并控制所述外部设备停止动作。

在一种实施方式中，所述电源电路包括：

电压转换单元，其输入端耦接到所述插头电源组件，其输出端向所述开关部件供电，以及

稳压器，其输入端耦接到所述电压转换单元的输出端，并且其输出端向所述检测单元供电。

本实用新型另一方面还提出了一种液位检测设备，包括：本实用新型第一方面所述的开关装置。

附图说明

参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。

图1示出了根据本实用新型所公开的开关装置的整体结构示意图；

图2示出了根据本实用新型所公开的开关装置的分解结构示意图；

图3示出了根据本实用新型所公开的开关装置的浮球结构的示意图；

图4示出了根据本实用新型所公开的开关装置的电源电路的电路图；以及

图5示出了根据本实用新型所公开的开关装置的检测电路的电路图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

本文所使用的术语“包括”、“包含”及类似术语应该被理解为是开放性的术语，即“包括/包含但不限于”，表示还可以包括其他内容。术语“基于”是“至少部分地基于"。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”，等等。

本实用新型主要关注以下技术问题：如何提高液位检测的精度、可靠性，并且提高液位检测设备的寿命、降低制造成本。

为了解决上述问题，所公开的开关装置包括：设置有开关部件的第一壳体、第二壳体、设置在第二壳体内的检测单元以及套设在第二壳体外部并能够在第二壳体上移动的浮球结构。具体地，在浮球结构从第二壳体的第一端向第二壳体的第二端移动的过程中，当浮球结构移动到第一范围时，第一位置传感器感测到浮球结构并向检测电路发送第一感测信号；当浮球结构移动到第二范围时，第二位置传感器感测到浮球结构并向检测电路发送第二感测信号，开关部件基于第二感测信号闭合并触发外部设备动作。

如图1和图2所述，用于液位检测设备的开关装置包括：第一壳体100、第二壳体200、检测单元、浮球结构300、止挡件400以及插头电源组件500。具体地，第一壳体100内设有开关部件130和电源电路组件140；第二壳体200的第二端与第一壳体100相连，并呈柱状体；浮球结构300套设在第二壳体200的外部，并能够在第二壳体200上移动。

在本实施例中，第一壳体100包括底座120和上盖110，其中开关部件130和电源电路组件140设置在底座120内，并且底座120和上盖110密封连接。具体地，电源电路组件140包括电源电路，该电源电路与开关部件130电连接。在本实施例中，开关部件130可以优选为继电器。

图4示出了本实施例所公开的电源电路，其至少包括电压转换单元U1、稳压器U2，以及与电压转换单元U1、稳压器U2电连接的各种元器件。电压转换单元U1的输入端耦接到插头电源组件500，其输出端向开关部件130供电(例如，图4所示12V工作电压)，稳压器U2的输入端耦接到电压转换单元U1的输出端，并且其输出端向检测单元供电(例如，图4所示5V工作电压)。

在本实施例中，所公开的电源电路采用非隔离电源方案，该方案成本低廉、容易设计，并且电路转换效率高、稳定性优越，能够在液位检测设备正常工作的情况下保证输出电压的稳定。

另外如图2所示，在本实施例中，检测单元设置在第二壳体200内，并且检测单元包括检测电路板组件210、第一位置传感器220、第二位置传感器230以及电路组件缓冲件240。检测电路板组件210呈带状，并且第一位置传感器220设置在检测电路板组件210的第一位置处，第二位置传感器230设置在检测电路板组件210的第二位置处。检测电路板组件210包括检测电路，并且该检测电路分别与第一位置传感器220、第二位置传感器230以及第一壳体100内的开关部件130、电源电路电连接。另外，电路组件缓冲件240设置在检测电路板组件210的一端来保护该检测电路板组件210，检测电路板组件210的另一端电连接到电源电路组件140。

图5示出了本实施例所公开的检测电路，其至少包括第一运算放大器U5B、第二运算放大器U5A以及单向导通部件D4。在本实施例中，第一运算放大器U5B的反相输入端耦接到第一位置传感器220的输出端，并且其同相输入端耦接到阈值电压；第二运算放大器U5A的反相输入端耦接到阈值电压，其同相输入端分别耦接到第二位置传感器230的输出端以及第一运算放大器220的输出端，其输出端分别耦接到其同相输入端和开关部件130；在本实施例中，单向导通部件D4优选为二极管，其输入端耦接到第二运算放大器U5A的同相输入端，并且其输出端耦接到第一运算放大器U5B的输出端。

此外，如图5所示，第二运算放大器U5A的输出端经由三级管U4电耦接到开关部件130，开关部件130电耦接到与外部设备相连接的压敏电阻RV2等元器件。

具体地，在本实施例中，所述第一位置被设计为靠近第二壳体200的第一端(也即，下端)，所述第二位置被设计为靠近第二壳体200的第二端(也即，上端)，使得第一位置传感器220用于感测低液位，第二位置传感器230用于感测高液位。

另外，如图2和图3所示，浮球结构300包括浮球壳体310、设置在浮球壳体310上安置槽320以及磁性元件330。如图1、图2所示，浮球结构300套设在第二壳体200外部，并能够在第二壳体200上移动。在实际使用中，浮球壳体310的密度小于待测液体的密度，使得浮球结构300能够根据液位的变化而在第二壳体200上滑动。

此外，在本实施例中，磁性元件330具有环形形状，并且安置槽320的形状与磁性元件330的形状相匹配，以保证磁性元件330能够固定于安置槽320内，并随着浮球壳体310一同运动。

如图1和图2所示，在浮球结构300套设到第二壳体200之后，止挡件400安装于第二壳体200的第一端，使得浮球结构的移动范围受到限制。

为了避免现有技术的缺陷，本公开内容采用了当前较先进的隧道磁阻检测技术，由于其自身优秀的特性：功耗较低、一致性和灵敏度较好、温度特性较好，因此不会存在使用霍尔传感器时需要保证霍尔传感器与感测磁体部件的相对位置(具体为非测量方向的其他方向的相对位置)不变的限制条件。也即，本公开内容所公开的第一位置传感器220和第二位置传感器230均是磁阻检测传感器，磁阻检测传感器感测的是磁性元件330的磁场强度。

此外，如图1和图2所示，插头电源组件500的第一端510耦接到电源电路组件140、其第二端520耦接到外部电源(未示出)，并且其第三端530耦接到外部设备(例如，排水设备)。外部电源利用插头电源组件500和电源电路分别向开关部件130和检测单元供电，开关部件130通过插头电源组件500控制外部设备动作。

所公开的用于液位检测设备的开关装置的工作原理如下：

在浮球结构300从第二壳体200的第一端向第二壳体200的第二端移动的过程中(也即，液位逐渐升高的过程)，也即浮球结构300在第二壳体200上移动时，当浮球结构300移动到第一范围时，第一位置传感器220感测到浮球结构300的磁性元件330并向检测电路发送第一感测信号；当浮球结构300移动到第二范围时，第二位置传感器230感测到浮球结构300的磁性元件330并向检测电路发送第二感测信号，开关部件130基于第二感测信号闭合并触发外部设备动作。也就是说，在外部设备是排水设备的情况下，在开关部件130基于第二感测信号闭合并触发排水设备启动，以排出多余液体。

在本实施例中，第一范围是第一位置传感器220的感测范围，并且上述第一位置在第一范围内；第二范围是第二位置传感器230的感测范围，并且上述第二位置在第二范围内。

具体地，当浮球结构300移动到第一范围时，第一位置传感器220向第一运算放大器U5B的反相输入端发送第一感测信号，使得第一运算放大器的输出端输出低电平，该低电平无法控制开关部件130闭合，因此液位继续上升。

当浮球结构300移动到第二范围时，第二位置传感器230向第二运算放大器U5A的同相输入端发送第二感测信号，使得第二运算放大器U5A的输出端输出高电平，以触发开关部件130闭合，使得开关部件130驱动外部设备动作。也即，排出多余液体使得液位下降。

在浮球结构300从第二壳体200的第二端向第二壳体200的第一端移动的过程中(也即，液位逐渐下降的过程)，当浮球结构300远离第二位置并未达到第一范围时，第一位置传感器220和第二位置传感器230均感测不到浮球结构300，但是开关部件130保持闭合并触发外部设备动作。当浮球结构300移动到第一范围时，第一位置传感器220感测到浮球结构300并向检测电路发送第一感测信号，开关部件130基于该第一感测信号断开并触发外部设备停止动作。也就是说，在外部设备是排水设备的情况下，在开关部件130基于第一感测信号断开并触发排水设备停止排出多余液体。

具体地，在浮球结构300远离第二范围的过程中，第二位置传感器230和第一位置传感器220均未向检测电路发送信号，由于第二运算放大器U5A的同相输入端与其输出端耦接，使得第二运算放大器U5A的输出端输出高电平，由此使得开关部件130保持闭合状态；也即，外部设备继续排出液体，液位继续下降。

当浮球结构300移动到第一范围时，第一位置传感器220向第一运算放大器U5B的反相输入端发送第一感测信号，使得第一运算放大器U5B的输出端输出低电平，由于所述第二运算放大器的同相输入端经由单向导通部件D4与第一运算放大器U5B的输出端耦接，使得第二运算放大器U5A的输出端输出低电平，导致开关部件130失电断开，由此使得外部设备停止动作，不再排出多余液体，液位停止下降。

本公开内容所公开的检测电路能够将磁阻传感器的输出信号进行合理转换，稳定可靠地控制开关部件130(也即，继电器)在液位到达第二位置时触发开关部件130闭合，并且在液位低于第一位置时触发开关部件130断开。由此，避免了误触发的可能性，可靠、精准、迅速地响应磁阻传感器的信号，并向外部设备提供输出信号。

另外，本公开内容还公开了一种液位检测设备，该液位检测设备包括了上面所描述的开关装置。在液位检测设备实际工作中，将开关装置的第二壳体300和浮球结构300放置于待测区域，并保证第一壳体100设置在待测区域之外，由此能够实现对液位的准确检测。

本实用新型一方面采用先进的封装技术，提高了开关装置以及液位检测设备的寿命和可靠性，另一方面实现了对液位检测的精准判断，扩大了开关装置以及液位检测设备的使用范围。

虽然参照特定的示例来描述了本实用新型，其中这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本实用新型进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本实用新型的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。

Claims (13)

1.一种开关装置，其特征在于，所述开关装置包括：

第一壳体，其内设置有开关部件；

第二壳体，其第二端与所述第一壳体连接，并呈柱状；

检测单元，设置在所述第二壳体内，并包括设置在第一位置的第一位置传感器、设置在第二位置的第二位置传感器以及与所述第一位置传感器、所述第二位置传感器以及所述开关部件耦接的检测电路；以及

浮球结构，套设在所述第二壳体外部，并能够在所述第二壳体上移动；

其中，在所述浮球结构从所述第二壳体的第一端向所述第二壳体的第二端移动的过程中，当所述浮球结构移动到第一范围时，所述第一位置传感器感测到所述浮球结构并向所述检测电路发送第一感测信号；当所述浮球结构移动到第二范围时，所述第二位置传感器感测到所述浮球结构并向所述检测电路发送第二感测信号，所述开关部件基于所述第二感测信号闭合并触发外部设备动作；其中，所述第一范围是所述第一位置传感器的感测范围，并且所述第一位置在所述第一范围内；所述第二范围是所述第二位置传感器的感测范围，并且所述第二位置在所述第二范围内。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，在所述浮球结构从所述第二壳体的第二端向所述第二壳体的第一端移动的过程中，当所述浮球结构远离所述第二位置并未达到所述第一范围时，所述开关部件保持闭合并触发所述外部设备动作；当所述浮球结构移动到所述第一范围时，所述第一位置传感器感测到所述浮球结构并向所述检测电路发送第一感测信号，所述开关部件基于所述第一感测信号断开并控制所述外部设备停止动作。

3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述第一位置被设计为靠近所述第二壳体的所述第一端，并且所述第二位置被设计为靠近所述第二壳体的所述第二端。

4.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置还包括：

电源电路，设置在所述第一壳体内，并与所述开关部件、所述检测单元耦接；以及

插头电源组件，其第一端耦接到所述电源电路和所述开关部件，其第二端耦接外部电源，并且其第三端耦接到所述外部设备；

其中，所述外部电源利用所述插头电源组件和所述电源电路分别向所述开关部件和所述检测单元供电，所述开关部件通过所述插头电源组件控制所述外部设备动作。

5.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述浮球结构包括：

浮球壳体，套设在所述第二壳体外部，并能够在所述第二壳体上移动；

安置槽，设置在所述浮球壳体上；以及

磁性元件，设置在所述安置槽内；

其中，当所述浮球结构在所述第二壳体上移动时，所述第一位置传感器和所述第二位置传感器通过感测所述磁性元件分别生成所述第一感测信号和所述第二感测信号。

6.根据权利要求1或5所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置还包括：与所述第二壳体的第一端连接的止挡件，用于限制所述浮球结构在所述第二壳体上的移动范围。

7.根据权利要求5所述的开关装置，其特征在于，所述磁性元件具有环形形状，并且所述安置槽的形状与所述磁性元件的形状相匹配。

8.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述第一位置传感器和所述第二位置传感器是磁阻检测传感器。

9.根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述检测电路包括：

第一运算放大器，其反相输入端耦接到所述第一位置传感器的输出端，并且其同相输入端耦接到阈值电压；

第二运算放大器，其反相输入端耦接到阈值电压，其同相输入端分别耦接到所述第二位置传感器的输出端以及所述第一运算放大器的输出端，其输出端分别耦接到其同相输入端和所述开关部件；以及

单向导通部件，其输入端耦接到所述第二运算放大器的同相输入端，并且其输出端耦接到所述第一运算放大器的输出端。

10.根据权利要求9所述的开关装置，其特征在于，在所述浮球结构从所述第二壳体的第一端向所述第二壳体的第二端移动的过程中：

当所述浮球结构移动到所述第一范围时，所述第一位置传感器向所述第一运算放大器的反相输入端发送所述第一感测信号，使得所述第一运算放大器的输出端输出低电平；

当所述浮球结构移动到所述第二范围时，所述第二位置传感器向所述第二运算放大器的同相输入端发送所述第二感测信号，使得所述第二运算放大器的输出端输出高电平，以触发所述开关部件闭合并驱动所述外部设备动作。

11.根据权利要求9所述的开关装置，其特征在于，在所述浮球结构从所述第二壳体的第二端向所述第二壳体的第一端移动的过程中：

在所述浮球结构远离所述第二范围的过程中，所述第二位置传感器和所述第一位置传感器均未向所述检测电路发送信号，基于所述第二运算放大器的同相输入端与其输出端耦接，所述第二运算放大器的输出端输出高电平，使得所述开关部件保持闭合状态；

当所述浮球结构移动到所述第一范围时，所述第一位置传感器向所述第一运算放大器的反相输入端发送所述第一感测信号，使得所述第一运算放大器的输出端输出低电平，基于所述第二运算放大器的同相输入端经由所述单向导通部件与所述第一运算放大器的输出端耦接，使得所述第二运算放大器的输出端输出低电平，以触发所述开关部件断开并控制所述外部设备停止动作。

12.根据权利要求4所述的开关装置，其特征在于，所述电源电路包括：

电压转换单元，其输入端耦接到所述插头电源组件，其输出端向所述开关部件供电，以及

稳压器，其输入端耦接到所述电压转换单元的输出端，并且其输出端向所述检测单元供电。

13.一种液位检测设备，其特征在于，所述液位检测设备包括根据权利要求1-12中任一项所述的开关装置。

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