CN218849363U - 一种智能电子式液位开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能电子式液位开关，涉及液位传感器技术领域，包括壳体和设置于壳体内的感测控制组件，感测控制组件包括用于感测导纳变化的金属感应线圈、与金属感应线圈电性连接的控制电路板以及用于将金属感应线圈和控制电路板密封包裹的绝缘层，其中控制电路板上设有用于发射射频信号的射频发生模块、用于处理导纳信号的处理模块以及用于输出控制信号的控制输出模块。本实用新型具有结构简单，结构强度大，适用范围广，实用性强的优点。

Description

一种智能电子式液位开关

技术领域

本实用新型涉及液位传感器技术领域，具体涉及一种智能电子式液位开关。

背景技术

液位开关是工业生产中不可缺少的重要仪器，目前，用来感测固定的液位开关主要有浮球液位开关、电极式液位开关、超声波液位开关以及压力式液位传感器，但是这些液位开关主要存在以下缺点：浮球液位开关，机械往复动作容易产生疲劳，占用空间大，有挂料时无法浮起，水位较浅时无法使用；电极式液位开关，利用液体的导电性来检测液位，电极容易附着水垢导致失灵，在纯水或油类等不导电的液体内无法使用；超声波液位开关，存在盲区，感应偶尔会出现信号干扰或丢失；压力式液位传感器，具有感应孔，依靠水的压强来检测，当感应孔发生堵塞则无法感应水压导致失效。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单，结构强度大，适用范围广，实用性强的智能电子式液位开关。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种智能电子式液位开关，包括壳体和设置于所述壳体内的感测控制组件，所述感测控制组件包括用于感测导纳变化的金属感应线圈、与所述金属感应线圈电性连接的控制电路板以及用于将所述金属感应线圈和所述控制电路板密封包裹的绝缘层，其中所述控制电路板上设有用于发射射频信号的射频发生模块、用于处理导纳信号的处理模块以及用于输出控制信号的控制输出模块。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述壳体包括用于与连接基础固定连接的连接段和用于与被测物料接触的检测段，所述连接段的外侧壁上设置有外连接螺纹。

所述感测控制组件套设于所述检测段内，且所述金属感应线圈位于靠近所述检测段底部的一侧，所述控制电路板位于远离所述检测段底部的一侧。

所述金属感应线圈为弹簧状结构或圆柱状结构。

所述控制电路板上设置有电源正极线、电源负极线和信号输出线，所述电源正极线、所述电源负极线以及所述信号输出线穿出所述绝缘层设置。

所述绝缘层为由绝缘材料灌装而成的一体成型结构。

所述绝缘材料为环氧树脂、硅胶、防水胶中任意一种。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的智能电子式液位开关包括壳体和感测控制组件，感测控制组件包括用于感测导纳变化的金属感应线圈和控制电路板，通过绝缘层将金属感应线圈和控制电路板连接为一个整体，能够有效提高感测控制组件的结构强度，结构简单，体积小，占用空间小，且不需要进行机械动作，感测控制组件利用射频导纳原理，由控制电路板上的射频发生模块发射射频信号，金属感应线圈作为敏感元件，将来自液位介电常数引起的信号变化反馈至处理模块，该变化信号经处理后，驱动控制输出模块输出控制信号，无需导电就能感应，在纯水或油类等不导电的液体内正常使用，没有盲区，不会出现信号干扰或丢失，有液体就能感应，与压强无关，水位较浅时也能使用，适用范围广，实用性强。

附图说明

图1为智能电子式液位开关的半剖结构示意图。

图2为感测控制组件的结构示意图。

图3为壳体的结构示意图。

图4为智能电子式液位开关的控制方法的逻辑流程图。

图例说明：

1、壳体；101、连接段；102、检测段；2、感测控制组件；201、金属感应线圈；202、控制电路板；2021、电源正极线；2022、电源负极线；2023、信号输出线；203、绝缘层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实施例的智能电子式液位开关，包括壳体1和设置于壳体1内的感测控制组件2，感测控制组件2包括用于感测导纳变化的金属感应线圈201、与金属感应线圈201电性连接的控制电路板202以及用于将金属感应线圈201和控制电路板202密封包裹的绝缘层203，其中控制电路板202上设有用于发射射频信号的射频发生模块（图中未示出）、用于处理导纳信号的处理模块（图中未示出）以及用于输出控制信号的控制输出模块（图中未示出）。该智能电子式液位开关包括壳体1和感测控制组件2，感测控制组件2包括用于感测导纳变化的金属感应线圈201和控制电路板202，通过绝缘层203将金属感应线圈201和控制电路板202连接为一个整体，能够有效提高感测控制组件2的结构强度，结构简单，体积小，占用空间小，且不需要进行机械动作，感测控制组件2利用射频导纳原理，由控制电路板202上的射频发生模块发射射频信号，金属感应线圈201作为敏感元件，将来自液位介电常数引起的信号变化反馈至处理模块，该变化信号经处理后，驱动控制输出模块输出控制信号，无需导电就能感应，在纯水或油类等不导电的液体内正常使用，没有盲区，不会出现信号干扰或丢失，有液体就能感应，与压强无关，水位较浅时也能使用，适用范围广，实用性强。

优选的，壳体1包括用于与连接基础固定连接的连接段101和用于与被测物料接触的检测段102，连接段101的外侧壁上设置有外连接螺纹。在本实施例中，壳体1上设有连接段101，通过螺纹连接的方式将壳体1与容器壁固定连接或套管安装连接，具有结构简单，连接可靠，拆装方便的优点。

优选的，感测控制组件2套设于检测段102内，且金属感应线圈201位于靠近检测段102底部的一侧，控制电路板202位于远离检测段102底部的一侧。在其他实施例中，感测控制组件2与壳体1之间还可以采用可拆卸方式连接，安装及拆卸方便快捷，能够根据被测物料的性质进行壳体1的替换，例如被测物料具有腐蚀性，能够针对性地选用防腐蚀性能好的壳体1，满足多种生产需求。

优选的，金属感应线圈201为弹簧状结构或圆柱状结构。

优选的，控制电路板202上设置有电源正极线2021、电源负极线2022和信号输出线2023，电源正极线2021、电源负极线2022以及信号输出线2023穿出绝缘层203设置。在本实施例中，电源正极线2021和电源负极线2022实现控制电路板202的供电，信号输出线2023用于传输由控制输出模块输出的控制信号，实现开关动作控制功能。

优选的，绝缘层203为由绝缘材料灌装而成的一体成型结构。在本实施例中，金属感应线圈201和控制电路板202被液态的绝缘材料灌装包裹并固化为一体成型的绝缘层203，具有密封性能好的优点，能够有效延长感测控制组件2的使用寿命。

优选的，绝缘材料为环氧树脂、硅胶、防水胶中任意一种。在本实施例中，绝缘材料选用环氧树脂，其具有力学性能好，粘接性能优异，固化收缩率小，稳定性好，不易开裂的优点。

本实施例中，感测控制组件2采用射频导纳的物位控制原理，导纳的含义为电学中阻抗的倒数，由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成，而射频即高频无线电波谱，因此射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。实际应用过程中，本实用新型的智能电子式液位开关安装在容器壁的适当位置，并使检测段102位于容器壁内部，控制电路板202上的射频发生模块发射射频信号，金属感应线圈201与容器壁及被测介质形成导纳值，当液位变化、有介质与金属感应线圈201相对时，导纳值发生变化，金属感应线圈201感测到导纳变化后将信号发送至处理模块，经处理模块处理后向控制输出模块发送信号，并由控制输出模块输出控制信号，完成液位开关的控制工作。

当应用智能电子式液位开关的液面上有污物、粘性液体时，如人畜化粪池的粪尿液、粘性的药剂水等，使用一段时间后，检测段102上会附着有污物、粘性液体形成的附着层，会产生挂料误差，影响测量准确度，难以控制液位的自动开关动作，因此本实用新型还提供一种智能电子式液位开关的控制方法。

如图4所示，一种智能电子式液位开关的控制方法，包括以下步骤：

（S1）将智能电子式液位开关分别置于空气中和液体中，分别获取初次感测的导纳值X和再次感测的导纳值Y；

（S2）处理模块将导纳值X与导纳值Y进行比较，数值较大的导纳值设定为液体中的导纳值L，数值较小的导纳值设定为空气中的导纳值A；

（S3）将智能电子液位开关交替更换感测位置，分别获取N次液体中的导纳值L，并计算平均值L_avg，将L_avg±10%的数值范围设定为液体中的导纳值范围；获取N次空气中的导纳值A，并计算平均值A_avg，，将A_avg±30%的数值范围设定为空气中的导纳值范围；

（S4）智能电子液位开关工作，获取感测的导纳值Z，处理模块将导纳值Z与L_avg±10%的数值范围进行比较，若导纳值Z位于L_avg±10%的数值范围内，则判断为液位开关位于液体中；若导纳值Z不在L_avg±10%的数值范围内，则跳转至下一步骤；

（S5）处理模块将导纳值Z与A_avg±30%的数值范围进行比较，若导纳值Z位于A_avg±30%的数值范围内，则判断为液位开关位于空气中；若导纳值Z不在A_avg±30%的数值范围内，则跳转至步骤（S4）。

在本实施例中，步骤（S1）至步骤（S3）为初始设定步骤，步骤（S4）至步骤（S5）为检测控制步骤，具体的，不同液体中的导纳值不同，且液体中的导纳值大于空气中的导纳值，智能电子式液位开关应用在不同液体之前，需要分别在液体和空气中感测导纳值，若初次感测是在空气（或液体）中进行，记录初次感测的导纳值X，则再次感测是在液体（或空气）中进行，记录再次感测的导纳值Y；由于处理模块无法知悉初次感测的导纳值X是在空气中还是在液体中测得，因此处理模块需要将导纳值X与导纳值Y进行比较，数值较大的导纳值设定为液体中的导纳值L，数值较小的导纳值设定为空气中的导纳值A，若初次感测的导纳值X为液体（或空气）中的导纳值L（或A），再次感测的导纳值Y为空气（或液体）中的导纳值A（或L），则设定感测得到的第一、三、五……次导纳值数据为L（或A），第二、四、六……次导纳值数据为A（或L）；将智能电子液位开关交替更换N次感测位置，得到数据组L₁、L₂……L_N，计算平均值L_avg，将L_avg±10%的数值范围设定为液体中的导纳值范围，得到数据组A₁、A₂……A_N，计算平均值A_avg，，将A_avg±30%的数值范围设定为空气中的导纳值范围。该智能电子式液位开关的控制方法，通过多次感测液体中的导纳值并计算平均值，多次感测空气中的导纳值并计算平均值，根据平均值设定相应的导纳值判定范围，由于检测段102上会附着有污物、粘性液体形成的附着层，产生挂料误差，导致感测到的导纳值有偏差，通过设定导纳值范围能够避免挂料导致的控制信号判断错误，提高开关动作的准确度。

实际应用过程中，智能电子式液位开关用于液位上限开关控制时，当检测段102接触到液体并感测得到导纳值Z₁时，处理模块将导纳值Z₁与液体中的导纳值范围L_avg±10%进行比较，若Z₁位于L_avg±10%的范围内，则判定液位开关位于液体中，控制输出模块输出控制信号，防止液面继续上升，若Z₁不在L_avg±10%的范围内，则无需进行开关动作，持续感测导纳值Z。具体的，检测段102上有附着层时，会使检测段102接触到液体时的导纳值Z₁不等于L_avg，造成控制信号不报，导致发生溢出事故，因此通过设置L_avg±10%的数值范围，能够有效减少挂料误差导致的错误。

智能电子式液位开关用于液位下限开关控制时，液面下降至检测段102接触到空气并感测得到导纳值Z₂时，处理模块先将导纳值Z₂与液体中的导纳值范围L_avg±10%进行比较，Z₂不在L_avg±10%的范围内，再将导纳值Z₂与空气中的导纳值范围A_avg±30%进行比较，若Z₂位于A_avg±30%的范围内，则判定液位开关位于空气中，控制输出模块输出控制信号，防止液面继续下降，若Z₂不在A_avg±30%的范围内，则无需进行开关动作，持续感测导纳值Z。具体的，检测段102上有附着层（如藻类）时，会使检测段102位于液面以上时表面保持湿润，容易导致处理模块误判为检测段102依然位于液体中，因此通过将空气中的导纳值判断范围扩大为A_avg±30%的数值范围，能够有效避免挂料导致的判断错误。

优选的，在步骤（S3）中，N大于等于10。在本实施例中，为减少智能电子式液位开关在初始设定步骤中的检测误差，感测次数N至少为10次，提高导纳值取值范围的准确度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能电子式液位开关，其特征在于，包括壳体（1）和设置于所述壳体（1）内的感测控制组件（2），所述感测控制组件（2）包括用于感测导纳变化的金属感应线圈（201）、与所述金属感应线圈（201）电性连接的控制电路板（202）以及用于将所述金属感应线圈（201）和所述控制电路板（202）密封包裹的绝缘层（203），其中所述控制电路板（202）上设有用于发射射频信号的射频发生模块、用于处理导纳信号的处理模块以及用于输出控制信号的控制输出模块。

2.根据权利要求1所述的智能电子式液位开关，其特征在于，所述壳体（1）包括用于与连接基础固定连接的连接段（101）和用于与被测物料接触的检测段（102），所述连接段（101）的外侧壁上设置有外连接螺纹。

3.根据权利要求2所述的智能电子式液位开关，其特征在于，所述感测控制组件（2）套设于所述检测段（102）内，且所述金属感应线圈（201）位于靠近所述检测段（102）底部的一侧，所述控制电路板（202）位于远离所述检测段（102）底部的一侧。

4.根据权利要求3所述的智能电子式液位开关，其特征在于，所述金属感应线圈（201）为弹簧状结构或圆柱状结构。

5.根据权利要求4所述的智能电子式液位开关，其特征在于，所述控制电路板（202）上设置有电源正极线（2021）、电源负极线（2022）和信号输出线（2023），所述电源正极线（2021）、所述电源负极线（2022）以及所述信号输出线（2023）穿出所述绝缘层（203）设置。

6.根据权利要求5所述的智能电子式液位开关，其特征在于，所述绝缘层（203）为由绝缘材料灌装而成的一体成型结构。

7.根据权利要求6所述的智能电子式液位开关，其特征在于，所述绝缘材料为环氧树脂、硅胶、防水胶中任意一种。

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