专利名称：一种液位传感器及其液位检测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测液位的装置和方法，更具体地，涉及一种液位传感器及基于这种液位传感器的液位检测方法。
背景技术：
目前的家用电器中，有很多都涉及到对液体液位的探测，如汤煲或中药煲等，能否在最合适的时候停止加热往往决定着剩余汤汁或药液的品质，同时，设置液位传感器还可以有效地防止干烧，不过就目前来说，现有技术中对液位的探测效果并不理想。以中药煲为例，最初的中药煲设置的液位探测装置包括微处理器和与微处理器相连的两根探棒，上述液位探测装置通过微型处理器来测量两根探棒之间的电阻变化从而测量中药煲内药液的液位，即当两根探针之间有药液时，两根探针通过药液导通，两根探针之间的药液相当于一个电阻；当两根探针之间没有药液时，两根探针之间的电阻为无穷大，如此，通过上述电阻的变化来检测药液液位。但是，这种方式的准确度不高，在实践中，因各种药液的电解度不同，这种方式可能会造成该输出信号时未输出或提早输出错误信号的情况，用户的体验度并不好。另一种方式是，煲体底部设置有一个导电体，导电体接地，探棒安装在煲体上，且位于煲体内的适当位置，探棒通过导线分别与微处理器的一个低电平脚和一个高电平脚连接，其中探棒为电容的一个电极，导电体为电容的另一个电极，药液为电容两极之间的介质，从而在探棒与导电体之间形成一个药液电容器C，该电容值C随着药液的减少而变化， 由此通过测量两个电极之间的电容可以间接测量出药液的高度，不过在实践中，这种测量方式的准确度还是不高，有约十分之一的几率可能发生误检，还是需要改进。
发明内容
本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种液位传感器及基于这种液位传感器的液位检测方法。为了达到本发明的第一个目的，采用如下技术方案—种液位传感器，包括一端开口的半封闭导热壳体和设置于导热壳体内的发热模块，所述发热�？橛氲既瓤翘宓亩ゲ康纸樱龅既瓤翘迥诓炕股柚糜杏糜诩觳夥⑷饶？榭拷既瓤翘宥ゲ恳徊辔露鹊母形略敕⑷饶？楹透形略由柚糜锌刂频ピ�。进一步地，所述感温元件为热敏电阻。作为一种具体实施例，所述发热�？榘ǖ既瓤楹湍谥梅⑷绕鳎龅既瓤橐欢说纸佑诘既瓤翘宓亩ゲ浚硪欢松柚糜杏糜谌菽赡谥梅⑷绕鞯目冢鋈让舻缱枭柚糜谀谥梅⑷绕骱偷既瓤橹�。作为另一种具体实施例，所述发热�？榘墒椒⑷绕鳎黾墒椒⑷绕饕欢说纸佑诘既瓤翘宓亩ゲ浚鋈让舻缱枭柚糜诩墒椒⑷绕骱偷既瓤翘逯�。进一步地，所述导热壳体和发热�？槲唇峁梗龇⑷饶？榈闹辽僖徊糠滞獠啾谟氲既瓤翘宓哪诓啾谙嘟哟�。更进一步地，所述发热模块和导热壳体顶部内侧之 间设置有用于固定发热�？楹痛萑攘康牡既冉�。还进一步地，所述发热�？榈亩ゲ啃巫从氲既瓤翘宥ゲ磕诓嘈巫聪嗷ヅ浜喜⒔裘芙哟�。再更进一步地，所述导热壳体的材质为不锈钢，所述导热块的材质为铝。为了达到本发明的第二个目的，采用如下方法实现一种基于权利要求1所述的液位传感器的液位检测方法，其特征在于，包括以下步骤得到1)将液位传感器安装在用于容纳并加热液体的容器内；2)在容器内加入液体；3)启动发热�？椋刂频ピ觳獠⒓锹几形略淖柚担备形略柚翟诘ノ皇奔淠诘谋浠啃∮诘谝辉ど柚礡ltl时，记录感温元件的阻值R1并按如下规则判断容器内液位高低31)如Rl小于第二预设值R2tl，说明容器内液位低于设定液位H，执行以下操作311)控制单元关闭发热�？椴⑹涑鎏崾拘藕牛�32)如Rl大于R2tl，说明容器内液位高于设定液位H，执行以下步骤321)控制单元关闭发热�？椴⑵舳萜魅仍醇尤纫禾逯练刑冢�322)启动发热模块，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R3tl时，记录感温元件的阻值R3 ；323)间隙性地关闭容器热源，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R3tl时，记录感温元件的阻值R4,当R3和R4的阻值差IR3-R4I大于第四预设值R4tl时，控制单元输出提示信号并停止对液体的加热，否则返回到步骤(322)。进一步地，步骤(1)中，所述液位传感器安装于容器的底部。更进一步地，所述液位传感器通过螺钉和压片与容器底部连接，所述液位传感器与容器底部接触处设置有密封圈。再进一步地，步骤(1)中，所述容器在底部位置设置有用于加热液体的发热盘。还进一步地，步骤(1)中，所述液位传感器安装于发热盘上。还更进一步地，所述液位传感器通过螺钉和压片与发热盘连接，所述液位传感器与发热盘接触处设置有密封圈与现有技术相比，本发明的有益效果在于通过控制单元对设置于导热壳体内且与发热�？橄嘟哟サ母形略募嗫兀迪至硕杂敫形略裘芙哟サ姆⑷饶？楹偷既瓤翘逦露鹊募嗫兀徊娇梢耘卸系既瓤翘宥ゲ渴欠裎挥谝禾逯校钪帐迪至硕砸何坏母胁猓靡何患觳夥椒ㄆ淞槊舳雀撸煽啃院茫煌保梅椒ㄋ览档囊何淮衅鹘峁辜虻ィ子谏椭圃欤且恢值统杀�、高灵敏度的液位检测设备。
图1是本发明 实施例一所述液位传感器的正向剖面图。图2是本发明实施例一所述液位传感器的侧向剖面图。图3是本发明实施例一所述液位传感器的装配示意图。图4是本发明实施例一所述液位传感器用于无加热容器的示意图。图5是本发明实施例二所述液位传感器中导热块的变形例剖视图。图6是本发明实施例三所述液位传感器中导热块的变形例剖视例。图7是本发明实施例四所述液位传感器中导热块的变形例剖视图。图8是本发明实施例五所述液位传感器中导热块的变形例主视图。图9是本发明实施例五所述液位传感器中导热块的变形例俯视图。图10是本发明实施例六所述液位传感器的正向剖视图。图11是本发明实施例六所述液位传感器的侧向剖视图。参见图1 图4，1 发热�？椋�11-导热块；12-内置发热器；2 热敏电阻；3 导热块；4 导热壳体；5 发热盘；51 密封圈；52 螺钉；53 压片，6-容器。参见图5，11，导热块。参见图6，11”导热块。参见图7，11”，导热块。参见图8，图9，11””导热块。参见图10、图11，1’ 发热�？椋�12 ‘ 集成式发热器。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明实施例一参见图1 图3，本发明所述的一种液位传感器，包括一端开口的半封闭导热壳体 4和设置于导热壳体4内的发热�？�1，所述发热�？�1与导热壳体4的顶部接触，所述导热壳体4内部还设置有用于检测发热�？�1靠近导热壳体4顶部一侧温度的感温元件，与发热�？�1和感温元件连接设置有控制单元，上述感温元件为其阻值可随温度改变的半导体材料，在本实施例中，感温元件为热敏电阻2，上述发热�？�1包括导热块11，该导热块11 一端抵接于导热壳体4的顶部，另一端设置有用于容纳内置发热器12的开口，热敏电阻2 位于内置发热器12和导热块11之间，上述导热壳体4和发热�？�1为柱状结构，发热�？� 1的至少一部分外壁与导热壳体4的内侧壁相接触，在实际应用中，导热壳体4可以制作为圆柱形或棱柱形结构，导热块11可以为棱柱形或圆柱形结构，导热块11的外表面与导热壳体4的内侧壁接触用于支撑导热块11避免其松动，就实施例而言，导热壳体4为圆柱形，导热块11呈四棱柱，导热块11与导热壳体4的内侧壁为线接触，为了让发热�？�1和导热壳体4的顶部内侧接触部分紧固连接并不至有间隙，导热块11的顶部形状与导热壳体4顶部内侧形状相互配合并紧密接触，导热块11和导热壳体4顶部内侧之间还设置有用于固定导热块11和传递热量的导热胶，上述内置发热器12的工作电压为198V-242V，热敏电阻2的工作电压为5-12V，为了能够快速地传递热量，所述导热壳体4和导热块11均选用导热率较高的材质制作，在本实施例中，导热块11的材质为铝，内置发热器12为PTC发热器，为了进一步保证导热壳体不污染其所检测的液体，导热壳体的材质优选为不锈钢。
基于上述结构，本发明所述液位传感器通过以下步骤实现对液位的检测1)将液位传感器安装在用于容纳并加热液体的容器6内，上述液位传感器沿竖直方向安装于容器6的底部，如果容器的加热元件同样设置于容器6底部，也可以将液位传感器设置于加热元件上，以中药煲为例，本例所示的中药煲在底部设置有用于加热药液的发热盘5，所述液位传感器在竖直方向与发热盘5通过螺钉52和压 片53实现固定，为了避免药液从液位传感器边缘渗漏，在液位传感器和发热盘5接触的地方还设置有密封圈51 ；2)在容器6内加入液体，用以煎制中药；3)启动发热模块1，控制单元检测并记录热敏电阻2的阻值，当热敏电阻2阻值在单位时间内的变化量小于第一预设值Rltl时，记录热敏电阻2的阻值R1并按如下规则判断容器内液位高低，其中第一预设值Rltl为表征热敏电阻2的阻值趋于稳定的一个参考值，其具体数值可由试验进行标定31)如R1小于第二预设值R2tl，说明容器内液位低于设定液位H，执行以下操作311)控制单元关闭发热�？椴⑹涑鎏崾拘藕牛槐纠惺褂玫母形略狽TC(Negative Temperature coefficient)热敏电阻， 其特性是环境温度越高，热敏电阻阻值越�。诒静街柚校绻尤肴萜�6内的待加热液体未浸没液位传感器导热壳体4的顶端，则发热�？�1产生的热量因无法散开而在导热壳体4 顶部形成局部干烧，使该部分的温度急剧上升导致热敏电阻2的阻值维持在一个较小的数值Rmin，如第二预设值R2O对应的高度为液位传感器的高度H，则显然Rmin < R20,从而可以判断出液体量加得不足够，控制单元以灯光或声音的方式输出信号向用户发出警示。32)如R1大于R2tl，说明容器内液位高于液位传感器的高度H，与(31)的判断方式相同，如果加入容器6内的待加热液体浸没了液位传感器导热壳体4的顶端，则发热模块1 产生的热量通过导热壳体4周围的液体迅速散开，发热�？�1温度无法升高，故热敏电阻2 的阻值也维持在一个较大的数值Rmax，显然Rmax < R2tl，从而可以判断出加入容器6的液体量足够，此时执行以下步骤321)控制单元关闭发热模块1并启动容器热源加热液体至沸腾，322)启动发热�？�1，控制单元检测并记录热敏电阻2的阻值，当热敏电阻2阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R3tl时，记录热敏电阻12的阻值R3。在本例中，判断液体是否沸腾很容易检测，一种可能的方法是在溶液中设置一个与控制单元相连的温度传感器，当容器内的温度达到液体沸点时，则回传信号启动内置发热器12，在内置发热器12 开启后，其热量通过导热块11传递给热敏电阻2和导热壳体4，因为导热壳体4被药液包围，故传递到其上的热量很快即被药液吸收，因为沸腾后的液体温度不会再升高，故该部分被吸收的热量多数用于形成水蒸气，所以在这个阶段，导热壳体4和导热块11顶部接触部分的温度并不会明显升高，在一段时间后，上述热量交换过程趋于平衡，热敏电阻2的阻值在单位时间内变化量小于第三预设值R3tl并趋近于零，此时认为上述热交换的达到平衡状态，以上第三预设值R3tl为在液体处于较高温度时表征热敏电阻2的阻值趋于稳定的一个参考值，其具体数值可由试验进行标定并将其存储在控制单元中。323)间隙性地关闭容器热源，控制单元检测并记录热敏电阻2的阻值，当热敏电阻阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R3tl时，记录热敏电阻2的阻值R4,当R3和R4 的阻值差IR3-R4I大于第四预设值R4tl时，控制单元输出提示信号并停止对液体的加热，否则返回到步骤(322)。上一步骤的检测获得了传感器整体浸入沸腾的液体内时热敏电阻2的阻值，为监测热敏电阻2的阻值提供了比较标准，本步骤中，开始时候液位传感器还处于整体浸没于液体中的状态，还 需要继续加热进行蒸煮，不过随着加热过程的继续进行，中药煲内的液面不断下降，该过程中控制单元对热敏电阻2的阻值进行间歇性检测，在检测过程中为了减少液面波动对检测结果造成影响，检测过程中都将发热盘5加以关闭，与步骤(32)类似地， 当启动内置发热器12后，其产生的热量对导热块11和导热壳体4进行加热，当导热壳体4 的顶部露出液面一定高度后，由于导热壳体4的周围没有液体可以带走其热量，故内置发热器12通过导热块3使该位置形成局部干烧，使该部分的温度急剧上升，从而使与其紧密接触的导热块11顶部温度升高，该温度进一步影响到热敏电阻2，使得热敏电阻2的阻值明显下降，则R3-R4的值也急剧增加，当上述电阻值差大于第四预设值R4ci后，认为此时液面已经低于液位传感器，从而发出提示信号，上述第四预设值R4tl用于表征R3和R4之间的阻值发生明显变化的参考值，具体数量也需要根据实验事先测得并存储于控制单元内。基于上述步骤(31)和(32)中控制单元通过热敏传感器对液位的探测，参见图4， 本发明所述的液位传感器也可设置于未带加热元件的容器6中用于对液位进行探测，其方法和步骤(31)和(32)相同，在实践中，可以对普通储水容器6的液位进行检测，如在水缸进行加水过程中，控制单元可以根据热敏电阻2传出信号的不同来控制是否继续加水。应该理解，除发热模块1的结构外，本实施例所公开的液位传感器的整体结构和工作原理也适用于本说明书中的其他实施例。实施例二参见图5，为了让热敏电阻2尽可能多地随导热壳体4顶部温度的变化而变化，应尽可能减少导热块与导热壳体4内侧壁的接触面积，本实施例在导热块11'的棱上设置有不连续的凸点，使导热块11'的外侧壁和导热壳体4的内侧壁实现点接触，从而在热量传递过程中，由于导热块11'与导热壳体4侧边的接触面积减少，热量更多地通过导热块 11'顶部位置与导热壳体4进行传递，从而使得热敏电阻2对导热壳体4顶部的感应更加敏感，增加了整个检测的灵敏度。实施例三参见图6，作为另一个实施例，本例公开导热块的的另一种变形例11"，该变形例在实施例二的基础上将变形块11'的弧状凸点更改为类三角形凸点，在保证了导热块 11"的支撑强度的同时进一步减少了导热块11"的整体用料。实施例四参见图7，作为又一个实施例，本例公开导热块的另一种变形例11"，该实施例在实施例1所述导热块11的两个相对面上开有凹槽，使本变形例中导热块11 “的棱与导热壳体4的内侧壁实现不连续的线接触，在保证导热块11"‘有足够强度的前提下减少了其棱与导热壳体4的接触面积，增加了液位传感器检测的灵敏度。实施例五参见图8和图9，本实施例公开导热块11的另一个变形例，在本例中，导热块 11"“为大致圆柱状，其侧面开有竖形凹槽，用于间隔这些凹槽的侧壁与导热壳体4的内侧壁实现部分面接触，在保证导热块11"“有足够强度的前提下减少了其与导热壳体4的接触面积，增加了液位传感器检测的灵敏度。实施例六
参见图10和图11，与实施例一 实施例五相比，本实施例所公开的液位传感器， 其发热�？�1只有集成式发热器12 ‘ —个整体，所述集成式发热器12 ‘ —端抵接于导热壳体4的顶端，两者之间设置有感温元件，所述感温元件为热敏电阻2，集成式发热器12'在充电后，其温度变化改变引起导热壳体4的温度变化，由于热敏电阻2设置集成式发热器 12'和导热壳体4顶部内侧之间，也可实现对发热�？�1和散热壳体4的温度探测，其对液位的检测方法与实施例一所中所述的方法一致。应该理解，本发明并不局限于上述具体实施例，凡是熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种液位传感器，其特征在于，包括一端开口的半封闭导热壳体和设置于导热壳体内的发热�？椋龇⑷饶？橛氲既瓤翘宓亩ゲ康纸樱龅既瓤翘迥诓炕股柚糜杏糜诩觳夥⑷饶？榭拷既瓤翘宥ゲ恳徊辔露鹊母形略敕⑷饶？楹透形略由柚糜锌刂频ピ�。
2.如权利要求1所述的液位传感器，其特征在于，所述感温元件为热敏电阻。
3.如权利要求2所述的液位传感器，其特征在于，所述发热�？榘ǖ既瓤楹湍谥梅⑷绕鳎龅既瓤橐欢说纸佑诘既瓤翘宓亩ゲ浚硪欢松柚糜杏糜谌菽赡谥梅⑷绕鞯目冢� 所述热敏电阻设置于内置发热器和导热块之间。
4.如权利要求2所述的液位传感器，其特征在于，所述发热�？榘墒椒⑷绕鳎黾墒椒⑷绕饕欢说纸佑诘既瓤翘宓亩ゲ浚鋈让舻缱枭柚糜诩墒椒⑷绕骱偷既瓤翘逯�。
5.如权利要求3或4所述的液位传感器，其特征在于，所述导热壳体和发热�？槲唇峁梗龇⑷饶？榈闹辽僖徊糠滞獠啾谟氲既瓤翘宓哪诓啾谙嘟哟�。
6.如权利要求3或4所述的液位传感器，其特征在于，所述发热�？楹偷既瓤翘宥ゲ磕诓嘀渖柚糜杏糜诠潭ǚ⑷饶？楹痛萑攘康牡既冉骸�
7.如权利要求3所述的液位传感器，其特征在于，所述发热�？榈亩ゲ啃巫从氲既瓤翘宥ゲ磕诓嘈巫聪嗷ヅ浜喜⒔裘芙哟�。
8.如权利要求3所述的液位传感器，其特征在于，所述导热壳体的材质为不锈钢，所述导热块的材质为铝。
9.一种基于权利要求1所述的液位传感器的液位检测方法，其特征在于，包括以下步骤得到1)将液位传感器安装在用于容纳并加热液体的容器内；2)在容器内加入液体；3)启动发热�？椋刂频ピ觳獠⒓锹几形略淖柚担备形略柚翟诘ノ皇奔淠诘谋浠啃∮诘谝辉ど柚礡ltl时，记录感温元件的阻值R1并按如下规则判断容器内液位高低31)如Rl小于第二预设值I^2tl，说明容器内液位低于设定液位H，执行以下操作311)控制单元关闭发热�？椴⑹涑鎏崾拘藕牛�32)如Rl大于I^2tl，说明容器内液位高于设定液位H，执行以下步骤321)控制单元关闭发热�？椴⑵舳萜魅仍醇尤纫禾逯练刑冢�322)启动发热�？椋刂频ピ觳獠⒓锹几形略淖柚担备形略柚翟诘ノ皇奔淠诘谋浠啃∮诘谌ど柚礡3tl时，记录感温元件的阻值R3 ；323)间隙性地关闭容器热源，控制单元检测并记录感温元件的阻值，当感温元件阻值在单位时间内的变化量小于第三预设值R3tl时，记录感温元件的阻值R4,当R3和R4的阻值差R3-R41大于第四预设值R4tl时，控制单元输出提示信号并停止对液体的加热，否则返回到步骤(322)。
10.如权利要求9所述的液位检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述液位传感器安装于容器的底部。
11.如权利要求10所述的液位检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述液位传感器通过螺钉和压片与容器底部连接，所述液位传感器与容器底部接触处设置有密封圈。
12.如权利要求9所述的液位检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述容器在底部位置设置有用于加热液体的发热盘。
13.如权利要求12所述的液位检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述液位传感器安装于发热盘上。
14.如权利要求13所述的液位检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述液位传感器通过螺钉和压片与发热盘连接，所述液位传感器与发热盘接触处设置有密封圈。
全文摘要
本发明涉及一种液位传感器及基于这种液位传感器的液位检测方法，所述液位传感器包括一端开口的半封闭导热壳体和设置于导热壳体内的发热模块，所述发热�？橛氲既瓤翘宓亩ゲ康纸樱龅既瓤翘迥诓炕股柚糜杏糜诩觳夥⑷饶？榭拷既瓤翘宥ゲ恳徊辔露鹊母形略敕⑷饶？楹透形略由柚糜锌刂频ピ鲆何淮衅鞯慕峁辜虻ィ子谏椭圃欤杀镜土鲜龃衅魍ü刂频ピ陨柚糜诘既瓤翘迥谇矣敕⑷饶？橄嘟哟サ母形略募嗫兀迪至硕杂敫形略裘芙哟サ姆⑷饶？楹偷既瓤翘逦露鹊募嗫兀徊娇梢耘卸系既瓤翘宥ゲ渴欠裎挥谝禾逯校钪帐迪至硕砸何坏母胁猓靡何患觳夥椒槊舳雀撸煽啃院谩�
文档编号G01F23/22GK102435257SQ20111030033
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者吴绍风, 张建, 杨志桥 申请人:广东天际电器股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
