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专利名称：全自动电容式水位传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水位传感器，尤其涉及设有两个电容器通过电容量比值确定水 位高度以避免温度对电容量影响的电容式水位传感器。
背景技术：
水位传感器广泛应用于我们的日常生活中，例如热水器、鱼缸等一些装水容器 中，目前，用得较多的水位传感器为电容式水位传感器，但是现有的电容式水位传感器 在测量水位的时候受温度影响，当水温变化时，即使水位没有变化，电容也会随之变 化；例如专利号97221569.7记载的一种电容式水位传感器，其主要组成部分是一个由A 电极和B电极加上两者之间的介质构成的电容式探头，由于水的介电常数远大于空气， 因而当浸泡探头的高度发生变化时，其电容值会发生明显变化，从而计算出所测水位高 度；但是当温度发生变化的时候，例如水位传感器用在太阳能热水器的时候，水的温度 也总在起较大变化，传感器的电容量也会随之有较大变化，此时，电容量的改变不一定 是水位的变化，此时，传感器测出的水位将不准确。
发明内容本实用新型针对现有技术的不足，旨在提供一种设置有两个电容器通过电容量 的比值测算水位变化以避免温度对电容量影响的高精度的电容式水位传感器。本实用新型是通过以下技术方案实现的全自动电容式水位传感器，包括公共 端电容电极板、第一电容电极板、第二电容电极板、第三电容电极板、电容电极板绝缘 外壳、MCU电路板及导线；公共端电容电极板、第一电容电极板、第二电容电极板及第 三电容电极板设置在电容电极板绝缘外壳内部，公共端电容电极板、第一电容电极板、 第二电容电极板及第三电容电极板为长条状电极板，第一电容电极板、第二电容电极板 及第三电容电极板设置在同一条直线上，公共端电容电极板设置在另一条直线上，且第 一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极板所在直线与公共端电容电极板所在直 线平行；第一电容电极板与第二电容电极板之间及第二电容电极板与第三电容电极板之 间略有间隙，第一电容电极板及第三电容电极板形状相同且较短于第二电容电极板；所 述的MCU电路板设置有四个电极接线端子，其中，包括三个同性电极接线端子及一个异 性电极接线端子；所述的三个同性电极接线端子通过导线分别与第一电容电极板、第二 电容电极板及第三电容电极板电连接，所述的异性电极接线端子通过导线与公共端电容 电极板电连接；公共端电容电极板分别与第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容 电极板组成第一电容、第二电容及第三电容。下面对以上技术方案做进一步阐述所述电容电极板绝缘外壳设置第一电容电极板的一端为电容电极板绝缘外壳的 底端，电容电极板绝缘外壳设置第三电容电极板的一端为电容电极板绝缘外壳的顶端； MCU电路板设置在电容电极板绝缘外壳的顶端。[0007]本实用新型还包括一温度传感器，所述的温度传感器设置在所述电容电极板绝 缘外壳底端；温度传感器设置有信号输出端口，所述的MCU电路板还设置有一温度传感 器信号输入端口，温度传感器之信号输出端口与MCU电路板之温度传感器信号输入端口 通过导线信号连接。所述的公共端电容电极板、第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极 板为覆铜板。所述的MCU电路板还设置有两线制水位信号和温度信号合并的信号输出端口。还包括一 MCU电路板外壳，MCU电路板设置于MCU电路板外壳内部。所述电容电极板绝缘外壳为圆柱状壳体，第一电容电极板、第二电容电极板及 第三电容电极板设置在电容电极板绝缘外壳内部侧面的一条高上，公共端电容电极板设 置在电容电极板绝缘外壳内部侧面的另一条高上。本实用新型的有益效果在于其一、在使用本实用新型的全自动电容式水位传 感器之前，先将传感器安装于盛水容器，电容电极板绝缘外壳的底端安装于盛水容器的 底部，电容电极板绝缘外壳的顶端安装于盛水容器上部，公共端电容电极板与第一电容 电极板组成第一电容Cl，公共端电容电极板与第二电容电极板组成第二电容C2;在测量 之前，将第一电容电极板处于水面以下，第二电容电极板处于水面以上，盛水容器进水 前，水面高度为A-A’，MCU电路板分别记录第一电容Cl、第二电容C2的值，并计算 出比值C2/C1 = H1，此时记录的是零水位0%。然后开始加水，当水位浸没第二电容电 极板时，水面高度为B-B’，MCU电路板分别记录第一电容Cl、第二电容C2的值，并计 算出比值C2/C1 = H2，此时是满水位100%。盛水容器用水时，水面高度将慢慢降低， MCU电路板同样分别记录第一电容Cl、第二电容C2的值，并计算出比值C2/C1 = H’， 那么，当前的水面高度为(H’-H1)/(H2-H1)X100%。最后，将测量的结果通过水位信号 和温度信号合并的信号输出端口传至外设的主控板显示出来，以便控制水位；如此设计 的结构，当本水位传感器用于像太阳能热水器之类温度变化较大的盛水容器时，即使温 度发生了变化，电容器的电容量发生变化时，第二电容与第一电容的比值不受其影响， 确保了测量水位的精度；其二、公共端电容电极板与第三电容电极板组成第三电容C3， 第一电容电极板及第三电容电极板为形状相同的电容电极板，当中途遇到停电时，MCU 电路板失去记忆，重新来电时，当MCU电路板测得C3小于Cl时，将发出进水指令；当 C3等于Cl时，将发出停止进水指令，如此将不会导致MCU电路板失去记忆而忘记进水 或进水过剩损坏盛水容器；其三、本实用新型还设置有一温度传感器，在本实用新型用 于像热水器之类的盛水容器时，可以通过温度传感器读出水温；其四，本申请的申请人 在先申请的专利中使用了一个电极代替公共端电容电极板，将会导致水电解，使得水质 变坏，而换成公共端电容电极板后能保持水质不变。
说明附图

图1为本实用新型全自动电容式水位传感器第一种实施方式的结构示意图；图2为本实用新型之水位浸没第一电容电极板的示意图；图3为本实用新型之水位浸没第二电容电极板的示意图；图4为本实用新型之测量水位的示意图；[0017]图5为本实用新型全自动电容式水位传感器第二种实施方式的结构示意图。图中，1、公共端电容电极板；2、第一电容电极板；3、第二电容电极板；4、 第三电容电极板；5、电容电极板绝缘外壳；6、MCU电路板；7、温度传感器；8、水 位信号和温度信号合并的信号输出端口 ； 9、盛水容器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的结构作进一步说明。参照图1所示，本 实用新型的全自动电容式水位传感器包括公共端电容电极板1、第一电容电极板2、第二 电容电极板3、第三电容电极板4、电容电极板绝缘外壳5、MCU电路板6及导线；公共 端电容电极板1、第一电容电极板2、第二电容电极板3及第三电容电极板4为覆铜板。 本实用新型还包括一 MCU电路板外壳，MCU电路板6设置于MCU电路板外壳内部。 公共端电容电极板1、第一电容电极板2、第二电容电极板3及第三电容电极板4设置在 电容电极板绝缘外壳5内部，公共端电容电极板1、第一电容电极板2、第二电容电极板 3及第三电容电极板4为长条状电极板，第一电容电极板2、第二电容电极板3及第三电 容电极板4设置在同一条直线上，公共端电容电极板1设置在另一条直线上，且第一电容 电极板2、第二电容电极板3及第三电容电极板4所在直线与公共端电容电极板1所在直 线平行；第一电容电极板2与第二电容电极板3之间及第二电容电极板3与第三电容电极 板4之间略有间隙，第一电容电极板2及第三电容电极板4形状相同且较短于第二电容电 极板3; MCU电路板6设置有四个电极接线端子，其中，包括三个同性电极接线端子及 一个异性电极接线端子；三个同性电极接线端子通过导线分别与第一电容电极板2、第 二电容电极板3及第三电容电极板4电连接，异性电极接线端子通过导线与公共端电容电 极板1电连接；公共端电容电极板1分别与第一电容电极板2、第二电容电极板3及第三 电容电极板4组成第一电容、第二电容及第三电容。电容电极板绝缘外壳5设置第一电 容电极板2的一端为电容电极板绝缘外壳5的底端，电容电极板绝缘外壳5设置第三电容 电极板4的一端为电容电极板绝缘外壳5的顶端；MCU电路板6设置在电容电极板绝缘 外壳5的顶端。温度传感器7设置在电容电极板绝缘外壳5底端；温度传感器7设置有信号输出 端口，MCU电路板6还设置有一温度传感器信号输入端口，温度传感器7之信号输出端 口与MCU电路板6之温度传感器信号输入端口通过导线信号连接。MCU电路板6还设 置有两线制水位信号和温度信号合并的信号输出端口 8。在具体使用本水位传感器时，如图2所示，先将传感器安装于盛水容器9，电容 电极板绝缘外壳5的底端安装于盛水容器9的底部，电容电极板绝缘外壳5的顶端安装于 盛水容器9上部；在测量之前，将第一电容电极板2处于水面以下，第二电容电极板3处 于水面以上，此时的水面高度为A-A’，MCU电路板6分别记录第一电容Cl、第二电容 C2的值，并计算出比值C2/C1 = H1，此时记录的是零水位0%。然后开始加水，当水位 浸没第二电容电极板3时，参照图3所示，水面高度为B-B’，MCU电路板6分别记录第 一电容Cl、第二电容C2的值，并计算出比值C2/C1 =H2，此时是满水位100%。盛水 容器9用水时，参照图4所示，水面高度将慢慢降低，当水面降低到一定的时候，假设此 时的水面高度为X-X’，MCU电路板6同样分别记录第一电容Cl、第二电容C2的值，并
5计算出比值C2/C1 = H’，那么，当前的水面高度为(Η’-Η1)/(Η2-Η1)Χ100%。最后， 将测量的结果通过水位信号输出端口传至外设的主控板显示出来，以便控制水位；如此 设计的结构，当本水位传感器用于像太阳能热水器之类温度变化较大的盛水容器9时， 即使温度发生了变化，电容器的电容量发生变化时，第二电容与第一电容的比值不变， 确保了测量水位的精度。具体来说，例如将本实用新型的水位传感器应用于太阳能热水器上，太阳能热 水器的储水箱的最高水位为0.5M，最低水位为0.1M，最低水位时刚好淹没第一电容电 极板2，此时C2/C1 = Hl,记录的是零水位0% ；水位0.5M时刚好淹没第二电容电极 板3，此时C2/C1=H2，记录的是零水位100%，Hl = 0.2H2 ；当用水的时候，水面高 度下降到X-X’，MCU电路板6同样分别记录第一电容Cl、第二电容C2的值，并计算 出比值C2/C1=H’，H’ = 0.8H2，那么，当前的水面高度为(Η’-Η1)/(Η2_Η1)Χ0.5Μ = 0.375Μ。假设当此时用户停止用水，太阳能热水器内水温由原来的35度上升为45度 的时候，此时的第一电容Cl、第二电容C2的电容值都增加了，但是(Η’-Η1)/(Η2-Η1) Χ0.5Μ = 0.375Μ的结果不变。如此，即确保了电容式水位传感器可以在像热水器之类的 储水箱上应用，且其测得的水位结果精度准确。另外，公共端电容电极板1与第三电容电极板4组成第三电容C3，第一电容电 极板2及第三电容电极板4为形状相同的电容电极板，当中途遇到停电时，MCU电路板6 失去记忆，重新来电时，当MCU电路板6测得C3小于Cl时，将发出进水指令；当C3 等于Cl时，将发出停止进水指令，如此将不会导致MCU电路板6失去记忆而忘记进水 或进水过剩损坏盛水容器9。其次一点，在用于像热水器之类的盛水容器9时，还可以通过温度传感器7读出 水温。图5是本实用新型全自动电容式水位传感器的第二种实施方式，参照图5所示， 电容电极板绝缘外壳5为圆柱状壳体，第一电容电极板2、第二电容电极板3及第三电容 电极板4设置在电容电极板绝缘外壳5内部侧面的一条高上，公共端电容电极板1设置在 电容电极板绝缘外壳5内部侧面的另一条高上。根据上述说明书的揭示和指导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述 实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体 实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范 围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明， 并不对本实用新型构成任何限制。
权利要求1.全自动电容式水位传感器，其特征在于包括公共端电容电极板、第一电容电极 板、第二电容电极板、第三电容电极板、电容电极板绝缘外壳、MCU电路板及导线；公共端电容电极板、第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极板设置在电 容电极板绝缘外壳内部，公共端电容电极板、第一电容电极板、第二电容电极板及第三 电容电极板为长条状电极板，第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极板设置 在同一条直线上，公共端电容电极板设置在另一条直线上，且第一电容电极板、第二电 容电极板及第三电容电极板所在直线与公共端电容电极板所在直线平行；第一电容电极板与第二电容电极板之间及第二电容电极板与第三电容电极板之间略 有间隙，第一电容电极板及第三电容电极板形状相同且较短于第二电容电极板；所述的MCU电路板设置有四个电极接线端子，其中，包括三个同性电极接线端子 及一个异性电极接线端子；所述的三个同性电极接线端子通过导线分别与第一电容电极 板、第二电容电极板及第三电容电极板电连接，所述的异性电极接线端子通过导线与公 共端电容电极板电连接；公共端电容电极板分别与第一电容电极板、第二电容电极板及 第三电容电极板组成第一电容、第二电容及第三电容。
2.根据权利要求1所述的全自动电容式水位传感器，其特征在于所述电容电极板 绝缘外壳设置第一电容电极板的一端为电容电极板绝缘外壳的底端，电容电极板绝缘外 壳设置第三电容电极板的一端为电容电极板绝缘外壳的顶端；MCU电路板设置在电容电 极板绝缘外壳的顶端。
3.根据权利要求1所述的全自动电容式水位传感器，其特征在于还包括一温度传 感器，所述的温度传感器设置在所述电容电极板绝缘外壳底端；温度传感器设置有信号 输出端口，所述的MCU电路板还设置有一温度传感器信号输入端口，温度传感器之信号 输出端口与MCU电路板之温度传感器信号输入端口通过导线信号连接。
4.根据权利要求1所述的全自动电容式水位传感器，其特征在于所述的公共端电 容电极板、第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极板为覆铜板。
5.根据权利要求1所述的全自动电容式水位传感器，其特征在于所述的MCU电路 板还设置有两线制水位信号和温度信号合并的信号输出端口。
6.根据权利要求1所述的全自动电容式水位传感器，其特征在于还包括一MCU电 路板外壳，MCU电路板设置于MCU电路板外壳内部。
7.根据权利要求1所述的全自动电容式水位传感器，其特征在于所述电容电极板 绝缘外壳为圆柱状壳体，第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极板设置在电 容电极板绝缘外壳内部侧面的一条高上，公共端电容电极板设置在电容电极板绝缘外壳 内部侧面的另一条高上。
专利摘要本实用新型公开了一种全自动电容式水位传感器，涉及水位传感器技术领域，其实现的技术方案是MCU电路板设置有三个同性电极接线端子及一个异性电极接线端子；三个同性电极接线端子通过导线分别与第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极板电连接，异性电极接线端子通过导线与公共端电容电极板电连接；公共端电容电极板分别与第一电容电极板、第二电容电极板及第三电容电极板组成第一电容、第二电容及第三电容；其有益效果在于当本水位传感器用于像太阳能热水器之类温度变化较大的盛水容器时，即使温度发生了变化，电容器的电容量发生变化时，第二电容与第一电容的比值不受其影响，确保了测量水位的精度。
文档编号G01F23/26GK201795834SQ20102052006
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者黎继兴 申请人:深圳市南方泰科软件技术有限公司