[發(fā)明專利]采用金屬墊作感應(yīng)電極的電容式水位傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310563007.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN103630195A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董安;謝功賢;李輝瑛;李東海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南宇航科技有限公司
• 主分類號(hào): G01F23/26
• 分類號(hào): G01F23/26
• 代理公司: 長(zhǎng)沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 姜芳蕊;寧星耀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用金屬墊作感應(yīng)電極的電容式水位傳感器。

背景技術(shù)

電容器是兩個(gè)金屬板A1、A2之間存在絕緣介質(zhì)B的一種電路元件，它包括二個(gè)電極，二個(gè)電極儲(chǔ)存的電荷大小相等，符號(hào)相反。電極本身是導(dǎo)體，二個(gè)電極之間由絕緣介質(zhì)隔開（如圖1）。

電容量亦稱作“電容”，是表征電容器容納電荷的本領(lǐng)的物理量。我們把電容器的兩極板A1、A2間的電量Q與電壓U之比，叫做電容器的電容量C，即：????????????????????????????????????????????????（如圖2a），但電容的大小并不是由電量Q或電壓U決定的，它僅與電容極板A1、A2的形狀、相對(duì)位置和其間的絕緣介質(zhì)有關(guān)，即：（如圖2b），其中，是絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，S為電容極板的面積，d為電容極板的距離。

介電常數(shù)?用于衡量絕緣體儲(chǔ)存電能的性能，它是兩塊金屬板之間以絕緣材料為介質(zhì)時(shí)的電容量與同樣的兩塊金屬板之間以真空為介質(zhì)時(shí)的電容量之比。

水位傳感器是一種當(dāng)被測(cè)容器內(nèi)水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)可以改變輸出開關(guān)狀態(tài)的一種設(shè)備。

電容式水位傳感器利用電容測(cè)量原理，當(dāng)被測(cè)容器內(nèi)水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，其感應(yīng)電極完全被水浸沒，使感應(yīng)電極與感應(yīng)殼體間的電容量增大到設(shè)定值，并可以改變輸出開關(guān)狀態(tài)的一種設(shè)備。

電容式水位傳感器主要由探極、外殼、電路板及電氣接口組成。所以，電容式水位傳感器可通過兩電極間的電容量的大小來判斷水位是否到達(dá)指定值。電容式水位傳感器廣泛應(yīng)用于高層樓頂水箱、蓄水池、自來水廠、水井、污水廠、水庫、水塔以及工程機(jī)械的水箱系統(tǒng)等，為用戶提供水位檢測(cè)信息。

電容式水位傳感器采用一個(gè)覆蓋了絕緣層E的金屬棒F作為電容的一個(gè)電極（即感應(yīng)電極），傳感器不銹鋼殼體G及與其相連的金屬材料作為電容的另一個(gè)電極（即感應(yīng)殼體）（如圖3）。

現(xiàn)有電容式水位傳感器采用銅棒作感應(yīng)電極，由銅棒與金屬外殼形成電容，其電容值的穩(wěn)定性直接影響著傳感器的測(cè)量精度。基于棒狀探極的電容式水位傳感器，為了提高電容值的穩(wěn)定性，加大探極的感應(yīng)面積，其銅棒都制作得較長(zhǎng)，采用銅棒與被測(cè)水位接觸，感應(yīng)部位主要依靠銅棒外側(cè)面接觸水位介質(zhì)，在測(cè)量過程中，銅棒外側(cè)面易與安裝金屬外殼的內(nèi)壁形成干擾，從而導(dǎo)致了產(chǎn)品抗干擾能力差及開關(guān)精度的降低。

為了使工程車在出入建設(shè)施工工地時(shí)能夠及時(shí)清洗車身、輪胎，減少運(yùn)輸過程中沿途污染路面、揚(yáng)塵等問題，現(xiàn)在的工程車都自帶了噴洗系統(tǒng)。噴洗系統(tǒng)由水箱H、過濾網(wǎng)I、進(jìn)出水管J、水位傳感器K、增壓泵L和出水噴槍M組成（如圖4）。水由水箱H經(jīng)過過濾網(wǎng)I、進(jìn)水管、水位傳感器到增壓泵L，經(jīng)過增壓泵L提高水壓后到出水管，最后從噴槍M射出高壓水，用戶拿著噴槍M就可以沖洗車身、輪胎和其它部位。因?yàn)樵鰤罕迷跓o水空轉(zhuǎn)狀況下，溫度會(huì)迅速升高，然后密封件會(huì)軟化損壞，接著增壓泵的電機(jī)也會(huì)燒毀，所以當(dāng)進(jìn)水端無水時(shí)，增壓泵必須停止工作。為此，現(xiàn)在的工程車在增壓泵的進(jìn)水端處都配備了水位傳感器K，用于監(jiān)測(cè)水管中是否有水，當(dāng)水位傳感器K監(jiān)測(cè)到水管J中無水時(shí)，水位傳感器K輸出報(bào)警信號(hào)給噴洗系統(tǒng)的控制器，控制器接收到報(bào)警信號(hào)后立刻關(guān)閉增壓泵，同時(shí)控制缺水指示燈閃爍提示用戶加水。

電容式水位傳感器的核心部件是感應(yīng)電極N與感應(yīng)殼體P，它們形成的電容器的電容量的大小直接決定著傳感器輸出開關(guān)的狀態(tài)。當(dāng)水管J中無水時(shí)（如圖5），電容器兩極間的介質(zhì)為空氣KQ，因?yàn)榭諝獾慕殡姵?shù)較小，所以這時(shí)電容量?(?S為電容極板的面積，d為電容極板的距離)也較小；當(dāng)水管J中充滿水S時(shí)，感應(yīng)電極N被完全浸沒在水中（如圖6），這時(shí)電容器兩極間的介質(zhì)為水，因?yàn)樗慕殡姵?shù)較大，所以此時(shí)電容量也較大(?S為電容極板的面積，d為電容極板的距離)。

在工程車的噴洗系統(tǒng)中，當(dāng)過濾網(wǎng)I存在小部分堵塞(圖4、圖7中的標(biāo)記T表示堵塞處)時(shí)，不會(huì)造成溫升燒毀增壓泵的電機(jī)，所以此時(shí)增壓泵仍可正常工作。當(dāng)過濾網(wǎng)I存在小部分堵塞時(shí)，在水管J的上方就會(huì)存在氣泡Q（如圖7a），在氣泡Q經(jīng)過對(duì)于采用銅棒作感應(yīng)電極的電容式水位傳感器K時(shí)，感應(yīng)電極N就無法完全浸沒在水中（如圖7b），使感應(yīng)電極與感應(yīng)殼體形成的電容器的介質(zhì)為水和空氣，此時(shí)的介電常數(shù)大于且小于，從而使C3大于C1且小于C2，電容值無法達(dá)到設(shè)定值，傳感器就會(huì)誤認(rèn)為水管中無水而發(fā)出錯(cuò)誤的無水報(bào)警信號(hào)。氣泡過后感應(yīng)電極N又完全被浸入沒在水中（如圖7c），此時(shí)電容量又變?yōu)镃2。當(dāng)水管中的氣泡是斷續(xù)的時(shí)，感應(yīng)電極與感應(yīng)殼體的電容量會(huì)有時(shí)小于C2,有時(shí)等于C2。當(dāng)水管中的氣泡是連續(xù)的時(shí)，感應(yīng)電極與感應(yīng)殼體的電容量會(huì)一直小于C2。