电容式液位传感器的制造方法
【专利摘要】一种电容式液体液位传感器，在所述电容式液体液位传感器中，用于容纳所述液体的容器具有导流板，所述导流板在所述容器内部自基部向上延伸，并且所述导流板朝向其顶部锥体化。这意味着在所述容器的底部处所述液体被限制到所述容器的边缘，对于小量液体其给出了改进的解决方案。当使所述容器倾斜时，所述导流板也担当抵制液体流的挡板。
【专利说明】电容式液位传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电容式液体液位传感器。
【背景技术】
[0002]在市场上具有电容式液体液位传感器的许多范例，所述范例使用电容量来检测液体液位。
[0003]已知类型的液体液位传感器包括被用要被感测的液体填充(或部分填充)的柱桶。电容器板电极以加长带的形式向上延伸到柱桶壁之外。具有围绕柱桶的一系列电极，所述一系列电极一起定义一对电容器板。由于液体影响在电极之间的电介质介电常数，因此电容量取决于柱桶中的液体液位。液体液位确定电容器面积，在所述电容器面积上该介电常数是有效的。
[0004]该标准电容式液体液位传感器具有两个主要缺点。该传感器对操作角度敏感，并且实际上其具有有限的动态范围。
【发明内容】
[0005]根据本发明，提供如权利要求1所述的液体液位传感器。
[0006]本发明提供液体液位传感器，所述液体液位传感器包括:
[0007]具有基部的容器，其用于容纳基部液体；
[0008]电容器布置，其用于基于所述液体的介电常数和所述容器中所述液体的高度来检测所述容器中的液体液位；以及
[0009]导流板，其在所述容器之内自所述基部向上延伸，在垂直于所述容器高度的平面中，在所述基部处具有最大面积，而朝向所述导流板顶部面积减少。
[0010]该传感器设计具有在所述容器之内的导流板。其优选被关于所述容器为中心地放置。结果是所述容器填充的液体液位是液体体积的非线性函数，这使传感器能够检测小液体液位，并且其也使它对操作角度的变化更加宽容。
[0011]导流板能够具有圆锥体或截头圆锥体的外部形状。
[0012]导流板的基部面积优选是容器的基部面积的至少一半。用这种方式，当容器接近为空时，液体体积的小变化引起液体液位的较大变化，因此所述液体液位的较大变化能够被检测到。
[0013]导流板优选向上延伸到容器的至少一半。因此，至少对于相对低的液体体积使用导流板。然而，其能够向上延伸到容器的全部。
[0014]在导流板顶部处的面积不多于导流板的基部面积的一半，使得提供明显的锥体化。
[0015]电容器布置能够包括围绕容器的一系列的平行电容器电极，每个所述平行电容器电极在容器高度的方向上延伸，其中，电极的集合连接在一起，使得具有两个电容器终端。一系列的平行电容器电极能够是在柔性印刷电路板上提供的铜轨道，所述柔性印刷电路板被围绕容器来缠绕。
[0016]能够提供与容器流体连通的第二容器，所述第二容器用于检测液体的介电常数。例如，通过测量药物的固定体积的相对介电常数，这使药物类型能够被检测。所有药物具有可定义的介电常数，并且一旦这已经被测量，查找表能够用于确定在第二容器之内填充的药物。
[0017]第二容器能够包括被定位在容器下面的柱桶。因此，第二容器将首先填充，并且单个填充口在传感器的顶部处。也能够提供围绕第二容器的电容器电极布置。
[0018]通过范例的方式,容器能够包括柱桶，所述柱桶具有在1mm至20mm范围内的内直径和在1mm至40mm范围内的高度，并且导流板能够包括圆锥体或截头圆锥体，所述圆锥体具有在内柱桶直径的75%至100%范围内的基部直径，所述截头圆锥体具有在内柱桶直径的75 %至100 %范围内的基部直径和在内柱桶直径的30 %至60 %范围内的顶部直径。第二容器柱桶能够具有在Imm至5mm范围内的内直径。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]现在将参考附图详细描述本发明的范例，在附图中:
[0020]图1示出了本发明的电容式流体传感器的容器；并且
[0021]图2示出了怎样实施电极阵列的范例。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供电容式液体液位传感器，在所述电容式液体液位传感器中，用于容纳液体的容器具有导流板，所述导流板在容器之内自基部向上延伸，并且所述导流板朝向其顶部锥体化。这意味着在容器的底部处液体被限制到容器的边缘，对于小量液体其给出了改进的解决方案。当使容器倾斜时，导流板也担当抵制液体流的挡板。
[0023]图1示出了本发明的电容式流体传感器的容器。
[0024]电容式液体液位传感器包括具有偶数个环绕金属电极12的容器10所述偶数个环绕金属电极12是加长的并且被垂直地布置。电极定义两个相对的电容器板。它们被分割成垂直带，以使弯曲PCB成为可能，所述PCB承载围绕容器的电极。
[0025]容器之内的液体具有介电常数，并且电容量成比例于介电常数，并且因此一般成比例于液体液位。
[0026]例如，利用提供串行输出的电容器测量芯片能够测量电容量。
[0027]来自电极的电场线垂直于电极伸展(即径向横穿容器)，并且最接近电极的电场最强。电场强度也意味着最靠近电极的液体具有关于电容量的最大影响。
[0028]如果倾斜容器，归因于在电极与液体之间的不同的(和复杂的)交互，电容量将改变。传统的电容式液体液位传感器将遭受来源于其操作角度的误差，所述误差近似成比例于所述容器包含的液体量。如果容器充满液体，那么其能够被移动任何角度，并且在感测电容器板之内包含的液体量将保持相同，因此没有误差。
[0029]然而，如果容器填充一半的液体，那么，例如在45ο角度(在容器的直径对侧的电容器板之间)，一个电容器板将比其他电容器板接触明显更少的液体。尽管液体将比先前更高一个电极，但是由于在充满液体电介质的电极之间的面积将已经减少，因此电容量将减少。电容量成比例于在板之间的(充满)液体的面积，电容量将更少，因此引起误差。
[0030]本发明的容器具有导流板14，所述导流板14在容器内部自基部向上延伸。导流板在其向上的方向上锥体化，使得其在基部处(在垂直于容器高度的横截面上)具有更大面积，而朝向导流板的顶部面积减少。这意味着在容器中液体越低，液体被迫驻留靠近外壁，并且因此越靠近电极。
[0031]用这种方式，液体量的小幅增加促使液体液位的大幅增加，给出增加的动态范围。具体地，灵敏度成比例于包含的液体量。当容器为空时，液体的小幅增加给出通过电容器板看到的液体的大幅增加。当容器几乎为满时，液体的小幅增加给出通过电容器板看到的液体的小幅增加。
[0032]通过添加内部导流板来减小起因于倾斜的误差。由于容器和导流板壁的表面张力，当具有倾斜时，导流板担当挡板来减小液体移动。这减小了关于传感器输出的角度的影响。导流板也迫使液体接近电极，具有减小倾斜误差的作用。
[0033]在示出的范例中，导流板具有圆锥体或截头圆锥体的外部形状。这意味着(在垂直平面中的)导流板的外部包膜是直的。然而，这不是必要的，并且导流板能够以非线性方式减小表面面积。如图1所示，导流板的基部面积能够对应于容器的基部，或其仅能够部分地覆盖容器的基部。在导流板的底部处的面积优选是容器的基部面积的至少一半，以提供增加的灵敏度。
[0034]如图1所示，导流板能够向上延伸到容器的全部，但其仅能够部分地向上延伸到容器体积，例如向上延伸到至少一半。导流板能够是圆锥体的(即锥体化成在顶部处的点)或截短(截头)圆锥体的。在截短圆锥体的情况下，锥体化使得在导流板的顶部处的面积不多于导流板的基部面积的一半。
[0035]图1也示出了第二容器16。这与主容器流体连通，并且持有小量液体。所述第二容器16首先填充，并且因此在液体液位感测容器下面。该第二容器用于(以已知方式)通过测量其介电常数来建立在腔室之内填充的药物类型。然后该介电常数能够用于寻址药物介电常数值的查找表。
[0036]因此，图1的传感器基本上包括两个柱桶形容器。通过范例的方式，主容器典型地为20_高，15_内直径。在该容器之内是圆锥形导流板，典型地在底部处为13_直径，在顶部处为6mm直径。围绕柱桶的外部边缘是一系列的电容器板。
[0037]第二柱桶典型地为1mm高，3mm直径。同样地，围绕该第二容器柱桶的外部边缘是一系列的电容器板。
[0038]两个电容器板布置中的每个能够通过围绕相应的柱桶缠绕柔性PCB来形成，电容器电极板由铜PCB轨道制成。
[0039]图2示出了一个这样的柔性PCB布置18。电容器电极12被示出为定义两个电容器板的两组12a、12b，并且它们连接到电容量测量电路20。PCB承载被示意性地示出为22的其他电路部件。每个电容器电极在容器高度的方向上延伸，两个电极的集合连接在一起，使得具有两个电容器终端。
[0040]以上已经给出了特定的典型尺寸的范例。更一般地，主容器柱桶能够具有在1mm至20mm范围内的内直径和在围1mm至40mm范围内的高度，并且导流板能够包括圆锥体或截头圆锥体，所述圆锥体具有在内柱桶直径的75%至100%范围内的基部直径，所述截头圆锥体具有在内柱桶直径的75%至100%范围内的基部直径和少于内柱桶直径的60%，或更优选地在内柱桶直径的30 %至60 %范围内的顶部直径。
[0041]在以上范例中，容器是圆形柱桶形的，并且导流板是圆锥体形的。然而，容器能够是任何形状，例如多边柱桶。那么导流板能够是具有基部的角锥体(或截短角锥体)，所述角锥体具有与容器形状相同的多边形状。
[0042]以上范例具有两个容器。例如，如果不要求对液体的分析，本发明能够被实施仅具有主容器,并且仅需要液体液位感测功能。
[0043]已经示出了电容布置的仅一个范例，具有围绕容器各处的电极。然而，可以具有其他布置。例如，可以具有在直径上对着彼此的恰好两根电极线。可以具有围绕容器以90度间隔的四个电极。这能够定义两个电容器，所述两个电容器能够以串行方式被测量。因此，代替具有两个固定电容器终端和单个电容量测量，对于两对或更多对对立的电极能够按顺序地进行独立的电容量测量。因此，各种电容器终端布置是可能的。
[0044]本发明能够被使用在任何液体检测，液体液位感测或液体施予设备中。
[0045]在说明书和权利要求书中，传感器被描述为具有在容器内部的导流板。当然，所述导流板可以被构建为单个模铸的部件。
[0046]本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
【权利要求】
1.一种液体液位传感器,包括: 具有基部的容器(10)，其用于容纳所述液体； 电容器布置(12)，其用于基于所述液体的介电常数和在所述容器中的所述液体的高度来检测在所述容器中的所述液体液位；以及 导流板(14)，其在所述容器内部自所述基部向上延伸，在垂直于所述容器高度的平面上，在所述基部处具有最大面积，并且朝向所述导流板的顶部面积减少。
2.如权利要求1所述的传感器，其中，所述导流板(14)具有圆锥体或截头圆锥体的外部形状。
3.如权利要求1所述的传感器，其中，所述导流板(14)的基部面积是所述容器的基部面积的至少一半。
4.如权利要求1所述的传感器，其中，所述导流板(14)向上延伸到所述容器的至少一半。
5.如权利要求1所述的传感器，其中，所述导流板(14)向上延伸到所述容器的全部。
6.如权利要求1所述的传感器，其中，在所述导流板(14)的所述顶部处的面积不多于所述导流板的所述基部面积的一半。
7.如权利要求1所述的传感器，其中，所述电容器布置包括围绕所述容器的一系列平行的电容器电极(12)，每个所述平行的电容器电极(12)在所述容器高度的方向上延伸，其中，电极的集合(12a、12b)连接在一起，使得具有两个电容器终端。
8.如权利要求7所述的传感器，其中，所述一系列平行的电容器电极是被提供在柔性印刷电路板(18)上的铜轨道，所述柔性印刷电路板(18)被围绕所述容器(10)来缠绕。
9.如权利要求1所述的传感器，还包括第二容器(16)，所述第二容器(16)与所述容器流体连通，用于检测所述液体的介电常数。
10.如权利要求9所述的传感器，其中，所述第二容器(16)包括被定位在所述容器(10)下面的柱桶。
11.如权利要求10所述的传感器，其中，所述第二容器柱桶具有在Imm至5_范围内的内直径。
12.如权利要求9所述的传感器，包括围绕所述第二容器的电容器电极布置。
13.如权利要求1所述的传感器，其中，所述容器(10)包括柱桶，所述柱桶具有在10_至20mm范围内的内直径和在1mm至40mm范围内的高度，其中，所述导流板包括圆锥体或截头圆锥体，所述圆锥体具有在所述内柱桶直径的75%至100%范围内的基部直径，所述截头圆锥体具有在所述内柱桶直径的75%至100%范围内的基部直径和少于所述内柱桶直径的60%的顶部直径。
14.如权利要求13所述的传感器，其中，所述导流板包括截头圆锥体，并且所述顶部直径在所述内柱桶直径的30%至60%的范围内。
【文档编号】G01F23/26GK104364621SQ201380031105
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月10日 优先权日:2012年6月14日
【发明者】M·J·R·莱伯德 申请人:皇家飞利浦有限公司