一种非接触式液位传感器的制作方法

本实用新型涉及液位检测技术领域，尤其是一种非接触式液位传感器。

背景技术：

周知，在包含有液体容器的自动控制系统当中，容器内液体液位的检测是系统控制液位水平的一个重要参数。液位达到上限则停止液体注入，液位达到下限则发出警报或自动开启阀门注入液体，液位处于上下限之间，则通过液位高度和系统的工作状态来预估剩余液体可供使用的时间。因此，准确测量容器内的液位高度，是自动控制系统实现智能化的必备功能。

目前，利用非接触式液位检测技术已经可以实现对含有有毒、强酸、强碱或其他各种液体的液体容器的非接触检测，现有的非接触液位检测装置主要有超声波液位计、雷达液位计、电容式液位传感器等，其中，现有的电容式液位传感器由于受结构设计不合理以及检测方法落后等因素的影响，导致其普遍存在如下问题：1、检测精度低、智能化程度低，抗干扰能力弱；2、无法有效避免容器的厚度对检测的精度的影响，一般只能适用于壁厚为10-15mm的非金属容器。

因此，需要对现有的非接触式液位传感器(尤其是电容式液位传感器)的结构提出改进方案，以最大限度地满足实际的生活生产需要。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单紧凑、性能稳定、安装方便的非接触式液位传感器。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种非接触式液位传感器，它包括一塑胶壳、一封装于塑胶壳内的PCB驱动板、一集成于PCB驱动板上且具有上拉输出端口和高阻态输入端口的微控制器、一贴附于塑胶壳的前表面上且引脚焊接于PCB驱动板上的感应电极片以及一焊接于PCB驱动板上并外露于塑胶壳的表面的可调电位器；

所述微控制器的上拉输出端口通过可调电位器与感应电极片的电源引脚电连接，所述微控制器的高阻态输入端口直接与感应电极片的信号引脚电连接。

优选地，所述感应电极片为紫铜片。

优选地，所述PCB驱动板包括PCB基板以及布置于PCB基板上的本体地线、充放电线路和电平监测线路，所述充放电线路将微控制器的上拉输出端口、可调电位器和感应电极片的电源引脚作顺序串接，所述感应电极片的信号引脚通过电平监测线路与微控制器的高阻态输入端口相连；所述本体地线的线径大于20mil，所述本体地线与感应电极片之间的最小距离大于3mm，所述本体地线与充放电线路及电平监测线路之间的最小距离大于3mm。

优选地，所述PCB驱动板上还焊接有一由塑胶壳内部引出的4PIN端子排，所述4PIN端子排包括分别与微控制器相连的外引地线、电源线、信号输出线和信号选择线，所述外引地线与信号输出线之间或电源线与信号输出线之间还连接有一三极管。

优选地，所述塑胶壳为中空圆柱形结构体，所述PCB驱动板、可调电位器、微控制器与塑胶壳所形成的缝隙之间填充有灌胶层，所述可调电位器的调节旋钮外露于灌胶层的表面。

优选地，所述塑胶壳的前表面表面上设置有胶贴，所述塑胶壳的后端套接有一后盖，所述后盖将可调电位器的调节旋钮盖合于塑胶壳内。

由于采用了上述方案，本实用新型通过上拉输出端口对感应电极片进行充放电，通过高阻态输入端口监测感应电极片的电位高低，利用微控制器中 的计时器对充放电的时间进行计时，从而为通过检测感应电极片的充放电时间的变化来计算液体容器中的液位高低提供了基础条件，可实现自动且精确的液位检测；而通过调整可调电位器的阻值可以增强或者降低传感器的灵敏度，以使传感器适用于具有不同壁厚的液体容器上，具有很强的实用价值和市场推广价值。

附图说明

图1是本实用新型实施例的截面结构示意图图；

图2是本实用新型实施例的高低电平信号输出的接线图；

图3是本实用新型实施例的NPN型信号输出的接线图；

图4是本实用新型实施例的PNP型信号输出的接线图；

图5是本实用新型实施例的安装结构示意图(一)；

图6是本实用新型实施例的安装结构示意图(二)；

图7是本实用新型实施例的安装结构示意图(三)；

图8是本实用新型实施例的安装结构示意图(四)。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种非接触式液位传感器，它包括一塑胶壳1、一封装于塑胶壳1内的PCB驱动板3、一集成于PCB驱动板3上且具有上拉输出端口P1和高阻态输入端口P2的微控制器2、一贴附于塑胶壳1的前表面上且引脚焊接于PCB驱动板3上的感应电极片4以及一焊接于PCB驱动板4上并外露于塑胶壳1的表面的可调电位器R；其中，微控制器2的上拉输出端口P1通过可调电位器R与感应电极片4的电源引脚电连接，微控制器2的高阻态输入端口P2直接与感应电极片4的信号引脚电连接。

由于感应电极片4与大地之间会存在一个寄生电容(即感应电容)，在周围环境不变的情况下，寄生电容的电容值是固定且微小的，此时感应电极片4具有固定的充放电时间；当将液位传感器装设于液体容器A的侧壁上，且液体容器A内的导电液体液位靠近感应电极片4时，感应电极片4会与导电液体之间形成耦合电容，从而会改变感应电极片4充放电时间；如此，可通过微控制器2的上拉输出端口P1对感应电极片4进行循环的充放电控制，通过微控制器2的高阻态输入端口P2来实时监测感应电极片4的电位高低，同时利用微控制器2中的计时器对充放电的时间及周期进行计时，从而为通过检测感应电极片4的充放电时间的变化来计算液体容器A中的液位高低提供了基础条件；同时，通过调整可调电位器R的阻值可以增强或者降低传感器的灵敏度，以使传感器适用于具有不同壁厚的液体容器A上。

为提高整个传感器的导电性能以及稳定性，本实施例的感应电极片4优选紫铜片。

为避免因外部杂波对电路干扰而引起感应电极片4的充放电时间发生改变，进而导致微控制器2的判断出错，输出的信号无法保持稳定的问题；本实施例的PCB驱动板3包括PCB基板以及布置于PCB基板上的本体地线、充放电线路和电平监测线路，充放电线路将微控制器2的上拉输出端口P1、可调电位器R和感应电极片4的电源引脚作顺序串接，感应电极片4的信号引脚通过电平监测线路与微控制器2的高阻态输入端口P2相连；其中，本体地线的线径大于20mil(即20密耳)，本体地线与感应电极片4之间的最小距离大于3mm，本体地线与充放电线路及电平监测线路之间的最小距离大于3mm。从而可使干扰源尽量远离充放电线路及检测线路，提高整个传感器的抗干扰能力。

为使传感器能够为用户提供其所需要的不同输出信号，本实施例的PCB驱动板3上还焊接有一由塑胶壳1内部引出的4PIN端子排，4PIN端子排包括分别与微控制器2相连的外引地线GND、电源线VCC、信号输出线OUT和信号 选择线MODE，外引地线GND与信号输出线OUT之间或电源线VCC与信号输出线OUT之间还连接有一三极管Q，以通过增设的三极管Q可使整个传感器进行诸如高低电平信号输出(如图2所示)、NPN型信号输出(如图3所示)或PNP型信号输出(如图4所示)等多种信号传输方式。

为提高传感器安装的便利性以及增强其防腐蚀、防尘及防水等效果，本实施例的塑胶壳1采用中空圆柱形结构体，PCB驱动板3、微控制器2、可调电位器R与塑胶壳1所形成的缝隙之间填充有灌胶层B，可调电位器R的调节旋钮外露于灌胶层B的表面。整个传感器采用圆形结构体，不但有利于其生产制造，而且便于装配到液体容器A上，而利用灌胶层B则可有效地对电气元件进行封装，避免受到水、灰尘等杂质侵入。

为进一步提高传感器安装及使用的便利性，在塑胶壳1的前表面表面上设置有胶贴5，在塑胶壳5的后端套接有一后盖6，后盖6将可调电位器R的调节旋钮盖合于塑胶壳1内；以此，可利用胶贴5将传感器贴附于液体容器A的侧壁上，实现液位的检测，通过打开后盖6则可根据实际情况对可调电位器R的阻值进行调节，使其能够适用于不同壁厚的液体容器A。

为更加清晰的说明本实施例传感器的效果，其可针对不同类型的液体容器A，采用不同的安装方式：

1、如图5所示，当液体容器A是由表面平整、厚度均匀、材质紧密、绝缘性能良好的非金属材料(如：玻璃、塑料、不吸水的陶瓷、亚克力、橡胶等材料或其复合材料)制成的容器时，可利用胶贴5或胶水等将塑胶壳1粘帖于容器的外壁上，使感应电极片4正对容器。

2、如图6所示，当液体容器A是由金属或其他导电材料(如：不锈钢铁、铜、铝合金或表面电镀金属层的材料)制成的容器时，可在容器的侧壁上钻孔(因传感器对所有导电物体都有感应，所以针对这类材料的容器，需要在容器侧面开孔)，然后利用胶塞C进行封堵，再通过胶贴5或胶水将传感器贴附于胶塞B的外侧，使感应电极片4正对容器。

当液体容器A是由吸水性材料(如陶瓷、水泥、木材、瓷砖等材料，其此类材质本身属于绝缘体或弱导电性，在装入液体的情况下，材料会因吸水的特性变成导体)制成的容器时，可参考图7和图8对传感器进行安装，即：在容器的管道上套装金属三通连接件在利用胶贴5或胶水等将传感器固定在胶塞C上,或者当容器的管道采用胶管时,则直接以贴附的形式对传感器进行固定。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。