改进的液体传感器的制作方法

1.本发明涉及使用液体传感器的对液体的改进检测。


背景技术：

2.准确地检测液体的存在，特别是准确测量液体液位，在许多不同的情况下都很重要。一个这样的示例是在空调单元中，在空调单元中准确地检测空调单元的冷凝液储存器内的冷凝液液位以控制泵的操作来从储存器中排出冷凝液并确保冷凝液的液位不会太高或太低是很重要的。如果冷凝液液位过高，或在极端情况下溢出，这可能导致空调单元周围或支撑空调单元的表面或结构受到水的损害。如果冷凝液液位过低，会导致空气被吸入到泵马达中，进而在导致冷凝液泵的正常操作期间产生显著的噪音。当空调单元安装在有人员存在的住宅或商业空间中时，这是特别不希望的。在生产设施中，储存罐或容器可以容纳需要保持在阈值以上的液体，以避免设备损坏或生产完全停止。通常，这种容器被远程监控，因此重要的是要知道何时这种容器内的液体液位降低到某一液位以下，测量液体液位的传感器能够准确且可靠地检测到这一点。
3.检测储存器内的液体液位的一种方法是使用电容传感器。例如，已知将电容传感器结合在空调系统的冷凝液泵中的储存器内，使得冷凝液泵可以基于测量的冷凝液液位来操作。将电容传感器固定在冷凝液泵的壳体内，并使壳体的一部分延伸到储存器容积中，使得电容传感器的传感元件能够紧密地靠近冷凝液。这允许传感器检测液体液位，而不需要与冷凝液本身直接接触。
4.虽然这种非接触式传感器是理想的，但是已经发现，随着储存器中冷凝液的液位降低，一些液体可能会保留在包含传感器的壳体的表面上。这导致输出错误的读数，因为储存器内的总体的冷凝液液位已经下降到传感器的底部以下，但是保留在传感器壳体上的一些冷凝液导致传感器输出指示比实际存在的冷凝液液位更高的读数。在某些情况下，残留的冷凝液以冷凝液膜的形式在传感器壳体表面上，这可能会导致输出错误的读数。在其他情况下，随着冷凝液液位下降到传感器壳体的底部以下，液滴可能在包含传感元件的壳体的底部端部形成。这些残留的液滴也可能被传感器检测到，并导致错误的输出。在其他情况下，还发现在冷凝液的表面和传感器壳体的底部之间可能形成弯月面，即使当总体的冷凝液液位实际上在传感元件以下时。当形成这种弯月面时，传感器还可以检测到传感器壳体上这种液体的存在，并因此输出错误的测量值。
5.现有技术的液体传感器的另一个问题出现在冷凝液泵的正常维护期间。正常情况下，移除冷凝液储存器，并在储存器的内部表面施加清洁液体，以防止霉菌生长。然而，已经发现这些包含具有疏水端部和亲水端部的表面活性剂的清洗液体加剧了该问题。由于液体液位传感器的壳体由聚合物制成，表面活性剂的疏水端部被吸到传感器壳体的聚合物表面，并在传感器壳体表面周围形成薄膜。由于冷凝液储存器通常包含水，并且表面活性剂的疏水端部被吸引到传感器壳体表面，表面活性剂的亲水端部吸引水分子并导致一层水被保留在传感器周围。由于传感器能够检测到传感器壳体表面上的液体，因此传感器检测到这
层水，并因此认为总体的液体液位高于实际的液体液位。
6.本发明试图解决这些问题中的至少一些问题。


技术实现要素：

7.从第一方面来看，本发明提供了一种液体检测器，包括壳体，其具有多个侧壁和底部表面；传感器，其安装在壳体的腔体内，并且具有被构造成检测多个侧壁中的第一侧壁的外表面上的液体的感测表面；以及固定装置，其相对于外部储存器的表面固定壳体。多个侧壁从顶部端部延伸到下端部。底部表面具有包括第一部分和第二部分的轮廓。第一部分和第二部分低于多个侧壁，并且第二部分的至少最低点低于第一部分的至少一个点。
8.因此，本发明提供了一种液体检测器，该液体检测器具有被构造成更容易从其表面排放液体的壳体。通过使底部表面的最低点低于多个侧壁的最低点，液体将被沿着侧壁向下吸到底部表面上。此外，随着更多的液体被吸到底部表面，液体将积聚并从底部表面的最低点滴落，从而将液体从壳体表面移除。这种液体的移除降低了传感器错误测量的风险，因为在检测器壳体的表面上保留的液体较少。本发明的另一个优点是其适用于检测液体液位的液体传感器，以及检测液体存在的液体传感器。这使得设备的操作根据检测到的液体液位而变化的设备(比如泵马达)将被更准确地操作。
9.多个侧壁中的第一侧壁可以包括内表面，该内表面具有在第一方向上延伸的法向轴线。传感器可以被安装成使得感测表面在基本竖直的方向上。感测表面可以与法向轴线相交，并且第二部分的最低点可以在第一方向上与多个侧壁中的第一侧壁间隔开比感测表面更大的距离。这有利地使底部表面的最低点定位成远离感测表面。特别是，这种构造将液体吸到传感器后方和下方，进一步降低了传感器错误检测的风险。
10.第一部分和第二部分可以相交以形成脊。底部表面的最低点可能在脊上。这种构造有利地降低了形成弯月面的可能性(弯月面将大体积的冷凝液和壳体之间的间隙桥接)，降低了错误的传感器读数的可能性。
11.第一部分被布置成与多个侧壁中的第一侧壁的第一法向轴线形成第一锐角。第二部分可以被布置成与多个侧壁中的第二侧壁的第二法向轴线形成第二锐角。多个侧壁中的第二侧壁可以与多个侧壁中的第一侧壁相对。通过由两个成角度的部分形成底部表面，液体从侧壁被吸到成角度的部分上。随着液体积聚在成角度的部分上，它优选地被朝向两个成角度的表面之间的相交处吸。该相交处优选为底部表面的最低点，并导致液体从最低点以液滴形式下落，这进而减少了保留在壳体表面上的液体的量，并减少了传感器错误测量的机会。
12.壳体可以包括疏水材料。多个侧壁中的至少一个可以包括施加到其上的疏水涂层。疏水涂层可以施加到多个侧壁中的第一侧壁的外表面上。多个侧壁中的至少一个可以包括施加到其上的疏油涂层。在一个或更多个侧壁的表面上结合疏水材料或施加疏水涂层或疏油涂层进一步减少了保留在壳体表面上的液体的量。
13.壳体可以包括偏压构件。偏压构件可以被构造成朝向多个侧壁中的第一侧壁推动感测表面。包括偏压构件允许在液体检测器的生产期间在传感器放置中有更大的公差，因为偏压构件将朝向壳体的第一侧壁推动感测表面，从而提高液体检测器的可靠性。
14.传感器可以是电容传感器。
15.从另一个独立的方面来看，本发明提供了一种泵，其包括流体入口、流体出口、被构造成从流体入口接收液体的储存器、被构造成从储存器向流体出口泵送液体的泵马达、以及根据所附权利要求中任一项所述的液体检测器。液体检测器可以被配置成检测储存器中的液体液位。
16.液体检测器壳体的一部分可以限定延伸到储存器中的接收器。接收器可以被构造为至少接收感测表面。
17.泵马达可以包括马达入口，并且马达入口可以与第二部分的最低点竖直间隔第一距离。第一距离可以是1.9mm。第一距离可以大于1.9mm。例如，第一距离可以是2.0mm、2.5mm、3.0mm或更大。在马达入口和第二部分的最低点之间提供更大的竖直间距的一个优点是，当液体液位已经低于传感器的底部处的预定“低”或关闭点时，降低了将空气吸入到马达入口中的风险。
18.从另一个独立的方面来看，本发明提供了一种用于传感器的适配器，包括：具有多个侧壁和底部表面的主体，以及被构造为将主体固定到传感器的壳体的固定装置，壳体具有限定的表面，在该限定的表面上液体被传感器检测。多个侧壁从顶部端部延伸到下端部。底部表面具有轮廓，该轮廓具有第一部分和第二部分，并且第一部分和第二部分低于多个侧壁。第二部分的最低点低于第一部分的至少一个点。主体被构造成接收壳体的至少一部分。多个侧壁中的第一侧壁与液体传感器的限定的表面接触，使得在使用中，液体传感器可以检测多个侧壁中的第一侧壁上的液体。
附图说明
19.参照附图在下文进一步描述本发明的实施例，其中：
20.图1示出了具有冷凝液储存器的冷凝液泵的透视图；
21.图2示出了具有延伸到冷凝液储存器中的感测表面的液体液位传感器的透视图；
22.图3示出了包含在壳体内并延伸到冷凝液储存器中的液体液位传感器的剖面侧视图；
23.图4示出了包含液体液位传感器的壳体的后部透视图；
24.图5示出了包含液体液位传感器和泵马达入口的壳体的侧视图；
25.图6提供了储存器内的感测表面和泵马达入口的特写的剖面视图；
26.图7a至7g示出了可能的接收器构造的侧向剖面视图。
具体实施方式
27.图1示出了冷凝液泵10的透视图，该冷凝液泵具有上壳体部分12、中间壳体部分20和储存器14。储存器14优选地可释放地固定到中间壳体部分20，使得使用者可以例如拆卸储存器14并清洁储存器14的内部容积。上壳体部分12显示为可与中间壳体部分20分离，但是很明显这两个部分可以形成为单个部件。
28.图2示出了中间壳体部分20的模制轮廓，其允许液体液位传感器30和泵马达16被中间壳体部分20牢固地保持。中间壳体部分20的下侧还充当上壳体部分12和冷凝液储存器14的内部容积之间的屏障。这大大降低了储存器14内的液体与容纳在上壳体部分12内的电气部件接触的可能性，所述电气部件包括液体液位传感器30的pcb、泵马达16、电源电缆以
及泵控制器(未示出)和冷凝液泵10的任何组成部件之间的线路。
29.在图示的示例中，中间壳体部分20的一部分形成为向下延伸到储存器14中的接收器22。接收器22接收液体液位传感器30的感测表面34，并且随着储存器14填充，有效地将感测表面34“浸入”到冷凝液中，这允许液体液位传感器30检测储存器14内的冷凝液的液位。所示的感测表面34基本上是扁平、平面的，并且可以被认为具有垂直于接收器22的侧壁24a、24b的感测方向。对储存器14内的液体液位进行更准确的检测允许泵马达16以能量消耗和噪音产生最小化的方式被控制。典型地，电容传感器用于检测储存器14中的液体液位。具体而言，电容传感器使得能够计算感测表面34前方的电容变化，因为冷凝液填充了储存器14。通过用储存器14内已知体积的液体校准电容传感器，可以针对给定的确定的电容估计液体液位。电容传感器将检测感测表面34前方的环境变化，这将包括通过接收器22的侧壁24a(见图3)进行测量。因此，为了提供准确的液体液位测量，保持接收器壁24a、24b的厚度最小是很重要的。保持感测表面34尽可能靠近侧壁24a也是有利的，以减小感测表面34和储存器14内的冷凝液之间的距离。
30.如图6所示，接收器22还优选包括偏压构件38。偏压构件38位于接收器22内，用于朝向接收器22的侧壁24a推动液体液位传感器30，特别是感测表面34。这减小了感测表面34和冷凝液之间的距离，并提高了液体液位传感器30的精度。在一个示例中，偏压构件可以朝向其上施加有疏水纳米涂层的侧壁推动感测表面。虽然偏压构件38被示出为从侧壁24b和底部表面26b弹性延伸的指状物，但是显然偏压构件38可以采取其他形式，比如一个或更多个突起。同样显然的是，偏压构件38可以仅从一个或更多个底部表面或一个或更多个侧壁延伸，例如仅从侧壁26b或后侧壁24b延伸。
31.虽然感测表面34被示出为竖直地定向并且平行于侧壁24a，但是很显然这不是必需的，并且即使当感测表面基本上不平行于侧壁24a时，液体液位传感器30仍然可以有效。虽然电容传感器被提供作为示例性类型的传感器，但是显然本发明可以与以非接触方式测量液体液位的其他类型的传感器一起使用。
32.关于液体被保留在感测表面34前方的侧壁24a上的问题，已经发现使接收器2以特定方式成形可以减少保留在接收器22的外表面上的液体的量。接收器22的轮廓在图3至图6中最佳地示出，并且随后的描述将可互换地参考这些图。
33.在图示的实施例中，接收器22示出为具有相对的侧壁24a、24b，它们可以被认为是“前”和“后”壁。前壁，侧壁24a，面向液体液位传感器30的感测表面34和前表面32a，而后壁，侧壁24b，面向液体液位传感器30的后表面32b。接收器22还包括另外的侧壁，例如侧壁24c，其将前壁24a连接到后壁24b。前壁、后壁和侧壁的组合可用于确定接收器22的剖面轮廓。虽然所示的接收器22显示为具有基本上矩形的剖面轮廓，但是很明显，剖面轮廓将由不同的前壁、后壁和侧壁的数量和相对的方向决定。例如，三，四，五，六等多边形形状的剖面轮廓是可以实现的。在图2至图6所示的例子中，侧壁24a、24b从中间壳体部分20延伸到储存器14中。在侧壁24a 24b的下端部有底部表面。底部表面具有包括两个成角度的底部部分26a，26b的轮廓。第一底部部分26a从前壁24a以第一锐角延伸，第二底部部分26b从后壁24b以第二锐角延伸。第一26a和第二26b底部部分也可以与另外的壁比如侧壁24c连接。底部部分26a、26b的相交处可以用于限定接收器22的最低点28。在图2至图6所示的示例中，最低点28形成为延伸穿过底部表面的脊或边缘，其中第一侧壁24a在感测表面34的前方，第二侧壁
24b在感测表面34的后方。优选地，将最低点28定位在感测表面34的后方，因为形成在前侧壁24a上的任何液体将被向下吸并远离感测表面34。将最低点28定位在感测表面34的后方也大大降低了附着到接收器22的底部表面26a的任何液体被液体液位传感器30检测到的风险。虽然示出了由两个成角度的部分26a、26b(相交形成脊28)形成的底部表面，但是很显然，可以使用成角度和/或弯曲的表面的其他组合来将底部表面的最低点28定位在相对于感测表面34的期望的位置(参见图7a至7g)。例如，具有圆形的剖面轮廓的底部表面也将从感测表面34吸走液体(图7d至7f)。最低点28可以形成为点，例如如果使用具有半球形轮廓的底部表面(图7d和7f)。在一个示例中，最低点28可以由简单的斜的轮廓形成(图7a和7e)。在这种情况下，第二部分26b与后壁24b相接，并与从前壁24a延伸的成角度的底部部分26a合并。因此，液体从前壁24a沿着成角度的底部部分26a被向下吸到第二成角度的部分36b的最低点28。在另一个示例中，底部表面可以被成形为具有梯形的轮廓(图7b)。
34.与平坦的水平表面相比，在底部表面的脊上形成最低点28的一个优点是，可以形成液滴的表面积大大减小。因此，在液滴的重量超过脊上的液滴的表面张力所能支撑的重量之前，只能形成小得多的液滴。这进一步减少了可以在接收器22的底部部分26a、26b上形成的液体的量，并因此减少了液体液位传感器30的错误的液体液位读数的风险。通过选择底部部分26a、26b和它们各自的侧壁24a、24b之间的角度，可以产生或多或少的尖锐的脊，从而确定多少液体可以被可接受地保留在接收器22的底部。这是一种折衷，因为尽管将最低点28形成为尖锐的点可能是所希望的，但这将要求储存器14以及因此整个冷凝液泵10具有比所希望的或甚至可能的更大的深度。例如，通常希望有小型冷凝液泵10。在这种情况下，具有两个成角度的部分26a、26b优于单个成角度的表面，因为可以获得相对尖锐的脊，而不需要显著大的储存器14深度。然而，在没有这种约束的情况下，使用一个或更多个成角度的表面将最低点28形成为更尖锐的点是可能的。在图2至图6所示的示例中，底部部分26a和前侧壁24a之间的角度小于底部部分26b和后侧壁24b之间的角度。这是因为底部部分26b的几何形状不受液体液位传感器30的部件的限制。因此，底部部分26b可以与侧壁24b形成更大的角度，从而与底部部分26a形成更尖锐的脊。
35.由于储存器14内的空间限制，在泵马达入口17和接收器22的最低点28之间不可能具有大的间隙，因为冷凝液储存器14没有大的深度。在图2至图6所示的示例中，感测表面34基本上延伸到传感器30的最低的端部，该最低的端部紧密地靠近接收器22的底部部分26a。由于优选将储存器14内的液体液位保持在泵马达入口17的水平以上，以避免空气被吸入到泵中，因此在储存器的底部表面14a和泵马达入口17之间保持冷凝液的最小深度是重要的。在冷凝液泵10中，在泵马达入口17和接收器22的最低点28之间(图6中的“d1”)可能只有几毫米。当冷凝液降低到接收器22的最低点28以下时，泵马达16优选停止，这一事实进一步减小了该距离。因此，重要的是液体液位传感器30能够准确地检测冷凝液液位何时实际降低到接收器22的顶点28以下，因为泵马达16将需要关闭以避免冷凝液液位降低到马达入口17的液位之下并将空气吸入到泵马达16中。由于这种小的间隙，即使当大体积的冷凝液低于接收器22的最低点28时，也有可能在侧壁24a、24b或底部部分26a、26b和冷凝液表面之间形成弯月面。通过在感测表面34的下方和后方形成最低点28，成角度的底部部分26a、26b将远离侧壁24a、24b朝向最低点28吸液体，并将弯月面吸到最低点28，使得弯月面从接收器22释放。
36.为了进一步减少保留在接收器22上的液体的量，可以将疏水纳米涂层施加到接收器22上。特别地，疏水纳米涂层可以施加到感测表面34前方的前壁24a。或者，中间部分20的至少一部分可以包括疏水材料。除了疏水纳米涂层之外或替代疏水纳米涂层，疏油纳米涂层可以施加到接收器22。
37.虽然已经在冷凝液泵10的背景下描述了本发明，但是很显然，本发明的益处扩展到其他领域以及通常经由非接触方式测量液体液位的传感器。例如，在液体储存罐中，可能需要液体传感器来检测液体储存罐内的液体液位。通过设计具有以上述方式布置的最低点的液体液位传感器壳体，可以更准确地检测液体储存罐中的液体液位。类似地，虽然已经在确定液体液位的背景下描述了本发明，但是显然，液体液位传感器可以被配置成简单地检测液体的存在。在这种情况下，本发明仍将为这种传感器提供益处。
38.同样显然的是，本发明可以实现为例如套筒或护罩形式的适配器，该适配器可以改装到现有的液体液位传感器的壳体上。在许多情况下，围绕壳体的一部分的适配器将是理想的，所述壳体包含提供本发明益处的液体液位传感器的感测表面。适配器主体将包括适当成形的底部表面，该底部表面具有最低点，该最低点将液体从主体的侧壁吸走，以及因此从包含在适配器中的液体液位传感器壳体的侧壁吸走。通过形成具有适当的薄壁的主体，由于感测表面和冷凝液之间的距离增加而导致的精度下降将小于由于在传感器壳体表面上的液体滞留减少而导致的精度和可靠性的增加。此外，在优选改装现有的液体液位传感器而不是更换整个设备的情况下，适配器将是有益的。这种套筒可以通过任何数量的临时或永久固定装置(比如固定件、刚性条、弹性可变形构件(例如弹性带)、粘合剂、磁体等)附接到现有的液体液位传感器的壳体。
39.贯穿本说明书的描述和权利要求，词语“包括”和“包含”以及它们的变型意指“包括但不限于”，并且它们不旨在(并且不)排除其他部件、整体或步骤。贯穿本说明书的描述和权利要求，除非上下文另有要求，否则单数形式涵盖复数形式。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为考虑了复数和单数。
40.结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性或组合应被理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合，除了至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的特征或任何新颖的特征组合，或者扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的步骤或任何新颖的步骤组合。