分离的液位传感器及底座的制作方法
【专利说明】分离的液位传感器及底座
[0001]本申请是申请日为2008年I月16日、国际申请号为PCT/US2008/051118、国家申请号为200880001167.2、发明名称为“分离的液位传感器及底座”的发明专利申请的分案申请。
[0002]交叉引用相关的申请数据
[0003]本申请要求2007年I月17日申请的名称为“分离的液位传感器”的临时美国专利申请序列号60/880，822的优先权。
技术领域
[0004]本发明涉及液位传感器及底座。更具体地，本发明涉及对传感器表面上的矿物沉积不敏感的液位传感器以及用于该传感器的底座。
【背景技术】
[0005]一种普遍类型的液位传感器为电容型传感器。例如，这种传感器在诸如自动制冰机的自动机器中使用。在典型的电容型传感器中，杆型的金属电极垂直安装在水贮存器的上面。每个机器工作周期，贮存器被加满和倒空以减少可引起冰成云状外观的溶解固体的堆积。
[0006]将小的高频电压施加到金属电极上，并当贮存器中的水位与杆接触时，杆对地的电容改变。在信号处理控制器中检测到这种改变，并关闭填充贮存器的泵。
[0007]这种类型的传感器具有至少一个根本的问题。已观测到，当电极或杆变成由诸如碳酸钙矿物沉积的绝缘的材料覆盖时，它起到了绝缘体的作用，增加与电极串联的电容。此附加的电容与覆盖层厚度成反比例。因此，随着覆盖层堆积，附加的电容在电极对地电容中占首要地位，这时，失去了对液位的敏感性。
[0008]在许多系统中，由于监测和控制系统，对液位的敏感性的丢失不是不可补救的事件。例如在许多自动制冰机中，如果水位没被检测到，水将注入贮存器直到检测到基于定时的过载条件，并关闭泵。这可使得机器不能操作直到服务人员移除沉积或更换杆。然而，已发现，清洗可加速杆上的堆积速度。
[0009]因此，需要对传感器表面上的矿物沉积不敏感的液位传感器。理想地，这样的传感器为声学式传感器。更理想地，这样的传感器可采用各种形状及构造并可由不同材料形成以适合想要的应用。更理想地，这样的传感器支撑在易于接收传感器并避免了直接硬接线于任何传感器元件的需要的固定器或支撑物内。
【发明内容】
[0010]一种用于测定与传感器接触的液体存在或不存在的液位传感器包括长条状的探测器、可操作地连接于探测器并构造成在探测器中产生压缩波的转换器以及用于检测当液体与探测器接触时发射到液体中的声能的电路。探测器可形成为杆、带、管或其它适当的形状，并且可由金属、聚合物、陶瓷或其它适当的材料形成。
[0011]探测器具有用于与液体接触的湿端和用于电接触的干端。转换器安装于干端。当形成为杆时，杆的湿端可为圆形的且轴环可在干端附近安装于杆。当形成为带时，带在其上具有形成湿腿和干腿的弯曲使得转换器安装于干腿。
[0012]一种用于液位传感器的底座允许将传感器安装在系统内而不用将传感器硬接线于所述系统。底座包括具有部分地由多个悬垂的弹性定位指状物形成的接收区域的基底。指状物具有向内部凸出的锁定凸出物。一个或多个接触器安装于基座内和安装于基底并延伸到所述接收区域。优选地，接触器安装有弹簧以在接触器和转换器之间提供可靠接合。
[0013]卡头支撑液位传感器并构造成接收在接收区域中。卡头包括用于接收定位指状物的周向凹槽。底座由诸如尼龙等等的不导电材料形成。
[0014]止挡壁设置在凹槽周围以阻止卡头在基底中的过度插入。卡头包括用于接收液位传感器的中央纵向开口以及在卡头的与凹槽相反的端部的肩部。在肩部和中央开口的接合处有密封件。
[0015]当液位传感器设置在卡头中并且卡头插入(按扣)到基底中时，液位传感器可操作地连接于接触器并且卡头可释放地锁定在基底中。
[0016]结合所附的权利要求，从下面的详细说明中，本发明的这些和其它的特征及优点将显而易见。
【附图说明】
[0017]在考查了下面的详细说明以及附图和照片后，本发明的好处和优点对于相关领域的普通技术人员将更显而易见，其中:
[0018]图1为已知的电容型液位传感器的示意图；
[0019]
[0020]图2为体现本发明原理的分离液位传感器操作原理的示意图；
[0021]图3阐述了根据本发明的液位传感器(探测器)的一个实施例；
[0022]图4阐述了根据本发明的用于传感器的卡头型底座，示出了在插入底座之前的传感器卡头；
[0023]图5为图4的底座的部分分解图；
[0024]图6为图5的分解图的横断面视图；
[0025]图7为图4的组装后的底座和传感器的横断面视图；
[0026]图8为呈带的形式的传感器的替换实施例的透视图示；
[0027]图9A-9C为示出了带在干燥条件下(图9A)、带设置在油中(9B)以及在带的端部具有一滴油(9C)时带形式的传感器的波谱的快照；以及
[0028]图10A-10B为示出杆在干燥条件下(图10A)以及杆设置在水中(图10B)的陶瓷杆传感器的波谱的快照。
【具体实施方式】
[0029]虽然本发明能允许各种形式的实施例，但目前优选的实施例在附图中示出并将在下文中描述，要理解，本公开应被看作本发明的举例，并不打算将本发明限定于所阐述的具体实施例。
[0030]首先简要参考图3，示意性地示出了体现本发明原理的分离液位传感器10。传感器10包括由可由各种不同材料及以各种不同形状制造的长条状元件形成的探测器12。
[0031]本传感器10设置在系统中以检测与探测器12接触的液体的存在或不存在。在用于制冰机(未示出)中的一个示例性应用中，定位传感器10以检测水贮存器中的水(以及因而其水位)的存在或不存在。在这种情形中，传感器10遭受连续地湿及干的循环。因引，可发生例如矿物沉积的堆积。
[0032]已观测到使用厚度切变(shear)及扭转振荡模(tors1nal mode)的传感器在原理上可用于检测水的存在。本传感器10的优选实施例根据与切变波不同的压缩波(如附图标记14所示)在水中传播的原理运行。如图3中所示的本传感器10包括形成为杆的探测器，其中，以剪切或压缩转换器16连接在与水感测或湿端20相反的探测器12的端部18上产生压缩的、弯曲的或杆的振荡模。
[0033]这些振荡模被限制在(探测器12的)金属、陶瓷或塑料中直到液体F接触探测器12的表面22，在这一点，波运动的非平面组分(如24所指示的)转换成压缩波。随后这些波发射到水中(如26所指示的)，在那里消散。
[0034]实质上，探测器12起天线的作用，其发射声能到水中。由于能量损失可能是实质的，传感器对接触探测器12的底部或感测表面的水和其它液体十分敏感，但是对传感器表面22上的矿物沉积不敏感。这是由于压缩波比切变波更易于在这些沉积物中传播的性质。
[0035]简要参考图1和2，如上面所述的，在现有的电容型液位感测系统110中，小的高频电压施加到金属电极112，且当贮存器中的水位与杆接触(由虚线形式的线114示出)时，杆112对地的电容(如118所指示的)变化。在信号处理控制器116中检测这种变化。
[0036]这种类型的传感器110具有至少一个根本的问题。已观察到，当电极或杆112变成以诸如碳酸钙矿物沉积的非导电材料(如附图标记120所示)覆盖时，它起到绝缘体的作用，增加与电极(如附图标记122指示的)串联的电容。此额外的电容与覆盖层的厚度成反比。因此，随着覆盖层的堆积，额外的电容比电极对地124的电容更大，这时，失去了对液位的敏感性。
[0037]再次参考图3，和已知的传感器不同，本传感器10可应用非平面24于压缩振荡模变换以在液体F面前产生声学天线，或者它可使用沿着传感器电极12的轴A12偏振的切变振荡模转换器16以产生非平面振荡模。
[0038]例如，当利用切变振荡模转换器16时，转换器16将能量传递给探测器12。当水碰到探测器12的端部20时，振荡模上的变化不发生。而是由电极或探测器12产生(感应)的波无处可去，所以它们在探测器周围跳动。当水达到探测器12的端部20时，波有处可去，这是因为杆中的振荡模转换为水F中的压缩波26。在那时，声能开始渗漏到水中，其利用可从 ITW ActiveTouch of Buffalo Grove, Illinois 商业获得的电路检测。
[0039]在本传感器系统10中，转换器16为在I兆赫共振的标准切变振荡模转换器。脉冲频率为350千赫，其由杆的尺寸及它的声学特性决定。由于它的易于得到的实用性、成本有效性和功能性，而使用IMHz转换器。可以预料，还可使用压缩振荡模转换器。剪切为侧对侧的运动，而压缩更像压力波。
[0040]对液位传感器10理想的类型的波必须对液体(例如，水)敏感，以产生对液体不敏感的波。例如，在水中传播的波为压缩型的波。压缩转换器依据当两个表面以反复运动的形式相互移近和离开时形成波的原理运行。
[0041]已发现，本传感器10超过已知感测系统的几个优点包括:(I)液位传感器不受堆积在探测器上的矿物、油脂和去垢剂的影响；(2