液位检测装置的制作方法

专利名称：液位检测装置的制作方法
专利说明本实用新型涉及一种液位检测装置，尤其涉及在高温高湿度环境下使用的液位检 测装置，更具体地说，涉及热水器中使用的液位检测装置，进一步而言，是太阳能热水器中 使用的液位检测装置。
背景技术：
在储水式家电产品，例如太阳能热水器中，需要对水箱中水位进行检测从而进行 控制。通常使用液位传感器采集水箱中的水位信息。因此，传感器的精度、可靠性和使用寿 命是影响太阳能热水器质量的关键问题。然而，由于液位传感器受到高温高湿的工作环境 影响，难以保证长期可靠地工作。例如，现有的电容式液位传感器是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它 是一根包裹有绝缘层的金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，可导电的自来 水作为电容的另一极，金属棒的绝缘层使电容的两极之间绝缘。已知电容计算公式为C = ε S/4 π kd，其中C为电容量，S为电容两极板正对面积，由此可知电容量与电容两极的正对 面积成正比。因此，当液位升高时，两电极间的正对面积增大，从而电容量增大。反之，当液 位下降时，两电极间的正对面积减小，电容量随之减小。所以，不同的电容量对应于不同的 液位高度，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。在中国实用新型专利200420026875. 0中就公开了这样一种电容式水温水位传感 器，其具有导体棒和绝缘管、且一端位于水面下，另一端露出水面，绝缘管设置于导体棒的 外表面上，从而使导体棒与水箱中的水保持绝缘，利用导体棒与水之间形成的电容测量水 位，在导体棒和绝缘管露出水面的一端设置有导电帽。当水箱上水时，水位逐渐升高，只要 水接触到导电帽，则在导电帽和电源之间形成通路并产生电流，控制电路根据检测到的电 流马上关闭进水阀，停止上水。因此，导电帽所在高度即为最大水位高度。然而，在现有技术的液位传感器的使用过程中存在这样的问题，由于导电帽位于 导体棒和绝缘管的封装接口处，在水位升至导电帽时停止上水，这时封装接口已处于水中， 如果接口处封装工艺不过关，极易造成封装接口在短时间内就胀裂渗水，导致内部电路短 路，检测功能失效。另外，在太阳能热水器中使用该液位传感器时，会由于水箱内的高低温 剧烈变化引起的热胀冷缩现象也会对封装接口产生很大的不良影响，要保证传感器长时间 的可靠运行，这对封装工艺提出了更高的要求，而这导致产品成本增加，不利于在一般的太 阳能热水器中使用。

实用新型内容针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种液位检测装 置，其能使最高水位得到有效的控制，避免在密封点发生渗水现象。为实现上述目的，本实用新型第1技术方案中的液位检测装置具有检测元件、最 高液位检测部件；检测元件包括导体棒和绝缘管，所述绝缘管套在所述导体棒外表面，其中，所述导体棒与所述绝缘管一体化密封，所述最高液位检测部件安装在所述绝缘管顶部通过采用本技术方案，由于在绝缘管顶部设置最高液位检测部件，因此利用最高 液位检测部件可对最高水位进行检测，使最高水位得到有效控制。并且，导体棒与绝缘管一 体化密封，所以可有效防止在密封点发生渗水。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，还具有液位信号处理装置，所 述检测元件与所述最高液位检测部件分别与该液位信号处理装置电连接。由于设置有液位信号处理装置，因此利用液位信号处理装置、检测元件对水位进 行检测的同时，由最高液位检测部件还可对最高水位进行检测，以控制最高水位。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述最高液位检测部件还具有 条状电极，该条状电极设置在所述绝缘管之外，并向低水位方向延伸。通过采用本技术方案，可在水位上升至密封部件之前就通过最高液位检测部件检 测到水位，从而由与其电连接的液位信号处理装置作出反应，如使水阀关闭，停止上水。这 样，能够更可靠地保证密封点部件不接触水，从而进一步提高了液位检测装置的工作稳定 性和使用寿命。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述最高液位检测部件经过电 镀层处理，从而增强其耐腐蚀、耐水特性。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述导体棒为管状，且与所述 最高液位检测部件之间保持绝缘，所述最高液位检测部件的电连接线沿所述导体棒的管内 穿过，并与该导体棒绝缘。通过将电连接线设置在导体棒的管状部分中，即使检测元件中的导体棒的密封失 效，也能保证用于检测最高液位的部分能够继续正常工作，从而可进一步提高液位检测装 置的工作稳定性。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述导体棒顶端还设置有连接 管，所述电连接线穿过所述导体棒、所述连接管，并与所述最高液位检测部件连接；所述连 接管上连接于所述导体棒上的部分的半径大于伸出所述导体棒以外部分的半径。由于所述连接管上连接于所述导体棒上的部分的半径大于伸出所述导体棒以外 部分的半径，所以导体棒探入最高液位信号检测部件的部分与该最高液位信号检测部件发 生意外触碰的可能性更小，由此进一步保证了测量结果的可靠性。此外，这一结构也缩减了 导体棒顶端需要进行密封处理部分的表面积，从而更有利于对导体棒和最高液位信号检测 部件之间的密封处理。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述连接管与所述导体棒外 表面同绝缘管一体密封成型，这种结构的密封性优良。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述导体棒为不锈钢管，这样 可使导体棒在具有良好导电性能的同时具有防腐蚀性。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述绝缘管为硅橡胶管，这样 可使绝缘管具有良好的绝缘性能。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述最高液位检测部件压装于 所述绝缘管顶端。由于绝缘管本身易于弹性变形，因此通过使最高液位检测部件压装于所述绝缘管顶端，可使该两者之间紧密贴合，具有良好的密封性。此外，这种安装方式只需将两者之间 压紧即可，安装方式简单，且不必在两者之间采用安装件或在该两者之上加工出螺纹 等连 接部，生产成本较低。在本实用新型的另一技术方案的液位检测装置中，所述电连接线为耐高温导线。 这样即使在高温环境下使用，由于导线具有耐高温特性，有利于延长装置的使用寿命。

下面参照各附图，对本实用新型的具体实施方式
进行说明。图1是本实用新型的液位检测装置的分解立体图。图2是图1所示液位检测装置的一端的局部放大视图。图3是图1所示液位检测装置的另一端的局部放大视图。图4以示意性的方式示出了安装有本实用新型的液位检测装置的水箱的剖视图。图5是本实用新型液位检测装置的变送器13的信号转换电路板的电路图。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型的液位检测装置的分解立体图，其包括用于检测水箱内 液位的检测元件、用于进行信号转换的变送器13以及使所述检测元件与变送器13相连的 密封连接组件。检测元件包括金属管形式的导体棒4、绝缘管5和位于高水位一侧的导体组 成的顶电极，所述导体棒4由不锈钢制成，导体组成的顶电极是电镀镍的铜件。而且导体棒 4与由导体组成的顶电极是相互绝缘的。在本实施例中，导体具体为螺母1和螺帽2，因此 在下文中将其分别称为螺母1和螺帽2。所述绝缘管5是由耐高温、防水垢、耐腐蚀的硅橡 胶材料制成。所述绝缘管5套在所述导体棒4的外侧，使所述导体棒4与水箱中的水保持 绝缘。上述检测元件的导体棒4中还安装有温度传感器(参照图4)，所述温度传感器例 如为NTC(Negative Temperature Coefficient负温度系数)电阻，用以测量水箱中的水 温；上述变送器13由信号转换线路板和接线端子14构成，所述变送器13与外壳11下盒通 过卡扣对变送器进行固定，通过灌胶对容纳于外壳11的变送器13进行固定和密封防水处 理；密封连接组件用于使检测元件与变送器13密封连接，其主要包括设置在绝缘管5的相 应一端的密封圈7、绝缘套管8、连接套管9和活套螺母10，其安装方式将在后做出说明。上述导体棒4的长短可以根据待测容器，即水箱的尺寸进行选择。由于热水上升、 冷水下沉的原理，在水箱中存在温度梯度，因此在需要较高的温度测量精度时，可以设置多 个温度传感器来检测不同高度上的水温。然而，温度传感器数量的增多会造成制造成本的 增加。在一般太阳能热水器中使用时，可选择在导体棒4长度的二分之一处设置一个作为 温度传感器的NTC电阻，这样NTC电阻测出的温度大致为水箱内的平均温度，可以满足日常 使用的要求。在本示例中选择设置一个NTC电阻17(如图4中所示)。图2为液位检测装置的分解立体图的一端局部放大视图。导体棒4的一端(即在 安装状态下处于下方的一端)从金属制的连接套管9中穿过，其中导体棒4在其端部与连 接套管9相接的部位上套有绝缘套管8，从而使其与连接套管9绝缘。导体棒4经由连接套 管9伸入变送器壳体11的输入端内，通过金属压板12压接固定在变送器壳体11中，从而使导体棒4可以与变送器13的信号转换电路板稳定可靠地连接。在所述绝缘管5的相应 一端上形成有密封圈7，其通过活套螺母10热水器上的安装套管密封连接。下外壳11上设 有卡扣将变送器13固定在下外壳11中。为了防止变送器13的外壳11进水，或受到其它 的外界作用而对变送器13工作产生影响，在变送器外壳内进行灌胶防水处理，使变送器13 整体密封固定在固体胶体内，只露出接线端子14处在胶体外图3为液位检测装置的另一端局部放大视图。如图所示，在液位检测装置的另一 端设置有与绝缘管5配合使用的金属(例如铜)制成的螺母1和螺帽2，该螺母1和螺帽2 之间可通过螺纹紧密连接。且该螺母1和螺帽2的外表面都经过镀层处理，以增强其耐腐 蚀、耐水特性。在绝缘管5的顶端一体形成有密封圈6，该密封圈6能够嵌入螺母1内，绝缘 管5顶端(含密封圈6)的径向尺寸略大于螺母1内径，利用绝缘管5可弹性变形的特性， 将螺母1压装于该绝缘管5顶端，由此可以通过螺母1和螺帽2的结构实现绝缘管5相对 于水箱内空间的密封，螺帽2配合螺母1密封了整个检测元件的顶端，而导体棒4和连接管 3都包裹在绝缘管5里面。这样，导体棒4与检测元件顶部的螺母1、螺帽2绝缘，螺母1和 螺帽2除构成导体棒4端部的密封部件以外，还成为单独的一个水位电极，从螺母1处设有 一条状电极(参照图4)。图4以示意性的方式示出了安装有本实用新型的液位检测装置的水箱的剖视图。 从图中可以看到，在上述螺母1上安装有与之平行延伸的条状电极16，条状电极16由铜制 电极构成。所述条状电极16可以螺纹配合的方式旋入预设在螺母1上的螺纹孔中。该条 状电极16的长度是这样设置的，即，底端位于螺母1之下。这样在安装完成后，其底端的高 度为最大水位高度的检测点。另外，在不锈钢管构成的导体棒4的空腔内穿设有导线，该导 线一端与液位信号处理装置(参照图5中的电容传感模块)电连接，另一端从上述连接管 3中穿过并焊接于螺母1内壁上，从而与螺母1和螺帽2及条状电极16也电连接，连接管 3对所述导线起到定位连接作用。同时，所述导线上包覆有绝缘胶皮，导线端头处未被绝缘 胶皮包覆的部分以及向螺母1内壁上焊接的部分由胶体密封绝缘，以使导线与导体棒4之 间保持绝缘。由所述的螺帽2、条状电极16、导线和液位信号处理装置构成了对水箱中的水 位进行控制的液位控制装置。所述检测用的条状电极16由铜制电极构成，只要水箱中的水 位上升至与该电极最底端(最低点)接触，则水箱壁通过水、电极16和导线与液位信号处 理装置形成通路，从而液位信号处理装置能够立即检测到电信号并控制水阀关闭。由此，能 够及时地关闭水阀，使得水位总是处于检测元件末端密封处的下方，因此本实施方式的结 构中由螺母1和螺帽2构成的密封部件不会处于水中，这显著提高了检测元件的密封性能 和耐久性。下面对本实用新型的液位测量装置的检测原理进行说明。由于检测元件在水箱中 竖直地安装并在水箱的整个高度上延伸，如图4所示，因此导体棒4也竖直设置，而作为温 度传感器的NTC电阻17大致位于检测元件以及水箱的中部。作为电容式液位测量装置，其 一极与液位信号处理装置相连，另一极由水箱壁接地构成，也就是说，“大地”构成电容器的
另一极。随着水箱中的水量增加，水箱中的水位上升。由水构成的电极与导体棒构成的电 极之间的正对面积随之加大，由此导致电容量的不断增加。不同的电容量对应着不同的水 位高度，因此可以根据测得的电容值得出对应的水位高度值。[0038]由导体棒4和NTC电阻感测到的水位和水温信号需要通过变送器转换为标准的 信号。如图5所示为变送器13的信号转换电路板的电路结构方框图。信号转换电路板包 括电容传感模块20、温度传感模块21和单片机22。各个电极与电容传感模块20相连，电 容传感模块可以检测到电容量的变化，并将电容信号传送给单片机22。类似地，作为温度传 感器的NTC电阻与温度传感模块21相连，温度传感模块21将温度信号传送给单片机22。 单片机22将接收到的电容信号和温度信号转换成标准的数字信号，单片机根据转换为数 字信号的电容值，根据预设的程序进行计算得出相应的水位值，然后通过导线6输出给外 置的控制主板(未示出)，控制主板根据相应的水位值和温度值输出控制信号以对储水式 家电、例如热水器的工作状态进行调节。其中，导线6中还包括由控制主板提供的低压电源 VCC输入，作为单片机22和整个变送器13的工作电源，使得整个装置的结构更加紧凑，安装 更加简便。当水位上升至预定的最高水位并与条状电极16的最下端接触时，在水箱壁与上 述的液位信号处理装置之间通过水、电极16、螺母1和导线形成通路。从而液位信号处理装 置能够立即检测到电信号并发出信号控制水阀关闭。由此，能够及时地关闭水阀，使得水位 总是处于检测元件末端的密封处的下方而不会将密封处没入水中，显著提高了检测元件的 密封性能，延长了检测元件的使用寿命。 以上为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并不限于此实施方式，而是可 在权利要求书中所限定的范围内进行各种变更。例如，本实用新型中采用的是不锈钢管 构成的导体棒中设置导线的结构，因此，有效地利用了设置空间，不会造成空间布局上的浪 费，但也可以是在导体棒外设置导线或者导体棒为实心的结构。另外，本实用新型中采用 的是电极经螺母、导线与液位信号处理装置相连的结构，但也可以是将导体棒兼用作导线 (即省去导线，导体棒直接经由螺帽与电极之间电连接)的结构，只不过如果采用本实用新 型的结构，即使在使用过程中绝缘管的局部发生漏水，本实用新型的控制最高水位的功能 仍然不受影响。另外，本实用新型中采用的是液位信号处理装置同时用于限制最高水位和 处理不同水位时的电容信号，但也可以是分别设置专门用于限制最高水位的处理装置和专 门用于处理电容信号的处理装置。
权利要求一种液位检测装置，具有检测元件、最高液位检测部件；检测元件包括导体棒(4)和绝缘管(5)，所述绝缘管(5)套在所述导体棒(4)外表面，其特征在于所述导体棒(4)与所述绝缘管(5)一体化密封，所述最高液位检测部件安装在所述绝缘管(5)顶部。
2.根据权利要求1所述的液位检测装置，其特征在于还具有液位信号处理装置，所述 检测元件与所述最高液位检测部件分别与该液位信号处理装置电连接。
3.根据权利要求1或2所述的液位检测装置，其特征在于，所述最高液位检测部件还具 有条状电极(16)，该条状电极(16)设置在所述绝缘管(5)之外，并向低水位方向延伸。
4.根据权利要求1或2所述的液位检测装置，其特征在于，所述最高液位检测部件经过 电镀层处理。
5.根据权利要求3所述的液位检测装置，其特征在于，所述导体棒(4)为管状，且与所 述最高液位检测部件之间保持绝缘，所述最高液位检测部件与液位信号处理装置之间的电 连接线沿所述导体棒(4)的管内穿过，并与该导体棒(4)绝缘。
6.根据权利要求5所述的液位检测装置，其特征在于，所述导体棒(4)顶端还设置有连 接管(3)，所述电连接线穿过所述导体棒(4)、所述连接管(3)，并与所述最高液位检测部件 连接；所述连接管(3)上连接于所述导体棒(4)上的部分的半径大于伸出所述导体棒(4) 以外部分的半径。
7.根据权利要求6所述的液位检测装置，其特征在于，所述连接管(3)与所述导体棒 (4)外表面同绝缘管(5) —体密封成型。
8.根据权利要求1、2、5、6或7所述的液位检测装置，其特征在于，所述导体棒(4)为不 锈钢管，而且/或者所述绝缘管(5)为硅橡胶管。
9.根据权利要求1、2、5、6或7所述的液位检测装置，其特征在于，所述最高液位检测 部件压装于所述绝缘管(5)顶端。
10.根据权利要求5、6或7所述的液位检测装置，其特征在于，所述电连接线为耐高温 导线。
专利摘要本实用新型提供一种液位检测装置，其具有检测元件、最高液位检测部件；检测元件包括导体棒和绝缘管，所述绝缘管套在所述导体棒外表面，其中，所述导体棒与所述绝缘管一体化密封，所述最高液位检测部件安装在所述绝缘管顶部。通过采用本技术方案，可在水位上升至密封部件之时通过最高水位检测部件检测到水位，从而可以及时地通过水位信号控制水阀关断。这样，密封部件就不会长期处于水中，密封性好。
文档编号F24J2/46GK201731915SQ200920165729
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者史晓凡, 杜佐兵, 王亚沛, 范纪青, 葛东, 陈艳丽 申请人:海尔集团公司;青岛海尔科技有限公司