专利名称：电容式液位传感器的制作方法
技术领域：
本发明的实施例总体上涉及泵电动机的控制电路领域。更具体地说，实施例涉及 自动地将液位维持在预定范围内的液位控制电路。
背景技术：
在例如水仓以及水箱中，应该将液位维持在预定的范围内，以便水箱正常地运转。 许多现有技术的设备通过当液体上升到高于第一预定水位时激活泵，并且当液体低于第二 预定水位时去激活泵来自动地控制水箱内的液位。某些常规设备使用诸如通过橡胶隔膜、 弹簧、杆、浮球或球操作的机械开关之类的机械或活动部件，所有的这些都可能随着时间的 推移磨损或失灵。其他常规设备使用置于水箱内电气的或光学的探测器来确定液位，并相应地控制 泵。例如，可以使用自动加热热敏电阻器或电导探测器。然而，这样的使用探测器的常规系 统可能对传感电路中的湿度、湿气、变化的温度，以及变化的电压电平敏感，所有的这些都 可能产生错误的结果，并导致探测器磨损。同样，探测器的污染也可能对它们的性能造成不 利的影响。可以调整探测器以及它们的相关联的电路，以改善性能，但是，进行调整可能是 不方便并且昂贵的。使用电容传感器来进行液位控制，提供一些好处，包括通过准确地定义电容传感 器的所需的充电时间，防止由于短暂的水不平衡而导致的诸如飞溅或波浪。然而，在电容传 感器上堆积某些材料，特别是电介质材料，可能会导致传感器检测到不真实的位置。结果， 可能引起泵在某些情况下运行太多，或在其他情况下运行不足，从而导致溢出。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的选 择的概念。此发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在 用来限制所要求保护的主题的范围。本发明的一个实施例涉及用于控制浸没在液体中的泵的方法，其中，泵包括多个 电容传感器。电容传感器包括第一电容传感器和位于第一电容传感器上方的第二电容传感 器。该方法包括利用电容传感器检测液位，在第二电容传感器在正常操作模式检测到液体 之后激活泵，在第一电容传感器在正常操作模式不再检测到液体之后去激活泵，检测一个 或多个电容传感器的故障，以及调整泵的操作，以补偿一个或多个电容传感器的故障。本发明的另一个实施例涉及用于处理容器中的液体的设备。该设备包括泵和用于 判断所述液体何时达到容器中的预定水位的液位传感电路。液位传感电路包括用于检测预
5定水位之一的电容传感器。该设备还包括与泵和液位传感电路耦合的并响应于液位传感电 路的控制电路，其中，该控制电路可操作用于控制泵。该控制电路进一步可操作用于检测电 容传感器的故障，并调整泵的操作，以补偿故障。本发明的另一个实施例涉及用于处理容器中的液体的设备。该设备包括泵和用于 判断液体何时达到容器中的预定水位的液位传感电路。液位传感电路包括用于感测第一液 位的第一电容传感器和用于感测第二液位的位于第一电容传感器上方的第二电容传感器。 该设备还包括与泵和液位传感电路耦合的并响应于液位传感电路的控制电路。控制电路可 操作用于控制所述泵。当第二电容传感器报告存在液体而第一电容传感器却没有报告时， 控制电路进一步可操作用于感测第二电容传感器的故障。本发明的另一个实施例涉及用于处理容器中的液体的设备。该设备包括泵和用于 判断液体何时达到容器中的预定水位的液位传感电路。液位传感电路包括用于感测第一液 位的第一电容传感器和用于感测第二液位的位于第一电容传感器上方的第二电容传感器。 该设备还包括与泵和液位传感电路耦合的并响应于液位传感电路的控制电路。控制电路可 操作用于控制所述泵。当在所述控制电路已经激活所述泵预定量时间之后所述第一电容传 感器继续报告存在液体时，所述控制电路进一步可操作用于检测所述第一电容传感器的故 障。
本说明书收入的并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的各实施例，与说 明书一起，用于说明本发明的各实施例的原理图1示出了根据本发明的各种实施例的位于相对于液体容器变化的高度的多个 电容传感器；图2是示出了根据本发明的各种实施例的浸没在液体中的并具有多个电容传感 器的泵的各种操作状态的状态图；图3是根据本发明的各种实施例的用于处理容器中的液体的设备的框图；以及图4是根据本发明的各种实施例的用于控制浸没在液体中的并具有多个电容传 感器的泵的电路的示意图。
具体实施例方式现在将详细参考本发明的优选实施例，在各个附图中示出了它们的示例。尽管将 结合优选实施例来描述本发明，但是，应该理解，它们不打算将本发明限制于这些实施例。 相反，本发明试图涵盖可以被包括在如权利要求书所定义的本发明的主旨和范围内的替代 方案、修改和等效内容。此外，在对本发明的详细描述中，阐述了众多具体细节以提供对本 发明的更加全面的理解。然而，对本领域的技术人员显而易见的是，本发明也可以在没有这 些具体细节的情况下实施。在其他例子中，没有详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以 便不至于不必要地使本发明的各方面变得模糊。概览简单来说，各种实施例提供了用于对诸如排水泵、舱底泵等的浸没在液体中的泵 的基于电容传感器的控制的方法和设备。实施例使用一个或多个电容传感器来检测给定水位的液体的存在，并基于其控制泵的操作。此外，各实施例能够检测一个或多个传感器的故 障，并调整泵的操作，以考虑弄脏的传感器。示例性泵控制操作参考图1和2，将描述根据本发明的各种实施例的用于控制浸没在液体中的泵的 示例性操作。图1示出了位于相对于液体容器100的变化的高度的多个电容传感器S1-S4。 虽然在图1中描绘了四个传感器S1-S4，但是，应该理解，可以使用任意数量的这样的传感 器。每一个传感器都可操作用于检测容器100中的对应的水位处的液体的存在。具体而言， 传感器Sl检测水位110的液体，传感器S2检测水位120的液体，传感器S3检测水位130 的液体，而传感器S4检测水位140的液体。假设所有传感器都正常地运转，当液体开始填 充容器100时，传感器将按连续的顺序检测液体的存在(即，首先Si，然后S2，然后S3，最后 S4)。图2是示出了浸没在液体中的并具有四个电容传感器S1-S4的泵的各种操作状态 的状态图。尽管在图2中描绘了特定状态/操作，但是，这样的状态/操作是示例性的。因 此，各实施例可以执行图2中没有描绘的其他操作。类似地，各实施例也可以不一定执行图 2的所有操作。例如，在所示出的实施例中，S4被用作故障保护或警报传感器。然而，也可 以实现不利用防故障传感器的其他实施例。状态之间的每一个过渡都与四位二进制数相关联，其中最左边的位代表Si，最右 边的位代表S4等。“1”表明给定传感器检测到液体的存在，“0”表明相反，“X”表明任何一 个读数都可以适用。包括字母“E”接下来是一个或多个数字的指示的状态表明对应的传感 器发生错误或故障。例如，“E13”表示Sl和S3的故障。最初，操作以“Pump Off ”状态开始，泵相应地被关闭。在具有图1中所描绘的传 感器配置的泵的正常操作期间，泵控制将在“PumpOff”和“Pump On”状态之间切换。例如， 随着容器被液体充满，Sl将被覆盖(1000)，然后S2(1100)，然后S3(1110)将被覆盖。一旦 S3检测到液体的存在，则泵被打开(S卩，“Pump On”状态)。泵继续抽出液体，直到S2再一 次露出(1000)。术语ta是泵已经被激活的时间量。只要没有检测到警报状态，当S3被覆 盖时，所示出的实施例将继续激活泵，当S2露出时，去激活泵。在操作过程中，一个或多个传感器可能发生故障，如当介电材料的累积干扰传感 器的读数时。在这样的情况下，甚至在液体不实际存在时，弄脏的传感器将报告存在液体 (即，误报)。在检测到发生故障的传感器时，可以激活警报状态。可以可视地，可听见地， 或用两者的组合，向用户报告警报状态。表1示出了可以被各种实施例使用的示例警报方 案。应该理解，根据其他实施例，也可以使用其他警报方案。可以以许多方式检测传感器的 这样的故障。表1。示例警报方案
警报诊断Al弄脏的传感器
权利要求
一种用于控制浸没在液体中的泵的方法，所述泵包括多个电容传感器，所述电容传感器包括第一电容传感器和位于所述第一电容传感器上方的第二电容传感器，所述方法包括利用所述电容传感器感测液位；在所述第二电容传感器在正常操作模式检测到所述液体之后，激活所述泵；在所述第一电容传感器在所述正常操作模式不再检测到所述液体之后，去激活所述泵；检测一个或多个电容传感器的故障；以及调整所述泵的操作，以补偿所述一个或多个电容传感器的所述故障。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括 响应于检测到所述故障，激活警报状态。
3.如权利要求2所述的方法，其中，激活所述警报状态包括 点亮LED。
4.如权利要求2所述的方法，其中，激活所述警报状态包括 发出可听警报的声音。
5.如权利要求1所述的方法，其中，检测所述故障包括当所述第二电容传感器检测到 所述液体而所述第一电容传感器却没有检测到时，检测到所述第二电容传感器的故障。
6.如权利要求5所述的方法，其中，调整所述泵的操作包括 当所述第一电容传感器检测到所述液体时，激活所述泵；以及当所述液体不再被位于所述第一电容传感器下方的第三电容传感器检测到时，去激活 所述泵。
7.如权利要求5所述的方法，其中，调整所述泵的操作包括 当所述第一电容传感器检测到所述液体时，激活所述泵；以及 在预定的时间段之后，去激活所述泵。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述泵进一步包括位于所述第一电容传感器下方的第三电容传感器， 其中，进一步检测所述一个或多个电容传感器的所述故障包括 检测所述第一和第二电容传感器的故障，以及 其中，进一步调整所述泵的操作包括在所述第三电容传感器检测到所述液体之后，激活所述泵；以及 在预定时间段之后或在所述液体不再被所述第三电容传感器检测到之后，去激活所述泵。
9.如权利要求8所述的方法，其中，检测所述第一和第二电容传感器的故障包括当所述第一和第二电容传感器检测到所述液体而所述第三传感器却没有时，检测到所 述第一和第二电容传感器的所述故障。
10.如权利要求8所述的方法，其中，检测所述第一和第二电容传感器的故障包括 当在所述泵被激活预定时间段之后所述第一和第二电容传感器继续检测到所述液体时，检测所述第一和第二电容传感器的所述故障。
11.如权利要求1所述的方法，其中，检测所述故障包括当在所述泵已经被激活预定时间段之后所述第一电容传感器继续检测到所述液体时， 检测所述第一电容传感器的故障，以及 其中，进一步调整所述泵的操作包括 当所述第二电容传感器检测到所述液体时，激活所述泵；以及 当所述液体不再被位于所述第一电容传感器下方的第三电容传感器检测到时，去激活 所述泵。
12.如权利要求1所述的方法， 其中，检测所述故障包括当在所述泵已经被激活预定时间段之后所述电容传感器继续检测到所述液体时，检测 所有所述电容传感器的故障，以及其中，进一步调整所述泵的操作包括 周期性地激活所述泵所述第一预定时间段；以及 在周期性的泵激活之间，暂停第二预定时间段。
13.如权利要求1所述的方法，进一步包括 检测所述泵的故障；以及响应于检测到所述泵的所述故障，激活警报状态。
14.如权利要求13所述的方法，其中，检测所述泵的所述故障包括 感测流过所述泵的电流；判断所述电流是否在预定边界之外；以及 响应于确定所述电流在预定边界之外，激活警报状态。
15.一种用于处理掉容器中的液体的设备，包括 泵；用于确定所述液体何时达到所述容器中的预定水位的液位传感电路； 用于感测所述预定水位之一的与所述液位传感电路耦合的电容传感器；以及 与所述泵和所述液位传感电路耦合并响应所述液位传感电路的控制电路，所述控制电 路用于控制所述泵，其中，所述控制电路可操作用于检测所述电容传感器的故障，并调整所述泵的操作，以 补偿所述故障。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述液位传感电路包括 用于生成被所述电容传感器用来感测所述液体的电场的电场生成器。
17.如权利要求15所述的设备，进一步包括与所述控制电路耦合的三端双向可控硅开关电路，其中，所述控制电路可操作用于通 过所述三端双向可控硅开关电路来控制所述泵。
18.如权利要求17所述的设备，进一步包括与所述控制电路和所述三端双向可控硅开关电路耦合的电流传感器，其中，所述电流 传感器可操作用于感测流过所述泵的电流，并向所述控制电路提供与所述感测到的电流成 比例的信号，以及其中，所述控制电路进一步可操作用于至少部分地基于所述信号，控制所述泵的操作。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述控制电路可操作用于响应于所述电流传感 器检测到所述电流在预定范围之外的情况，激活警报状态。
20.一种用于处理掉容器中的液体的设备，包括 泵；用于确定所述液体何时达到所述容器中的预定水位的液位传感电路； 用于感测第一液位的与所述液位传感电路耦合的第一电容传感器； 用于感测第二液位的位于所述第一电容传感器上方并与所述液位传感电路耦合的第 二电容传感器；以及与所述泵和所述液位传感电路耦合并响应所述液位传感电路的控制电路，所述控制电 路用于控制所述泵，其中，当所述第二电容传感器报告存在液体而所述第一电容传感器没有报告时，所述 控制电路可操作用于检测所述第二电容传感器的故障。
21.如权利要求20所述的设备，进一步包括用于感测第三液位的位于所述第一电容传感器下方的第三电容传感器， 其中，在不存在任何电容传感器故障的情况下，当由所述第二电容传感器检测到所述 液体时，所述控制电路可操作用于激活所述泵，而当液体不再被所述第一电容传感器检测 到时，去激活所述泵，以及其中，所述控制电路进一步可操作用于通过当由所述第一电容传感器检测到所述液体 时激活所述泵，而当液体不再被所述第三电容传感器检测到时，去激活所述泵，来补偿所述 第二电容传感器的所述检测到的故障。
22.如权利要求21所述的设备，其中，所述第一和第二电容传感器之间的间隔大于所 述第一和第三电容传感器之间的间隔。
23.一种用于处理掉容器中的液体的设备，包括 泵；用于确定所述液体何时达到所述容器中的预定水位的液位传感电路； 用于感测第一液位的与所述液位传感电路耦合的第一电容传感器； 用于感测第二液位的位于所述第一电容传感器上方并与所述液位传感电路耦合的第 二电容传感器；以及与所述泵和所述液位传感电路耦合并响应所述液位传感电路的控制电路，所述控制电 路用于控制所述泵，其中，当在所述控制电路已经激活所述泵预定时间量之后所述第一电容传感器继续报 告存在液体时，所述控制电路可操作用于检测所述第一电容传感器的故障。
全文摘要
本发明涉及电容式液位传感器。这里描述了其中用于控制浸没在液体中的泵的技术，其中，该泵包括多个电容传感器。电容传感器包括第一电容传感器和位于第一电容传感器上方的第二电容传感器。该技术涉及利用电容传感器感测液位，在第二电容传感器在正常操作模式检测到液体之后激活泵，在第一电容传感器在正常操作模式不再检测到液体之后去激活泵，检测一个或多个电容传感器的故障，以及调整泵的操作，以补偿一个或多个电容传感器的故障。
文档编号F04B49/02GK101952592SQ200880124536
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月8日 优先权日2007年12月7日
发明者D·彼得森, M·德雷克塞尔, R·普尔弗马克, S·雷迪斯科 申请人:斯得-莱特工业有限责任公司