专利名称：液位液温测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液位液温测量装置，特别是一种用于对储水式家电的水箱中
的水位和水温进行检测的电容式液位液温测量装置。
背景技术：
在储水式家电产品，例如太阳能热水器等中，需要对水箱中的水温和水位进行检 测从而进行控制。用于水位和水温检测的液位液温测量装置的精度、可靠性和使用寿命是 影响其质量的关键问题。 现有的电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属 棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质 即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数e l和液面上气体的介电常数e2不同， 比如e 1 > e 2，当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反 之，当液位下降时，总的介电常数值减小，电容量也减小。所以，可通过两电极间的电容量的 变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有 e l和e 2的值恒定才能保证液位测量准确。因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有 绝缘层覆盖。电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压的介质的 液位测量。 将金属电极的输出信号经由信号变换器转换为标准信号后，即可将输出结果传送 至主机以进一步处理。 在实用新型专利02221008. 3中公开了上述类型的液位液温变送器。所述液位液 温变送器包括由绝缘软管隔离的多级管状电极串接成的测试棒、设置于测试棒一端的转接 盒、以及位于所述转接盒内的变送部件和接线端子。其中，测试棒上的电极为激励电极，容 器内胆构成阴电极。另外，在测试棒上还安装有测温元件，这样可以对水位和水温同时进行 在上述类型的液位液温变送器中，电极和测温元件都是经导线与变送元件相连。 使用导线对测试信号进行传输，当导线较长时，可能会产生噪音并容易受到外界环境的干 扰，导致影响传输的精确度不高，稳定性较差。另外，当为了提高测量的精度而设置数量较 多的电极时，由于每个电极上都会引出导线，因此会导致导线的数量较多，不便于安装和维 修。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种液位液温测量装置，其能够避免由于导线的长度 较长而对信号传输的精确度和稳定性造成影响，并能够避免由于导线数量较多而不便于安 装和维修。 —种液位液温测量装置，包括包覆有绝缘套管的长条状的测量元件和信号转换线 路板，测量元件的输出端与所述信号转换线路板的输入端联接，测量元件由安装有电极和温度传感器的PCB板构成，所述电极和温度传感器通过PCB板上的布线与信号转换线路板 电连接。 以在PCB板上布线代替普通的导线，可以减小噪音，提高信号传输的精确度，使传 输信号不易受外界环境的干扰，提高传输的稳定性。另外，将传输电路集成在PCB板上，使 得测量装置的整体结构更加紧凑，易于安装和维修。 铜箔制成的电极沿PCB板的纵向相间设置于其上。 通过在PCB板的不同纵向位置上设置电极，使得液位液温测量装置具有多个测量 档位，也就是说，可以测量出多个不同高度上的水位。电极数量越多，则能够测定的档位越 多，测量精度也就越高。 NTC电阻制成的温度传感器安装在PCB板长度的二分之一处。 根据水的温度梯度特性，在PCB板的中部设置温度传感器，测得的温度基本为平
均水温，可以从整体上反应水箱内的水温情况。当然也可以在不同的高度上设置多个温度
传感器，以达到更高的测量精度。然而，在普通的生活用水中，采用在PCB板长度的二分之
一处安装温度传感器已经能够满足用户的要求。 还包括用于连接所述测量元件和由信号转换线路板和变送器壳体构成的变送器 的密封连接组件，所述密封连接组件包括密封圈、连接套管和活套螺母。另外，所述变送器 壳体内灌注有绝缘胶。 通过密封连接组件和灌胶对测量元件和信号转换线路板进行密封，可以使其与水 隔绝，免受水质和外界影响，大大地提高液位液温测量装置的使用寿命。
下面参照附图对本实用新型进行详细说明。
图1为本实用新型的液位液温测量装置的分解立体图； 图2为本实用新型的液位液温测量装置的立体图； 图3为本实用新型的液位液温测量装置的检测原理示意图； 图4为本实用新型的变送器13的信号转换电路板3的电路结构方框图。
具体实施方式如图1所示为本实用新型的液位液温测量装置的分解图，包括包覆有绝缘套管2 的测量元件、变送器13和使所述测量元件和变送器13相连的密封连接组件14。 绝缘套管2是由耐高温、耐腐蚀的橡胶材料制成；测量元件由安装有电极和温度 传感器(未示出)的长条状PCB (Printed Circuit Board印刷电路板)板1构成，所述电 极例如由铜箔制成，所述温度传感器例如为NTC (Negative Temperature Coefficient负温 度系数)电阻，铜箔电极和NTC电阻的输出引线均在PCB板上进行走线；变送器13由信号 转换线路板3和变送器壳体构成，组成所述变送器壳体的两个相互连接或卡合的外壳4、5 通过螺钉对容纳于其中的信号转换线路板3进行固定；密封连接组件包括密封圈7、连接套 管9和活套螺母8。 PCB板1的一端从绝缘套管2中伸出，穿过金属制的连接套管9延伸至变送器13 输入端的外壳内，与信号转换线路板3通过插针焊接。在变送器的上外壳4的四角上设有螺钉孔IO，在信号转换线路板3和下外壳5的相应位置上设有螺钉柱ll，从而可以使用螺 钉将信号转换线路板固定在上下外壳中。 在变送器13外壳的输入端的侧面上，由上下外壳4、5共同形成与连接套管9相配 合的套管15。在连接套管9和套管15的相应位置上也形成有螺钉孔23，从而通过连接套 管9对PCB板1和变送器之间的连接进行加固，避免连接PCB板的输出端与信号转换线路 板3输入端的焊点发生松动，保证有效连接，并对PCB板上的印刷电路起到保护作用。 另外，在变送器13外壳的输出端的侧面上，在上下外壳4、5连接处设有导孔12。 用于输出信号的导线6被焊接或插接在信号转换线路板3上，导线6可以绕过螺钉柱11固 定，随后从导孔12穿出，与远距离的控制主板连接。所述导孔的直径可以设置为，当对变送 器的上下外壳4、5进行装配时，能刚好将导线卡住，从而保证变送器的密封性能。 为了防止变送器13的外壳进水，或受到其它的外界作用而对PCB板的工作产生影 响，可以在变送器外壳内进行灌胶防水处理。 如图2所示为装配好的液位液温测量装置的立体图。当完成装配后，需要将液位 液温测量装置固定安装在水箱等容器中。在水箱等容器中安装液位液温测量装置的位置上 形成有外螺纹连接件(未示出)，该连接件的外螺纹与图1中所示的活套螺母8的内螺纹相 配合。这样，可以通过将活套螺母8拧在水箱等容器的螺纹连接件上，而将液位液温测量装 置整体固定。 上述PCB板1的长短可以根据待测容器，即水箱的尺寸进行选择，而其上设置的电 极数量也可以随所需的测量精度而定，也就是说，需要几档水位，布置几个电极即可，例如， 若需用一档水位，布置一个电极即可。当然，电极数量越多，则能够测定的档位越多，测量精 度也就越高。该多个电极可以以一定的间距沿PCB板1的纵向设置于其上。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， 并且由于线路的增加而使得PCB板的面积和体积加大。在一般的应用中，可选择在PCB板 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。 下面参照图3对本实用新型的液位液温测量装置的检测原理进行说明。由于测量 元件，即PCB板1在水箱17中竖直地安装并在水箱的整个高度上延伸，因此PCB板1上的 多个电极18依次分布在水箱17中的不同高度上，而作为温度传感器的NTC电阻19大致位 于PCB板以及水箱17的中部。作为电容式液位液温测量装置中另一极的水箱壁接地，也就 是说，"大地"构成电容器的另一极。 随着水箱17中的水量增加，水箱17中的水位上升。当水位没有达到PCB板上的 电极时，电极通过空气介质与"大地"之间的电容量保持不变。当水位上升至电极时，由于 空气和水的介电常数相差很大，电极通过水介质与"大地"之间的电容量发生改变。反之， 当水位下降时情况亦然。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。 由PCB板上的电极和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4所示为变送器13的信号转换电路板3的电路结构方框图。信号转换电 路板3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信号，根据预设的程序进行计算得出相应的水位值，然后由导线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。
权利要求一种液位液温测量装置，包括包覆有绝缘套管(2)的长条状的测量元件和信号转换线路板(3)，测量元件的输出端与所述信号转换线路板(3)的输入端联接，其特征在于，测量元件由安装有电极(18)和温度传感器(19)的PCB板(1)构成，所述电极(18)和温度传感器(19)通过PCB板(1)上的布线与信号转换线路板(3)电连接。
2. 根据权利要求l所述的液位液温测量装置，其特征在于，电极(18)沿PCB板(1)的 纵向相间设置于其上。
3. 根据权利要求2所述的液位液温测量装置，其特征在于，所述电极(18)为铜箔。
4. 根据权利要求l所述的液位液温测量装置，其特征在于，温度传感器(19)安装在 PCB板(1)长度的二分之一处。
5. 根据权利要求l所述的液位液温测量装置，其特征在于，所述温度传感器(19)为 NTC电阻。
6. 根据权利要求1所述的液位液温测量装置，其特征在于，还包括用于连接所述测量 元件和由信号转换线路板(3)和变送器壳体构成的变送器(13)的密封连接组件，所述密封 连接组件包括密封圈(7)、连接套管(9)和活套螺母(8)。
7. 根据权利要求6所述的液位液温测量装置，其特征在于，所述变送器壳体内灌注有 绝缘胶。
专利摘要本实用新型提供一种液位液温测量装置，包括包覆有绝缘套管的长条状的测量元件和信号转换线路板，测量元件的输出端与所述信号转换线路板的输入端联接，测量元件由安装有电极和温度传感器的PCB板构成，所述电极和温度传感器通过PCB板上的布线与信号转换线路板电连接。所述液位液温测量装置能够避免由于导线的长度较长而对信号传输的精确度和稳定性造成影响，并能够避免由于导线数量较多而不便于安装和维修。
文档编号G01F23/26GK201488834SQ20092017040
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者史晓帆, 朱旬, 杜佐兵, 王世超, 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