一种水位检测系统的制作方法

本发明涉及传感技术领域，特别是一种水位检测系统。

背景技术：

水位检测系统用于测量容器内的水位高度。例如洗衣机在注水时，可以通过水位检测系统来测定洗衣桶内的水位高度。目前普遍使用的洗衣机水位检测系统采用如图图1所示的结构。

参考图1，洗衣桶底部通过软管连接到水位传感器，构成一个连通器的结构。当洗衣桶内水位变化时，会引起水位传感器底部的气室内气压的变化，进而造成橡胶隔膜的上下移动，在橡胶隔膜上连接了一个磁芯圆柱体，磁芯圆柱体放置于一个电感线圈的中心。当该磁芯圆柱体在橡胶隔膜的牵引下上下移动时，电感线圈的电感量L发生变化，通过一个LC振荡频率电路检测谐振频率F的变化。水位高度H和谐振频率F有一个单调的函数关系，从而实现水位高度的检测。

但是现有技术中水位传感器存在以下技术缺陷：

1)个体差异大。每个传感器的水位高度H和谐振频率F的关系曲线都不相同，差异较大，导致测量得到的水位误差较大。

2)水位高度与谐振频率F呈非线性关系。在水位较高时，橡胶隔膜接近形变临界值，形变幅度减小，因此，水位越高，检测误差越大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种水位检测系统，以解决水位测量误差较大的问题。

本发明提出的一种水位检测系统，其包括：

待测水位容器，用于存储一定体积的液体；

导管，其一端与密闭气室连通，另一端与所述待测水位容器连通；

密闭气室，其进气孔与所述导管相连，该密闭气室的顶部与所述待测水位容器的顶部平齐；当待测水位容器中的水位发生改变时，密闭气室中的气压也会发生改变，通过测量密闭气室中气压的变化，能够推算出所述待测水位容器中液体的高度；

防水透气隔膜，位于导管与密闭气室的接口处，能够允许气体分子通过，阻止水分子透过，以保证密闭气室内的气压与导管内气压相等，但又起到防水的作用；

压力检测模块，置于密闭气室，用于测量所述密闭气室内的气压。

本发明提出的上述水位检测系统与现有技术方案相比，具有以下优点：

1)采用微机电系统(mems)批量化加工工艺制备而成的气压传感器对水压进行检测，解决了现有技术方案个体差异大，无法满足精度要求等缺点；

2)通过差压测量法，双传感器测量法和动态调零法等不同方法，消除了外部气压波动对于测量值的影响，能够获得更好的测量量程和线性度。

附图说明

图1为现有技术中洗衣机水位检测系统的二工作原理图；

图2为本发明实施例中水位传感器的简化模型示意图；

图3为本发明实施例中水位传感器的简化模型的理论计算结果示意图；

图4为本发明实施例中水位传感器的工作原理图；

图5为本发明第一实施例中水位传感器的差压测量方法示意图；

图6为本发明第二实施例中水位传感器的差压测量方法示意图；

图7为本发明第三实施例中水位传感器的绝压测量方法示意图；

图8绝对压力采集模块的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出一种基于压力传感器的水位传感器，具有结构简单，测量线性好，一致性高等优点。

下面对本发明的技术方案做进一步详细描述。

水位检测可以抽象为图1所示的模型。其中，左边为待检测水位高度的待测容器，y为待测水位高度，右边为通过导管与所述待测容器联通的密闭气室，x为所述密闭气室中的水位高度，a是水位的基准平面，b是右侧腔室的水平面，d是右侧腔室的直径。右边密闭气室中的气压P1与大气压P0，水柱压强Pwater之间的关系如下式：

P1＝P0+Pwater＝P0+Rho*g*(y-x) (1)

其中，Rho为水的密度，g是重力加速度。通过计算可以得知，

其中h是右边密闭气室的高度，R是理想气体常数，v0是密闭气体体积。图3绘制了上述模型在水位高度y＝0～0.5米范围内与P1的关系曲线图。

计算表明，在0～0.5米高度范围内，洗衣机水位y和密闭气室气压P1之间遵循良好的线性关系。说明可以通过测量P1来返算水位高度y。

基于此，本发明提出了一种水位检测系统。如图4所示，所述水位检测系统包括：

待测水位容器100，该容器用于存储一定体积的液体，本发明所述水位传感器用于测量所述待测水位容器中液体的水平面高度。

导管200，其一端与密闭气室连通，另一端与所述待测水位容器连通；导管的材质为柔软可弯折，可以采用橡胶或者硅胶管；导管的内径为0.1～10mm范围内。

密闭气室301，该密闭气室的进气孔300与导管200相连。当待测水位容器中的水位发生改变时，密闭气室中的气压也会发生改变，通过测量密闭气室中的气压，可以推算出水位的高度。一般来说，该密闭气室的顶部与容器的顶部平齐，其底部的高度相当于公式1中的x。

防水透气隔膜302，防水透气隔膜位于导管200与密闭气室301的接口处，它是一种高分子薄膜，能够允许气体分子通过，但水分子不能透过，这样可以保证密闭气室内的气压与导管内气压相等，但又起到防水的作用。

压力检测模块303，其置于密闭气室内，用于测量所述密闭气室内的气压；

本发明通过在密闭气室内部放置压力检测模块，通过测量气压实现对水位高度的检测。

本发明第一实施例中，所述压力检测模块包括差压传感器，如图5所示。在密闭气室内的压力除了受到水位高度的影响外，同时还受到外部气压的影响。因此要精确测量水位高度，必须消除外部气压波动带来的影响。因此，采用差压传感器可以测量密闭气室与外界环境的压力差。所述差压传感器可以安装在所述密闭气室顶部。

优选地，所述差压传感器为压力应变膜。所述压力应变膜可以是金属应变片或者利用MEMS工艺加工的硅压阻式压力应变膜。

当内部压力P1与外部大气压力P0不相等时，会引起所述压力应变膜膜片的形变，通过测量压敏电阻阻值变化，可以计算得到二者的压力差值，

ΔP＝Pwater＝P1-P0Δ (3)

然后根据测量得到的ΔP，根据公式(1)计算得到水位高度

本发明第二实施例中，所述压力检测模块包括第一压力传感器S1和第二压力传感器，如图6所示。所述第一压力传感器置于所述密闭气室内的顶部，所述第二压力传感器位于所述密闭气室的外部，与所述第一压力传感器相对设置，所述第一压力传感器用于测量密闭气室内的气压P1，所述第二压力传感器用于测量所述密闭气室外部的大气压P0，通过计算二者的差值，也可以返算得到水位的高度。

本发明第三实施例中所述压力检测模块为绝对压力采集模块，如图7所示。该压力检测模块包括气压传感器、单片机和输入/输出管脚。所述气压传感器用于检测待测容器注水前所述密闭气室内的第一气压P11，并检测待测容器中注水后所述密闭气室内的第二气压P12；利用所述第一气压和第二气压之间的差值计算得到水位高度。

ΔP＝Pwater＝P₁₁-P₁₂ (5)

如图8所示，在洗衣机CPU与压力检测模块之间有一根通信信号线RST。每当洗衣机需要注水时，通过通信信号线发送一个脉冲给压力检测模块中的单片机MCU，MCU收到信号后，记录当前压力传感器PSensor检测得到的气压P11为参考气压，随后测量得到的气压P12均以P11为参考气压，该压强的差值ΔP正比于水位高度y。

本方法通过记录进水前的大气压力值P11，避免了大气压力波动带来的水位高度零点的漂移。

本发明所提出的水位传感器不仅可以用于洗衣机，也可以被应用于饮水机，洗碗机等需要进行水位测量的领域。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。