電容式液位傳感器的制造方法
【專利摘要】一種電容式液體液位傳感器，在所述電容式液體液位傳感器中，用于容納所述液體的容器具有導流板，所述導流板在所述容器內部自基部向上延伸，并且所述導流板朝向其頂部錐體化。這意味著在所述容器的底部處所述液體被限制到所述容器的邊緣，對于小量液體其給出了改進的解決方案。當使所述容器傾斜時，所述導流板也擔當抵制液體流的擋板。
【專利說明】電容式液位傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電容式液體液位傳感器。
【背景技術】
[0002]在市場上具有電容式液體液位傳感器的許多范例，所述范例使用電容量來檢測液體液位。
[0003]已知類型的液體液位傳感器包括被用要被感測的液體填充(或部分填充)的柱桶。電容器板電極以加長帶的形式向上延伸到柱桶壁之外。具有圍繞柱桶的一系列電極，所述一系列電極一起定義一對電容器板。由于液體影響在電極之間的電介質介電常數，因此電容量取決于柱桶中的液體液位。液體液位確定電容器面積，在所述電容器面積上該介電常數是有效的。
[0004]該標準電容式液體液位傳感器具有兩個主要缺點。該傳感器對操作角度敏感，并且實際上其具有有限的動態范圍。
【發明內容】
[0005]根據本發明，提供如權利要求1所述的液體液位傳感器。
[0006]本發明提供液體液位傳感器，所述液體液位傳感器包括:
[0007]具有基部的容器，其用于容納基部液體；
[0008]電容器布置，其用于基于所述液體的介電常數和所述容器中所述液體的高度來檢測所述容器中的液體液位；以及
[0009]導流板，其在所述容器之內自所述基部向上延伸，在垂直于所述容器高度的平面中，在所述基部處具有最大面積，而朝向所述導流板頂部面積減少。
[0010]該傳感器設計具有在所述容器之內的導流板。其優選被關于所述容器為中心地放置。結果是所述容器填充的液體液位是液體體積的非線性函數，這使傳感器能夠檢測小液體液位，并且其也使它對操作角度的變化更加寬容。
[0011]導流板能夠具有圓錐體或截頭圓錐體的外部形狀。
[0012]導流板的基部面積優選是容器的基部面積的至少一半。用這種方式，當容器接近為空時，液體體積的小變化引起液體液位的較大變化，因此所述液體液位的較大變化能夠被檢測到。
[0013]導流板優選向上延伸到容器的至少一半。因此，至少對于相對低的液體體積使用導流板。然而，其能夠向上延伸到容器的全部。
[0014]在導流板頂部處的面積不多于導流板的基部面積的一半，使得提供明顯的錐體化。
[0015]電容器布置能夠包括圍繞容器的一系列的平行電容器電極，每個所述平行電容器電極在容器高度的方向上延伸，其中，電極的集合連接在一起，使得具有兩個電容器終端。一系列的平行電容器電極能夠是在柔性印刷電路板上提供的銅軌道，所述柔性印刷電路板被圍繞容器來纏繞。
[0016]能夠提供與容器流體連通的第二容器，所述第二容器用于檢測液體的介電常數。例如，通過測量藥物的固定體積的相對介電常數，這使藥物類型能夠被檢測。所有藥物具有可定義的介電常數，并且一旦這已經被測量，查找表能夠用于確定在第二容器之內填充的藥物。
[0017]第二容器能夠包括被定位在容器下面的柱桶。因此，第二容器將首先填充，并且單個填充口在傳感器的頂部處。也能夠提供圍繞第二容器的電容器電極布置。
[0018]通過范例的方式,容器能夠包括柱桶，所述柱桶具有在1mm至20mm范圍內的內直徑和在1mm至40mm范圍內的高度，并且導流板能夠包括圓錐體或截頭圓錐體，所述圓錐體具有在內柱桶直徑的75%至100%范圍內的基部直徑，所述截頭圓錐體具有在內柱桶直徑的75 %至100 %范圍內的基部直徑和在內柱桶直徑的30 %至60 %范圍內的頂部直徑。第二容器柱桶能夠具有在Imm至5mm范圍內的內直徑。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]現在將參考附圖詳細描述本發明的范例，在附圖中:
[0020]圖1示出了本發明的電容式流體傳感器的容器；并且
[0021]圖2示出了怎樣實施電極陣列的范例。
【具體實施方式】
[0022]本發明提供電容式液體液位傳感器，在所述電容式液體液位傳感器中，用于容納液體的容器具有導流板，所述導流板在容器之內自基部向上延伸，并且所述導流板朝向其頂部錐體化。這意味著在容器的底部處液體被限制到容器的邊緣，對于小量液體其給出了改進的解決方案。當使容器傾斜時，導流板也擔當抵制液體流的擋板。
[0023]圖1示出了本發明的電容式流體傳感器的容器。
[0024]電容式液體液位傳感器包括具有偶數個環繞金屬電極12的容器10所述偶數個環繞金屬電極12是加長的并且被垂直地布置。電極定義兩個相對的電容器板。它們被分割成垂直帶，以使彎曲PCB成為可能，所述PCB承載圍繞容器的電極。
[0025]容器之內的液體具有介電常數，并且電容量成比例于介電常數，并且因此一般成比例于液體液位。
[0026]例如，利用提供串行輸出的電容器測量芯片能夠測量電容量。
[0027]來自電極的電場線垂直于電極伸展(即徑向橫穿容器)，并且最接近電極的電場最強。電場強度也意味著最靠近電極的液體具有關于電容量的最大影響。
[0028]如果傾斜容器，歸因于在電極與液體之間的不同的(和復雜的)交互，電容量將改變。傳統的電容式液體液位傳感器將遭受來源于其操作角度的誤差，所述誤差近似成比例于所述容器包含的液體量。如果容器充滿液體，那么其能夠被移動任何角度，并且在感測電容器板之內包含的液體量將保持相同，因此沒有誤差。
[0029]然而，如果容器填充一半的液體，那么，例如在45ο角度(在容器的直徑對側的電容器板之間)，一個電容器板將比其他電容器板接觸明顯更少的液體。盡管液體將比先前更高一個電極，但是由于在充滿液體電介質的電極之間的面積將已經減少，因此電容量將減少。電容量成比例于在板之間的(充滿)液體的面積，電容量將更少，因此引起誤差。
[0030]本發明的容器具有導流板14，所述導流板14在容器內部自基部向上延伸。導流板在其向上的方向上錐體化，使得其在基部處(在垂直于容器高度的橫截面上)具有更大面積，而朝向導流板的頂部面積減少。這意味著在容器中液體越低，液體被迫駐留靠近外壁，并且因此越靠近電極。
[0031]用這種方式，液體量的小幅增加促使液體液位的大幅增加，給出增加的動態范圍。具體地，靈敏度成比例于包含的液體量。當容器為空時，液體的小幅增加給出通過電容器板看到的液體的大幅增加。當容器幾乎為滿時，液體的小幅增加給出通過電容器板看到的液體的小幅增加。
[0032]通過添加內部導流板來減小起因于傾斜的誤差。由于容器和導流板壁的表面張力，當具有傾斜時，導流板擔當擋板來減小液體移動。這減小了關于傳感器輸出的角度的影響。導流板也迫使液體接近電極，具有減小傾斜誤差的作用。
[0033]在示出的范例中，導流板具有圓錐體或截頭圓錐體的外部形狀。這意味著(在垂直平面中的)導流板的外部包膜是直的。然而，這不是必要的，并且導流板能夠以非線性方式減小表面面積。如圖1所示，導流板的基部面積能夠對應于容器的基部，或其僅能夠部分地覆蓋容器的基部。在導流板的底部處的面積優選是容器的基部面積的至少一半，以提供增加的靈敏度。
[0034]如圖1所示，導流板能夠向上延伸到容器的全部，但其僅能夠部分地向上延伸到容器體積，例如向上延伸到至少一半。導流板能夠是圓錐體的(即錐體化成在頂部處的點)或截短(截頭)圓錐體的。在截短圓錐體的情況下，錐體化使得在導流板的頂部處的面積不多于導流板的基部面積的一半。
[0035]圖1也示出了第二容器16。這與主容器流體連通，并且持有小量液體。所述第二容器16首先填充，并且因此在液體液位感測容器下面。該第二容器用于(以已知方式)通過測量其介電常數來建立在腔室之內填充的藥物類型。然后該介電常數能夠用于尋址藥物介電常數值的查找表。
[0036]因此，圖1的傳感器基本上包括兩個柱桶形容器。通過范例的方式，主容器典型地為20_高，15_內直徑。在該容器之內是圓錐形導流板，典型地在底部處為13_直徑，在頂部處為6mm直徑。圍繞柱桶的外部邊緣是一系列的電容器板。
[0037]第二柱桶典型地為1mm高，3mm直徑。同樣地，圍繞該第二容器柱桶的外部邊緣是一系列的電容器板。
[0038]兩個電容器板布置中的每個能夠通過圍繞相應的柱桶纏繞柔性PCB來形成，電容器電極板由銅PCB軌道制成。
[0039]圖2示出了一個這樣的柔性PCB布置18。電容器電極12被示出為定義兩個電容器板的兩組12a、12b，并且它們連接到電容量測量電路20。PCB承載被示意性地示出為22的其他電路部件。每個電容器電極在容器高度的方向上延伸，兩個電極的集合連接在一起，使得具有兩個電容器終端。
[0040]以上已經給出了特定的典型尺寸的范例。更一般地，主容器柱桶能夠具有在1mm至20mm范圍內的內直徑和在圍1mm至40mm范圍內的高度，并且導流板能夠包括圓錐體或截頭圓錐體，所述圓錐體具有在內柱桶直徑的75%至100%范圍內的基部直徑，所述截頭圓錐體具有在內柱桶直徑的75%至100%范圍內的基部直徑和少于內柱桶直徑的60%，或更優選地在內柱桶直徑的30 %至60 %范圍內的頂部直徑。
[0041]在以上范例中，容器是圓形柱桶形的，并且導流板是圓錐體形的。然而，容器能夠是任何形狀，例如多邊柱桶。那么導流板能夠是具有基部的角錐體(或截短角錐體)，所述角錐體具有與容器形狀相同的多邊形狀。
[0042]以上范例具有兩個容器。例如，如果不要求對液體的分析，本發明能夠被實施僅具有主容器,并且僅需要液體液位感測功能。
[0043]已經示出了電容布置的僅一個范例，具有圍繞容器各處的電極。然而，可以具有其他布置。例如，可以具有在直徑上對著彼此的恰好兩根電極線。可以具有圍繞容器以90度間隔的四個電極。這能夠定義兩個電容器，所述兩個電容器能夠以串行方式被測量。因此，代替具有兩個固定電容器終端和單個電容量測量，對于兩對或更多對對立的電極能夠按順序地進行獨立的電容量測量。因此，各種電容器終端布置是可能的。
[0044]本發明能夠被使用在任何液體檢測，液體液位感測或液體施予設備中。
[0045]在說明書和權利要求書中，傳感器被描述為具有在容器內部的導流板。當然，所述導流板可以被構建為單個模鑄的部件。
[0046]本領域技術人員通過研究附圖、公開內容以及權利要求，在實踐請求保護的發明時能夠理解和實現對所公開的實施例的其他變型。在權利要求書中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。盡管在互不相同的從屬權利要求中記載的特定措施，但是這并不指示不能有效地使用這些措施的組合。權利要求中的任何附圖標記都不應被解釋為對范圍的限制。
【權利要求】
1.一種液體液位傳感器,包括: 具有基部的容器(10)，其用于容納所述液體； 電容器布置(12)，其用于基于所述液體的介電常數和在所述容器中的所述液體的高度來檢測在所述容器中的所述液體液位；以及 導流板(14)，其在所述容器內部自所述基部向上延伸，在垂直于所述容器高度的平面上，在所述基部處具有最大面積，并且朝向所述導流板的頂部面積減少。
2.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述導流板(14)具有圓錐體或截頭圓錐體的外部形狀。
3.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述導流板(14)的基部面積是所述容器的基部面積的至少一半。
4.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述導流板(14)向上延伸到所述容器的至少一半。
5.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述導流板(14)向上延伸到所述容器的全部。
6.如權利要求1所述的傳感器，其中，在所述導流板(14)的所述頂部處的面積不多于所述導流板的所述基部面積的一半。
7.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述電容器布置包括圍繞所述容器的一系列平行的電容器電極(12)，每個所述平行的電容器電極(12)在所述容器高度的方向上延伸，其中，電極的集合(12a、12b)連接在一起，使得具有兩個電容器終端。
8.如權利要求7所述的傳感器，其中，所述一系列平行的電容器電極是被提供在柔性印刷電路板(18)上的銅軌道，所述柔性印刷電路板(18)被圍繞所述容器(10)來纏繞。
9.如權利要求1所述的傳感器，還包括第二容器(16)，所述第二容器(16)與所述容器流體連通，用于檢測所述液體的介電常數。
10.如權利要求9所述的傳感器，其中，所述第二容器(16)包括被定位在所述容器(10)下面的柱桶。
11.如權利要求10所述的傳感器，其中，所述第二容器柱桶具有在Imm至5_范圍內的內直徑。
12.如權利要求9所述的傳感器，包括圍繞所述第二容器的電容器電極布置。
13.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述容器(10)包括柱桶，所述柱桶具有在10_至20mm范圍內的內直徑和在1mm至40mm范圍內的高度，其中，所述導流板包括圓錐體或截頭圓錐體，所述圓錐體具有在所述內柱桶直徑的75%至100%范圍內的基部直徑，所述截頭圓錐體具有在所述內柱桶直徑的75%至100%范圍內的基部直徑和少于所述內柱桶直徑的60%的頂部直徑。
14.如權利要求13所述的傳感器，其中，所述導流板包括截頭圓錐體，并且所述頂部直徑在所述內柱桶直徑的30%至60%的范圍內。
【文檔編號】G01F23/26GK104364621SQ201380031105
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年6月10日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】M·J·R·萊伯德 申請人:皇家飛利浦有限公司