[发明专利]一种电容式液位传感器

说明书

技术领域

本发明涉及液位控制领域，更具体地，涉及一种电容式液位传感器。

背景技术

传统液位控制领域，有一种电容式传感器，其原理如下，从物理学可知，当忽略两块平行金属板的边缘效应时，两块平行金属板构成的电容器，如图1示，其电容量C为：

C＝ε_oε_rS/D    (1)

ε_o：真空介电常数，ε_o＝8.85*10^-12(F/m)；

ε_r：极板间介质的相对介电常数，真空介质，ε_r＝1；

S＝极板相互遮盖的面积(m²)；

D＝极板间距(m)；

现有的电容式传感器就是根据公式(1)中三个参量(S、D、ε_r)中任意一个量发生变化，引起电容量C发生改变。也就是说，如果被检测参数(如位移、压力、液位等)的变化引起S、D、ε_r三个参量中之一发生变化，就可利用相应的电容量的改变实现参数测量。因此，常用的电容式传感器通常可分为三大类：极距变化型电容传感器(改变D)、面积变化型电容传感器(改变S)和介质变化型电容传感器(改变ε_r)。这种传感器有个共同的特点，需要两个感应电极，所测电容值是都两个感应电极之间的电容量。在有些密闭的容积、管道或者器皿中，安装另外一个感应电极非常困难或者长时间将感应电极放在溶液中，感应电极会发生腐蚀等情况。

发明内容

针对现有液位传感器的上述缺陷，本发明提供了一种改进的电容式液位传感器，是一种采用“电容电荷转移”的工作方式的单感应电极，同时体积小，造价低的电容式液位传感器。

本发明的一种电容式液位传感器，包括液位感应开关(20)以及微处理器(21)；其中所述液位感应开关(20)具有感应电极(201)；感应电极(201)连接所述微处理器(21)；微处理器(21)通过输入/输出端口(210)连接液位感应开关(20)，对所述液位感应开关(20)反复充放电并检测所述感应电极(201)的感应电容(Cf)生成液位检测信号(AD0，ADf)。

优选的，所述微处理器(21)进一步包括：电容电荷转移电路(211)，对所述液位感应开关(20)及微处理器(21)的寄生电容(Ch)反复充放电和电荷转移；模数转换器(212)，反复采样获得电荷转移后液位感应开关(20)的输入信号值(AD1，ADh)；数字处理模块(213)，对反复采样采样保持模数转换器(212)转换后所获得的所述输入信号值(AD1，ADh)进行寄存、差分比较运算和数字滤波处理取得液位检测信号(AD0，ADf)。

优选的，所述电荷转移电路(211)包括第一充放电端子(RA0)，第一控制开关(K1)，第二充放电端子(RA1)，第二控制开关(K2)以及电荷转移开关(K0)；其中第一充放电端子(RA0)通过所述第一控制开关(K1)连接所述液位感应开关(20)；第二充放电端子(RA1)通过第二控制开关(K2)连接微处理器的寄生电容(Ch)；电荷转移开关(K0)连接所述液位感应开关(20)和所述寄生电容(Ch)并控制二者的电荷转移。

优选的，所述数字处理模块(213)包括寄存器(2131)，寄存经反复采样保持模数转换器(212)转换后所获得的所述输入信号值(AD1，ADh)；差分比较运算模块(2132)，对反复采样保持模数转换器(212)转换后所获得的若干对所述输入信号值(AD1，ADh)进行差分比较运算得到若干个差分信号(ADn)；数字滤波处理模块(2133)，对所述若干个差分信号(ADn)进行数字滤波处理获得所述液位检测信号(AD0，ADf)。

优选的，所述感应电极(201)为一金属片。

优选的，所述感应电极(201)设有密封很薄的绝缘外壳。

本发明的电容式液位传感器采用了“电容电荷转移”的工作原理，当容器内的液体超过或低于所述感应电极时，会使微处理器输入/输出端口连接的电容值发生改变，从而准确的检测出容器内部液位的变化，本发明电容式液位传感器采用一个感应电极，放置在密闭的容积、管道或者器皿的表面，利用电容式触摸感应原理进行液位检测。与传统的“液位传感器”相比，只有一个感应电极，体积很小，准确度高，电路结构简单，抗干扰能力强，增加了产品的可靠性和寿命，降低了产品成本，并且为非接触式，安装、使用、维修均简单方便。

附图说明