專利名稱：電阻式液位檢測和控制系統(tǒng)的制作方法
本專利申請與1998年6月4日提出的申請?zhí)枮?9/090，439、名稱為“電阻式液位檢測和控制系統(tǒng)”的美國專利申請同為等待審批的申請，并同時轉(zhuǎn)讓給本申請人，結(jié)合于此以供參考。
一般說來，本發(fā)明涉及非漂浮式液位傳感器，尤其涉及一種用于檢測和控制容器內(nèi)液位的電氣系統(tǒng)。
用于導(dǎo)電的和部分導(dǎo)電的液體液位測量的電阻式液位傳感器已為眾所周知，而且它們比飄浮的機械式傳感器具有更多優(yōu)點，包括基本上消除敏感零件的腐蝕，降低成本，以及改善精確度和可靠性。
作為參考的名稱為《電阻式液位檢測和控制系統(tǒng)》的美國專利US.09/090，439公開了一種液位傳感器，一般包括一對位于容器內(nèi)，例如洗滌機水槽內(nèi)的碳或聚合物電阻膜片元件。容器內(nèi)導(dǎo)電和部分導(dǎo)電的液體在電阻元件之間提供了較低的電阻或短路、通路，從而形成串聯(lián)連接。電阻元件之間的電阻與容器內(nèi)的液位成比例地連續(xù)變化。橫跨串聯(lián)電阻元件所測量到的輸出電壓的相應(yīng)變化，指出了容器內(nèi)的液位，而且在典型的洗滌機應(yīng)用中，輸出電壓用于控制洗滌機的液體供應(yīng)。對此，還可參閱名稱為《液位傳感器》的美國專利US.5，083，460。
名稱為《容器內(nèi)液體量檢測系統(tǒng)》的美國專利US.4，169，377公開了一種液位檢測系統(tǒng)，在可流動物質(zhì)內(nèi)布置有一對串聯(lián)連接的電阻元件，這對電阻元件之間的電阻值直接與液位成某一比例。每個電阻元件都包括一根與可流動物質(zhì)電絕緣的電阻條。每一根電阻條有多個電極，電極之間相互間隔，與可流動物質(zhì)之間為電接觸，從而電阻元件的電阻值隨可流動物質(zhì)液位的改變而直接變化。
名稱為“帶有電阻/導(dǎo)電聚合物的非漂浮式液位計”的美國專利US.5，626，053公開了一種單根拉長的電阻元件，它位于電接地的儲液罐內(nèi)。該電阻元件沿其垂直長度具有與儲液罐橫剖面的變化相對應(yīng)的非均勻橫剖面，用來補償電阻元件與電接地的儲液罐側(cè)壁之間的距離變化。
本發(fā)明在液位檢測方面作出改進，特別是對電阻式液位傳感器和系統(tǒng)作出改進。
本發(fā)明的一個目的，是提供一種新的電阻式液位傳感器和系統(tǒng)，使其更加經(jīng)濟、并可克服已有技術(shù)的問題。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種新的電阻式液位傳感器和系統(tǒng)，使其更加精確可靠。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種新的電阻式液位傳感器和系統(tǒng)，使其更加安全。
本發(fā)明的還有一個目的，是提供一種新的電阻式液位傳感器和系統(tǒng)，可連續(xù)地檢測液位的變化。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種新的電阻式液位傳感器和系統(tǒng)，可不連續(xù)地檢測液位的變化。
本發(fā)明還有一個目的，是提供一種新的電阻式液位傳感器和系統(tǒng)，用來檢測儲液罐的液位，例如洗滌機水槽內(nèi)的液位，而且當(dāng)罐內(nèi)液位達到某一設(shè)定高度時，就停止向儲液罐供應(yīng)液體。
本發(fā)明再有一個目的，是提供一種新的電阻式液位傳感器和系統(tǒng)，用來檢測電接地的儲液罐的液位，例如洗滌機水槽內(nèi)的液位。
本發(fā)明一個較特殊的目的，是提供一種新的液位檢測系統(tǒng)，它一般包括一個其上端部位于儲液罐的上部、其下端部位于儲液罐下部的電阻元件，電阻元件的每單位長度的電阻值可在儲液罐的上、下部之間變化。該系統(tǒng)還包括一根其長度大致和電阻元件相同的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電條。儲液罐內(nèi)的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電條一般與電阻元件相平行，并與電阻元件在儲液罐內(nèi)處于大約相同的高度本發(fā)明另一個較特殊的目的，是提供一種新的液位檢測系統(tǒng)，它通常包括一個上端部位于儲液罐的上部、下端部位于儲液罐下部的電阻元件，其中電阻元件的每單位長度的電阻值朝儲液罐下部增加，朝儲液罐上部減少。該系統(tǒng)還包括一根其長度大致與電阻元件相同的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電的條。導(dǎo)電條與電阻元件大致平行，并與電阻元件處于儲液罐內(nèi)的大約相同的高度。
本發(fā)明還有一個目的，是提供一種新的液位檢測電阻元件，它大體包括一根電絕緣的半導(dǎo)電膜片條，該半導(dǎo)電膜片條包含多個鍍敷在一塊非導(dǎo)電基板上的寬度離散分布的條部分。電阻元件的每個條部分都具有相應(yīng)的寬度，其中朝向非導(dǎo)電基板第一端部的寬度尺寸大于朝向與之相反的第二端部的寬度尺寸。多個電極間隔地置于非導(dǎo)電基板上，并分別與離散條部分中的相應(yīng)條偶連。
本發(fā)明的還有一個目的，是提供一種新的液位檢測電阻元件，它通常包括一根鍍敷在一塊非導(dǎo)電基板上的電絕緣半導(dǎo)電膜片條，該半導(dǎo)電膜片條的寬度存第一端部和第二端部之間帶有連續(xù)變窄的斜度，因而半導(dǎo)電膜片條的第一端要寬于第二端。
本發(fā)明的上述和其它目的、情況、特點和優(yōu)點，在下面有關(guān)本發(fā)明的詳細敘述和對附圖的仔細思考中，將變得容易理解。為了易于理解這些附圖未按比例來畫，其中凡是相同的結(jié)構(gòu)或步驟一般皆用相應(yīng)的號碼和標記來標明。


圖1為液位檢測和控制系統(tǒng)10，它大體包括一個液位檢測系統(tǒng)部分，用來檢測容器20內(nèi)導(dǎo)電或至少部分導(dǎo)電液體的液位，以及一個控制系統(tǒng)部分，用于根據(jù)液位傳感器部分提供的信號對液體供應(yīng)進行控制。
在本發(fā)明的一個典型應(yīng)用中，容器20是一個洗滌機水槽，而系統(tǒng)10對水槽內(nèi)的液位進行檢測，并根據(jù)檢測到的特定水位高度停止向水槽供水，如以下所述。尤其是，系統(tǒng)10可用于任何需要對容器內(nèi)液位進行檢測或探測的地方，并且在有些實施例中還用來控制容器內(nèi)的液位。
容器20通常具有一個上部22和一個下部24，在洗滌機水槽的典型應(yīng)用中，該容器的上、下部之間大致具有恒定的橫剖面。在其它一些容器中其上部和/或下部并不具有嚴格恒定的橫剖面，例如容器在側(cè)部21和底端23之間構(gòu)成的輪廓形狀。其它一些容器可能具有從上側(cè)部延伸出來的帶錐度的上頸部分或封蓋部分。在另一個實施例中，容器可能具有任意形狀的橫剖面。
液位檢測系統(tǒng)部分通常包括一個位于容器內(nèi)的電阻元件，其中，電阻元件的上端部位于容器的上部，電阻元件的下端部位于容器下部。在大多數(shù)應(yīng)用中，電阻元件在容器內(nèi)最好作垂直布置。
一般來說，輸入信號施加在布置于容器內(nèi)的電阻元件上。橫跨電阻元件的輸出信號即隨容器內(nèi)液位的改變而變化，并指出其中的液位，如下所述。
在圖1所示的典型實施例中，例如一個輸入電壓信號Vs經(jīng)過一個串聯(lián)的電阻器R0施加到電阻元件Rs上，電阻R0的第一端與該電阻元件的上端部相連。在圖1中，只有一個單獨的電阻元件Rs位于容器20內(nèi)，而且該容器是電接地的，用虛線接地符號12所示。輸出信號是在電阻元件Rs的上端部和電接地端之間橫跨電阻元件Rs來測量的。在另一個實施例中，則沒有串聯(lián)的電阻元件。在另一些實施例中，容器不是電接地的，而是兩個相似的電阻元件以電串聯(lián)的形式并列地置于容器內(nèi)。
一個或多個電阻元件的單位長度電阻值在容器的上、下部之間最好是可變化的。電阻元件在容器上、下部之間的電阻值的變化，有利于補償電阻元件中電阻容差的變化。電阻值的變化也可對環(huán)境變化進行補償，因為環(huán)境變化會影響檢控系統(tǒng)。
在一個實施例中，電阻元件的單位長度電阻值隨著朝向該電阻元件的下端部增加，朝向該電阻元件的上端部則減少。因此在圖1的實施例中，電阻元件Rs的電阻值在朝向該電阻元件的下端部時增加，在朝向該電阻元件的上端部時減少。在這個實施例中，電阻元件Rs的隨單位長度變化的電阻值為橫跨電阻元件Rs的輸出電壓信號和容器內(nèi)液位之間提供了較好的線性關(guān)系?？墒窃诹硪粋€實施例中，電阻元件Rs的單位長度電阻值可以變化，以提供另一種非線性關(guān)系，這根據(jù)特殊應(yīng)用而定。
在一個實施例中，電阻元件的單位長度電阻值在其上、下端之間連續(xù)變化。例如在圖2的典型實施例中，電阻元件是一根鍍敷在非導(dǎo)電的基板34上的半導(dǎo)電膜片條32。半導(dǎo)電膜片條32的寬度，在其上端部31和下端部33之間連續(xù)地變窄而帶有斜度，其中半導(dǎo)電膜片條的上端部比半導(dǎo)電膜片條的下端部要寬。
在圖2的典型實施例中，第一和第二電觸頭35和37位于非導(dǎo)電基板34的上端部，且接近半導(dǎo)電膜片條的上部。第一和第二電觸頭35和37最好是鍍敷在非導(dǎo)電基板34上的導(dǎo)電物質(zhì)。第一電觸頭35直接與半導(dǎo)電膜片條32的上端相偶連，而第二電觸頭37則通過另一導(dǎo)電或部分導(dǎo)電條39與半導(dǎo)電膜片條32的下端相偶連，導(dǎo)電或部分導(dǎo)電條39用與電觸頭37相同的材料或用與半導(dǎo)電膜片條32相同的材料來制成。
導(dǎo)電或部分導(dǎo)電條39一般與半導(dǎo)電膜片條32相平行。導(dǎo)電或部分導(dǎo)電條39與半導(dǎo)電膜片條32的長度大約相等，并在導(dǎo)電基板34上的高度位置相同。在典型實施例中，導(dǎo)電或部分導(dǎo)電條39直接與半導(dǎo)電膜片條32的下端相偶連，但這種直接偶連并非必要，因為容器內(nèi)的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電的液體將提供一個與容器內(nèi)液位有關(guān)的不同液位之間的導(dǎo)電通路。
在一個典型液位檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，圖2的電阻元件32垂直置于容器內(nèi)，一個輸入信號通過如圖1所示的與非導(dǎo)電基板34的第一電觸頭35相偶連的串聯(lián)電阻器R0施加到膜片條32的上端部。在一個實施的洗滌機應(yīng)用的電路中，其第二電觸頭37是接地的。
在操作中，當(dāng)容器內(nèi)的液位改變時，由于液體與半導(dǎo)電膜片條32和電接地的條39相接觸，半導(dǎo)電膜片條32被短路接地。橫跨電阻元件的輸出信號在電觸頭35和37之間進行測量。因為接地條39與半導(dǎo)電膜片條32大體平行，并處于相同高度，因此容器橫剖面的變化大致上不會影響橫跨電觸頭35和37上測到的電阻值，并對輸出信號也沒有不利的影響。
橫跨膜片條32的輸出信號，尤其是，電觸頭35和37之間的輸出信號的變化與容器內(nèi)的液位成一連續(xù)的比例。帶斜度的膜片條32的寬度，最好選擇成能使橫跨膜片條32的輸出信號隨容器內(nèi)液位的改變大致作線性變化。特殊的帶斜度的半導(dǎo)電膜片條32的寬度一般與特殊的電路有關(guān)，并且本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，無須試驗即可容易地通過計算或通過嘗試來確定該寬度。該連續(xù)變化的輸出信號，可以用于指示容器內(nèi)液位，或在某些應(yīng)用中對容器內(nèi)液位進行控制，以下將進一步討論。
在另一個實施例中，電阻元件單位長度的電阻值在該電阻元件上、下端部之間作離散變化。在一個電路中，多個電極在上、下端部之間相互間隔地置于電阻元件上。每個電極最好都與具有不同電阻值的電阻元件的相應(yīng)部分相偶連。該電阻元件與液體絕緣，但這些電極暴露在液體中。
在圖3的典型實施例中，電阻元件是鍍敷在非導(dǎo)電基板50上的半導(dǎo)電膜片條40。膜片條40包括多個寬度尺寸離散分布的條部分41、43、45和47，每條都有相應(yīng)的寬度，在半導(dǎo)電膜片條的上、下端之間遞減。半導(dǎo)電的膜片條40與液體電絕緣，例如用另一非導(dǎo)電基板(圖中未示出)把膜片條40覆蓋起來。
圖3中，多個電極相應(yīng)地為鍍敷在非導(dǎo)電基板50上的多個導(dǎo)電膜片部分42、44、46和48，它們分別相應(yīng)地與寬度離散分布的條部分41、43、45和47相偶連。在另一個實施例中，膜片條40可以具有數(shù)目更多或更少的離散分布的條部分，以及相應(yīng)的電極。最好是，僅僅將電極暴露在容器內(nèi)的液體中，但在某些實施例中，半導(dǎo)電膜片條40也可以暴露在容器內(nèi)。
在圖3中，一個鍍敷在非導(dǎo)電基板50上的第二半導(dǎo)電膜片條52構(gòu)成一個串聯(lián)電阻。第二半導(dǎo)電膜片條52與液體電絕緣，并具有一個通過鍍敷在非導(dǎo)電基板50上的導(dǎo)電膜片條53來與第一半導(dǎo)電膜片條40的第一端部相偶連的第一端部。導(dǎo)電膜片條53也與液體電絕緣。圖3中的第二半導(dǎo)電膜片條52可以選擇，而且應(yīng)與圖1中的串聯(lián)電阻R0相對應(yīng)。在其它實施例中，串聯(lián)電阻可以與非導(dǎo)電基板相隔開。在另一些實施例中，不需要串聯(lián)電阻。
在圖3的典型實施例中，第一和第二電觸頭54和56位于非導(dǎo)電基板50的上部，并接近膜片條40的上部。第一電觸頭54直接與膜片條40的上端相偶連，而第二電觸頭56則與另一膜片條51相偶連，膜片條51用與電觸頭56同樣的導(dǎo)電材料，或用一種半導(dǎo)電材料來制成。膜片條51在非導(dǎo)電基板的上、下之間延伸并大體平行于膜片條40，并處于相同的高度。另外，膜片條51可與電阻元件40的下部相偶連，如圖2的實施例所示。
圖3的典型實施例還包括一個位于非導(dǎo)電基板50上部的第三電觸頭58。第三電觸頭58利用一根導(dǎo)電條60與串聯(lián)電阻膜片條52的第二端相偶連，導(dǎo)電條60最好也與液體相絕緣。
在另一典型的液位檢測系統(tǒng)中，圖3的電阻元件大致垂直地置于容器內(nèi)，并把一個輸入信號施加到膜片條40的上端，例如借助偶連到第三電觸頭58上的輸入信號源，這樣輸入信號就通過串聯(lián)電阻52來施加。在一個適合于電接地的洗滌機應(yīng)用的典型電路中，第二電觸頭56是接地的。
在操作中，當(dāng)容器內(nèi)液位改變時，由于液體與一個或多個電觸頭和暴露在液體中的電接地膜片條51相接觸，膜片條40的一部分被離散短路并電接地。膜片條40也暴露在液體中。橫跨電阻元件的輸出信號在電觸頭54和電觸頭56之間，或橫跨兩者來測量。因為容器內(nèi)液體只與電極42、44、46和48以及接地的膜片條51相接觸，因此橫跨半導(dǎo)電電阻元件40的信號輸出，僅當(dāng)與相鄰兩電極之間的距離相對應(yīng)的液位變化時才發(fā)生改變。
用電阻元件探測到的液位的數(shù)目與半導(dǎo)電膜片條40上電極的數(shù)目相對應(yīng)。還有，由于接地的膜片條51一般與半導(dǎo)電膜片條40相平行，并在容器內(nèi)處于相同的高度，因此容器橫截面的變化基本上不影響橫跨觸頭54和56測得的電阻值，因而也不會對輸出的信號有不利影響。
如上所述，半導(dǎo)電膜片條40包括多個寬度離散分布的部分，每部分都有一個相應(yīng)的寬度。在典型實施例中，寬度離散分布的膜片部分41、43、45和47選擇成能使橫跨半導(dǎo)電膜片條的輸出信號可大致隨容器內(nèi)液位的改變呈線性變化。離散膜片部分的特定寬度一般與該特定電路有關(guān)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無須任何試驗，即可容易地根據(jù)輸入信號和輸出信號之間的關(guān)系，通過計算或逐步嘗試來確定膜片的寬度。這樣，橫跨電阻元件的輸出信號可用來指示或在某些應(yīng)用中用來控制容器內(nèi)的液位，如以下所述。
可變電阻元件，尤其是圖2和3的典型半導(dǎo)電膜片條32和40，分別為形成在非導(dǎo)電基板上恒定膜厚的兩維薄膜電阻。可是在其它一些實施例中，可變電阻元件構(gòu)成為三維電阻元件，其厚度沿第三維具有某些變化。
圖2和3所示的非導(dǎo)電基板，可用聚酯材料或其它與液體電絕緣的電阻材料來構(gòu)成。在非導(dǎo)電基板暴露在容器內(nèi)的實施例中，非導(dǎo)電基板要承受各種環(huán)境條件。半導(dǎo)電電阻條可用碳、聚合物或聚酯基材料來構(gòu)成，或者用其它公知的適合鍍敷在非導(dǎo)電基板上的電阻材料來構(gòu)成。導(dǎo)電的電極和電觸頭可用錫或銀涂料，或者用其它導(dǎo)電性較好、而且也可鍍敷在非導(dǎo)電基板上的材料來構(gòu)成。
在一個典型實施例中，電阻條32和40在其上、下端之間沿整個長度上的電阻值約為100，000歐。在采用串聯(lián)電阻的應(yīng)用中，電阻元件Rs的電阻值最好比串聯(lián)電阻R0大兩倍?？墒沁@些作為范例而公開的電阻值或之間的關(guān)系，或多或少地依賴于特殊的應(yīng)用情況，但這并不限制本發(fā)明的范圍。
非導(dǎo)電基板34和50可以在一個側(cè)面含有一層粘合劑，以便使其安裝到容器的內(nèi)側(cè)壁21上。另外，非導(dǎo)電基板32和40也可以直接安裝在液體容器罐20的內(nèi)表面上，以使膜片條與液體容器罐的任何導(dǎo)電表面都電絕緣。
圖2顯示出第一和第二導(dǎo)電電接頭36和38分別與第一和第二電觸頭35和37相偶連的情況。同樣，圖3顯示出第一、第二和第三導(dǎo)電電接頭55、57和59分別與相應(yīng)的第一、第二和第三電觸頭54、56和58相偶連的情況。
這些導(dǎo)電電接頭可用導(dǎo)電的鉚釘或公知的緊固件，使其與相應(yīng)的電觸頭和非導(dǎo)電基板相連接。典型的電接頭制成片狀件，用于與電路中相匹配的插座相連接，在另一些實施例中，這些電接頭也可做成其它不同形狀。
最好是，至少有兩個電觸頭置于容器內(nèi)接近電阻元件的上端部的地方。第一電觸頭偶連到電阻元件的上端部，而第二電觸頭則偶連到電阻元件的下端部或電接地。當(dāng)容器內(nèi)的液位達到第一電觸頭和第二電觸頭的高度時，由于電阻元件因容器內(nèi)的液體而有效地短路，橫跨電阻元件的輸出信號比較低。在洗滌機的典型應(yīng)用中，該相對較低的輸出信號可用來控制，尤其是停止向洗滌機供水，從而防止洗滌機注水過量。
在圖2所示的實施例中，導(dǎo)電觸頭35、37和/或相應(yīng)的電接頭36和38最好暴露在容器內(nèi)的液體中，這樣，當(dāng)導(dǎo)電觸頭與相應(yīng)的電接頭因容器內(nèi)的液體而連接時，在它們之間就有一條短的通電路徑，于是橫跨電阻元件32就產(chǎn)生一個相對較低的輸出信號。同樣，在圖3中，導(dǎo)電觸頭54、56和/或相應(yīng)的電接頭55和57最好暴露在容器內(nèi)的液體中，這樣，當(dāng)導(dǎo)電觸頭與相應(yīng)的電接頭因容器內(nèi)的液體而連接時，在它們之間就有一條短的通電路徑，于是橫跨電阻元件40就產(chǎn)生一個相對較低的輸出信號。這些相對較低的輸出信號可用來控制對容器的液體供應(yīng)，如以上所述。
在圖1中，一個輸入信號源70通過串聯(lián)電阻R0與電阻元件Rs相連接。在一個實施例中，輸入信號源產(chǎn)生一個交流電壓源，例如5伏的交流電壓Vs施加到第一電阻元件Rs上。另外，輸入信號源也可以是一個將直流電壓信號施加到電阻元件Rs上的直流電壓源。在某些應(yīng)用中，電阻元件Rs上堆積有無機物或沉淀物而出現(xiàn)問題時，則寧可采用交流電輸入信號源。
輸入信號源70可包括一個變壓器，用來降低交流電輸入電力的供電電壓ACin。在需要直流電信號時，可利用一個兩極管電橋連接到變壓器降壓端以產(chǎn)生直流電信號，該直流電信號在施加到電阻元件Rs上之前還可以進行過濾和調(diào)節(jié)。在其它實施例中，也可采用另一種輸入信號源。
在某些應(yīng)用中，需要采用液位傳感器，尤其橫跨在電阻元件Rs上的輸出為可變，以實現(xiàn)控制。在典型的洗滌機應(yīng)用中，該可變輸出信號可用來控制對洗滌機水槽的供水。
在圖1中，橫跨在電阻元件Rs上的可變輸出被輸入到一個對開關(guān)74實行控制的控制裝置72上，例如輸入到一個螺線線圈上，以關(guān)閉供水閥76，該供水閥是被控制的或是一開始就由一個初級開關(guān)SW把它打開的?？刂蒲b置72可以包括一個信號輸入73，例如選擇容器內(nèi)的所需水位作為信號輸入。這樣，橫跨在電阻元件Rs上的可變輸出，能夠通過控制裝置72與該選定的信號輸入值進行比較而操縱開關(guān)74，從而控制供水閥76。
圖4所示的典型系統(tǒng)包括一個交流輸入信號電路90，該電路與液位電阻元件電路100相連接，電路100反過來又與轉(zhuǎn)換器電路110連接，電路110與具有可變輸出以用于控制其它裝置的比較器電路120相連接。
圖4的一個典型的交流電輸入信號電路90是一個矩形波振蕩器，它一般包括一個具有正、負電源電壓標記+V和-V的運算放大器U1。R2和R3在運算放大器U1的正輸入端建立一個參考輸入信號。電容器C1通過電阻器R1充電，然后電容器C1放電，在運算放大器U1的負輸入端產(chǎn)生一個大體三角形的信號。運算放大器U1的輸出是一個帶有正、負極極性的振蕩矩形波。在另一些實施例中，也可采用另一種輸入信號電路。
在圖4中，來自輸入信號電路90的輸入信號被施加到電阻元件電路100上。在一個實施例中，電阻元件電路100包括一個位于液體容器內(nèi)的單個電阻元件Rs，例如像圖2和3的一個典型電阻元件。另一些實施例可能包括位于液體容器中的平行電阻元件。電阻元件Rs的電阻值最好在其上、下部之間變化，如前所述。
在圖4中，橫跨電阻元件Rs上的交流輸出被施加到轉(zhuǎn)換器電路110上，轉(zhuǎn)換器電路110一般包括一個整流兩極管D1和一個與耗散電阻器R4相并聯(lián)的過濾電容器C2。轉(zhuǎn)換器電路把交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號。在另外的實施例中，另一些轉(zhuǎn)換器電路也可用來對橫跨電阻元件電路100的輸出進行整流。
在圖4中，來自轉(zhuǎn)換器電路110的經(jīng)整流的直流信號被施加到比較器電路120上，尤其是施加到一個運算放大器U2的負輸入端。運算放大器的正輸入端具有一個參考信號，或一個部分由電阻R5和部分由可變電阻Rref所建立的施加其上的直流電壓。電阻Rref可與一個由用戶進行調(diào)節(jié)的水位選擇輸入端相連接。電阻R6保證了穩(wěn)定性，而電阻R7限制了輸出端的電流。
當(dāng)來自橫跨電阻元件Rs并經(jīng)整流而施加到運算放大器U2負輸入端的輸入信號，達到由施加在運算放大器U2正輸入端的參考信號所建立的某一閾值時，比較器電路120的輸出就改變狀態(tài)。比較器電路120的輸出可用來操縱某些其它的設(shè)備，例如圖4中的兩極管D2或圖1中的開關(guān)74。
圖5表示一個與電阻元件電路101相連接的典型直流輸出信號電路，該直流輸出信號電路的輸出端可與一個控制輸入電路相連接，例如與圖4的比較器電路120相連接。
圖5的典型電阻元件電路101包括一個串聯(lián)電阻R0，它用來限制電流值和提供橫跨電阻元件Rs的電壓分壓器輸出。電阻元件電路包括一個電阻元件，例如像圖2和3那樣的電阻元件。另一些實施例還可包括一些位于液體容器內(nèi)的并聯(lián)電阻元件。電路的電阻元件Rs最好具有在其上、下部之間變化的電阻值，如以上所述。
直流輸入電路130一般包括一個降低電壓的變壓器T1，和一個公知的典型構(gòu)造的兩極管橋式整流電路。整流過的信號通過限流電阻器R8和過濾電容器C3偶連到一個電壓調(diào)節(jié)器電路Vreg上，該電路的輸出端則連接到電阻元件電路101。其它的直流電路也可采用。
雖然以上關(guān)于本發(fā)明的敘述，可使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員以目前被認為的最佳模式來制造和使用本發(fā)明的電阻式液位檢測和控制系統(tǒng)，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解和知道，以上所述及的特定的典型實施例還會有變化、組合和等效物存在。因此本發(fā)明并不僅限于上述的典型實施例，而是由所附的如權(quán)利要求的范圍和精神實質(zhì)來確定。
權(quán)利要求
1．一種液位檢測系統(tǒng)，包括一個具有上、下部的容器；一個置于容器內(nèi)的電阻元件，該電阻元件有一個位于容器上部的上端部和一個位于容器下部的下端部；電阻元件的電阻值在容器的上、下部之間變化；一根至少部分導(dǎo)電的條，它在容器內(nèi)與該電阻元件相平行，至少部分導(dǎo)電的條和該電阻元件具有大約相同的長度，而且在容器內(nèi)位于與電阻元件大約相同的高度；一個串聯(lián)電阻，它具有一個與電阻元件相連接的第一端部；一個與串聯(lián)電阻的第二端部相連接的輸入信號源。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于其中至少部分導(dǎo)電的條是電接地的，電阻元件是單個電阻元件。
3．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于其中第一和第二電觸頭位于容器內(nèi)，接近電阻元件的上端部，第一電觸頭與電阻元件的上端部相連接，而第二電觸頭與至少部分導(dǎo)電的條相連接。
4．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于其中電阻元件的電阻值朝電阻元件的下端部增加，朝電阻元件的上端部減少。
5．如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于其中電阻元件的電阻值在電阻元件的上、下端部之間連續(xù)變化。
6．如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的電阻元件是鍍敷在非導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)電膜片條，該半導(dǎo)電膜片條的寬度尺寸有一個在其上、下端部之間連續(xù)變窄的斜度，該半導(dǎo)電膜片條上端部的寬度尺寸大于下端部。
7．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的輸入信號是一個交流電壓源。
8．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于其中至少部分導(dǎo)電的條連接成電接地，其中的電阻元件是單個電阻元件。
9．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的第一和第二電觸頭位于非導(dǎo)電基板的上端部，第一電觸頭與半導(dǎo)電膜片的上端部相連接，而第二電觸頭與至少部分導(dǎo)電的條相連接，非導(dǎo)電基板則位于容器的一個側(cè)壁上。
10．如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于其中電阻元件的電阻值在電阻元件的上、下端部之間作離散變化。
11．如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的電阻元件是電絕緣的，而且具有多個在該電阻元件的上、下端之間間隔布置的電極，每個電極都與電阻元件的具有不同電阻值的相應(yīng)部分連接。
12．如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的電阻元件是一根鍍敷在一塊非導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)電膜片條，該半導(dǎo)電膜片條包括多個寬度離散分布的條部分，每個條部分都有相應(yīng)的寬度，多個電極對應(yīng)于鍍敷在非導(dǎo)電基板上的多個導(dǎo)電膜片部分，每個導(dǎo)電膜片部分與多個寬度尺寸離散分布的條部分中相應(yīng)的條部分連接。
13．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的串聯(lián)電阻器是一個鍍敷在非導(dǎo)電基板上的第二半導(dǎo)電膜片條，該第二半導(dǎo)電膜片條是電絕緣的。
14．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的輸入信號是一個交流電壓源。
15．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于其中至少部分導(dǎo)電的條是電接地，其中的電阻元件是單個電阻元件。
16．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于其中至少部分導(dǎo)電的條是電接地的，而且是位于非導(dǎo)電基板上的一根導(dǎo)電膜片條。
17．如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的第一和第二電觸頭位于非導(dǎo)電基板的上端部，第一電觸頭與半導(dǎo)電膜片條的一個上端部相連，第二電觸頭與導(dǎo)電條相連，非導(dǎo)電基板位于容器的一個側(cè)壁上。
18．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的輸入信號是一個交流輸入電壓信號。
19．如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，包括一個轉(zhuǎn)換器電路，該電路具有一個輸入端和一個信號輸出端，一個與該轉(zhuǎn)換器電路的輸入端相連的電阻元件，一個具有信號輸入端的比較器電路，轉(zhuǎn)換器電路的輸出端與該比較器電路的輸入端相連。
20．如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的信號輸入端是比較器電路的負輸出端，一個可變電阻與該比較器電路的參考輸入端相連。
21．如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括一個電動操作的液流控制閥，該液流控制閥有一個控制輸入端，比較器電路的一個輸出端則與該液流控制閥的輸入端相連。
22．如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于其中的容器是一個洗滌機水槽。
23．一種液位檢測元件，包括一塊非導(dǎo)電基板，該基板有一個第一端部和一個與第一端部相對的第二端部；一根電絕緣的半導(dǎo)電膜片條，該膜片條鍍敷在非導(dǎo)電基板上，半導(dǎo)電膜片條具有一個朝向非導(dǎo)電基板第一端部的第一端部，和一個朝向非導(dǎo)電基板第二端部的第二端部；半導(dǎo)電膜片條有多個其寬度離散分布的條部分，每一根離散條都有一個相應(yīng)的寬度，離散條部分的寬度朝向非導(dǎo)電基板第一端部的尺寸比朝向非導(dǎo)電基板第二端部的要寬。多個電極間隔置于非導(dǎo)電基板上，多個電極中的每一個都與相應(yīng)的離散條相連。
24．如權(quán)利要求23所述的檢測元件，其特征在于其中多個電極的每一個都是鍍敷在非導(dǎo)電基板上的導(dǎo)電膜片電觸頭。
25．如權(quán)利要求23所述的檢測元件，還包括一個位于非導(dǎo)電基板第一端部的第一電觸頭，該第一電觸頭與非導(dǎo)電基板的第一端部相連；一根位于非導(dǎo)電基板上的至少部分導(dǎo)電的膜片條，該至少部分導(dǎo)電的膜片條與該半導(dǎo)電膜片條大體平行且并列，該至少部分導(dǎo)電的膜片條與該半導(dǎo)電膜片條的長度至少大約相同；一個位于非導(dǎo)電基板第一端部的第二電觸頭，第二電觸頭與該至少部分導(dǎo)電的膜片條相連。
26．如權(quán)利要求23所述的檢測元件，包括一根鍍敷在基板上的電絕緣的第二半導(dǎo)電膜片條，該第二半導(dǎo)電膜片條的第一端部與半導(dǎo)電膜片條的第一端部相連；一個鍍敷在非導(dǎo)電基板上的第三電觸頭，第二半導(dǎo)電膜片條的第二端部與該第三電觸頭相連。
27．如權(quán)利要求23所述的檢測元件，其特征在于其中的非導(dǎo)電基板在其一個側(cè)面具有一個可粘貼的表面。
28．一種液位檢測電阻元件，包括一塊非導(dǎo)電基板，該非導(dǎo)電基板具有一個第一端部和一個與該第一端部相對的第二端部；一根鍍敷在非導(dǎo)電基板上的電絕緣的半導(dǎo)電膜片條，該半導(dǎo)電膜片條有一個朝向該非導(dǎo)電基板第一端部的第一端部，和一個朝向非導(dǎo)電基板第二端部的第二端部；半導(dǎo)電膜片條的寬度有一個在其第一端部和第二端部之間連續(xù)變窄的斜度，半導(dǎo)電膜片條第一端部的寬度比其第二端部寬度要大。
29．如權(quán)利要求28的檢測元件，其特征在于其中的第一和第二電觸頭位于非導(dǎo)電基板的第一端部，第一電觸頭與非導(dǎo)電基板的第一端部相連，第二電觸頭與位于非導(dǎo)電基板上的至少部分導(dǎo)電的條相連，至少部分導(dǎo)電的條與半導(dǎo)電膜片條大致平行，并處于相同的高度。
30．一種液位檢測電阻系統(tǒng)，包括一個具有上部和下部側(cè)壁的容器；一個位于容器內(nèi)的電阻元件，該電阻元件具有一個位于容器上部的上端部，和一個位于容器下部的下端部；電阻元件的電阻值向著電阻元件的下端部增加，向著電阻元件的上端部減少；一根至少部分導(dǎo)電的膜片條，位于容器內(nèi)并與電阻元件大體平行，該至少部分導(dǎo)電的膜片條和電阻元件具有至少相同的長度，并在容器內(nèi)處于與電阻元件相同的高度；一個交流輸入信號電路，該電路與電阻元件的上端部相連；一個具有輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)換器電路，轉(zhuǎn)換器電路的輸入端與至少部分導(dǎo)的電膜片條相連；一個具有信號輸入端的比較器電路，上述轉(zhuǎn)換器電路的輸出端和該比較器電路的信號輸入端相連
31．如權(quán)利要求30的檢測系統(tǒng)，其特征在于其中第一和第二電觸頭位于容器內(nèi)接近電阻元件的上端部，第一電觸頭和電阻元件的上端部相連接，而第二電觸頭則與至少部分導(dǎo)電的條相連接。
32．如權(quán)利要求30的檢測系統(tǒng)，其特征在于其中的電阻元件是鍍敷在非導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)電膜片條，膜片條的寬度有一個在容器的上、下部之間連續(xù)變窄的斜度。
33．如權(quán)利要求30的檢測系統(tǒng)，其特征在于其中的電阻元件是一根鍍敷在非導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)電膜片條，該膜片條包括多個寬度尺寸離散分布的條部分，每根條部分都具有一個相應(yīng)的寬度尺寸，多個導(dǎo)電膜片部分鍍敷在非導(dǎo)電基板上，每個導(dǎo)電膜片部分都與相應(yīng)的寬度尺寸離散分布的條部分相連。
全文摘要
一種液位檢測系統(tǒng),包括電阻元件,該電阻元件具有一個位于容器上部的上端部,和一個位于容器下部的下端部。電阻元件的電阻值在容器的上部和下部之間變化。一根至少部分導(dǎo)電的條位于容器內(nèi),與電阻元件的長度大致相同,大體平行于電阻元件而且在容器內(nèi)處于與電阻元件相同的高度。一個輸入信號源則通過一個串聯(lián)電阻與電阻元件相連。
文檔編號D06F33/02GK1296166SQ00130050
公開日2001年5月23日 申請日期2000年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月16日
發(fā)明者格哈法·凱澤凱澤, 理查德C·弗蘭克, 布雷德利斯S·貝爾曼 申請人:伊利諾斯器械工程公司