專利名稱：液位檢測裝置的制作方法
專利說明本實用新型涉及一種液位檢測裝置，尤其涉及在高溫高濕度環(huán)境下使用的液位檢 測裝置，更具體地說，涉及熱水器中使用的液位檢測裝置，進(jìn)一步而言，是太陽能熱水器中 使用的液位檢測裝置。
背景技術(shù)：
在儲水式家電產(chǎn)品，例如太陽能熱水器中，需要對水箱中水位進(jìn)行檢測從而進(jìn)行 控制。通常使用液位傳感器采集水箱中的水位信息。因此，傳感器的精度、可靠性和使用壽 命是影響太陽能熱水器質(zhì)量的關(guān)鍵問題。然而，由于液位傳感器受到高溫高濕的工作環(huán)境 影響，難以保證長期可靠地工作。例如，現(xiàn)有的電容式液位傳感器是采用測量電容的變化來測量液面的高低的。它 是一根包裹有絕緣層的金屬棒插入盛液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個極，可導(dǎo)電的自來 水作為電容的另一極，金屬棒的絕緣層使電容的兩極之間絕緣。已知電容計算公式為C = ε S/4 π kd，其中C為電容量，S為電容兩極板正對面積，由此可知電容量與電容兩極的正對 面積成正比。因此，當(dāng)液位升高時，兩電極間的正對面積增大，從而電容量增大。反之，當(dāng)液 位下降時，兩電極間的正對面積減小，電容量隨之減小。所以，不同的電容量對應(yīng)于不同的 液位高度，可通過兩電極間的電容量的變化來測量液位的高低。在中國實用新型專利200420026875. 0中就公開了這樣一種電容式水溫水位傳感 器，其具有導(dǎo)體棒和絕緣管、且一端位于水面下，另一端露出水面，絕緣管設(shè)置于導(dǎo)體棒的 外表面上，從而使導(dǎo)體棒與水箱中的水保持絕緣，利用導(dǎo)體棒與水之間形成的電容測量水 位，在導(dǎo)體棒和絕緣管露出水面的一端設(shè)置有導(dǎo)電帽。當(dāng)水箱上水時，水位逐漸升高，只要 水接觸到導(dǎo)電帽，則在導(dǎo)電帽和電源之間形成通路并產(chǎn)生電流，控制電路根據(jù)檢測到的電 流馬上關(guān)閉進(jìn)水閥，停止上水。因此，導(dǎo)電帽所在高度即為最大水位高度。然而，在現(xiàn)有技術(shù)的液位傳感器的使用過程中存在這樣的問題，由于導(dǎo)電帽位于 導(dǎo)體棒和絕緣管的封裝接口處，在水位升至導(dǎo)電帽時停止上水，這時封裝接口已處于水中， 如果接口處封裝工藝不過關(guān)，極易造成封裝接口在短時間內(nèi)就脹裂滲水，導(dǎo)致內(nèi)部電路短 路，檢測功能失效。另外，在太陽能熱水器中使用該液位傳感器時，會由于水箱內(nèi)的高低溫 劇烈變化引起的熱脹冷縮現(xiàn)象也會對封裝接口產(chǎn)生很大的不良影響，要保證傳感器長時間 的可靠運行，這對封裝工藝提出了更高的要求，而這導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加，不利于在一般的太 陽能熱水器中使用。

實用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種液位檢測裝 置，其能使最高水位得到有效的控制，避免在密封點發(fā)生滲水現(xiàn)象。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型第1技術(shù)方案中的液位檢測裝置具有檢測元件、最 高液位檢測部件；檢測元件包括導(dǎo)體棒和絕緣管，所述絕緣管套在所述導(dǎo)體棒外表面，其中，所述導(dǎo)體棒與所述絕緣管一體化密封，所述最高液位檢測部件安裝在所述絕緣管頂部通過采用本技術(shù)方案，由于在絕緣管頂部設(shè)置最高液位檢測部件，因此利用最高 液位檢測部件可對最高水位進(jìn)行檢測，使最高水位得到有效控制。并且，導(dǎo)體棒與絕緣管一 體化密封，所以可有效防止在密封點發(fā)生滲水。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，還具有液位信號處理裝置，所 述檢測元件與所述最高液位檢測部件分別與該液位信號處理裝置電連接。由于設(shè)置有液位信號處理裝置，因此利用液位信號處理裝置、檢測元件對水位進(jìn) 行檢測的同時，由最高液位檢測部件還可對最高水位進(jìn)行檢測，以控制最高水位。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述最高液位檢測部件還具有 條狀電極，該條狀電極設(shè)置在所述絕緣管之外，并向低水位方向延伸。通過采用本技術(shù)方案，可在水位上升至密封部件之前就通過最高液位檢測部件檢 測到水位，從而由與其電連接的液位信號處理裝置作出反應(yīng)，如使水閥關(guān)閉，停止上水。這 樣，能夠更可靠地保證密封點部件不接觸水，從而進(jìn)一步提高了液位檢測裝置的工作穩(wěn)定 性和使用壽命。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述最高液位檢測部件經(jīng)過電 鍍層處理，從而增強其耐腐蝕、耐水特性。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述導(dǎo)體棒為管狀，且與所述 最高液位檢測部件之間保持絕緣，所述最高液位檢測部件的電連接線沿所述導(dǎo)體棒的管內(nèi) 穿過，并與該導(dǎo)體棒絕緣。通過將電連接線設(shè)置在導(dǎo)體棒的管狀部分中，即使檢測元件中的導(dǎo)體棒的密封失 效，也能保證用于檢測最高液位的部分能夠繼續(xù)正常工作，從而可進(jìn)一步提高液位檢測裝 置的工作穩(wěn)定性。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述導(dǎo)體棒頂端還設(shè)置有連接 管，所述電連接線穿過所述導(dǎo)體棒、所述連接管，并與所述最高液位檢測部件連接；所述連 接管上連接于所述導(dǎo)體棒上的部分的半徑大于伸出所述導(dǎo)體棒以外部分的半徑。由于所述連接管上連接于所述導(dǎo)體棒上的部分的半徑大于伸出所述導(dǎo)體棒以外 部分的半徑，所以導(dǎo)體棒探入最高液位信號檢測部件的部分與該最高液位信號檢測部件發(fā) 生意外觸碰的可能性更小，由此進(jìn)一步保證了測量結(jié)果的可靠性。此外，這一結(jié)構(gòu)也縮減了 導(dǎo)體棒頂端需要進(jìn)行密封處理部分的表面積，從而更有利于對導(dǎo)體棒和最高液位信號檢測 部件之間的密封處理。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述連接管與所述導(dǎo)體棒外 表面同絕緣管一體密封成型，這種結(jié)構(gòu)的密封性優(yōu)良。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述導(dǎo)體棒為不銹鋼管，這樣 可使導(dǎo)體棒在具有良好導(dǎo)電性能的同時具有防腐蝕性。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述絕緣管為硅橡膠管，這樣 可使絕緣管具有良好的絕緣性能。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述最高液位檢測部件壓裝于 所述絕緣管頂端。由于絕緣管本身易于彈性變形，因此通過使最高液位檢測部件壓裝于所述絕緣管頂端，可使該兩者之間緊密貼合，具有良好的密封性。此外，這種安裝方式只需將兩者之間 壓緊即可，安裝方式簡單，且不必在兩者之間采用安裝件或在該兩者之上加工出螺紋 等連 接部，生產(chǎn)成本較低。在本實用新型的另一技術(shù)方案的液位檢測裝置中，所述電連接線為耐高溫導(dǎo)線。 這樣即使在高溫環(huán)境下使用，由于導(dǎo)線具有耐高溫特性，有利于延長裝置的使用壽命。

下面參照各附圖，對本實用新型的具體實施方式
進(jìn)行說明。圖1是本實用新型的液位檢測裝置的分解立體圖。圖2是圖1所示液位檢測裝置的一端的局部放大視圖。圖3是圖1所示液位檢測裝置的另一端的局部放大視圖。圖4以示意性的方式示出了安裝有本實用新型的液位檢測裝置的水箱的剖視圖。圖5是本實用新型液位檢測裝置的變送器13的信號轉(zhuǎn)換電路板的電路圖。
具體實施方式
如圖1所示為本實用新型的液位檢測裝置的分解立體圖，其包括用于檢測水箱內(nèi) 液位的檢測元件、用于進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換的變送器13以及使所述檢測元件與變送器13相連的 密封連接組件。檢測元件包括金屬管形式的導(dǎo)體棒4、絕緣管5和位于高水位一側(cè)的導(dǎo)體組 成的頂電極，所述導(dǎo)體棒4由不銹鋼制成，導(dǎo)體組成的頂電極是電鍍鎳的銅件。而且導(dǎo)體棒 4與由導(dǎo)體組成的頂電極是相互絕緣的。在本實施例中，導(dǎo)體具體為螺母1和螺帽2，因此 在下文中將其分別稱為螺母1和螺帽2。所述絕緣管5是由耐高溫、防水垢、耐腐蝕的硅橡 膠材料制成。所述絕緣管5套在所述導(dǎo)體棒4的外側(cè)，使所述導(dǎo)體棒4與水箱中的水保持 絕緣。上述檢測元件的導(dǎo)體棒4中還安裝有溫度傳感器(參照圖4)，所述溫度傳感器例 如為NTC(Negative Temperature Coefficient負(fù)溫度系數(shù))電阻，用以測量水箱中的水 溫；上述變送器13由信號轉(zhuǎn)換線路板和接線端子14構(gòu)成，所述變送器13與外殼11下盒通 過卡扣對變送器進(jìn)行固定，通過灌膠對容納于外殼11的變送器13進(jìn)行固定和密封防水處 理；密封連接組件用于使檢測元件與變送器13密封連接，其主要包括設(shè)置在絕緣管5的相 應(yīng)一端的密封圈7、絕緣套管8、連接套管9和活套螺母10，其安裝方式將在后做出說明。上述導(dǎo)體棒4的長短可以根據(jù)待測容器，即水箱的尺寸進(jìn)行選擇。由于熱水上升、 冷水下沉的原理，在水箱中存在溫度梯度，因此在需要較高的溫度測量精度時，可以設(shè)置多 個溫度傳感器來檢測不同高度上的水溫。然而，溫度傳感器數(shù)量的增多會造成制造成本的 增加。在一般太陽能熱水器中使用時，可選擇在導(dǎo)體棒4長度的二分之一處設(shè)置一個作為 溫度傳感器的NTC電阻，這樣NTC電阻測出的溫度大致為水箱內(nèi)的平均溫度，可以滿足日常 使用的要求。在本示例中選擇設(shè)置一個NTC電阻17(如圖4中所示)。圖2為液位檢測裝置的分解立體圖的一端局部放大視圖。導(dǎo)體棒4的一端(即在 安裝狀態(tài)下處于下方的一端)從金屬制的連接套管9中穿過，其中導(dǎo)體棒4在其端部與連 接套管9相接的部位上套有絕緣套管8，從而使其與連接套管9絕緣。導(dǎo)體棒4經(jīng)由連接套 管9伸入變送器殼體11的輸入端內(nèi)，通過金屬壓板12壓接固定在變送器殼體11中，從而使導(dǎo)體棒4可以與變送器13的信號轉(zhuǎn)換電路板穩(wěn)定可靠地連接。在所述絕緣管5的相應(yīng) 一端上形成有密封圈7，其通過活套螺母10熱水器上的安裝套管密封連接。下外殼11上設(shè) 有卡扣將變送器13固定在下外殼11中。為了防止變送器13的外殼11進(jìn)水，或受到其它 的外界作用而對變送器13工作產(chǎn)生影響，在變送器外殼內(nèi)進(jìn)行灌膠防水處理，使變送器13 整體密封固定在固體膠體內(nèi)，只露出接線端子14處在膠體外圖3為液位檢測裝置的另一端局部放大視圖。如圖所示，在液位檢測裝置的另一 端設(shè)置有與絕緣管5配合使用的金屬(例如銅)制成的螺母1和螺帽2，該螺母1和螺帽2 之間可通過螺紋緊密連接。且該螺母1和螺帽2的外表面都經(jīng)過鍍層處理，以增強其耐腐 蝕、耐水特性。在絕緣管5的頂端一體形成有密封圈6，該密封圈6能夠嵌入螺母1內(nèi)，絕緣 管5頂端(含密封圈6)的徑向尺寸略大于螺母1內(nèi)徑，利用絕緣管5可彈性變形的特性， 將螺母1壓裝于該絕緣管5頂端，由此可以通過螺母1和螺帽2的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)絕緣管5相對 于水箱內(nèi)空間的密封，螺帽2配合螺母1密封了整個檢測元件的頂端，而導(dǎo)體棒4和連接管 3都包裹在絕緣管5里面。這樣，導(dǎo)體棒4與檢測元件頂部的螺母1、螺帽2絕緣，螺母1和 螺帽2除構(gòu)成導(dǎo)體棒4端部的密封部件以外，還成為單獨的一個水位電極，從螺母1處設(shè)有 一條狀電極(參照圖4)。圖4以示意性的方式示出了安裝有本實用新型的液位檢測裝置的水箱的剖視圖。 從圖中可以看到，在上述螺母1上安裝有與之平行延伸的條狀電極16，條狀電極16由銅制 電極構(gòu)成。所述條狀電極16可以螺紋配合的方式旋入預(yù)設(shè)在螺母1上的螺紋孔中。該條 狀電極16的長度是這樣設(shè)置的，即，底端位于螺母1之下。這樣在安裝完成后，其底端的高 度為最大水位高度的檢測點。另外，在不銹鋼管構(gòu)成的導(dǎo)體棒4的空腔內(nèi)穿設(shè)有導(dǎo)線，該導(dǎo) 線一端與液位信號處理裝置(參照圖5中的電容傳感模塊)電連接，另一端從上述連接管 3中穿過并焊接于螺母1內(nèi)壁上，從而與螺母1和螺帽2及條狀電極16也電連接，連接管 3對所述導(dǎo)線起到定位連接作用。同時，所述導(dǎo)線上包覆有絕緣膠皮，導(dǎo)線端頭處未被絕緣 膠皮包覆的部分以及向螺母1內(nèi)壁上焊接的部分由膠體密封絕緣，以使導(dǎo)線與導(dǎo)體棒4之 間保持絕緣。由所述的螺帽2、條狀電極16、導(dǎo)線和液位信號處理裝置構(gòu)成了對水箱中的水 位進(jìn)行控制的液位控制裝置。所述檢測用的條狀電極16由銅制電極構(gòu)成，只要水箱中的水 位上升至與該電極最底端(最低點)接觸，則水箱壁通過水、電極16和導(dǎo)線與液位信號處 理裝置形成通路，從而液位信號處理裝置能夠立即檢測到電信號并控制水閥關(guān)閉。由此，能 夠及時地關(guān)閉水閥，使得水位總是處于檢測元件末端密封處的下方，因此本實施方式的結(jié) 構(gòu)中由螺母1和螺帽2構(gòu)成的密封部件不會處于水中，這顯著提高了檢測元件的密封性能 和耐久性。下面對本實用新型的液位測量裝置的檢測原理進(jìn)行說明。由于檢測元件在水箱中 豎直地安裝并在水箱的整個高度上延伸，如圖4所示，因此導(dǎo)體棒4也豎直設(shè)置，而作為溫 度傳感器的NTC電阻17大致位于檢測元件以及水箱的中部。作為電容式液位測量裝置，其 一極與液位信號處理裝置相連，另一極由水箱壁接地構(gòu)成，也就是說，“大地”構(gòu)成電容器的
另一極。隨著水箱中的水量增加，水箱中的水位上升。由水構(gòu)成的電極與導(dǎo)體棒構(gòu)成的電 極之間的正對面積隨之加大，由此導(dǎo)致電容量的不斷增加。不同的電容量對應(yīng)著不同的水 位高度，因此可以根據(jù)測得的電容值得出對應(yīng)的水位高度值。[0038]由導(dǎo)體棒4和NTC電阻感測到的水位和水溫信號需要通過變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 信號。如圖5所示為變送器13的信號轉(zhuǎn)換電路板的電路結(jié)構(gòu)方框圖。信號轉(zhuǎn)換電路板包 括電容傳感模塊20、溫度傳感模塊21和單片機22。各個電極與電容傳感模塊20相連，電 容傳感模塊可以檢測到電容量的變化，并將電容信號傳送給單片機22。類似地，作為溫度傳 感器的NTC電阻與溫度傳感模塊21相連，溫度傳感模塊21將溫度信號傳送給單片機22。 單片機22將接收到的電容信號和溫度信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號，單片機根據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號的電容值，根據(jù)預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行計算得出相應(yīng)的水位值，然后通過導(dǎo)線6輸出給外 置的控制主板(未示出)，控制主板根據(jù)相應(yīng)的水位值和溫度值輸出控制信號以對儲水式 家電、例如熱水器的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，導(dǎo)線6中還包括由控制主板提供的低壓電源 VCC輸入，作為單片機22和整個變送器13的工作電源，使得整個裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝 更加簡便。當(dāng)水位上升至預(yù)定的最高水位并與條狀電極16的最下端接觸時，在水箱壁與上 述的液位信號處理裝置之間通過水、電極16、螺母1和導(dǎo)線形成通路。從而液位信號處理裝 置能夠立即檢測到電信號并發(fā)出信號控制水閥關(guān)閉。由此，能夠及時地關(guān)閉水閥，使得水位 總是處于檢測元件末端的密封處的下方而不會將密封處沒入水中，顯著提高了檢測元件的 密封性能，延長了檢測元件的使用壽命。 以上為本實用新型的優(yōu)選實施方式，但本實用新型并不限于此實施方式，而是可 在權(quán)利要求書中所限定的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。例如，本實用新型中采用的是不銹鋼管 構(gòu)成的導(dǎo)體棒中設(shè)置導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)，因此，有效地利用了設(shè)置空間，不會造成空間布局上的浪 費，但也可以是在導(dǎo)體棒外設(shè)置導(dǎo)線或者導(dǎo)體棒為實心的結(jié)構(gòu)。另外，本實用新型中采用 的是電極經(jīng)螺母、導(dǎo)線與液位信號處理裝置相連的結(jié)構(gòu)，但也可以是將導(dǎo)體棒兼用作導(dǎo)線 (即省去導(dǎo)線，導(dǎo)體棒直接經(jīng)由螺帽與電極之間電連接)的結(jié)構(gòu)，只不過如果采用本實用新 型的結(jié)構(gòu)，即使在使用過程中絕緣管的局部發(fā)生漏水，本實用新型的控制最高水位的功能 仍然不受影響。另外，本實用新型中采用的是液位信號處理裝置同時用于限制最高水位和 處理不同水位時的電容信號，但也可以是分別設(shè)置專門用于限制最高水位的處理裝置和專 門用于處理電容信號的處理裝置。
權(quán)利要求一種液位檢測裝置，具有檢測元件、最高液位檢測部件；檢測元件包括導(dǎo)體棒(4)和絕緣管(5)，所述絕緣管(5)套在所述導(dǎo)體棒(4)外表面，其特征在于所述導(dǎo)體棒(4)與所述絕緣管(5)一體化密封，所述最高液位檢測部件安裝在所述絕緣管(5)頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位檢測裝置，其特征在于還具有液位信號處理裝置，所述 檢測元件與所述最高液位檢測部件分別與該液位信號處理裝置電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述最高液位檢測部件還具 有條狀電極(16)，該條狀電極(16)設(shè)置在所述絕緣管(5)之外，并向低水位方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述最高液位檢測部件經(jīng)過 電鍍層處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述導(dǎo)體棒(4)為管狀，且與所 述最高液位檢測部件之間保持絕緣，所述最高液位檢測部件與液位信號處理裝置之間的電 連接線沿所述導(dǎo)體棒(4)的管內(nèi)穿過，并與該導(dǎo)體棒(4)絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述導(dǎo)體棒(4)頂端還設(shè)置有連 接管(3)，所述電連接線穿過所述導(dǎo)體棒(4)、所述連接管(3)，并與所述最高液位檢測部件 連接；所述連接管(3)上連接于所述導(dǎo)體棒(4)上的部分的半徑大于伸出所述導(dǎo)體棒(4) 以外部分的半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述連接管(3)與所述導(dǎo)體棒 (4)外表面同絕緣管(5) —體密封成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述導(dǎo)體棒(4)為不 銹鋼管，而且/或者所述絕緣管(5)為硅橡膠管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述最高液位檢測 部件壓裝于所述絕緣管(5)頂端。
10.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的液位檢測裝置，其特征在于，所述電連接線為耐高溫 導(dǎo)線。
專利摘要本實用新型提供一種液位檢測裝置，其具有檢測元件、最高液位檢測部件；檢測元件包括導(dǎo)體棒和絕緣管，所述絕緣管套在所述導(dǎo)體棒外表面，其中，所述導(dǎo)體棒與所述絕緣管一體化密封，所述最高液位檢測部件安裝在所述絕緣管頂部。通過采用本技術(shù)方案，可在水位上升至密封部件之時通過最高水位檢測部件檢測到水位，從而可以及時地通過水位信號控制水閥關(guān)斷。這樣，密封部件就不會長期處于水中，密封性好。
文檔編號F24J2/46GK201731915SQ200920165729
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者史曉凡, 杜佐兵, 王亞沛, 范紀(jì)青, 葛東, 陳艷麗 申請人:海爾集團(tuán)公司;青島海爾科技有限公司