專利名稱：電容式液位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總體上涉及泵電動(dòng)機(jī)的控制電路領(lǐng)域。更具體地說，實(shí)施例涉及 自動(dòng)地將液位維持在預(yù)定范圍內(nèi)的液位控制電路。
背景技術(shù)：
在例如水倉以及水箱中，應(yīng)該將液位維持在預(yù)定的范圍內(nèi)，以便水箱正常地運(yùn)轉(zhuǎn)。 許多現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備通過當(dāng)液體上升到高于第一預(yù)定水位時(shí)激活泵，并且當(dāng)液體低于第二 預(yù)定水位時(shí)去激活泵來自動(dòng)地控制水箱內(nèi)的液位。某些常規(guī)設(shè)備使用諸如通過橡膠隔膜、 彈簧、桿、浮球或球操作的機(jī)械開關(guān)之類的機(jī)械或活動(dòng)部件，所有的這些都可能隨著時(shí)間的 推移磨損或失靈。其他常規(guī)設(shè)備使用置于水箱內(nèi)電氣的或光學(xué)的探測器來確定液位，并相應(yīng)地控制 泵。例如，可以使用自動(dòng)加熱熱敏電阻器或電導(dǎo)探測器。然而，這樣的使用探測器的常規(guī)系 統(tǒng)可能對傳感電路中的濕度、濕氣、變化的溫度，以及變化的電壓電平敏感，所有的這些都 可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果，并導(dǎo)致探測器磨損。同樣，探測器的污染也可能對它們的性能造成不 利的影響?？梢哉{(diào)整探測器以及它們的相關(guān)聯(lián)的電路，以改善性能，但是，進(jìn)行調(diào)整可能是 不方便并且昂貴的。使用電容傳感器來進(jìn)行液位控制，提供一些好處，包括通過準(zhǔn)確地定義電容傳感 器的所需的充電時(shí)間，防止由于短暫的水不平衡而導(dǎo)致的諸如飛濺或波浪。然而，在電容傳 感器上堆積某些材料，特別是電介質(zhì)材料，可能會(huì)導(dǎo)致傳感器檢測到不真實(shí)的位置。結(jié)果， 可能引起泵在某些情況下運(yùn)行太多，或在其他情況下運(yùn)行不足，從而導(dǎo)致溢出。

發(fā)明內(nèi)容
提供本發(fā)明內(nèi)容是為了以簡化的形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的選 擇的概念。此發(fā)明內(nèi)容并不旨在標(biāo)識所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在 用來限制所要求保護(hù)的主題的范圍。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及用于控制浸沒在液體中的泵的方法，其中，泵包括多個(gè) 電容傳感器。電容傳感器包括第一電容傳感器和位于第一電容傳感器上方的第二電容傳感 器。該方法包括利用電容傳感器檢測液位，在第二電容傳感器在正常操作模式檢測到液體 之后激活泵，在第一電容傳感器在正常操作模式不再檢測到液體之后去激活泵，檢測一個(gè) 或多個(gè)電容傳感器的故障，以及調(diào)整泵的操作，以補(bǔ)償一個(gè)或多個(gè)電容傳感器的故障。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及用于處理容器中的液體的設(shè)備。該設(shè)備包括泵和用于 判斷所述液體何時(shí)達(dá)到容器中的預(yù)定水位的液位傳感電路。液位傳感電路包括用于檢測預(yù)
5定水位之一的電容傳感器。該設(shè)備還包括與泵和液位傳感電路耦合的并響應(yīng)于液位傳感電 路的控制電路，其中，該控制電路可操作用于控制泵。該控制電路進(jìn)一步可操作用于檢測電 容傳感器的故障，并調(diào)整泵的操作，以補(bǔ)償故障。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及用于處理容器中的液體的設(shè)備。該設(shè)備包括泵和用于 判斷液體何時(shí)達(dá)到容器中的預(yù)定水位的液位傳感電路。液位傳感電路包括用于感測第一液 位的第一電容傳感器和用于感測第二液位的位于第一電容傳感器上方的第二電容傳感器。 該設(shè)備還包括與泵和液位傳感電路耦合的并響應(yīng)于液位傳感電路的控制電路。控制電路可 操作用于控制所述泵。當(dāng)?shù)诙娙輦鞲衅鲌?bào)告存在液體而第一電容傳感器卻沒有報(bào)告時(shí)， 控制電路進(jìn)一步可操作用于感測第二電容傳感器的故障。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及用于處理容器中的液體的設(shè)備。該設(shè)備包括泵和用于 判斷液體何時(shí)達(dá)到容器中的預(yù)定水位的液位傳感電路。液位傳感電路包括用于感測第一液 位的第一電容傳感器和用于感測第二液位的位于第一電容傳感器上方的第二電容傳感器。 該設(shè)備還包括與泵和液位傳感電路耦合的并響應(yīng)于液位傳感電路的控制電路?？刂齐娐房?操作用于控制所述泵。當(dāng)在所述控制電路已經(jīng)激活所述泵預(yù)定量時(shí)間之后所述第一電容傳 感器繼續(xù)報(bào)告存在液體時(shí)，所述控制電路進(jìn)一步可操作用于檢測所述第一電容傳感器的故 障。


本說明書收入的并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的各實(shí)施例，與說 明書一起，用于說明本發(fā)明的各實(shí)施例的原理圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的位于相對于液體容器變化的高度的多個(gè) 電容傳感器；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的浸沒在液體中的并具有多個(gè)電容傳感 器的泵的各種操作狀態(tài)的狀態(tài)圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的用于處理容器中的液體的設(shè)備的框圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的用于控制浸沒在液體中的并具有多個(gè)電容傳 感器的泵的電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在各個(gè)附圖中示出了它們的示例。盡管將 結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明，但是，應(yīng)該理解，它們不打算將本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。 相反，本發(fā)明試圖涵蓋可以被包括在如權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)的替代 方案、修改和等效內(nèi)容。此外，在對本發(fā)明的詳細(xì)描述中，闡述了眾多具體細(xì)節(jié)以提供對本 發(fā)明的更加全面的理解。然而，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明也可以在沒有這 些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他例子中，沒有詳細(xì)描述公知的方法、過程、組件和電路，以 便不至于不必要地使本發(fā)明的各方面變得模糊。概覽簡單來說，各種實(shí)施例提供了用于對諸如排水泵、艙底泵等的浸沒在液體中的泵 的基于電容傳感器的控制的方法和設(shè)備。實(shí)施例使用一個(gè)或多個(gè)電容傳感器來檢測給定水位的液體的存在，并基于其控制泵的操作。此外，各實(shí)施例能夠檢測一個(gè)或多個(gè)傳感器的故 障，并調(diào)整泵的操作，以考慮弄臟的傳感器。示例性泵控制操作參考圖1和2，將描述根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的用于控制浸沒在液體中的泵的 示例性操作。圖1示出了位于相對于液體容器100的變化的高度的多個(gè)電容傳感器S1-S4。 雖然在圖1中描繪了四個(gè)傳感器S1-S4，但是，應(yīng)該理解，可以使用任意數(shù)量的這樣的傳感 器。每一個(gè)傳感器都可操作用于檢測容器100中的對應(yīng)的水位處的液體的存在。具體而言， 傳感器Sl檢測水位110的液體，傳感器S2檢測水位120的液體，傳感器S3檢測水位130 的液體，而傳感器S4檢測水位140的液體。假設(shè)所有傳感器都正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)液體開始填 充容器100時(shí)，傳感器將按連續(xù)的順序檢測液體的存在(即，首先Si，然后S2，然后S3，最后 S4)。圖2是示出了浸沒在液體中的并具有四個(gè)電容傳感器S1-S4的泵的各種操作狀態(tài) 的狀態(tài)圖。盡管在圖2中描繪了特定狀態(tài)/操作，但是，這樣的狀態(tài)/操作是示例性的。因 此，各實(shí)施例可以執(zhí)行圖2中沒有描繪的其他操作。類似地，各實(shí)施例也可以不一定執(zhí)行圖 2的所有操作。例如，在所示出的實(shí)施例中，S4被用作故障保護(hù)或警報(bào)傳感器。然而，也可 以實(shí)現(xiàn)不利用防故障傳感器的其他實(shí)施例。狀態(tài)之間的每一個(gè)過渡都與四位二進(jìn)制數(shù)相關(guān)聯(lián)，其中最左邊的位代表Si，最右 邊的位代表S4等?！?”表明給定傳感器檢測到液體的存在，“0”表明相反，“X”表明任何一 個(gè)讀數(shù)都可以適用。包括字母“E”接下來是一個(gè)或多個(gè)數(shù)字的指示的狀態(tài)表明對應(yīng)的傳感 器發(fā)生錯(cuò)誤或故障。例如，“E13”表示Sl和S3的故障。最初，操作以“Pump Off ”狀態(tài)開始，泵相應(yīng)地被關(guān)閉。在具有圖1中所描繪的傳 感器配置的泵的正常操作期間，泵控制將在“PumpOff”和“Pump On”狀態(tài)之間切換。例如， 隨著容器被液體充滿，Sl將被覆蓋(1000)，然后S2(1100)，然后S3(1110)將被覆蓋。一旦 S3檢測到液體的存在，則泵被打開(S卩，“Pump On”狀態(tài))。泵繼續(xù)抽出液體，直到S2再一 次露出(1000)。術(shù)語ta是泵已經(jīng)被激活的時(shí)間量。只要沒有檢測到警報(bào)狀態(tài)，當(dāng)S3被覆 蓋時(shí)，所示出的實(shí)施例將繼續(xù)激活泵，當(dāng)S2露出時(shí)，去激活泵。在操作過程中，一個(gè)或多個(gè)傳感器可能發(fā)生故障，如當(dāng)介電材料的累積干擾傳感 器的讀數(shù)時(shí)。在這樣的情況下，甚至在液體不實(shí)際存在時(shí)，弄臟的傳感器將報(bào)告存在液體 (即，誤報(bào))。在檢測到發(fā)生故障的傳感器時(shí)，可以激活警報(bào)狀態(tài)?？梢钥梢暤?，可聽見地， 或用兩者的組合，向用戶報(bào)告警報(bào)狀態(tài)。表1示出了可以被各種實(shí)施例使用的示例警報(bào)方 案。應(yīng)該理解，根據(jù)其他實(shí)施例，也可以使用其他警報(bào)方案。可以以許多方式檢測傳感器的 這樣的故障。表1。示例警報(bào)方案
警報(bào)診斷Al弄臟的傳感器
權(quán)利要求
一種用于控制浸沒在液體中的泵的方法，所述泵包括多個(gè)電容傳感器，所述電容傳感器包括第一電容傳感器和位于所述第一電容傳感器上方的第二電容傳感器，所述方法包括利用所述電容傳感器感測液位；在所述第二電容傳感器在正常操作模式檢測到所述液體之后，激活所述泵；在所述第一電容傳感器在所述正常操作模式不再檢測到所述液體之后，去激活所述泵；檢測一個(gè)或多個(gè)電容傳感器的故障；以及調(diào)整所述泵的操作，以補(bǔ)償所述一個(gè)或多個(gè)電容傳感器的所述故障。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 響應(yīng)于檢測到所述故障，激活警報(bào)狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，激活所述警報(bào)狀態(tài)包括 點(diǎn)亮LED。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，激活所述警報(bào)狀態(tài)包括 發(fā)出可聽警報(bào)的聲音。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，檢測所述故障包括當(dāng)所述第二電容傳感器檢測到 所述液體而所述第一電容傳感器卻沒有檢測到時(shí)，檢測到所述第二電容傳感器的故障。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，調(diào)整所述泵的操作包括 當(dāng)所述第一電容傳感器檢測到所述液體時(shí)，激活所述泵；以及當(dāng)所述液體不再被位于所述第一電容傳感器下方的第三電容傳感器檢測到時(shí)，去激活 所述泵。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，調(diào)整所述泵的操作包括 當(dāng)所述第一電容傳感器檢測到所述液體時(shí)，激活所述泵；以及 在預(yù)定的時(shí)間段之后，去激活所述泵。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述泵進(jìn)一步包括位于所述第一電容傳感器下方的第三電容傳感器， 其中，進(jìn)一步檢測所述一個(gè)或多個(gè)電容傳感器的所述故障包括 檢測所述第一和第二電容傳感器的故障，以及 其中，進(jìn)一步調(diào)整所述泵的操作包括在所述第三電容傳感器檢測到所述液體之后，激活所述泵；以及 在預(yù)定時(shí)間段之后或在所述液體不再被所述第三電容傳感器檢測到之后，去激活所述泵。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，檢測所述第一和第二電容傳感器的故障包括當(dāng)所述第一和第二電容傳感器檢測到所述液體而所述第三傳感器卻沒有時(shí)，檢測到所 述第一和第二電容傳感器的所述故障。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，檢測所述第一和第二電容傳感器的故障包括 當(dāng)在所述泵被激活預(yù)定時(shí)間段之后所述第一和第二電容傳感器繼續(xù)檢測到所述液體時(shí)，檢測所述第一和第二電容傳感器的所述故障。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，檢測所述故障包括當(dāng)在所述泵已經(jīng)被激活預(yù)定時(shí)間段之后所述第一電容傳感器繼續(xù)檢測到所述液體時(shí)， 檢測所述第一電容傳感器的故障，以及 其中，進(jìn)一步調(diào)整所述泵的操作包括 當(dāng)所述第二電容傳感器檢測到所述液體時(shí)，激活所述泵；以及 當(dāng)所述液體不再被位于所述第一電容傳感器下方的第三電容傳感器檢測到時(shí)，去激活 所述泵。
12.如權(quán)利要求1所述的方法， 其中，檢測所述故障包括當(dāng)在所述泵已經(jīng)被激活預(yù)定時(shí)間段之后所述電容傳感器繼續(xù)檢測到所述液體時(shí)，檢測 所有所述電容傳感器的故障，以及其中，進(jìn)一步調(diào)整所述泵的操作包括 周期性地激活所述泵所述第一預(yù)定時(shí)間段；以及 在周期性的泵激活之間，暫停第二預(yù)定時(shí)間段。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 檢測所述泵的故障；以及響應(yīng)于檢測到所述泵的所述故障，激活警報(bào)狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，檢測所述泵的所述故障包括 感測流過所述泵的電流；判斷所述電流是否在預(yù)定邊界之外；以及 響應(yīng)于確定所述電流在預(yù)定邊界之外，激活警報(bào)狀態(tài)。
15.一種用于處理掉容器中的液體的設(shè)備，包括 泵；用于確定所述液體何時(shí)達(dá)到所述容器中的預(yù)定水位的液位傳感電路； 用于感測所述預(yù)定水位之一的與所述液位傳感電路耦合的電容傳感器；以及 與所述泵和所述液位傳感電路耦合并響應(yīng)所述液位傳感電路的控制電路，所述控制電 路用于控制所述泵，其中，所述控制電路可操作用于檢測所述電容傳感器的故障，并調(diào)整所述泵的操作，以 補(bǔ)償所述故障。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述液位傳感電路包括 用于生成被所述電容傳感器用來感測所述液體的電場的電場生成器。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述控制電路耦合的三端雙向可控硅開關(guān)電路，其中，所述控制電路可操作用于通 過所述三端雙向可控硅開關(guān)電路來控制所述泵。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述控制電路和所述三端雙向可控硅開關(guān)電路耦合的電流傳感器，其中，所述電流 傳感器可操作用于感測流過所述泵的電流，并向所述控制電路提供與所述感測到的電流成 比例的信號，以及其中，所述控制電路進(jìn)一步可操作用于至少部分地基于所述信號，控制所述泵的操作。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述控制電路可操作用于響應(yīng)于所述電流傳感 器檢測到所述電流在預(yù)定范圍之外的情況，激活警報(bào)狀態(tài)。
20.一種用于處理掉容器中的液體的設(shè)備，包括 泵；用于確定所述液體何時(shí)達(dá)到所述容器中的預(yù)定水位的液位傳感電路； 用于感測第一液位的與所述液位傳感電路耦合的第一電容傳感器； 用于感測第二液位的位于所述第一電容傳感器上方并與所述液位傳感電路耦合的第 二電容傳感器；以及與所述泵和所述液位傳感電路耦合并響應(yīng)所述液位傳感電路的控制電路，所述控制電 路用于控制所述泵，其中，當(dāng)所述第二電容傳感器報(bào)告存在液體而所述第一電容傳感器沒有報(bào)告時(shí)，所述 控制電路可操作用于檢測所述第二電容傳感器的故障。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于感測第三液位的位于所述第一電容傳感器下方的第三電容傳感器， 其中，在不存在任何電容傳感器故障的情況下，當(dāng)由所述第二電容傳感器檢測到所述 液體時(shí)，所述控制電路可操作用于激活所述泵，而當(dāng)液體不再被所述第一電容傳感器檢測 到時(shí)，去激活所述泵，以及其中，所述控制電路進(jìn)一步可操作用于通過當(dāng)由所述第一電容傳感器檢測到所述液體 時(shí)激活所述泵，而當(dāng)液體不再被所述第三電容傳感器檢測到時(shí)，去激活所述泵，來補(bǔ)償所述 第二電容傳感器的所述檢測到的故障。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二電容傳感器之間的間隔大于所 述第一和第三電容傳感器之間的間隔。
23.一種用于處理掉容器中的液體的設(shè)備，包括 泵；用于確定所述液體何時(shí)達(dá)到所述容器中的預(yù)定水位的液位傳感電路； 用于感測第一液位的與所述液位傳感電路耦合的第一電容傳感器； 用于感測第二液位的位于所述第一電容傳感器上方并與所述液位傳感電路耦合的第 二電容傳感器；以及與所述泵和所述液位傳感電路耦合并響應(yīng)所述液位傳感電路的控制電路，所述控制電 路用于控制所述泵，其中，當(dāng)在所述控制電路已經(jīng)激活所述泵預(yù)定時(shí)間量之后所述第一電容傳感器繼續(xù)報(bào) 告存在液體時(shí)，所述控制電路可操作用于檢測所述第一電容傳感器的故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及電容式液位傳感器。這里描述了其中用于控制浸沒在液體中的泵的技術(shù)，其中，該泵包括多個(gè)電容傳感器。電容傳感器包括第一電容傳感器和位于第一電容傳感器上方的第二電容傳感器。該技術(shù)涉及利用電容傳感器感測液位，在第二電容傳感器在正常操作模式檢測到液體之后激活泵，在第一電容傳感器在正常操作模式不再檢測到液體之后去激活泵，檢測一個(gè)或多個(gè)電容傳感器的故障，以及調(diào)整泵的操作，以補(bǔ)償一個(gè)或多個(gè)電容傳感器的故障。
文檔編號F04B49/02GK101952592SQ200880124536
公開日2011年1月19日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者D·彼得森, M·德雷克塞爾, R·普爾弗馬克, S·雷迪斯科 申請人:斯得-萊特工業(yè)有限責(zé)任公司