采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器的制造方法
【專利摘要】采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，包括感應電極、不銹鋼殼體和電路板，不銹鋼殼體上方固定有尾墊片，不銹鋼殼體內設有絕緣隔離套，絕緣隔離套下部通過內嵌金屬墊構成感應電極，金屬墊與絕緣隔離套緊固連接，金屬墊上方設有感應電極焊片，感應電極焊片與感應電極引線一端相連，感應電極引線另一端與電路板相連，電路板下部與感應電極焊片頂部接觸，感應電極焊片與金屬墊緊固連接，絕緣隔離套與不銹鋼殼體連接，電路板通過置于絕緣隔離套內腔中的硅橡膠和樹脂膠固定。本發(fā)明采用扁平式水位敏感元件-金屬墊作為感應電極，依靠金屬墊底側與水位接觸，能有效防止殼體內壁干擾，提高產(chǎn)品在管道水位監(jiān)測中的穩(wěn)定性，避免誤輸出無水指示信號。
【專利說明】采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器。
【背景技術】
[0002]電容器是兩個金屬板Al、A2之間存在絕緣介質B的一種電路元件，它包括二個電極，二個電極儲存的電荷大小相等，符號相反。電極本身是導體，二個電極之間由絕緣介質隔開(如圖1)。
[0003]電容量亦稱作“電容”，是表征電容器容納電荷的本領的物理量。我們把電容器的兩極板Al、A2間的電量Q與電壓U之比，叫做電容器的電容量C，即:
C =$-(如圖2a)，但電容的大小并不是由電量Q或電壓U決定的，它僅與電容極板Al、A2的形狀、相對位置和其間的絕緣介質有關，即:c =￡1 (如圖2b)，其中，。是絕緣介質的介
dι
電常數(shù)，s為電容極板的面積，d為電容極板的距離。
[0004]介電常數(shù)f用于衡量絕緣體儲存電能的性能，它是兩塊金屬板之間以絕緣材料為介質時的電容量與同樣的兩塊金屬板之間以真空為介質時的電容量之比。
[0005]水位傳感器是一種當被測容器內水位達到設定值時可以改變輸出開關狀態(tài)的一種設備。
[0006]電容式水位傳感器利用電容測量原理，當被測容器內水位達到設定值時，其感應電極完全被水浸沒，使感應電極與感應殼體間的電容量增大到設定值，并可以改變輸出開關狀態(tài)的一種設備。
[0007]電容式水位傳感器主要由探極、外殼、電路板及電氣接口組成。所以，電容式水位傳感器可通過兩電極間的電容量的大小來判斷水位是否到達指定值。電容式水位傳感器廣泛應用于高層樓頂水箱、蓄水池、自來水廠、水井、污水廠、水庫、水塔以及工程機械的水箱系統(tǒng)等，為用戶提供水位檢測信息。
[0008]電容式水位傳感器采用一個覆蓋了絕緣層E的金屬棒F作為電容的一個電極(即感應電極)，傳感器不銹鋼殼體G及與其相連的金屬材料作為電容的另一個電極(即感應殼體)(如圖3)。
[0009]現(xiàn)有電容式水位傳感器米用銅棒作感應電極，由銅棒與金屬外殼形成電容，其電容值的穩(wěn)定性直接影響著傳感器的測量精度。基于棒狀探極的電容式水位傳感器，為了提高電容值的穩(wěn)定性，加大探極的感應面積，其銅棒都制作得較長，采用銅棒與被測水位接觸，感應部位主要依靠銅棒外側面接觸水位介質，在測量過程中，銅棒外側面易與安裝金屬外殼的內壁形成干擾，從而導致了產(chǎn)品抗干擾能力差及開關精度的降低。
[0010]為了使工程車在出入建設施工工地時能夠及時清洗車身、輪胎，減少運輸過程中沿途污染路面、揚塵等問題，現(xiàn)在的工程車都自帶了噴洗系統(tǒng)。噴洗系統(tǒng)由水箱H、過濾網(wǎng)1、進出水管J、水位傳感器K、增壓泵L和出水噴槍M組成(如圖4)。水由水箱H經(jīng)過過濾網(wǎng)1、進水管、水位傳感器到增壓泵L，經(jīng)過增壓泵L提高水壓后到出水管，最后從噴槍M射出高壓水，用戶拿著噴槍M就可以沖洗車身、輪胎和其它部位。因為增壓泵在無水空轉狀況下，溫度會迅速升高，然后密封件會軟化損壞，接著增壓泵的電機也會燒毀，所以當進水端無水時，增壓泵必須停止工作。為此，現(xiàn)在的工程車在增壓泵的進水端處都配備了水位傳感器K，用于監(jiān)測水管中是否有水，當水位傳感器K監(jiān)測到水管J中無水時，水位傳感器K輸出報警信號給噴洗系統(tǒng)的控制器，控制器接收到報警信號后立刻關閉增壓泵，同時控制缺水指示燈閃爍提示用戶加水。
[0011]電容式水位傳感器的核心部件是感應電極N與感應殼體P，它們形成的電容器的電容量的大小直接決定著傳感器輸出開關的狀態(tài)。當水管J中無水時(如圖5)，電容器兩極
間的介質為空氣KQ，因為空氣的介電常數(shù)，較小，所以這時電容量a = ￥ ( S為電容極
Si?
板的面積，d為電容極板的距離)也較小；當水管J中充滿水S時，感應電極N被完全浸沒在水中(如圖6)，這時電容器兩極間的介質為水，因為水的介電常數(shù)較大，所以此時電容
量C2 也較大(S為電容極板的面積，d為電容極板的距離)。
d
[0012]在工程車的噴洗系統(tǒng)中，當過濾網(wǎng)I存在小部分堵塞(圖4、圖7中的標記T表示堵塞處)時，不會造成溫升燒毀增壓泵的電機，所以此時增壓泵仍可正常工作。當過濾網(wǎng)I存在小部分堵塞時，在水管J的上方就會存在氣泡Q (如圖7a)，在氣泡Q經(jīng)過對于采用銅棒作感應電極的電容式水位傳感器K時，感應電極N就無法完全浸沒在水中(如圖7b)，使感
應電極與感應殼體形成的電 容器的介質為水和空氣，此時的介電常數(shù)￡3.大于μ且小于,
從而使C3大于Cl且小于C2，電容值無法達到設定值，傳感器就會誤認為水管中無水而發(fā)出錯誤的無水報警信號。氣泡過后感應電極N又完全被浸入沒在水中(如圖7c)，此時電容量又變?yōu)镃2。當水管中的氣泡是斷續(xù)的時，感應電極與感應殼體的電容量會有時小于C2，有時等于C2。當水管中的氣泡是連續(xù)的時，感應電極與感應殼體的電容量會一直小于C2。
[0013]當過濾網(wǎng)存在小部分堵塞時，其產(chǎn)生的氣泡有時是斷續(xù)的，有時是連續(xù)的，有時體積稍大，有時體積稍小，從而造成感應電極與感應殼體間的電容值不穩(wěn)定，最終導致產(chǎn)品輸出不穩(wěn)定或誤輸出無水指示信號。
[0014]另外，在金屬殼體表面積相同的條件下，用作感應電極的銅棒尺寸較長，故不能安裝在管徑較小的水管上。

【發(fā)明內容】

[0015]本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種能有效解決水管中的氣泡對電容的影響問題，抗干擾能力強，有利于提高在管道水位監(jiān)測中的穩(wěn)定性、避免誤輸出無水指示信號，且能安裝于管徑較小水管上的采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器。
[0016]本發(fā)明要解決其技術問題所采用的技術方案是:
采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，包括感應電極、不銹鋼殼體和電路板，不銹鋼殼體上方固定有尾墊片，尾墊片上設有電纜線和防水接頭，所述不銹鋼殼體內設有絕緣隔離套，絕緣隔離套下部通過內嵌金屬墊構成感應電極，金屬墊與絕緣隔離套緊固連接，所述金屬墊上方設有感應電極焊片，感應電極焊片與感應電極引線一端相連，感應電極引線另一端與電路板相連，電路板下部與感應電極焊片頂部接觸，感應電極焊片與金屬墊緊固連接，絕緣隔離套與不銹鋼殼體緊固連接，所述電路板通過置于絕緣隔離套內腔中的硅橡膠和樹脂膠固定，電路板與感應殼體引線一端連接，感應殼體引線另一端焊于感應殼體焊片上，電路板通過電引線與電纜線相連。
[0017]進一步，所述金屬墊優(yōu)選銅墊，以利于獲得較強的導電性能。
[0018]進一步，所述金屬墊和絕緣隔離套通過整體鑄造成型，從而有利于保證金屬墊與絕緣隔離套底部緊密接觸并防止金屬墊因振動等原因發(fā)生松動或位移。
[0019]進一步，所述感應電極焊片通過十字螺釘實現(xiàn)與金屬墊的緊固連接，通過十字螺釘把感應電極焊片擰緊固定在金屬墊上。
[0020]進一步，所述絕緣隔離套通過鎖緊螺母、O型圈將內嵌金屬墊的絕緣隔離套固定于不銹鋼殼體中，實現(xiàn)絕緣隔離套與不銹鋼殼體的緊固連接。
[0021]進一步，所述樹脂膠設于絕緣隔離套內腔上部，硅橡膠設于樹脂膠下方。硅橡膠將電路板完全包裹，保證了電路參數(shù)的穩(wěn)定性，防護和抗干擾性能得到提高，樹脂膠為硬性膠具有良好的機械特性，產(chǎn)品的抗振動性能將大大提高。
[0022]進一步，所述感應殼體焊片通過另一個十字螺釘擰緊固定于鎖緊螺母上。
[0023]本發(fā)明采用扁平式水位敏感元件-金屬墊作為感應電極，優(yōu)選銅墊，依靠金屬墊底側與水位接觸，能有效防止殼體內壁的干擾，有利于提高產(chǎn)品在管道水位監(jiān)測中的穩(wěn)定性，避免誤輸出無水指示信號；同時，有利于縮短感應電極的長度，可使產(chǎn)品安裝于管徑更小的水管上。使用本發(fā)明，能有效解決水管中的氣泡對感應電極與殼體間電容的影響，工作可靠性高。采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器與采用銅棒作感應電極的電容式水位傳感器相比，在感應電極的表面積相同的情況下，其感應電極要薄很多，但半徑要大很多。本發(fā)明中，金屬墊位于整個電容式水位傳感器底端，只要水管中的水完全浸沒了金屬墊，感應電極與殼體間的介質就是完全是水，此時即使水管中有氣泡也不會影響到感應電極與殼體間的電容值，這樣，有效解決了水管中的氣泡對感應電極與殼體間電容的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為電容器原理示意圖；
圖2 (a)為電容量大小解說示意圖；
圖2 (b)為電容量大小另一解說7]^意圖 圖3為現(xiàn)有電容式水位傳感器結構示意圖；
圖4為工程車噴洗系統(tǒng)結構意圖；
圖5為電容式水位傳感器置于無水的水管中的結構示意圖；
圖6為電容式水位傳感器置于有水的水管中的結構示意圖；
圖7 (a)為電容式水位傳感器置于產(chǎn)生了氣泡的水管中的結構示意圖；
圖7 (b)為氣泡位于電容式水位傳感器的感應電極處的結構示意圖；
圖7 (c)為氣泡不位于電容式水位傳感器的感應電極處的結構示意圖； 圖8為本發(fā)明電容式水位傳感器外形圖；
圖9為本發(fā)明電容式水位傳感器內部結構示意圖；
圖10為本發(fā)明電容式水位傳感器置于帶氣泡的水管中的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0026]參照圖8、圖9，采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，包括感應電極1、不銹鋼殼體2和電路板3，不銹鋼殼體2上方固定有尾墊片4，尾墊片4上設有電纜線5和防水接頭6，所述不銹鋼殼體2內設有絕緣隔離套8，絕緣隔離套8下部通過內嵌金屬墊9構成感應電極1，金屬墊9與絕緣隔離套8緊固連接，所述金屬墊9上方設有感應電極焊片10，感應電極焊片10與感應電極引線11 一端相連，感應電極引線11另一端與電路板3相連，電路板3下部與感應電極焊片10頂部接觸，感應電極焊片10與金屬墊9緊固連接，絕緣隔離套8與不銹鋼殼體2緊固連接，所述電路板3通過置于絕緣隔離套8內腔中的硅橡膠12和樹脂膠13固定，電路板3與感應殼體引線14 一端連接，感應殼體引線14另一端焊于感應殼體焊片15上，電路板3通過電引線7與電纜線5相連。
[0027]本實施例中，所述金屬墊選用銅墊，以利于獲得較強的導電性能。
[0028]所述金屬墊9和絕緣隔離套8通過整體鑄造成型，從而有利于保證金屬墊9與絕緣隔離套8底部緊密接觸并防止金屬墊9因振動等原因發(fā)生松動或位移。
[0029]所述感應電極焊片10通過十字螺釘16實現(xiàn)與金屬墊9的緊固連接，通過十字螺釘16把感應電極焊片10擰緊固定在金屬墊9上。
[0030]所述絕緣隔離套8通過鎖緊螺母19、0型圈17將內嵌金屬墊9的絕緣隔離套8固定于不銹鋼殼體2中，實現(xiàn)絕緣隔離套8與不銹鋼殼體2的緊固連接。
[0031]所述樹脂膠13設于絕緣隔離套8內腔上部，硅橡膠12設于樹脂膠13下方。硅橡膠將電路板完全包裹，保證了電路參數(shù)的穩(wěn)定性，防護和抗干擾性能得到提高，樹脂膠為硬性膠具有良好的機械特性，產(chǎn)品的抗振動性能將大大提高。
[0032]所述感應殼體焊片15通過另一個十字螺18擰緊固定于鎖緊螺母19上。
[0033]本發(fā)明中，金屬墊9位于整個電容式水位傳感器底端，只要水管中的水完全浸沒了金屬墊9，感應電極I與不銹鋼殼體2間的介質就是完全是水(參見圖10)，此時即使水管中有氣泡Q也不會影響到感應電極I與不銹鋼殼體2間的電容值，這樣，有效解決了水管中的氣泡對感應電極I與不銹鋼殼體2間電容的影響。
【權利要求】
1.采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，包括感應電極、不銹鋼殼體和電路板，不銹鋼殼體上方固定有尾墊片，尾墊片上設有電纜線和防水接頭，其特征在于，所述不銹鋼殼體內設有絕緣隔離套，絕緣隔離套下部通過內嵌金屬墊構成感應電極，金屬墊與絕緣隔離套緊固連接，所述金屬墊上方設有感應電極焊片，感應電極焊片與感應電極引線一端相連，感應電極引線另一端與電路板相連，電路板下部與感應電極焊片頂部接觸，感應電極焊片與金屬墊緊固連接，絕緣隔離套與不銹鋼殼體緊固連接，所述電路板通過置于絕緣隔離套內腔中的硅橡膠和樹脂膠固定，電路板與感應殼體引線一端連接，感應殼體引線另一端焊于感應殼體焊片上，電路板通過電引線與電纜線相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，其特征在于，所述金屬墊選用銅墊。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，其特征在于，所述金屬墊和絕緣隔離套通過整體鑄造成型。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，其特征在于，所述感應電極焊片通過十字螺釘實現(xiàn)與金屬墊的緊固連接，通過十字螺釘把感應電極焊片擰緊固定在金屬墊上。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，其特征在于，所述絕緣隔離套通過鎖緊螺母、O型圈將內嵌金屬墊的絕緣隔離套固定于不銹鋼殼體中，實現(xiàn)絕緣隔離套與不銹鋼殼體的緊固連接。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，其特征在于，所述樹脂膠設于絕緣隔離套內腔上部，硅橡膠設于樹脂膠下方。
7.根據(jù)權利要求5所述的采用金屬墊作感應電極的電容式水位傳感器，其特征在于，所述感應殼體焊片通過另一個十字螺釘擰緊固定于鎖緊螺母上。
【文檔編號】G01F23/26GK103630195SQ201310563007
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權日:2013年11月14日
【發(fā)明者】董安, 謝功賢, 李輝瑛, 李東海 申請人:湖南宇航科技有限公司