液位检测装置及热水器的制作方法

1.本发明属于检测装置技术领域，具体地说，涉及一种液位检测装置及热水器。


背景技术：

2.液位检测装置能够检测容器中液体的液面高度位置，其应用较为广泛。
3.对于高温环境中的液位检测，如太阳能热水器，水箱内长期处于高温状态，在积累一定压力时，水汽温度高达120℃，其中空晒时可达140℃。太阳能热水器现有的水温液位控制装置主要以电极式为主，通过利用水的导电性实现电阻值的变化，从而分立式的检测多档水位。
4.由于敏感元件需要与水接触，在长期高温水汽影响下，水汽会腐蚀敏感元件并渗入内部电路，导致功能间歇性失效。此外，长时间使用会结垢，从而导致水不能与敏感元件接触，会造成太阳能水箱自动上水和停止的功能失效，影响正常使用。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中液位检测装置在高温环境中功能容易失效的技术问题，提出了一种液位检测装置，可以解决上述问题。
6.为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
7.一种液位检测装置，包括：
8.外壳，其内部具有封闭的腔体；
9.检测电极，其具有多个，分别设置在所述腔体内，且该多个检测电极在所述参考电极与所述腔体的第二端之间依次布设；
10.参考电极，其设置在所述腔体内，且位于所述腔体的第一端，所述参考电极的检测值用于对所述检测电极的检测值进行校正；
11.处理模块，其设置在所述腔体内，所述参考电极和检测电极分别与所述处理模块连接，所述处理模块用于根据各检测电极的检测值判断液位。
12.进一步的，所述参考电极和检测电极为电容元件，能够将各自的电容值反馈至所述处理模块；
13.所述处理模块被配置为根据所述参考电极检测的电容值对所述检测电极进行温漂校正。
14.进一步的，所述处理模块对所述检测电极进行温漂校正的方法为：
15.计算所述检测电极有水时和无水的电容变化量：δc1＝c_
有水-c_
无水
；检测并存储所述检测电极在温度t下的电容变化量：δc
检测
＝a1*t b1；
16.检测并存储所述参考电极在温度t下的电容变化量：δc
参考
＝a2*t b2；
17.计算所述检测电极的温度漂移带来的电容变化量：
18.其中，a1为检测电极的电容值随温度漂移的斜率，b1为检测电极的电容值随温度
漂移的截距，a2为参考电极的电容值随温度漂移的斜率，b2为参考电极的电容值随温度漂移的截距；
19.计算第n个检测电极的电容校正值：c
n
＝c
′
n-δc；
20.其中，c
′
n
为第n个检测电极的电容检测值。
21.进一步的，参数a1、b1、a2、b2的确定方法为：分别获取参考电极和检测电极在不同温度时的电容值，拟合得到参数a1、b1、a2、b2，并保存在所述处理模块中。
22.进一步的，所述处理模块还被配置为对所述检测电极进行结垢补偿：
23.计算第n个检测电极的校正值：c
n
＝c
′
n-δc-δ；
24.δ为结垢对电容值的影响因子。
25.进一步的，所述处理模块靠近所述腔体的第二端设置。
26.进一步的，所述参考电极和检测电极的敏感面贴合所述外壳的内壁或位于腔体中心位置设置，所述腔体内填充有用于将其封闭的填充层。
27.进一步的，所述填充层为防水胶。
28.进一步的，还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述腔体内。
29.本发明同时提出了一种热水器，包括水箱，还包括前面任一条所记载的液位检测装置，至少所述外壳的第一端沿竖直方向探入至所述水箱的内部。
30.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的液位检测装置，所采用的检测电极封装在腔体中，不与高温水接触，避免了水、汽对器件的腐蚀，因而功能不受影响。通过设置参考电极，参考电极的检测值用于对检测电极的检测值进行校正，能够抵消水温对电容值的影响，提高检测精确度，进而提高对液位判断的精准度。
31.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本发明提出的液位检测装置的一种实施例结构示意图；
34.图2是图1的局部结构示意图；
35.图3是图1的局部结构示意图；
36.图4是本发明提出的热水器的一种实施例结构示意图。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
38.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理
解为指示或暗示相对重要性。
39.实施例一
40.本实施例提出了一种液位检测装置，如图1所示，包括外壳11、检测电极12、参考电极13以及处理模块14，其中，外壳11内部具有封闭的腔体15。检测电极12具有多个，分别设置在腔体15内，且该多个检测电极12在参考电极13与腔体15的第二端152之间依次布设。参考电极13设置在腔体15内，且位于腔体15的第一端151，参考电极13的检测值用于对检测电极12的检测值进行校正；处理模块14设置在腔体15内，参考电极13和检测电极12分别与处理模块14连接，处理模块14用于根据各检测电极12的检测值判断液位。
41.多个检测电极12沿着外壳11的长度方向布设，该液位检测装置应当竖直装配在具有液位检测需求的容器中，用于检测容器中的液位。
42.检测电极12、参考电极13封装在腔体15内，实现敏感元件与液体隔离，避免敏感元件的外表面结垢而影响检测精度。
43.检测电极12和参考电极13可以是电容元件，其可以根据外部环境的变化而相应阻值或者电容值变化。当水位没有没过检测电极12时，其检测输出一个电容值，当水位没过检测电极12时，水改变其电阻值或者电容值，检测输出为另外一个电容值，处理模块14通过将各检测电极12检测值与基准值进行比较判断，当前检测电极12是否有水没过，进而实现液位判断。
44.由于除了液体的存在状态会改变检测电极12的检测值之外，温度还会对检测值存在影响，也即，在同样的环境中(有水或者无水)，随着温度变化，检测电极12的检测值也发生变化。而对于如在热水器的应用中，热水器水箱的温度环境变化极为复杂，其温度区间范围可在0-120
°
之间变化，因此，由于温度的影响将对检测结果造成极大的影响，如果直接利用检测值判断液位，很容易产生误判。
45.基于此，本方案中通过设置参考电极13，因为参考电极13和检测电极12位于同样的温度环境中，因此，温度对检测电极13所带来的影响与对参考电极13带来的影响是具有关联的，因此，本方案中通过设置参考电极13，用于校正检测电极12的检测结论，可靠性高。
46.本实施例中优选参考电极13和检测电极12为电容元件，能够将各自的电容值反馈至处理模块14。
47.处理模块14被配置为根据参考电极13检测的电容值对检测电极12进行温漂校正。
48.为了提高参考电极13的可靠性，应当使得引起参考电极13检测值变化的环境因素尽量少，由于热水器水箱内的温度变化是事实存在，无法避免，因此，可通过将参考电极13设置在始终处于空气中，或者始终处于液体中，如此，可以避免由于干湿环境的变化带来参考电极13的变化，也即，参考电极13的检测值变化仅与温度变化有关。
49.处理模块14对检测电极12进行温漂校正的方法为：
50.计算所述检测电极有水时和无水的电容变化量：δc1＝c_
有水-c_
无水
；
51.δc1一般随温度(20℃～50℃之间)呈线性变换关系。
52.检测并存储所述检测电极在温度t下的电容变化量：δc
检测
＝a1*t b1；
53.检测并存储所述参考电极在温度t下的电容变化量：δc
参考
＝a2*t b2；
54.计算所述检测电极的温度漂移带来的电容变化量：
55.其中，a1为检测电极的电容值随温度漂移的斜率，b1为检测电极的电容值随温度漂移的截距，a2为参考电极的电容值随温度漂移的斜率，b2为参考电极的电容值随温度漂移的截距；
56.计算第n个检测电极的电容校正值：c
n
＝c
′
n-δc；
57.其中，c
′
n
为第n个检测电极的电容检测值。
58.n为正整数。
59.同在空气中或者同在液体中的环境下，检测电极12和参考电极13的电容值与温度呈线性关系，并且线性参数可计算得到。由于温度变化对参考电极13和检测电极12的影响是一致的，因此，通过计算参考电极13的温度漂移值，再利用该值计算检测电极12的温度漂移值。检测电极12去除了温度影响之后，如果检测的电容值发生变化，可以确定是由于气液环境变化所导致，进而可以判断出当前是空气环境还是液体环境。
60.因此，参数a1、b1、a2、b2的确定方法为：分别获取参考电极和检测电极在不同温度时的电容值，拟合得到参数a1、b1、a2、b2，并保存在处理模块中，计算时直接调用即可。
61.很多地区的水质偏硬，十分容易结垢，水垢附着在外壳的外表面，影响液位检测装置的感应灵敏度。为了消除水垢的影响，本实施例的处理模块还被配置为对检测电极进行结垢补偿：
62.计算第n个检测电极的电容校正值：c
n
＝c
′
n-δc-δ；
63.δ为结垢对电容值的影响因子，可以通过实验室测试获取。
64.由于水箱在充满水时，水箱内部不再有仅包含空气的空间，因此，为了确保参考电极13环境的稳定性，本方案中优选将参考电极13设置在始终有水的环境中。只需将参考电极13探入水箱的底部，绝大部分情况下液位会高于参考电极13的高度，除非刻意将水箱的水全部放干，且不为其自动上水的情况下，该种情况不属于本方案的讨论场景。
65.本液位检测装置在使用时，将其外壳11探入至待检测的容器中，且位置最高的检测电极12应当仍处于液位可能达到的高度。腔体15在其长度方向上具有第一端151和第二端152，参考电极13位于腔体15的第一端151，外壳11探入至待检测的容器中时，应当是第一端151朝下探入。
66.由于太阳能热水器的水箱内长期处于高温，在积累一定压力时，水汽温度高达120℃，其中空晒时可达140℃。本液位检测装置的腔体15内设置的处理模块14若长期在高温环境下将会影响使用寿命。
67.由于第一端151朝下探入到待检测的容器中，优选处理模块14靠近腔体15的第二端152设置。第二端152可以不用始终没入液体中，避免高温液体对处理模块14的损害。
68.为了进一步保护处理模块14，优选在将液位检测装置装配到待检测容器中后，第二端152留置在待检测容器的外部，避免处理模块14位于待检测容器内部的高温液体或者气体环境中。
69.参考电极13和检测电极12的敏感面贴合外壳的内壁位于腔体15的中心位置设置，腔体15内填充有用于将其封闭的填充层(图中未示出)。填充层能够将参考电极13和检测电极12以及处理模块14进行密封，防止在长期高温水汽影响下，水汽会腐蚀敏感元件并渗入内部电路，导致功能间歇性失效的问题。
70.优选填充层为耐高温的防水胶，例如环氧树脂等材料。
71.很多应用场合中，除了具有液位检测之外，还具有温度检测需求，为了节约封装成本，无需另外封装温度传感器，本方案的液位检测装置优选还包括温度传感器16，温度传感器设置在腔体15内，同检测电极12和参考电极13一起封装，扩展了温度检测功能，同时达到节约成本的效果。
72.如图2、图3所示，外壳11可以由第一段111和第二段112两部分密封连接组成，其内部形成封闭的腔体15。本实施例中第一段111和第二段112通过螺纹连接，且连接部位设置有密封圈17。
73.实施例二
74.本实施例同时提出了一种热水器，如图4所示，包括水箱2，还包括实施例一中所记载的液位检测装置1，水箱2的顶部开设有装配孔(图中未示出)，至少外壳11的第一端沿竖直方向从装配孔探入至水箱2的内部。液位检测装置如图1所示，包括外壳11、检测电极12、参考电极13以及处理模块14，其中，外壳11内部具有封闭的腔体15。检测电极12具有多个，分别设置在腔体15内，且该多个检测电极12在参考电极13与腔体15的第二端152之间依次布设。参考电极13设置在腔体15内，且位于腔体15的第一端151，参考电极13的检测值用于对检测电极12的检测值进行校正；处理模块14设置在腔体15内，参考电极13和检测电极12分别与处理模块14连接，处理模块14用于根据各检测电极12的检测值判断液位。液位检测装置具体可参见实施例一中记载，在此不做赘述。
75.本实施例中优选腔体15的第二端152留置在水箱2的外部，处理模块14靠近腔体15的第二端152设置。避免处理模块14位于水箱2内部的高温液体或者气体环境中，有利于延长其使用寿命。
76.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。