液位感测器件和方法技术

液位传感器器件（１０），包括液位传感器元件（１４），电容—电压转换器（１６）和控制器（１８）。液位传感器元件（１４）包括（ｉ）至少两个Ｎ导电电极（２２）集和（ｉｉ）Ｍ条感测线（Ｓ１－Ｓ７），其中，在至少两个导电电极集中的每一集内Ｍ大于或者等于Ｎ。Ｍ条感测线中的每一个耦合以选择至少两个导电电极集的多个Ｎ导电电极集，从而形成Ｌ个并联耦合的导电电极集，其中Ｌ等于Ｍ。电容—电压转换器（１６）周期地对于Ｍ条感测线的每一条测量Ｌ个并联耦合的导电电极集的电容。控制器（１８）对于Ｌ个并联耦合的导电电极集中的每一个建立初始被测基线电容值和建立初始液位高度值。控制器（１８）也检测Ｌ个并联耦合的导电电极集的被测电容转变。响应于与被测电容值增加变化对应的被检测到的转变，控制器更新液位高度值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及到感测技术，且尤其涉及到液位感测。
技术介绍
在工业或消费者应用中，包括液体和气体的流体通常都存储在容器中。例如在工 业领域，流体诸如石化气体和液体、化学气体和液体以及药物混合物或化合物通常存储在 容器内。在关于制造这种气体和液体的很多工艺中，必须测量这种气体和液体的水平。相 似地，在消费者领域，在洗碗机、洗衣机、热水器、和油箱中保持液位。传统的液体感测技术 包括使用压力传感器或电容传感器。压力传感器昂贵且因此对于很多这种应用都不是很好 的选择。传统电容传感器液也存在问题，诸如在检测液体水平变化方面的低分辨率。此外， 常规电容传感器需要与控制器相关联的多个引线以记录电容值随着液位变化的任何变化。因此，需要一种改进的液位感测方法和装置，用于克服上述现有技术中存在的问题。附图说明借助于实例说明了本专利技术且本专利技术不限于附图，附图中相同参考标记表示相似的 元件。为简单和清楚的目的示出图中的元件且不必按尺寸画出。图1是用于液位感测的示意性应用的示意图；图2是根据本公开一个实施例的示例性液位感测元件的示意图；图3是图2的示例性液位感测元件的概略图示和与通过图2的液位感测元件感测 的液位和相关电容变化的图表图示；图4是根据本公开一个实施例的用于液位感测的示例性方法的图解流程图；图5是根据本公开另一实施例的示例性液位感测元件的说明图。具体实施例方式如在此使用的，术语“总线”用于表示被用来传送一个或多个各种类型信息诸如数 据、地址、控制或状态的多个信号或导体。参考单个导体、多个导体、单向导体或双向导体来 说明或描述在此讨论的导体。但是不同实施例可改变导体的实施方式。例如，可使用分开 的单向导体而不是双向导体，反之亦然。而且，可用串行或者以时分复用方式传送多个信号 的单个导体代替多个导体。相似，传送多个信号的单个导体可被分成传送这些信号的子集 的多个不同导体。因此，传送信号有很多选择。在此关于使用电容感测描述了液位感测方法和系统。借助于实例，图1示出了用 于液位感测的示例性应用10。液位感测应用10包括容纳液体13的容器12，且为此希望感 测容器12内的液体13的水平。如在此所使用的，液体涉及到其水平被感测的流体的液体 形式和气体形式中的一种或两种。根据本公开实施例，液位感测元件14可设置或者附着在5容器12内壁上。替换地和/或另外，液体感测元件14也可附着到容器12的外壁上。替换 地和/或另外，液体感测元件14也可附着到分开的容器或管的内壁或外壁上，该分开的容 器或管以保持与容器12中近似相同的液体水平的方式与容器12液体连通。液体感测元件 14根据应用环境以任何不同方式与容器12耦合。电容电压转换器16耦合到液位感测元件 14。电容电压转换器16可将电容值转换成电压值。电容电压转换器16还可耦合到控制器 18。控制器18可提供相关的控制功能，如以下进一步描述的，且如与对于给定液位感测实 施方式的液位感测相关的。图2示出了根据本公开的一个实施例的示例性液位感测元件14。液位感测元件14 可包括基板20，该基板20具有设置在基板20第一表面上的电极22。电极22可使用布线 (routing)导体24和导电通孔进一步耦合到感测线26。在一个实施例中，布线导体24 (以 在图2上的虚线指示)设置在基板20的第二表面上，其中第二表面在第一表面的相反侧， 而且其中导电通孔每一个都通过相应电极和布线导体交叉处示出的点表示。根据给定实施方式的要求，感测线26可包括任何数量的感测线。例如，在一个实 施例中，感测线26的数目包括7条感测线，如由标识Si，S2，S3，S4，S5，S6和S7表示。在 一个实施例中，基板20包括任何合适的印刷电路板材料。例如，基板20包括玻璃纤维、膜或 其他合适的印刷电路板材料。电极22可使用导电材料包括金属例如铜或其合金形成。此 外，电极22还可使用具有低介电常数的膜(未示出)覆盖以使得电极22与水平被感测的 液体电性和物理隔离。在一个实施例中，电极22被分成组，例如每一组都表示一组电容值。此外，基板20 可包括多个数目的电极22的组。图2在放大图中示出了一个这种组。如图2中所示，在一 个实例中，该组包括七(7)个电极。电极22物理地且一致地例如以预定距离23相互间隔。 在电极22之间的预定距离23对应于液位感测元件14的分辨率。例如，如果在相邻电极之 间的预定距离是2mm，则液体感测元件14可检测2mm增量的液体水平变化。因此，电极22 可根据给定水平感测应用所需的分辨率相互间隔适当距离。此外，每一对相邻电极在其间 可具有一定电容，例如由可变电容28所表示的。电容28能根据相邻电极附近存在或不存 在液体而变化，且更特别的是，给定的一个电极对(或多个电极对)是否浸入到液体中。根据一个实施例，液位传感器器件包括液位传感器元件，电容一电压转换器和控 制器。液位传感器元件20包括(i)相互平行设置成阵列的N导电电极24的至少两个集， 这里N表示在单个导电电极集中导电电极的整数数目。液位传感器元件还包括(ii)M条感 测线，这里M表示大于或等于导电电极数目N的感测线的整数数目。在图2中示出的实施 例中，感测线的数目是七。M条感测线中的每一个进一步耦合以选择至少两个导电电极集的 多个N导电电极集，从而形成L个并联耦合的导电电极集，这里L等于M。例如，图2中，第 一并联耦合的导电电极集连接到感测线Si，第二并联耦合的导电电极集连接到感测线S2， 等等。在图2的图示中，有七个并联耦合的导电电极集。根据一个实施例，图1的电容一电压转换器16耦合到液位传感器元件20的M条 感测线(S1，S2，……，S7)，用于周期性测量L个并联耦合的导电电极集的电容。此外，图1 的控制器18耦合到电容一电压转换器16，其中，控制器被构成为(a)，(a)⑴对于L个并联 耦合的导电电极集中的每一个建立初始被测基线电容值和(a) (ii)建立初始液位高度值。 控制器18还被构成为(b)检测L个并联耦合的导电电极集的被测电容的转变，如例如参考6图7所进一步讨论的。图3示出了图2的示例性液位感测元件14的概略图示300和图2的液体感测元 件14感测的液位以及相关电容变化的图表图示400。为了说明通过元件14进行的液体感 测的操作，概略图示300包括用于液体感测元件14的部分的图示。如所示出的，每条感测线 30,32和34(图3中标记为Si，S2和S7且进一步涉及到图2中相应的布线导体24)都表 示为包括多个可变电容值，诸如通过感测线30上的参考数字36，38，40和42表示。随着液 位从第一水平变化到第二水平，其中第一水平是不同于第二水平的水平，与每个相应感测 线相关联的可变电容值的电容值能够根据影响相应那个电极的液位是否存在变化而变化， 例如，在洗衣机中的液体环境下，在第一水平35和第二水平37之间，水位能上升或下降，如 分别通过双向箭头31和33表示的，如图3中所示。当水位上升时，水平上升超过一个或多 个电极，诸如第一组电极的电极A1-A7，第二组电极的电极B1-B7，等等。为了说明目的，研究图解图示400的其中洗衣机内液位从如参考46表示的第一水 平变化到参考数字48表示的第二水平的洗衣机实例。图示说明了液位升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液位传感器器件，包括：液位传感器元件，所述液位传感器元件包括（ｉ）以阵列形式相互平行设置的至少两个Ｎ导电电极集，这里Ｎ表示在单个导电电极集中的导电电极的整数数目，所述液位传感器元件还包括（ｉｉ）Ｍ条感测线，这里Ｍ表示大于或等于导电电极数目Ｎ的感测线整数数目，所述Ｍ条感测线中的每一个进一步被耦合以选择至少两个导电电极集的多个Ｎ导电电极集，从而形成Ｌ个并联耦合的导电电极集，其中Ｌ等于Ｍ；电容－电压转换器，所述电容－电压转换器耦合到液位传感器元件的Ｍ条感测线用于周期地测量Ｌ个并联耦合的导电电极集的电容；和控制器，所述控制器耦合到所述电容－电压转换器，所述控制器被构成为（ａ），（ａ）（ｉ）对于Ｌ个并联耦合的导电电极集中的每一个建立初始被测基线电容值和（ａ）（ｉｉ）建立初始液位高度值，所述控制器还被构成为（ｂ）检测Ｌ个并联耦合的导电电极集的被测电容的转变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普J西耶，罗伯特L约翰逊，布赖斯T欧索伊纳赫，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US