[发明专利]新型电容式传感器

说明书

所属技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种新型电容式传感器，主要应用于涉水设备上进行液位传感或判断是否有水，也可以应用在物料的介电常数随时间变化的其它场合检测物料随介电常数变化的参量。

背景技术

涉水设备的控制系统中经常需要用到检测水位(或是否有水)的传感器，目前公知的技术有：

第一种技术：由磁性浮子和干簧管组成的液位传感器。一种结构是在水中设置磁性浮子，在容器外部设置干簧管；另一种结构是将干簧管设置在结构管内(结构管内无水，保持干燥)，将磁性环状浮子套在管外。利用磁性浮子接近或远离干簧管使干簧管出现闭合或断开，来进行液位传感，进而控制涉水设备的动作，例如电磁阀的启闭、水泵的起停或电加热器电源的通断等等。这种技术应用较普遍，其缺点是：结构较复杂，有机械动作，可靠性差。

第二种技术：电导率传感器。在水中设置两个或两个以上电极，利用电极导通与否来进行水位传感。这种技术应用较普遍，但存在不可克服的缺点：水的导电性能受水中导电粒子含量的影响，如纯净水与普通水的导电性能有很大的差异，纯净水几乎不导电，而普通自来水有较好的导电性能，所以水质的差异将严重影响这种方法的可靠性。

第三种技术：红外光--浮子传感器。在透光器壁的一侧设置红外发光管，在透光器壁的另一侧设置红外接收管，利用浮子是否遮挡红外光来进行液位传感。这种技术的应用也较普遍，其缺点是：器壁材料必须透光，结构较复杂，成本较高，有机械动作，可靠性差，应用范围受到一定限制。

第四种技术：电容式传感器。在需要检测水位之处设置一电容极板(即电容传感器)，分别从该电容的两个极板引出导线到设备的电气控制线路板上，利用电容极板中的介电常数变化来进行水位传感。由于水的介电常数很大，空气的介电常数很小，而传感器电容量的大小正比于极板间的介电常数，所以理论上完全可以根据介电常数的变化来判断有水无水状态。但是，传感器电容的电容量非常小，也就是信号非常弱，非常容易受到环境因素的影响，尤其是从电容极板引出的导线对电容量的影响很大。所以，这种电容式传感器抗干扰性很差，也就是可靠性很差。

综上所述，公知技术的液位传感器都存在可靠性差的问题，要使液位传感器可靠性好，成本低，能适应各种水质还需要技术上突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状的不足而提供一种新型电容式传感器，主要应用于涉水设备上检测水位或判断是否有水，也可以应用在物料的介电常数随时间变化的其它场合检测物料随介电常数变化的其它参量，其特点是传感器工作稳定，信号检测可靠。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：传感器上设有电源线端和信号线端，在传感器壳体内设置电气元件集成体，传感器壳体上还设有电容极板，将传感器壳体、电容极板和电气元件集成体制成一个整体。

所述的电源线端要求接交流电源，其电压可以是220V，可以是110V，可以是24V，也可以是其它电压；其频率可以为50Hz，也可以高于50Hz。为了使信号强度足够，同时确保电气安全，优选电压为24V，频率不低于50Hz的交流电源。

所述的信号线端可以输出开关信号，也可以输出电压信号。

1.对于输出开关信号的情况：

所述的电气元件集成体中包括信号处理电路和继电器，信号处理电路对电容信号处理后控制继电器线包是否通电，进而控制继电器触点的通断。例如，当极板之间无水(即充满空气)时，继电器线包断电，其常开触点为断开状态，常闭触点为闭合状态；当极板之间充满水时，继电器线包通电，其常开触点闭合，常闭触点断开。

2.对于输出电压信号的情况：

所述的电气元件集成体中包括信号处理电路和电压输出电路，信号处理电路对电容信号处理后，可以使输出的电压信号为系列电压信号；也可以使输出的电压信号为高电平和低电平两种状态，在本说明书中称其为数字信号(0和1两种状态)。

a.对于输出系列电压信号的情况：

一些物质的介电常数与温度有关。现举一个实施例：温度为100℃的水的介电常数ε_r是55.3，温度为20℃的水的介电常数ε_r是80.4，当传感器电容极板中充满水时，水温的变化将引起介电常数变化，介电常数的变化引起传感器电容量的变化，这时，传感器输出的系列电压信号就可以反映水的系列温度值。