一种加湿器的水位检测装置及其水位检测方法与流程

本发明涉及一种加湿器，特指一种能够通过侦测多层介质的等效介电常数变化来准确判断水箱水位的加湿器的水位检测装置及其水位检测方法。

背景技术：

现有的加湿器水箱在进行水位检测时，通常采用三种方式：第一种是利用浮球磁感应接近开关，第二种是利用压力传感器，第三种是通过可视窗直接观察水位变化。利用浮球磁感应接近开关进行检测水位的高度时，是需要在水箱内放置一种包有磁性材料的浮子，因为浮子需要长时间接触水，所以浮子上容易积存水垢和杂质，有可能使得它上下浮动不灵活，侦测失效；此外，对于加湿器中的水箱，大多为移动式，需要频繁的抽出加水或清洗，水箱结构复杂并不好清理。利用压力传感器虽然可以有效的解决水垢影响问题，但是成本也相对较高。部分加湿器还采用设置可视窗直接观察水位变化，此方法虽直接明了，但是实现过程需要可视窗和外壁紧密贴合，当可视窗和外壁不密封时，就会出现漏水的情况，且对于安装在加湿器中的内部水箱，此方法不易实现。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种加湿器，特指一种能够通过侦测多层介质的等效介电常数变化来准确判断水箱水位的加湿器的水位检测装置及其水位检测方法。

实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种加湿器的水位检测装置，包括水箱和电极单元，所述水箱包括一体成型的箱体和设置于所述箱体一侧的空心柱体，所述空心柱体与所述箱体内部相互连通形成收容水的容纳腔，所述空心柱体包括相互平行的左侧壁和右侧壁，所述电极单元包括第一电极板和第二电极板，所述第一电极板平行设置于所述左侧壁的外侧，并与所述左侧壁形成一定的间隙，所述第二电极板平行设置于所述右侧壁的外侧，并与所述右侧壁形成一定的间隙，所述第一电极板和所述第二电极板均电性连接于检测电路板上。

优选的，所述第一电极板和所述左侧壁之间的间隙与所述第二电极板和所述右侧壁之间的间隙总和不大于2mm。

优选的，所述左侧壁和所述右侧壁的壁厚相一致，所述壁厚为不大于4mm。

优选的，所述第一电极板和所述第二电极板的横向之间具有多层介质。

优选的，所述多层介质包括所述间隙中的空气、所述左侧壁、所述右侧壁、所述水箱中的空气及所述水箱中的水。

优选的，当当水箱中储存一定量的水时，以水面为分界线，所述水箱和所述电极单元形成两个纵向并联的电容器。

一种加湿器的水位检测方法，其特征在于：当水箱中具有一定的水量时，该方法包括：

(1)根据公式c上＝ε空水箱*s上/4πkd计算所述水箱储有对应水量时水面分界线上方无水部分的电容值c上，其中，w为电极板的整体宽度，s上为位于分界线上方的电极板面积，k为静电力常量，d为第一电极板和第二电极板之间的距离；

(2)根据公式c下＝ε有水*s下/4πkd计算所述水箱储有对应水量时水面分界线下方有水部分的电容值c下，其中，s下为位于分界线下方的电极板面积；

(3)根据公式c＝c上+c下＝w*(ε空水箱*h上+ε有水*h下)/4πkd计算出整个电极板的电容c，其中，h上为电极板位于分界线上方的高度，h下为电极板位于分界线下方的高度；

(4)若整体的等效介电常数为ε总，则c＝ε总*w*h/4πkd，即ε总＝(ε空水箱*h上+ε有水*h下)/h，据此公式计算电极板之间多层介质的等效介电常数ε总，从而实现对水箱中水位的准确判断，其中，h为电极板的整体高度。

优选的，所述ε空水箱为趋近于空气的介电常数1，所述ε有水为趋近于水的介电常数为78.5。

优选的，当水箱中没有水时，根据公式ε空水箱＝d*ε空气*ε介质/(d空气*ε介质+d侧壁*ε空气)计算出空水箱的介电常数ε空水箱，其中，d为两个电极板之间的间距，ε空气为空气的介电常数，ε介质为空心柱体两侧壁的介电常数，d空气为两侧壁之间的间距，d侧壁为侧壁自身的厚度。

本发明的有益效果体现为：本发明旨在提供一种加湿器的水位检测装置及其水位检测方法，通过结合相对立的两块平行电极板和水箱的内部，在水箱装入时，水箱上的空心柱体嵌设于两电极板中，通电状态下，通过控制电路来检测两片电极板之间的多层介质的等效介电常数的变化，从而判定水箱的水位，避免传统水箱进行水位检测时存在的浮子易滋生水垢、检测不准确的问题，其结构简单，生产成本低，便于使用，实用性强。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明空水箱的整体结构正视图。

图3为本发明水箱的整体结构俯视图。

图4为本发明水箱装有水时的整体结构正视图。

附图标注说明：

1-水箱；2-电极单元；3-空心柱体；4-左侧壁；5-右侧壁；6-第一电极板；7-第二电极板。

具体实施方式

在以下的描述中凡是涉及上、下、左、右、前和后的方向性或称方位性的概念都是针对正在被描述的附图所示的位置状态而言的，因而不能将其理解为对本发明提供的技术方案的特别限定。

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

如图1-4所示，一种加湿器的水位检测装置，包括水箱1和电极单元2，所述水箱1包括一体成型的箱体和设置于所述箱体一侧的空心柱体3，所述空心柱体3与所述箱体内部相互连通形成收容水的容纳腔，所述空心柱体3包括相互平行的左侧壁4和右侧壁5，所述电极单元2包括第一电极板6和第二电极板7，所述第一电极板6平行设置于所述左侧壁4的外侧，并与所述左侧壁4形成一定的间隙，所述第二电极板7平行设置于所述右侧壁5的外侧，并与所述右侧壁5形成一定的间隙，所述第一电极板6和所述第二电极板7均电性连接于检测电路板上。

优选的，所述第一电极板6和所述左侧壁4之间的间隙与所述第二电极板7和所述右侧壁5之间的间隙总和不大于2mm。

优选的，所述左侧壁4和所述右侧壁5的壁厚相一致，所述壁厚为不大于4mm。

优选的，所述第一电极板6和所述第二电极板7的横向之间具有多层介质。

优选的，所述多层介质包括所述间隙中的空气、所述左侧壁4、所述右侧壁5、所述水箱1中的空气及所述水箱1中的水。

优选的，当当水箱1中储存一定量的水时，以水面为分界线，所述水箱1和所述电极单元2形成两个纵向并联的电容器。

一种加湿器的水位检测方法，其特征在于：当水箱1中具有一定的水量时，该方法包括：

(1)根据公式c上＝ε空水箱*s上/4πkd计算所述水箱1储有对应水量时水面分界线上方无水部分的电容值c上，其中，w为电极板的整体宽度，s上为位于分界线上方的电极板面积，k为静电力常量，d为第一电极板6和第二电极板7之间的距离；

(2)根据公式c下＝ε有水*s下/4πkd计算所述水箱1储有对应水量时水面分界线下方有水部分的电容值c下，其中，s下为位于分界线下方的电极板面积；

(3)根据公式c＝c上+c下＝w*(ε空水箱*h上+ε有水*h下)/4πkd计算出整个电极板的电容c，其中，h上为电极板位于分界线上方的高度，h下为电极板位于分界线下方的高度；

(4)若整体的等效介电常数为ε总，则c＝ε总*w*h/4πkd，即ε总＝(ε空水箱*h上+ε有水*h下)/h，据此公式计算电极板之间多层介质的等效介电常数ε总，从而实现对水箱1中水位的准确判断，其中，h为电极板的整体高度。

优选的，所述ε空水箱为趋近于空气的介电常数1，所述ε有水为趋近于水的介电常数为78.5。

优选的，当水箱1中没有水时，根据公式ε空水箱＝d*ε空气*ε介质/(d空气*ε介质+d侧壁*ε空气)计算出空水箱的介电常数ε空水箱，其中，d为两个电极板之间的间距，ε空气为空气的介电常数，ε介质为空心柱体3两侧壁的介电常数，d空气为两侧壁之间的间距，d侧壁为侧壁自身的厚度。

本发明一种加湿器的水位检测装置及其水位检测方法，包括水箱1和电极单元2，水箱1包括一体成型的箱体和位于箱体一侧的长方体空心柱体3，箱体和空心柱体3的内部相互连通形成用于储存水的收纳空间，空心柱体3包括相互平行且相对设置的左侧壁4和右侧壁5，电极单元2由第一电极板6和第二电极板7组成，其中，第一电极板6设置于左侧壁4的外侧，第一电极板6与左侧壁4相互平行设置，且相互之间形成一定的间隙，第二电极板7与右侧壁5相互平行设置，且相互之间形成一定的间隙，同时，第一电极板6和左侧壁4的间隙与第二电极板7和右侧壁5的间隙相等，第一电极板6和第二电极板7分别电性连接于检测电路板，在通电时，由检测电路板通过对第一电极板6和第二电极板7之间的多层介质的介电常数进行检测，从而判断水箱1中水位变化，水箱1整体最优但不限定地选择为塑胶材质。

进一步地，如图2所示，当水箱1没水时，电极板之间横向含有多层介质，其多层介质包括第一电极板6和左侧壁4之间的空气、左侧壁4、第二电极板7和右侧壁5之间的空气、右侧壁5及水箱1中的空气，即多层介质为塑胶介质和空气。

进一步地，假设左侧壁4和右侧壁5的塑胶壁总厚度为d介质，左侧壁4和右侧壁5之间空气总宽度为d空气，第一电极板6和第二电极板7之间的距离为d,即d＝d介质+d空气，多层介质的等效介电常数为ε空水箱，那么

ε空水箱＝d*ε空气*ε介质/(d空气*ε介质+d侧壁*ε空气)，在整个检测过程中，需要侦测的是上述介电常数的变化量，因此，空水箱时的等效介电常数越小越好，加水以后的等效介电常数越大越好，变化量越大越有利于侦测。

进一步地，由于相对介电常数是绝对介电常数与真空介电常数的比值，空气的相对介电常数接近于1，此多层介质的等效介电常数越接近1，就越适合作为理想的初始状态。

进一步地，由上述公式可知，d理论上越小越好，但实际上水箱1需要进行清洗或拆装等不同操作，实际上在检测处是需要预留足够的宽度以便用户进行适当的操作，塑胶的介电常数越小越好，最优但不限定地选择为小于5的材质，例如pp、ps、abs、pc等，而塑胶壁的厚度越小越好，左侧壁4和右侧壁5最优但不限定地选择为单层壁厚不大于4mm，另外，在水箱1加水后，两塑胶侧壁和两个电极板间的空气无法被水取代，因此，此间隙越小越好，考虑到结构配合，该空心柱体3分别与第一电极板6和第二电极板7之间的间隙总和最优但不限定地选择为不大于2mm。

进一步地，当水箱1内加入水时，第一电极板6和第二电极板7之间形成两个纵向并联的电容器，该两个电容器以水面为分界线，此时，位于水面上层的电容器的多层介质包括塑胶侧壁、侧壁与电极板间隙中的空气及水箱1中的空气，而下层电容器的多层介质包括塑胶壁、侧壁与电极板间隙中的空气和水箱1中的水。

进一步地，如图3-4所示假设矩形电极板的宽为w，高为h，整个电极板的电容为c。上下两个电容器的电容分别为c上、c下，高度分别为h上、h下,面积分别为s上、s下，等效介电常数分别为ε空水箱、ε有水，那么：

c＝c上+c下＝ε空水箱*s上/4πkd+ε有水*s下/4πkd

＝(ε空水箱*w*h上+ε有水*w*h下)/4πkd

＝w*(ε空水箱*h上+ε有水*h下)/4πkd

在这种情况下，假设整体的等效介电常数为ε总，那么电容值也可以这样表示：c＝ε总*w*h/4πkd；由于前述两个计算c的公式为等效的，因此，

ε总＝(ε空水箱*h上+ε有水*h下)/h。

进一步地，由前述空水箱的情况下可得知，通过适当的设置，此种结构下，空水箱的等效介电常数ε空水箱趋近于空气的介电常数1，水箱1中有水部分的等效介电常数也趋近于水的介电常数，而水的介电常数约为78.5，水箱1中有可能使用纯净水或自来水等不同的水，以及随着加湿器的工作，水的tds值会发生变化，但不同tds值的水，介电常数变化并不大，也就是说，在水箱1中有水或没水，以及水量发生变化的时候，因为空气和水的介电常数差值比较大，此方案中的等效介电常数的变化也足够大。

进一步地，在实际使用过程中，假设为实际ε空水箱为1.1，ε有水为70，那么，将数据代入到前述公式ε总＝(ε空水箱*h上+ε有水*h下)/h中，可得

ε总＝(1.1h上+70h下)/h；

当加入1/10高度的水时，h下＝0.1h,h上＝0.9h，

代入ε总＝(1.1h上+70h下)/h＝7.99

由此可见，当加入少量水时，总的等效介电常数的已经有明显变化，约为空水箱时的8倍，同理，当水箱1加了一半高度的水时，倍数会放大到约35，加满水时，倍数会放大到约70倍，从而通过实验证明可以通过检测介电常数的变化就能判定水位的变化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。