双极板自适应电容式液位传感系统的制作方法

本发明涉及电容液位传感系统，具体而言涉及一种双极板自适应电容式液位传感系统。

背景技术：

1、电容式液位传感系统通过将测量对象的位置变化转换成电容量的变化，当被测量介质浸汲测量电极的高度发生变化时，引起电容变化，通过测量系统电路转换成标准电流信号输出，从而实现对液位变化的检测。电容式液位传感系统广泛应用于消费电子、工业和汽车等场景，例如智能水杯、智能马桶、净水器、液压系统、液冷系统、车载油位等检测场景中。

2、电容式液位传感系统的设计和使用过程中，需要将测量电极插入到盛有液体的容器内，以测量电极作为电容的一极，以容器壁作为电容的另一极，两极之间的介质包括盛装的液体以及液面上方的气体。由于液体的介电常数与液面上方的气体的介电常数不同，因此在液位升高时，电容式液位传感系统的两极之间的总的介电常数数值随之增大，从而增大电容量，反之当液位下降时，两极之间的总的介电常数数值随之减小，电容量也相应减小，从而实现通过两极之间的电容量的变化来测量液位变化。

3、现有通行的电容式液位传感系统一般采用单电极(即测量电极)模式，因此必须事先明确液体介质的介电常数。每当液体介质的介电常数发生变化时，例如可能来自介质种类改变或者来自介质浓度等特性的细微变化，都需要对单极板电容液位系统重新进行标定，导致电容式液位传感系统无法自适应不同液体介质带来的差异性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明目的在于提供一种双极板自适应电容式液位传感系统，通过设计测量极板和参考极板的双电极，并保证测量极板和参考极板即双电极具有一致的空间电场，以自适应液体介质变化带来的差异性，不需要反复对电容式液位传感系统进行重新标定，提高检测的效率和准确性。

2、根据本发明目的的第一方面，提出一种双极板自适应电容式液位传感系统，包括：

3、第一极板，插入在用于盛装液体介质的容器内，作为测量极板；

4、第二极板，位于所述第一极板的正下方位置，并位于第一极板在所述容器的横截面方向正投影区域范围内，所述第二极板被设置作为参考极板；

5、其中，所述第一极板与第二极板均与液位传感系统的测量电路电连接；

6、所述测量电路被设置成基于第一极板、第二极板在空气中的电容值，以及它们浸入液体介质中的电容值，获取液体介质的液位和/或液位变化。

7、作为可选的实施方式，所述第一极板与第二极板被设置基于相同的电极材料制备。

8、作为可选的实施方式，所述第一极板与第二极板在沿着所述容器的横截面方向的截面具有相同的形状与尺寸，例如截面形状可设计为矩形。

9、作为可选的实施方式，所述第一极板与第二极板自上而下依次固定在一基板的表面，所述基板被设置成沿着容器的纵长轴线方向竖直地插入到容器内，所述基板为液位传感系统的pcb电路板或者绝缘底板。

10、作为可选的实施方式，所述测量电路被设置根据下述方式获取液体介质的液位信息：

11、

12、其中，hl表示液位高度；cmeas表示第一极板部分地被液体介质浸没后的电容值；cmeas_a表示第一极板在空气中的电容值；cref表示第二极板浸没在液体介质中的电容值；cref_a表示第二极板在空气中的电容值；href表示第二极板的高度。

13、由此，根据本发明第一方面实施的双极板自适应电容式液位传感系统，通过设计包含测量极板和参考极板的双电极传感体系，通过确保测量极板和参考极板具有一致的空间电场，使得参考极板和测量极板在空气中的电容值是确定的，因此在测量时只需保证参考极板在液体介质中的电容值稳定不变，即可获得液面高度。因此，通过本发明的双极板自适应电容式液位传感系统，可自适应液体介质变化带来的差异性，不需要反复对电容式液位传感系统进行重新标定，提高检测的效率和准确性。

14、根据本发明目的的第二方面，还提出一种双极板自适应电容式液位传感系统，包括：

15、第一极板，插入在用于盛装液体介质的容器内，作为测量极板；

16、第二极板，位于所述第一极板的正下方位置，并位于第一极板在所述容器的横截面方向正投影区域范围内，所述第二极板被设置作为参考极板；

17、第一连接线，所述第一连接线的一端与第二极板电连接，另一端电连接到液位传感系统的测量电路；

18、第二连接线，电连接到液位传感系统的测量电路，所述第二连接线被设置作为误差补偿线；

19、其中，所述第一连接线与第二连接线位于第二极板的同一侧面并且关于第二极板的中心轴线呈对称排布；

20、所述测量电路被设置成基于第一极板、第二极板以及第二连接线在空气中的电容值，以及它们浸入液体介质中的电容值，获取液体介质的液位和/或液位变化。

21、作为可选的实施方式，所述第一极板与第二极板在沿着所述容器的横截面方向的截面具有相同的形状与尺寸。

22、作为可选的实施方式，所述第一极板与第二极板自上而下依次固定在一基板的表面，所述基板被设置成沿着容器的纵长轴线方向竖直地插入到容器内，所述基板为液位传感系统的pcb电路板或者绝缘底板。

23、作为可选的实施方式，所述第一连接线与第二连接线具有相同的线宽。

24、作为可选的实施方式，所述第一连接线的所述一端采用过孔方式与第二极板电连接。

25、作为可选的实施方式，所述测量电路被设置根据下述方式获取液体介质的液位信息：

26、

27、其中，hl表示液位高度；cmeas表示第一极板部分地被液体介质浸没后的电容值；cmeas_a表示第一极板在空气中的电容值；

28、cref表示连接有第一连接线的第二极板浸入在液体介质中的等效电容值，其中第一连接线部分浸没，第二极板完全浸没；cer表示第二连接线部分地浸没在液体介质中的电容值；

29、cref_a表示连接有第一连接线的第二极板在空气中的等效电容值；cer表示第二连接线在客气中的电容值；

30、href表示第二极板的高度。

31、结合上述第一实施的双极板自适应电容式液位传感系统，为了进一步提高液位传感系统的稳定性、可靠性以及测量精度，进一步解决测量电容值收到外接感染以及耦合的影响的缺陷，例如参考极板通过pcb布线或者屏蔽线缆连接到极板上方的测量电路时，测量电容值会因为布线浸没在液面下的高度变化而变化，随着线缆底部与参考极板的焊接密封结构而影响参考极板的电容值，因此造成实际测量电容值的不准确，为此本发明第二方面实施的提出双极板自适应电容式液位传感系统，在设计测量极板与参考极板的双极板液位传感系统的基础上，进一步设计误差补偿结构，例如使用与参考极板的连接线线宽相同的误差补偿线，并使二者对称排布，解决由于参考极板位于液面下需要通过连接线接入测量电路而引起的外接电路/相互耦合带来的测量误差，提高双极板电容式液位传感系统的稳定性和测量精度。

32、应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

33、结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。