用于检测介质的水平的传感器制造技术

一种用于检测包含在特别是储槽的容器中的介质的水平的传感器，所述传感器包括：电容性元件的阵列，被设计成关联到容器（1）以便特别根据介质（L）的水平的检测轴（X）延伸，所述电容性元件的阵列特别在具有总体上细长形状的电绝缘基板（20）的一个面上包括多个电极（J1‑Jn），所述电极（J1‑Jn）特别沿着检测轴（X）彼此间隔开，并且优选地彼此基本上共面；至少一个绝缘层（16），用于把电极（J1‑Jn）相对于容器（1）的内部电绝缘；以及控制器（24），具有多个输入端。每一个电容性元件包括共同，特别是并行连接在一起的电极集合，每个电极集合连接到所述多个输入端当中的对应输入端。控制器（24）被预先安排成区分与每一个电极（J1‑Jn）相关联的电容的数值，以便推断出存在于容器中的介质的水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测介质的水平的传感器
本专利技术涉及一种用于检测通用介质（比如液体、流体物质、粉末状材料或者处于散装状态的材料等等）的水平的传感器。本专利技术特别是参照使用在车辆上的电容类型的水平传感器而开发的。
技术介绍
水平传感器被使用在用于检测存在于通用容器（例如储槽）中的液体的残留数量的多种情境中。这些传感器当中的一些基于浮标（float）的使用。这些传感器从机械的角度看来总体上复杂，并且呈现一些关键方面，比如堵塞的风险。这些传感器不可避免地会受到与经历测量的介质的可能冻结相关联的问题的影响。还已知基于比如电导率/电阻率或电容之类的电学量的测量的水平传感器。这些传感器通常具有根据总体上竖直的水平检测轴被安排在相应的绝缘基板上的第一电极的阵列，所述绝缘基板将被安装在储槽的内部。所述传感器随后具有设置在第一阵列的电极之间或者朝向第一阵列的电极设置的第二电极的类似阵列，从而使得将要测量其水平的流体穿入两个阵列的电极之间。在一些解决方案中，取代多个第二电极，提供共同电极，该共同电极具有至少等于第一阵列高度的高度。在再其他解决方案中，储槽本身具有例如通过金属化表面而变为导电的内表面，以便充当共同电极。所述电极电气连接到常常包括微控制器的电路装置，所述微控制器通过处理在电极之间检测到的电学量的数值而能够识别出储槽中的液体与空气之间的过渡区域，所述过渡区域被视为表明液体的水平。在这些已知的解决方案中，电极与液体直接接触，并且因此容易发生老化和过早磨损。这些传感器系统的操作于是与流体的特性（比如其电导率/电阻率或者其介电常数）紧密关联。参照电容类型的水平传感器，这些传感器通常设想到至少两个相互朝向的电极，其水平将被检测的液体穿入所述电极之间，其中所述电极通过振荡器电路被激励，振荡器电路也就是生成交流或频率调制电信号的电路。所述电路检测所述相互朝向电极之间的电容变化，所述电容变化与设置在电极之间的电介质变化成比例，也就是说与设置在电极之间的液体水平成比例，并且因此检测传感器元件的电容的变化。因此在这些传感器中获得与前述电容变化成比例的输出信号。这种类型的已知传感器设想到具有对应阻抗的配置，所述传感器甚至可能表现为天线并且呈现生成电磁干扰（EMI）的问题，这一干扰比如会与其他电子系统（比如车载电子电路）发生干扰。这一现象随着电极延伸范围的增加（也就是随着水平传感器的长度的增加）而增加，所述传感器可能会表现为传送天线。其他类型的电容性传感器设想到在例如梳齿状（交叉指状）配置中的至少两个共面电极之间执行测量，所述共面电极朝向将它们与液体分隔开的绝缘壁，其中超出绝缘壁范围的液体的存在基本上决定彼此并排设置的两个电极之间的电介质的变化，从而实现检测。这种类型的传感器例如从US7258005B2获知。在这些情况下，两个电极之间的间距必须大于绝缘壁的厚度，通常大于壁厚度（也就是设置在两个电极当中的每一个电极与将要检测的流体之间的壁的厚度的总和）的两倍，从而使得液体的可能存在可以有效地扰动电极之间的电容。除了造成负担的问题之外，这种解决方案还呈现测量分辨率或精度方面的限制。其他类型的电容性传感器被安放在储槽（比如车辆中的用于燃料或用于添加剂的储槽）的外部。但是这些类型的传感器受困于以下事实：储槽必须设想到较大的壁厚度以便确保必要的机械强度。这就需要使用具有更高功率的频率信号来检测储槽中的液体水平，并且这决定了前述电磁干扰的更大风险。
技术实现思路
本专利技术的目的总体上是提供一种生产起来简单并且便宜的水平传感器，其特点在于使用和构造方面的高度灵活性以及基本上免疫于前面着重提到的问题。根据第一方面，本专利技术的目的是提供一种可以在确保精度和可靠性的同时按照不同长度生产的水平传感器。根据一个不同方面，本专利技术的目的是提供一种即使在经历测量的介质至少部分地发生凝固或冻结的状况下也适合于实施水平测量的传感器。根据一个不同方面，本专利技术的目的是提供一种能够辨别经历测量的介质的不同层和/或不同状态的存在和/或高度的水平传感器，比如“液体-空气/气体-固体”类型，或者“液体-固体”类型，或者“空气/气体-固体”类型，或者又是“液体-空气/气体”类型的状态和/或层的序列。根据一个不同方面，本专利技术的目的是提供一种能够检测经历测量（例如在冻结和/或解冻期间包含液体的储槽中的水平变化的测量）的介质的不同层和/或状态的高度变化（比如介质的冰冻或凝固层的增大或减小）的水平传感器。根据一个不同方面，本专利技术的目的是提供一种具有如下结构的水平传感器：该结构被设计成即使在由于经历测量的介质的冻结和/或凝固和/或发热状况而面对应力的情况下仍然实现其精确操作。本专利技术的至少一个目的是通过具有在所附权利要求书中规定的特性的水平传感器和相应的控制方法而实现的。权利要求书构成这里关于本专利技术所提供的技术教导的一个固有部分。附图说明通过后面参照附图进行的描述将形成本专利技术的其他目的、特性和优点，所述附图纯粹是作为非限制性实例而提供的，其中：-图1和2是把根据本专利技术的水平传感器安装在例如储槽之类的通用容器上的两种可能的替换配置的部分剖面示意性透视图；-图3和4是根据本专利技术的一个实施例的水平传感器的不同角度的示意性透视图；-图5是根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的部分剖面示意性透视图；-图6是根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的部分分解示意图；-图7和8是根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的电路的不同角度的示意性透视图；-图9是根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的示意性纵剖面；-图10是图9的传感器的更大尺度下的第一细节；-图11是图10的传感器的更大尺度下的细节；-图12是图9的传感器的更大尺度下的第二细节；-图13是根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的感测部分的示意性剖面图；-图14是图13的传感器的更大尺度下的细节；-图15是图14的传感器的更大尺度下的细节；-图16、17和18是根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的安装或固定的可能替换配置的部分示意性透视图；-图19是根据图18的水平传感器可以关联到的容器的一部分的部分示意性透视图；-图20是旨在图示根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的电极连接的可能配置的部分示意性表示；-图21是旨在例示根据图20的水平传感器的可能电路配置的部分示意性表示；-图22是类似于图21的内容的部分示意性表示，其旨在例示根据图20的水平传感器的替换电路配置；-图23和24是旨在图示根据本专利技术的可能替换实施例的水平传感器的电极连接的其他可能配置的示意性表示；-图25是旨在例示根据图24的水平传感器的可能电路配置的部分示意性表示；-图26是旨在通过曲线图例示在本专利技术的可能实施例中使用的电信号或数值的可能解释原理的示意性表示；-图27和28是类似于图20、23和24的内容的示意性表示，其旨在图示根据本专利技术的可能替换实施例的水平传感器的电极连接的其他可能配置；-图29是根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的一些电路元件的示意性表示；-图30是类似于图25的内容的部分示意性表示，其旨在例示根据本专利技术的一个可能实施例的水平传感器的其他可能的使用状况；-图31是根据本专利技术的水平传感器的可能变型实施例的部分剖面示意性透视图；以及-图32是旨在例示作为图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测包含在特别是储槽的容器（1）中的介质的水平的传感器，所述传感器（10）包括：电容性元件的阵列，被设计成关联到容器（1）以便特别根据介质（L）的水平的检测轴（X）延伸，所述电容性元件的阵列特别在具有总体上细长形状的电绝缘基板（20）的一个面上包括多个电极（J1‑Jn），所述电极（J1‑Jn）特别沿着检测轴（X）彼此间隔开，并且优选地彼此基本上共面；至少一个绝缘层（16；16’’），用于把电极（J1‑Jn）相对于容器（1）的内部电绝缘；以及控制器（24），具有多个输入端（IN1‑INn），其中，控制器（24）包括或者具有相关联的用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP），其中，每一个电容性元件包括共同，特别是并行连接在一起的电极集合（J4，J21，J38；J20，J37，Jn），每个电极集合（J4，J21，J38；J20，J37，Jn）连接到所述多个输入端（IN1‑INn）当中的对应输入端（IN），其中，控制器（24）包括或者具有相关联的以下装置：被预先安排成把所述多个输入端（IN1‑INn）当中的每一个输入端（IN）选择性地连接到用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP）以及被预先安排成把与每次被连接到用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP）的输入端（IN）不同的所述多个输入端（IN1‑INn）当中的一个或更多输入端连接到接地或者连接到参考电压，并且其中，控制器（24）被预先安排成区分与每一个电极（J1‑Jn）相关联的电容的数值，以便推断出存在于容器（1）中的介质（L）的水平。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.15 IT TO2014A0007251.一种用于检测包含在特别是储槽的容器（1）中的介质的水平的传感器，所述传感器（10）包括：电容性元件的阵列，被设计成关联到容器（1）以便特别根据介质（L）的水平的检测轴（X）延伸，所述电容性元件的阵列特别在具有总体上细长形状的电绝缘基板（20）的一个面上包括多个电极（J1-Jn），所述电极（J1-Jn）特别沿着检测轴（X）彼此间隔开，并且优选地彼此基本上共面；至少一个绝缘层（16；16’’），用于把电极（J1-Jn）相对于容器（1）的内部电绝缘；以及控制器（24），具有多个输入端（IN1-INn），其中，控制器（24）包括或者具有相关联的用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP），其中，每一个电容性元件包括共同，特别是并行连接在一起的电极集合（J4，J21，J38；J20，J37，Jn），每个电极集合（J4，J21，J38；J20，J37，Jn）连接到所述多个输入端（IN1-INn）当中的对应输入端（IN），其中，控制器（24）包括或者具有相关联的以下装置：被预先安排成把所述多个输入端（IN1-INn）当中的每一个输入端（IN）选择性地连接到用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP）以及被预先安排成把与每次被连接到用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP）的输入端（IN）不同的所述多个输入端（IN1-INn）当中的一个或更多输入端连接到接地或者连接到参考电压，并且其中，控制器（24）被预先安排成区分与每一个电极（J1-Jn）相关联的电容的数值，以便推断出存在于容器（1）中的介质（L）的水平。2.根据权利要求1的水平传感器，其中，每一个电极（J1-Jn）能够至少提供：-第一电容性配置或结构，当电极（J1-Jn）朝向介质（L）时或者当容器（1）中的介质（L）的水平对应于或者高于电极（J1-Jn）时，具有第一电容数值；以及-第二电容性配置或结构，当电极（J1-Jn）不朝向介质（L）时或者当容器（1）中的介质（L）的水平低于电极（J1-Jn）时，具有第二电容数值。3.根据权利要求1或权利要求2的水平传感器，其中，所述控制器（24）被预先安排成至少在一个第一电容数值与一个第二电容数值之间区分与每一个电极（J1-Jn）相关联的电容数值，以便识别代表介质（L）的水平的容器（1）中介质与空气或气体之间的过渡。4.根据任一项在前权利要求的水平传感器，其中：所述用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP）包括操作地连接到或者可连接到所述多个输入端（IN1-INn）当中的每一个输入端（IN）的测量或采样电路（SS，CHOLD），采样或测量电路（SS，CHOLD）包括可控开关（SS）和电容器（CHOLD），所述可控开关（SS）可在第一位置与第二位置之间切换，在所述第一位置电容器（CHOLD）连接到电压源（VDD），在所述第二位置电容器（CHOLD）连接到对应的电极集合（J1-Jn）；并且控制器（24）包括或者具有相关联的切换装置用于把开关（SS）从第一位置切换到第二位置以便按照与电容数值成比例的方式对电容器（CHOLD）进行放电，所述电容数值与相应的电极集合（J4，J21，J38；J20，J37，Jn）相关联，其中控制器（24）优选地包括或者具有相关联的测量装置用于在开关（SS）处于第二位置情况下确定所述输入端（IN）处的电压。5.根据权利要求1-3中任一项的水平传感器，其中：所述用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP）包括操作地连接到或者可连接到所述多个输入端（IN1-INn）当中的每一个输入端（IN）的采样或测量电路（CP），所述电路被配置成把输入电容转换成等效电阻并且把通过所述等效电阻测量的电流转换成表示电容的数值的数字计数，所述采样或测量电路（CP）优选地包括开关-电容器模块（S1，S2）和计数器装置。6.根据权利要求4或权利要求5的水平传感器，其中，所述控制器（24）包括或者具有相关联的：控制或比较器装置，用于控制或者把在所述输入端（IN）处确定的数字计数或者在所述输入端（IN）处确定的电压与至少一个相应的参考数值或阈值（THD，TH1，TH2，TH3）进行比较，以便推断出介质（L）是否正朝向电极集合（J4，J21，J38；J20，J37，Jn）当中的电极。7.根据权利要求5的水平传感器，其中：每一个电极集合至少包括并行地连接在一起的一个第一电极（J4）和一个第二电极（J21）；并且所述控制或比较器装置被预先安排成控制或者把在所述输入端（IN）处确定的数字计数或者在所述输入端（IN）处确定的电压与至少两个相应的参考阈值或数值进行比较，以便推断出介质（L）是否正朝向第一电极（J4）和/或第二电极（J21）。8.根据权利要求6或权利要求7的水平传感器，其中：所述参考阈值（THD，TH1，TH2，TH3；TH1，TH2，TH3）的数目对应于一个所述集合的电极数目加一，或者其数目对应于一个所述集合的电极数目；并且所述控制或比较器装置被预先安排成控制或者把在所述输入端（IN）处确定的数字计数或者在所述输入端（IN）处确定的电压与每一个参考阈值或数值进行比较以便推断出所述集合当中的每一个电极（J4，J21，J38）是否正朝向介质（L）。9.根据任一项在前权利要求的水平传感器，其中：在所述输入端（IN）处确定的数字计数或者在所述输入端（IN）处确定的电压是差分计数或差分电压，所述用于测量电容的装置（SS，CHOLD；CP）被预先安排成计算在所述输入端（IN）处确定的计数的数值或电压与在所述多个输入端（IN1-INn）当中的连接到至少一个参考电极（J1）的输入端（IN1）处检测到的计数的数值或电压之间的差异；并且所述控制或比较器装置被预先安排成把所述差分数值与所述参考阈值或数值或者与所述参考阈值或数值（THD，TH1，TH2，TH3；TH1，TH2，TH3）当中的每一个进行比较。10.根据任一项在前权利要求的水平传感器，其中，对应集合的电极在相应的电绝缘基板（20）上形成沿着检测轴（X）依序安排的对应的电极子阵列（J4-J20；J21-J37；J38-Jn），其中优选地，在给定并行连接到第二电极（J21-J37）的第一电极（J4-J20）的数目y的情况下，有y-1个电极被设置在每一个第一电极与相应的第二电极之间。11.根据任一项在前权利要求的水平传感器，其中：电绝缘基板（20）的至少一部分被设置为抵靠绝缘层（16；16’’）的被提供有多个电极（J1-Jn）的一面，优选地至少部分地与绝缘层（16；16’’）接触，非常优选地至少处于相应电极（J）的正面；和/或在绝缘层（16；16’’）与电绝缘基板（20）的携带所述多个电极（J1-Jn）的所述面之间存在填充材料（G），所述填充材料（G）优选地是聚氨酯树脂或凝胶，非常优选地是硅凝胶，其中所述填充材料（G）特别被设置在绝缘层（16；16’’）与电极（J）的前述面和/或正面之间。12.根据任一项在前权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：M龙达诺，E奇伊萨，M佐泽特托，D坎塔雷里，
申请(专利权)人：埃尔特克有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT