CN109870214A - 水量检测结构及家电设备 - Google Patents

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陈嘉琪
方召军
杨昆
贾世峰
陈育新
巨姗
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Abstract

本发明提供了一种水量检测结构及家电设备，所述水量检测结构，包括控制电路、设置于待检测容器内的导电探针和由所述导电探针、所述待检测容器以及两者之间的液体形成的电容器结构，所述控制电路分别与所述导电探针远离液体的顶端、所述待检测容器的底面连接，以检测所述电容器结构的电容量，并根据所述电容量确定所述待检测容器内的液体量。所述家电设备为包括所述水量检测结构的设备。本发明实现了待检测容器内水量的实时检测，且装配和实现简单，成本低。

Description

水量检测结构及家电设备
技术领域
本发明涉及家电设备技术领域，尤其涉及一种水量检测结构及家电设备。
背景技术
目前，大部分容器的水位检测是利用水的导电性进行电极式水位检测，例如，在容器内设置两个等效电极，以壶内的水为介质，检测两个电极之间的电导率，进而判断出水壶内的水量。还有一种常用的水位检测是通过在水壶内等间距分布检测点，在检测点使用水位探针作为检测装置，对水位信息进行检测，进而根据不同水位点处的电导率的不同，进行壶内水量的检测。
但是，以上这两种水位检测方法均只能实现单点检测，而不能连续精确检测出容器内的实时水位水量。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种水量检测结构及家电设备，解决了现有水位检测方法不能连续精确检测出容器内的实时水位水量的问题。
本发明实施例的一个方面，提供了一种水量检测结构，包括控制电路、设置于待检测容器内的导电探针和由所述导电探针、所述待检测容器以及两者之间的液体形成的电容器结构，所述控制电路分别与所述导电探针远离液体的顶端、所述待检测容器的底面连接，以检测所述电容器结构的电容量，并根据所述电容量确定所述待检测容器内的液体量。
可选地，所述控制电路包括检测电路和主控制器；
所述检测电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻的第一端与脉冲信号输入端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电容的第一端和第二电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述导电探针远离液体的顶端连接，所述的第二电阻的第二端与信号输出端连接，所述第一电容的第一端与地连接，所述第一电容的第二端与所述待检测容器的底面连接；
所述主控制器，用于提供脉冲输入信号，根据所述信号输出端的输出信号计算所述电容器结构的电容量，并根据所述电容量确定所述待检测容器内的液体量。
可选地，所述检测电路还包括二极管，所述二极管的正向连接端分别与所述第一电阻的第二端和第二电阻的第一端连接，所述二极管的反向连接端与所述第二电容的第一端连接。
可选地，所述检测电路还包括与所述第一电容并联的泄放电路。
可选地，所述泄放电路由第三电容和第三电阻串联组成。
可选地，所述导电探针垂直于所述待检测容器的底面设置。
可选地，所述待检测容器设有最低水位线，所述导电探针接触液体的底端与所述最低水位线平齐。
可选地，所述导电探针为锥形导电探针、柱形导电探针或塔型导电探针。
本发明实施例的另一个方面，还提供了一种家电设备，所述家电设备包括待检测容器和如上所述的水量检测结构。
可选地，所述家电设备还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述水量检测结构检测出的所述待检测容器内的实时液体量。
本发明实施例提供的水量检测结构，通过在待检测容器内设置导电探针，基于导电探针采集由导电探针、待检测容器以及两者之间的液体形成的电容器结构的电容量，进而根据电容量与导电探针和容器内液体接触面积之间的对应关系，对待检测容器内水量的实时连续检测。而且水量检测结构，装配和实现简单，成本低。
本发明实施例提供的家电设备，采用简单的结构实现了水位水量的实时检测，精确、方便地对待检测容器的水位进行检测及控制，可靠性高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例的一种水量检测结构的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的一种水量检测结构的结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的检测电路的电路图；
图4为本发明实施例中提出的VCC电压驱动波形示意图；
图5为本发明另一实施例中提供的检测电路的电路图；
图6为本发明另一实施例中提供的检测电路的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
此外，在本发明中，除非另有规定或者限定，需要说明的是，若有“安装”、“连接”、“相连”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接或者电连接或者气路连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1为本发明实施例的一种水量检测结构的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的水量检测结构，包括控制电路10、设置于待检测容器内的导电探针20和由所述导电探针、所述待检测容器以及两者之间的液体形成的电容器结构，所述控制电路10分别与所述导电探针20远离液体的顶端、所述待检测容器的底面连接，以检测所述电容器结构的电容量，并根据所述电容量确定所述待检测容器内的液体量。
本实施例中，待检测容器采用不锈钢等本身导电的材料制作，故可以直接用待检测容器的底面作为导电部分。可以理解的是，考虑到使用的安全性，即使将待检测容器直接作为导电部分，实际设计时也会设置保护结构以避免使用者使用时发生危险。例如，可以将待检测容器的底面进行接地设置。
本发明实施例中，通过在待检测容器内设置导电探针，当待检测容器内逐渐加水水位上升时，水浸没导电探针的高度也随之上升，水与导电探针的接触面积随之变大，则待检测容器和导电探针之间形成的电容器结构的电容量也相应地上升，通过控制电路检测电容器结构的电容值，电容值与水位水量的数值一一对应，从而得到待检测容器内实时水量的连续检测。
而且本发明提供的水量检测结构，仅通过导电探针和用于检测电容器结构的电容量的控制电路即可实现对待检测容器内水量的实时连续检测，装配和实现简单，成本低。
在本发明的一个具体实施例中，为了简化根据电容量确定待检测容器内的液体量的计算过程，导电探针可以选用锥形导电探针、柱形导电探针或塔型导电探针实现。进一步地，还可以通过将导电探针垂直于待检测容器的底面设置。
在本发明的一个具体实施例中，所述待检测容器设有最低水位线L，导电探针20接触液体的底端与所述最低水位线平齐。
可理解的，在具体应用中，导电探针20接触液体的底端可以与最低水位线L平齐，也可以接近最低水位线L。当导电探针20底端接近最低水位线L 或与最低水位线L平齐，当待检测容器和导电探针之间形成的电容器结构的电容量与最低水位线水量的数值对应，或导电探针20没有接触到液体，无法形成电容器结构时，可以及时判断出容器内缺水，并提醒用户加水，确保安全操作。
图2为本发明实施例的另一种水量检测结构的结构示意图。如图2所示，在本发明实施例提供的水量检测结构中，所述控制电路10具体包括检测电路 101和主控制器102。
图3为本发明实施例中提供的检测电路的基本电路图。参见图3，检测电路101包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，所述第一电阻R1的第一端与脉冲信号输入端VCC连接，所述第一电阻R1的第二端分别与所述第二电容C2的第一端和第二电阻R2的第一端连接，所述第二电容C2的第二端与所述导电探针20远离液体的顶端连接，所述的第二电阻R2 的第二端与信号输出端TEMP连接，所述第一电容C1的第一端与地连接，所述第一电容C1的第二端与所述待检测容器的底面连接。
其中，R2为限流电阻；C2是隔离电容，用于隔离大地，提供安全隔离。
本实施例中，导电探针20远离液体的顶端设有一根信号线，第二电容C2 的第二端通过图3中的接插端子P1与导电探针顶端的信号线连接。
本实施例中，待检测容器的底部设有一根信号线，第一电容C1的第二端通过图3中的接插端子P2与待检测容器底面的信号线连接。
所述主控制器102，用于为检测电路101提供脉冲输入信号，根据所述信号输出端TEMP的输出信号计算所述电容器结构的电容量，并根据所述电容量确定所述待检测容器内的液体量。
具体的，图3中输入信号VCC采用脉冲信号实现。
进一步地，为延缓探针与水长期接触后形成水垢，VCC驱动波形可以采用一定频率f和一定幅值V的三角波波形，波形如图4所示。
在本发明的一个具体实施例中，参见图5，所述检测电路101还包括二极管D1，所述二极管D1的正向连接端分别与所述第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端连接，所述二极管D1的反向连接端与所述第二电容C2的第一端连接。
本发明不仅利用欧姆定律原理和导电探针结构，实现了壶体内水量的实时连续检测。而且，本发明还通过设置二极管D1与隔离电容C2实现安全隔离电路，提高安全性的同时，实现了对从大地过来的干扰信号的有效隔离，提高 TEMP口检测精度，有效提高智能化和用户体验。
在本发明的一个具体实施例中，参见图6，所述检测电路101还包括与所述第一电容C1并联的泄放电路。进一步地，泄放电路由第三电容C3和第三电阻R3串联组成。
本发明实施例通过C3与R3组成泄放电路，以泄放电容C3残余电压值，避免由于C3残余电压值影响电路的测量精度。
本发明实施例提供的水量检测结构的实现原理具体如下。
当待检测容器内的水量低于最低水位线L时，导电探针底端没有接触到液体，检测电路中P1端子处于断路状态检测，TEMP检测到输出信号为VCC，这时判断容器内缺水，不执行加热并提醒用户加水。
当待检测容器内的水量高于最低水位线L时，导电探针底端能够接触到液体，导电探针通过液体与容器形成一定的电抗值R，由图3所示，此值由R1 阻抗、C2容抗RC2、C1容抗RC1、由导电探针形成的电容器结构C的容抗RC叠加所得，即R＝R1+RC2+RC1+RC。其中电容C值由下式所得：
C＝ε*A/d
其中：ε＝介电常数；A＝水与探针接触面积；d＝水与探针的距离
容抗RC由下式所得：
RC＝1/(2π*f*C)，其中：f＝VCC电压驱动频率。
根据欧姆定律UTEMP＝UVCC*R/(R+R1)，即随着液体增多，液体与导电探针的接触面积越多，探针通过液体与容器形成的接触电抗R越低，UTEMP越低，即R与UTEMP呈正相关，以此可以通过此方法实时检测容器内液体量的大小。
本发明实施例提供的水量检测结构具有以下优点：隔离大地干扰信号，提高检测精度；安全隔离电路，提高安全性；装配和实现简单，成本低；实时水量显示，提高用户体验。
此外，本发明实施例还提供了一种家电设备，所述家电设备包括待检测容器和如上所述的水量检测结构。
进一步地，所述家电设备还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述水量检测结构检测出的所述待检测容器内的实时液体量。
本发明实施例提供的水量检测结构，通过在待检测容器内设置导电探针，基于导电探针采集由导电探针、待检测容器以及两者之间的液体形成的电容器结构的电容量，进而根据电容量与导电探针和容器内液体接触面积之间的对应关系，对待检测容器内水量的实时连续检测。而且水量检测结构，装配和实现简单，成本低。
本发明实施例提供的家电设备，采用简单的结构实现了水位水量的实时检测，精确、方便地对待检测容器的水位进行检测及控制，可靠性高。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种水量检测结构，其特征在于，包括控制电路、设置于待检测容器内的导电探针和由所述导电探针、所述待检测容器以及两者之间的液体形成的电容器结构，所述控制电路分别与所述导电探针远离液体的顶端、所述待检测容器的底面连接，以检测所述电容器结构的电容量，并根据所述电容量确定所述待检测容器内的液体量。
2.根据权利要求1所述的水量检测结构，其特征在于，所述控制电路包括检测电路和主控制器；
所述检测电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻的第一端与脉冲信号输入端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电容的第一端和第二电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述导电探针远离液体的顶端连接，所述的第二电阻的第二端与信号输出端连接，所述第一电容的第一端与地连接，所述第一电容的第二端与所述待检测容器的底面连接；
所述主控制器，用于提供脉冲输入信号，根据所述信号输出端的输出信号计算所述电容器结构的电容量，并根据所述电容量确定所述待检测容器内的液体量。
3.根据权利要求2所述的水量检测结构，其特征在于，所述检测电路还包括二极管，所述二极管的正向连接端分别与所述第一电阻的第二端和第二电阻的第一端连接，所述二极管的反向连接端与所述第二电容的第一端连接。
4.根据权利要求2所述的水量检测结构，其特征在于，所述检测电路还包括与所述第一电容并联的泄放电路。
5.根据权利要求4所述的水量检测结构，其特征在于，所述泄放电路由第三电容和第三电阻串联组成。
6.根据权利要求1-5任一项所述的水量检测结构，其特征在于，所述导电探针垂直于所述待检测容器的底面设置。
7.根据权利要求1-5任一项所述的水量检测结构，其特征在于，所述待检测容器设有最低水位线，所述导电探针接触液体的底端与所述最低水位线平齐。
8.根据权利要求1-5任一项所述的水量检测结构，其特征在于，所述导电探针为锥形导电探针、柱形导电探针或塔型导电探针。
9.一种家电设备，其特征在于，所述家电设备包括待检测容器和如权利要求1-8任一项所述的水量检测结构。
10.根据权利要求9所述的家电设备，其特征在于，所述家电设备还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述水量检测结构检测出的所述待检测容器内的实时液体量。
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