專利名稱：一種使用溫度傳感器測量水位的傳感器及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用溫度傳感器測量水位的傳感器及其使用方法，特別涉及一種 用于太陽能熱水器中的使用溫度傳感器測量水位的傳感器及其使用方法。
背景技術：
目前，用于太陽能熱水器中的水位傳感器大多采用電極式，這種傳感器結構簡單， 成本較低，測量結果準確可靠。但上述傳感器需要比較干燥的工作環(huán)境，由于傳感器長時間 浸泡在水中，當水滲入傳感器內部后，其就完全失效了。為解決上述問題，本領域一般采取 改進密封的方法延長傳感器的工作壽命，但由于熱水器中水的溫差變化較大，一般的密封 措施無法較長時間的起到應有的作用。因此，電極式傳感器必須隔一段時間就進行更換，造 成極大的人力和物力浪費。在本領域中，溫度傳感器的使用非常普遍。其體積小，重量輕，尤其重要的是其可 以不接觸水工作，因此防水封裝相對容易。如果可以使用溫度傳感器代替電極測量水位，將 可以大大延長水位傳感器的使用壽命。而且，由于太陽能熱水器中一般都需要溫度傳感器， 因此，使用溫度傳感器測量水位可以一物兩用，減小傳感器的體積，且溫度傳感器一種通用 的標準件，價格與電極相比相對較低，可以顯著降低傳感器的成本。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明提出一種使用溫度傳感器測量水位的水位傳感器，其技 術方案如下一種使用溫度傳感器測量水位的水位傳感器，其特征在于，包括恒流源、多個測 溫模塊、密封防水外殼和測量電路；所述測溫模塊包括溫度傳感器和電阻，恒流源和所述多 個測溫模塊中的電阻串聯(lián)組成閉合回路；測量電路電氣連接所述多個測溫模塊中的溫度傳 感器，以用于測量所述閉合回路中每個溫度傳感器的溫度；所述恒流源和測溫模塊均設置 在密封防水外殼中。其中還可以包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述閉合回路的通/斷。其中所述測量電路僅包括導線，導線連接各溫度傳感器并具有從密封防水外殼中 引出的接線端。其中所述測量電路包括導線和測量單元，導線連接各電阻溫度傳感器和測量單 元，通過測量單元得到對應各溫度傳感器的溫度的電信號。其中所述溫度傳感器與所述電阻緊密貼合。其中密封防水外殼接觸溫度傳感器的部分采用傳熱材料，每兩個相鄰溫度傳感器 之間的密封防水外殼上具有隔溫部件。使用上述溫度傳感器測量水位的原理在于當電阻通以電流時，由于電阻效應其 會升溫。由于水和空氣的散熱效果不同，其中的電阻溫度傳感器升溫表現(xiàn)也不同。由于空 氣是熱的不良導體，在空氣中，電阻一旦通電，其溫度幾乎會直線上升，如果電流較大，溫度的上升會相當明顯；而由于水是熱的良導體，電阻在水中通電的話，其熱量會很快的傳遞到 水中，從而導致其溫度也不會有太快的變化(如果容器較大的話甚至基本不變)。如果將多 個相同的電阻串聯(lián)到恒流源上放入水中，由于采用的是恒流源，每個電阻產生的熱量大體 是相同的，但在水中的電阻的溫升將會遠遠小于空氣中電阻的溫升，即水中電阻的溫度小 于空氣中電阻的溫度。在各電阻附件放置溫度傳感器，使用溫度傳感器測量各電阻的溫度 變化，通過變化測量其是否位于水中，以此測量水位。上述水位傳感器的測量方法如下①將裝置基本豎直的放置于需測量水位容器內；②使恒流源向閉合回路通電；③使用測量單元依次測量每個溫度傳感器的溫度，并將對應該溫度的電信號值記 為第一溫度；④經過一段預設的時間后，使用測量電路再次依次測量每個溫度傳感器的溫度， 并將對應該溫度的電信號值記為第二溫度；⑤外接的比較電路將各傳感器的第一溫度與第二溫度比較，將各傳感器的第一溫 度與第二溫度的差值記錄為第三溫度；⑥外接的比較電路將第三溫度與預設的閥值比較，每個第三溫度對應有一個預設 的閥值，如第三溫度小于其對應的預設的閥值，則該第三溫度所屬的溫度傳感器位于水中， 如第三溫度大于其對應的預設的閥值，則該第三溫度所屬的溫度傳感器位于空氣中；⑦根據(jù)步驟⑥中的結果確定水位。在上述方法中，所述預設的時間為5-120秒，每個第三溫度對應的預設的閥值為
各自第一溫度的 3%。


附圖1為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例；附圖2為本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例；附圖3為本發(fā)明中測溫模塊的結構圖。附圖標記如下1-測溫模塊；2-恒流源；3-密封防水外殼；4-導線；5-接線端；6_隔溫部件；7_測 溫單元；8-電阻；9-溫度傳感器。
具體實施例方式參見附圖1，其公開了根據(jù)本發(fā)明的使用溫度傳感器測量水位的水位傳感器的一 個優(yōu)選實施例。包括恒流源、多個測溫模塊、密封防水外殼；所述測溫模塊包括溫度傳感 器和電阻，恒流源依次連接多個測溫模塊中的電阻串聯(lián)組成閉合回路，各電阻阻值相同；溫 度傳感器采用電阻溫度傳感器，測量電路為導線和測量單元，導線連接多個測溫模塊中溫 度傳感器的兩端，同時連接測量單元，用于測量每個溫度傳感器兩端的電壓，以此得到溫度 傳感器的溫度，測量單元連接外接的比較電路(比較電路及其與測量單元的連接未示出)； 所述恒流源和測溫模塊均設置在密封防水外殼中；在測溫模塊中，溫度傳感器與電阻緊密 貼合，使溫度傳感器測量結果直接反應電阻的溫度；水位傳感器密封防水外殼接觸溫度傳
4感器的部分采用不銹鋼制成，有利于熱的傳導，提高了測量的準確度，當然，在實際應用中， 也可以使用其它傳熱材料，例如鋁、銅等。在使用傳熱材料的情況下，每兩個相鄰溫度傳感 器之間的密封防水外殼上可以設置隔溫部件，各溫度傳感器具有熱獨立性，避免由于外殼 導熱帶來的干擾。下面簡述上述水位傳感器的測量方法①將裝置基本豎直的放置于需測量水位容器內；②使恒流源向閉合回路通電；③使用測量電路依次測量每個溫度傳感器兩端的電壓值(其反應溫度傳感器的 溫度)，記錄上述電壓值為第一電壓值(第一溫度)；④經過一段預設的時間后，使用測量電路再次依次測量每個溫度傳感器兩端的電 壓值，記錄上述電壓值為第一電壓值(第二溫度)；⑤外接的比較電路將各傳感器的第一電壓值與第二電壓值比較，將各傳感器的第 一電壓值與第二電壓值的差值記錄為第三電壓值(第三溫度)；⑥外接的比較電路將第三電壓值與預設的閥值比較，每個第三電壓值對應有一個 預設的閥值，如第三電壓值小于其對應的預設的閥值，則該第三電壓值所屬的溫度傳感器 位于水中，如第三電壓值大于其對應的預設的閥值，則該第三電壓值所屬的溫度傳感器位 于空氣中；⑦根據(jù)步驟⑥中的結果確定水位。參見附圖2，其公開了根據(jù)本發(fā)明的使用溫度傳感器測量水位的水位傳感器的另 一種優(yōu)選實施例。包括恒流源、多個測溫模塊、密封防水外殼；所述測溫模塊包括溫度傳 感器和電阻，恒流源和多個測溫模塊中的電阻串聯(lián)組成閉合回路，各電阻阻值相同；測量電 路為導線，電連接所述多個測溫模塊中的溫度傳感器，以用于測量所述閉合回路中每個溫 度傳感器的溫度；導線具有接線端，其從密封防水外殼中引出，用于連接外部的測量單元和 比較電路，所述恒流源和測溫模塊均設置在密封防水外殼中；所述溫度傳感器與所述電阻 緊密貼合，使溫度傳感器的測量結果更為準確。密封防水外殼接觸電阻的部分采用傳熱材 料，保證電阻與周圍環(huán)境之間熱交互的順暢，每兩個相鄰電阻之間的密封防水外殼上具有 隔溫部件，防止密封防水外殼中的熱傳導對溫度測量結果的影響。封防水外殼中的熱傳導對溫度測量結果的影響。下面簡述上述水位傳感器的測量方法①將裝置基本豎直的放置于需測量水位容器內；②使恒流源向閉合回路通電；③使用外接或內置的測量單元依次測量每個溫度傳感器的溫度，并將對應該溫度 的電信號值記為第一溫度；④經過一段預設的時間后，使用測量單元再次依次測量每個溫度傳感器的溫度， 并將對應該溫度的電信號值記為第二溫度；⑤外接或內置的比較電路將各傳感器的第一溫度與第二溫度比較，將各傳感器的 第一溫度與第二溫度的差值記錄為第三溫度；⑥外接的比較電路將第三溫度與預設的閥值比較，每個第三溫度對應有一個預設 的閥值，如第三溫度小于其對應的預設的閥值，則該第三溫度所屬的溫度傳感器位于水中，如第三溫度大于其對應的預設的閥值，則該第三溫度所屬的溫度傳感器位于空氣中；⑦根據(jù)步驟⑥中的結果確定水位。在上述使用方法中，其中所述預設的時間可以根據(jù)恒流源的電流值和溫度傳感器 的類型予以確定，優(yōu)選為5-120秒，雖然在水中溫度傳感器的溫度基本不變，即其兩端的電 壓基本不變，但出于避免測量誤差的考慮，應設置閥值，經實驗證明，每個第三溫度對應的 預設的閥值可以為各自第一溫度的 3%，上述取值可以得到非常好的實際效果。水位傳感器中可以使用任意類型的溫度傳感器，只要其能反應周圍溫度變化即 可，不同的溫度傳感器可以以不同的信號反應溫度，其測量可能需要不同的電路進行，也就 是說，對不同的溫度傳感器，測量單元可能是不同的，對應于測量單元的測量電路連接也可 能是不同。無論如何，溫度傳感器的測量單元結構和測量電路連接關系都是公知常識，本領 域技術人員可以根據(jù)實際需要選用，因其與本發(fā)明無關，在此不予累述。在附圖1和附圖2所述的實施例中，測量單元分別設置和不設置在水位傳感器內， 這些設置方式都是允許的。另外，也同樣可以將比較電路設置在水位傳感器內，其具體設置 方式可根據(jù)具體應用情況使用?？梢岳斫獾氖?，附圖中連接各測溫模塊的線、從測量單元引出的線等應是多根線 組成的導線束，圖中的一根線僅是一種示意，僅代表了其中的連接關系，而不是對數(shù)量的限 定。具體的數(shù)量根據(jù)的實際的連接確定。以上所述的外接的比較電路包括儲存數(shù)據(jù)、比較功能，采用普通的比較電路即可 (如單片機系統(tǒng)、計算機軟件等)，其設計方法為本領域的公知常識，因其與本發(fā)明的技術 內容無關，在此不予累述。以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明專利的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明專利揭露的技術范圍內，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明專利的保護范圍之內。
權利要求
1.一種使用溫度傳感器測量水位的水位傳感器，其特征在于，包括恒流源、多個測溫 模塊、密封防水外殼和測量電路；所述測溫模塊包括溫度傳感器和電阻，恒流源和所述多個 測溫模塊中的電阻串聯(lián)組成閉合回路；測量電路電連接所述多個測溫模塊中的溫度傳感 器，以用于測量所述閉合回路中每個溫度傳感器的溫度；所述恒流源和測溫模塊均設置在 密封防水外殼中。
2.如權利要求1所述的水位傳感器，其中還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述閉 合回路的通/斷。
3.如權利要求1所述的水位傳感器，其中所述測量電路僅包括導線，導線連接各溫度 傳感器并具有從密封防水外殼中引出的接線端。
4.如權利要求1所述的水位傳感器，其中所述測量電路包括導線和測量單元，導線連 接各溫度傳感器和測量單元，通過測量單元得到對應各溫度傳感器的溫度的電信號。
5.如權利要求1所述的水位傳感器，其中所述溫度傳感器與所述電阻緊密貼合。
6.如權利要求1-5任一所述的水位傳感器，其中密封防水外殼接觸溫度傳感器的部分 采用傳熱材料，每兩個相鄰溫度傳感器之間的密封防水外殼上具有隔溫部件。
7.一種使用如權利要求1-6任一所述的裝置測量水位的方法，其特征在于包括以下步驟①將裝置基本豎直的放置于需測量水位容器內；②使恒流源向閉合回路通電；③使用測量單元依次測量每個溫度傳感器的溫度，并將對應該溫度的電信號值記為第一溫度；④經過一段預設的時間后，使用測量電路再次依次測量每個溫度傳感器的溫度，并將 對應該溫度的電信號值記為第二溫度；⑤外接的比較電路將各傳感器的第一溫度與第二溫度比較，將各傳感器的第一溫度與 第二溫度的差值記錄為第三溫度；⑥外接的比較電路將第三溫度與預設的閥值比較，每個第三溫度對應有一個預設的閥 值，如第三溫度小于其對應的預設的閥值，則該第三溫度所屬的溫度傳感器位于水中，如第 三溫度大于其對應的預設的閥值，則該第三溫度所屬的溫度傳感器位于空氣中；⑦根據(jù)步驟⑥中的結果確定水位。
8.—種如權利要求7所述的方法，其中所述預設的時間為5-120秒。
9.一種如權利要求7或8所述的方法，其中每個第三溫度對應的預設的閥值為各自第 一溫度的1^-3 ^
全文摘要
一種使用溫度傳感器測量水位的水位傳感器，包括恒流源、多個測溫模塊、密封防水外殼；所述測溫模塊包括電阻溫度傳感器和電阻，恒流源和所述多個測溫模塊中的電阻串聯(lián)組成閉合回路；測量電路電氣連接所述多個測溫模塊中的電阻溫度傳感器，以用于測量所述閉合回路中每個電阻溫度傳感器的溫度；所述恒流源和測溫模塊均設置在密封防水外殼中。
文檔編號G01F23/22GK102109371SQ20111004139
公開日2011年6月29日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權日2011年2月21日
發(fā)明者任守亮, 周玉鳳, 張本超, 李小鵬, 武鑫, 王蕾, 鄒洪威, 陳兆乾 申請人:江蘇桑樂數(shù)字化太陽能有限公司