液位感測器件和方法
2023-10-31 14:10:12
專利名稱：液位感測器件和方法
技術領域：
本公開一般涉及到感測技術，且尤其涉及到液位感測。
背景技術：
在工業或消費者應用中，包括液體和氣體的流體通常都存儲在容器中。例如在工 業領域，流體諸如石化氣體和液體、化學氣體和液體以及藥物混合物或化合物通常存儲在 容器內。在關於製造這種氣體和液體的很多工藝中，必須測量這種氣體和液體的水平。相 似地，在消費者領域，在洗碗機、洗衣機、熱水器、和油箱中保持液位。傳統的液體感測技術 包括使用壓力傳感器或電容傳感器。壓力傳感器昂貴且因此對於很多這種應用都不是很好 的選擇。傳統電容傳感器液也存在問題，諸如在檢測液體水平變化方面的低解析度。此外， 常規電容傳感器需要與控制器相關聯的多個引線以記錄電容值隨著液位變化的任何變化。因此，需要一種改進的液位感測方法和裝置，用於克服上述現有技術中存在的問題。
藉助於實例說明了本發明且本發明不限於附圖，附圖中相同參考標記表示相似的 元件。為簡單和清楚的目的示出圖中的元件且不必按尺寸畫出。圖1是用於液位感測的示意性應用的示意圖；圖2是根據本公開一個實施例的示例性液位感測元件的示意圖；圖3是圖2的示例性液位感測元件的概略圖示和與通過圖2的液位感測元件感測 的液位和相關電容變化的圖表圖示；圖4是根據本公開一個實施例的用於液位感測的示例性方法的圖解流程圖；圖5是根據本公開另一實施例的示例性液位感測元件的說明圖。
具體實施例方式如在此使用的，術語「總線」用於表示被用來傳送一個或多個各種類型信息諸如數 據、地址、控制或狀態的多個信號或導體。參考單個導體、多個導體、單向導體或雙嚮導體來 說明或描述在此討論的導體。但是不同實施例可改變導體的實施方式。例如，可使用分開 的單向導體而不是雙嚮導體，反之亦然。而且，可用串行或者以時分復用方式傳送多個信號 的單個導體代替多個導體。相似，傳送多個信號的單個導體可被分成傳送這些信號的子集 的多個不同導體。因此，傳送信號有很多選擇。在此關於使用電容感測描述了液位感測方法和系統。藉助於實例，圖1示出了用 於液位感測的示例性應用10。液位感測應用10包括容納液體13的容器12，且為此希望感 測容器12內的液體13的水平。如在此所使用的，液體涉及到其水平被感測的流體的液體 形式和氣體形式中的一種或兩種。根據本公開實施例，液位感測元件14可設置或者附著在
5容器12內壁上。替換地和/或另外，液體感測元件14也可附著到容器12的外壁上。替換 地和/或另外，液體感測元件14也可附著到分開的容器或管的內壁或外壁上，該分開的容 器或管以保持與容器12中近似相同的液體水平的方式與容器12液體連通。液體感測元件 14根據應用環境以任何不同方式與容器12耦合。電容電壓轉換器16耦合到液位感測元件 14。電容電壓轉換器16可將電容值轉換成電壓值。電容電壓轉換器16還可耦合到控制器 18。控制器18可提供相關的控制功能，如以下進一步描述的，且如與對於給定液位感測實 施方式的液位感測相關的。圖2示出了根據本公開的一個實施例的示例性液位感測元件14。液位感測元件14 可包括基板20，該基板20具有設置在基板20第一表面上的電極22。電極22可使用布線 (routing)導體24和導電通孔進一步耦合到感測線26。在一個實施例中，布線導體24 (以 在圖2上的虛線指示)設置在基板20的第二表面上，其中第二表面在第一表面的相反側， 而且其中導電通孔每一個都通過相應電極和布線導體交叉處示出的點表示。根據給定實施方式的要求，感測線26可包括任何數量的感測線。例如，在一個實 施例中，感測線26的數目包括7條感測線，如由標識Si，S2，S3，S4，S5，S6和S7表示。在 一個實施例中，基板20包括任何合適的印刷電路板材料。例如，基板20包括玻璃纖維、膜或 其他合適的印刷電路板材料。電極22可使用導電材料包括金屬例如銅或其合金形成。此 外，電極22還可使用具有低介電常數的膜(未示出)覆蓋以使得電極22與水平被感測的 液體電性和物理隔離。在一個實施例中，電極22被分成組，例如每一組都表示一組電容值。此外，基板20 可包括多個數目的電極22的組。圖2在放大圖中示出了一個這種組。如圖2中所示，在一 個實例中，該組包括七(7)個電極。電極22物理地且一致地例如以預定距離23相互間隔。 在電極22之間的預定距離23對應於液位感測元件14的解析度。例如，如果在相鄰電極之 間的預定距離是2mm，則液體感測元件14可檢測2mm增量的液體水平變化。因此，電極22 可根據給定水平感測應用所需的解析度相互間隔適當距離。此外，每一對相鄰電極在其間 可具有一定電容，例如由可變電容28所表示的。電容28能根據相鄰電極附近存在或不存 在液體而變化，且更特別的是，給定的一個電極對(或多個電極對)是否浸入到液體中。根據一個實施例，液位傳感器器件包括液位傳感器元件，電容一電壓轉換器和控 制器。液位傳感器元件20包括(i)相互平行設置成陣列的N導電電極24的至少兩個集， 這裡N表示在單個導電電極集中導電電極的整數數目。液位傳感器元件還包括(ii)M條感 測線，這裡M表示大於或等於導電電極數目N的感測線的整數數目。在圖2中示出的實施 例中，感測線的數目是七。M條感測線中的每一個進一步耦合以選擇至少兩個導電電極集的 多個N導電電極集，從而形成L個並聯耦合的導電電極集，這裡L等於M。例如，圖2中，第 一併聯耦合的導電電極集連接到感測線Si，第二並聯耦合的導電電極集連接到感測線S2， 等等。在圖2的圖示中，有七個並聯耦合的導電電極集。根據一個實施例，圖1的電容一電壓轉換器16耦合到液位傳感器元件20的M條 感測線(S1，S2，……，S7)，用於周期性測量L個並聯耦合的導電電極集的電容。此外，圖1 的控制器18耦合到電容一電壓轉換器16，其中，控制器被構成為(a)，(a)⑴對於L個並聯 耦合的導電電極集中的每一個建立初始被測基線電容值和(a) (ii)建立初始液位高度值。 控制器18還被構成為(b)檢測L個並聯耦合的導電電極集的被測電容的轉變，如例如參考
6圖7所進一步討論的。圖3示出了圖2的示例性液位感測元件14的概略圖示300和圖2的液體感測元 件14感測的液位以及相關電容變化的圖表圖示400。為了說明通過元件14進行的液體感 測的操作，概略圖示300包括用於液體感測元件14的部分的圖示。如所示出的，每條感測線 30,32和34(圖3中標記為Si，S2和S7且進一步涉及到圖2中相應的布線導體24)都表 示為包括多個可變電容值，諸如通過感測線30上的參考數字36，38，40和42表示。隨著液 位從第一水平變化到第二水平，其中第一水平是不同於第二水平的水平，與每個相應感測 線相關聯的可變電容值的電容值能夠根據影響相應那個電極的液位是否存在變化而變化， 例如，在洗衣機中的液體環境下，在第一水平35和第二水平37之間，水位能上升或下降，如 分別通過雙向箭頭31和33表示的，如圖3中所示。當水位上升時，水平上升超過一個或多 個電極，諸如第一組電極的電極A1-A7，第二組電極的電極B1-B7，等等。為了說明目的，研究圖解圖示400的其中洗衣機內液位從如參考46表示的第一水 平變化到參考數字48表示的第二水平的洗衣機實例。圖示說明了液位升高，如通過參考數 字52表示的，且進一步示出了液位下降，如通過參考數字52示出的。液位達到上升和下降 之間的峰值，如通過虛線54表示的。為了進一步理解根據本公開實施例的液位傳感器，在 液位46處，液位還沒有達到電極Al，如根據圖解圖示400可理解的。隨著液位持續上升， 水平達到並超過電極Al，A2，A3，A4，A5，A6和A7中相應的那個。注意，在相應感測線Si， S2，S3，S4，S5，S6*S7中反應出電容相應變化。一旦液位達到和超過感測線Sl的電極Bi， 電容的附加變化就發生在感測線Sl上，如根據圖解圖示400可理解的。在該實例中，液位 持續上升至由參考數字48表示的水平。當液位持續上升到水平48時，電容的附加變化發 生在感測線S2，S3和S4上。隨後，液位下降，如通過參考數字52表示的，且感測線中電容 發生相應變化。注意，對於降低液位52，為了簡化說明僅示出了感測線S4，S3和S2中的變 化。當液位在第一和第二水平之間上升和下降時，關於每條感測線的電容變化，以與該實例 所討論的相似的方式進行。現在參考圖4，附圖包括用於根據本公開一個實施例的液位感測的示例性方法的 圖解流程圖。在一個實施例，實施液位感測的方法包括提供液位傳感器元件。液位傳感器 元件包括(i相互平行設置成陣列的N個導電電極的至少兩個集，這裡N表示在單個導電電 極集中的導電電極的整數數目。液位傳感器元件還包括(ii)M條感測線，這裡M表示大於 或等於導電電極數目N的感測線的整數數目。M條感測線中的每一個都被耦合以選擇至少 兩個匹配的導電電極集的多個N導電電極集，從而形成L個並聯耦合的導電電極集，這裡L 等於M。該方法還包括通過耦合到液位傳感器元件的M條感測線的電容一電壓轉換器周 期性測量L個並聯耦合的導電電極集的電容，和將控制器耦合到電容一電壓轉換器。控制 器被構成為(a)，(a) (i)對於L個並聯耦合的導電電極集中的每一個建立初始被測基線電 容值，和(a) (ii)建立初始液位高度值，和進一步被構成為(b)檢測L個並聯耦合的導電電 極集的被測電容的轉變。建立或改變1)用於每條感測線(例如S1-S7)的基線值和2)用於被感測液位的高 度值的步驟通過圖4流程中的框60表示。在框62中，該方法包括測量每一條感測線(例 如S1-S7)的電容。在框64中，該方法詢問在電容測量中是否檢測到任何邊緣。如果沒有檢測到邊緣，則過程返回到框62且重複檢測感測線的電容。如果在框64中，在電容測量 中檢測到邊緣，則該方法繼續到框66。在框66中，該方法詢問該被檢測到的邊緣是否包括 單個邊緣。如果被檢測到的邊緣包括與電容增加變化對應的單個邊緣，則該方法繼續到框 68。尤其是，如果被檢測到的轉變包括單個邊緣轉變，則該轉變與至少兩個導電電極集的L 個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容的增加變化相對應，響應液體水平相對於液 位傳感器元件的物理變化。在框68中，先前的高度值分別根據正邊緣而增加或根據負邊緣而減小，這會反映 出液位高度的升高或者液位高度的降低。在框68中增加或降低高度值之後，該方法再次繼 續到框60並建立或改變1)感測線的基線值和2)高度值，如之前所討論的。向回參考框66，如果被檢測到的邊緣不包括單個邊緣，則被檢測到的邊緣對應於 非增加的變化。一旦檢測到非增加變化，則該方法繼續到框70。在框70中，該方法實施偏 差和/或介電補償中的一個。特別是，被檢測到的轉變對應於至少兩個導電電極集的L個 並聯耦合的導電電極集中的一個或多個的電容非增加變化，這是由於1)用於感測液位的 液體的介電常數變化，或者2)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中的一個 或多個的被測電容值的偏差。一旦執行適當的偏差和/或介電補償，則該方法再次繼續到 框60，且建立或改變1)感測線的基線值和2)高度值，如之前討論的。根據本公開的實施例，控制器18被構成實行如下的很多過程。響應於與被測電容 值的增加變化相對應的被檢測到的轉變，該控制器被構成為根據被測電容值中多個增加變 化而更新液位高度值。此外，響應於與對應於液體介電常數變化的被測電容值的非增加變 化對應的被檢測到的轉變，控制器進一步被構成為根據液體介電常數變化而執行電容測量 補償。而且，響應於與對應於被測電容值偏差的被測電容值的非增加變化對應的被檢測到 的轉變，控制器仍被進一步構成為通過根據偏差改變L個並聯耦合的導電電極集的初始被 測基線電容值而執行電容測量補償。進一步根據本公開的實施例，電容一電壓轉換器16被構成為以預定順序測量至 少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集的電容。在一個實施例中，預定順序為從 至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集的最低匹配導電電極的感測線到最高 匹配導電電極的感測線。根據一個實施例，實施液位感測的方法包括提供液位傳感器元件，通過電容一電 壓轉換器周期性測量傳感器元件的導電電極的電容，以及將控制器耦合到電容一電壓轉換 器。液位傳感器元件包括(i)以陣列形式相互平行設置的N個導電電極的至少兩個集，這 裡N表示單個導電電極集中的導電電極的整數數目。液位傳感元件進一步包括(ii)M條感 測線，這裡M表示大於或等於導電電極的數目N的感測線的整數數目。M條感測線的每一條 都耦合以選擇至少兩個匹配的導電電極集中的多個N導電電極集，從而形成多個L個並聯 耦合的導電電極集。在一個實施例中，L個並聯耦合的導電電極集的數目等於M條感測線 的數目。經由電容一電壓轉換器16周期性測量傳感器元件的導電電極的電容包括測量耦 合到液位傳感元件20的M條感測線(S1，S2，…，S7)的L個並聯耦合的導電電極22集的 電容。除了耦合控制器18到電容一電壓轉換器16之外，控制器18被構成為(a)，(a) (i) 對於L個並聯耦合的導電電極集中每一個建立初始測量的基線電容值，和(a) (ii)建立初
8始的液位高度值。控制器18進一步被構成為(b)檢測L個並聯耦合的導電電極集的被測 電容中的轉變。在一個實施例中，檢測到的轉變與從由電容的增加變化和非增加變化構成的組中 選出的至少一個對應。響應液體13的水平相對於液位傳感器元件14的物理變化，增加變 化表示至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中的一個或多個的電容增加變 化。響應於介電常數變化和/或測量偏差中的一個，非增加變化表示至少兩個導電電極集 的L個並聯耦合的導電電極集中的一個或多個電容的非增加變化。介電常數變化的一個實 例可包括其液位被感測的液體的介電常數的變化。例如，添加到洗衣機水中的肥皂清潔劑 能夠改變洗衣機中所含有的液體的介電常數。本公開的方法考慮其液位被監控的液體的特 性會改變。測量偏差的一個實例包括至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中 的一個或多個的被測電容值的偏差。該方法還包括其中，響應於與被測電容值的增加變化對應的被檢測到的轉變，根 據被測電容值的大量的增加變化，控制器更新液位高度值。此外，響應於與對應於液體介電 常數變化的被測電容值非增加變化對應的被檢測到的轉變，控制器根據液體介電常數變化 而執行電容測量補償。而且，響應於與對應於被測電容值偏差的被測電容值非增加變化對 應的被檢測到的轉變，控制器通過根據偏差改變L個並聯耦合的導電電極集的初始被測基 線電容值而執行電容測量補償。在該方法的另一實施例中，電容一電壓轉換器操作從而以預定順序測量至少兩個 導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集的電容。預定順序是從至少兩個導電電極集的L 個並聯耦合的導電電極集的最低匹配導電電極的感測線到最高匹配導電電極的感測線。圖5是根據本公開另一實施例的示例性液位感測元件80的示意圖。液位感測元 件80與圖2的感測元件20相似，但具有以下區別。液位感測元件80包括基板20，該基板 20具有設置在該基板20單個表面上的電極82。電極82可通過布線導體84進一步耦合到 感測線26。該實施例中，布線導體84(在圖5的實線中示出)被設置在與電極82相同的基 板20的表面上，其中在相應電極和布線導體的交叉處示出一個點。現在應當理解已經提供了一種液位傳感器器件，其包括液位傳感器元件，液位傳 感器元件包括(i)以陣列形式相互平行設置的至少兩個N導電電極集，這裡N表示在單個 導電電極集中導電電極的整數數目，液位傳感器元件還包括(i i) M條感測線，這裡M表示大 於或等於導電電極數目N的感測線的整數數目，M條感測線中的每一條進一步耦合以選擇 至少兩個導電電極集中的多個N導電電極集，從而形成多個L個並聯耦合的導電電極集， 這裡L等於M ；電容一電壓轉換器，該電容一電壓轉換器耦合到液位傳感器元件的M條感測 線，用於周期性測量L個並聯耦合的導電電極集的電容；和控制器，其耦合到電容一電壓轉 換器，控制器被構成為(a)，(a) (i)對於L個並聯耦合的導電電極集中的每一個建立初始被 測基線電容值，和(a) (ii)建立初始液位高度值，控制器還被構成為(b)檢測L個並聯耦合 的導電電極集的被測電容的轉變。響應於液體水平相對於液位傳感器元件的物理變化，被檢測到的轉變對應於(i) 至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容的增加變化，以 及，(b) (ii)響應於選自(b) (ii) (1)其液位被感測的液體的介電常數變化和(b) (ii) (2)至 少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的被測電容值偏差中的之一，對應於至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容非增加 變化中的一個或多個。此外，響應於與被測電容值增加變化相對應的被檢測到的轉變，控制器進一步被 構成為根據被測電容值的大量的增加變化而更新液位高度值。響應於檢測到與增加變化對 應的正轉變，控制器通過增加液位高度值而更新液位高度值。響應於檢測到與增加變化對 應的負轉變，控制器通過減小液位高度值而更新液位高度值。而且，響應於與對應於液體介電常數變化的被測電容值非增加變化對應的被檢測 到的轉變，控制器被進一步構成為根據液體介電常數變化而執行電容測量補償。而且，響應 於與對應於被測電容值偏差的被測電容值非增加變化對應的被檢測到的轉變，控制器被進 一步構成為通過根據偏差改變L個並聯耦合的導電電極集的初始被測基線電容值而執行 電容測量補償。在另一實施例中，電容一電壓轉換器操作從而以預定順序測量至少兩個導電電極 集的L個並聯耦合的導電電極集的電容。此外，預定順序包括從L個並聯耦合的導電電極 集的最低導電電極的感測線開始並且持續到最高導電電極的感測線。在另一實施例中，導電電極通過預定間隔R相互分開，這裡R表示液位傳感器元件 的分辨能力。此外，根據其液位被感測的液體，至少兩個N導電電極集的相鄰電極對表現在 用於檢測被測電容轉變的相應電極之間的可變電容。而且，在一個實施例中，在相應電極之 間的可變電容可包括皮法(PF)範圍內的值。而且，在另一實施例中，分辨能力可包括檢測 正或負(+/-)l_2mm數量級上的液位高度變化。在一個實施例中，導電電極和感測線可包括(i)設置在基板單個側面上的導電電 極和感測線，(ii)設置在基板一個以上側面上的導電電極和感測線，以及(iii)形成在基 板內的導電電極和感測線中的一個或多個。此外，提供介電層，如給定實施方式所需要的， 用於將導電電極和感測線與其液位被感測的液體電性隔離。在另一實施例中，在採用液位高度感測的系統諸如燃料系統中實施液位傳感器器 件。在再一實施例中，在採用液位高度感測的系統裝置中實施液位傳感器器件，例如其中系 統裝置包括消費者電器。消費者電器的實例可包括洗衣機，洗碗機，或者使用液體的類似的 消費者電器。根據一個實施例，液位傳感器器件包括液位傳感器元件，電容一電壓轉換器和控 制器。液位傳感器元件包括(i)以陣列形式相互平行設置的至少兩個N導電電極集，這裡N 表示單個導電電極集中的導電電極的整數數目。液位傳感器元件還包括(ii)M條感測線， 這裡M表示大於或等於導電電極的數目N的感測線的整數數目，M條感測線中的每一個進 一步耦合以選擇至少兩個導電電極集中的多個N導電電極集，從而形成多個L個並聯耦合 的導電電極集，這裡L等於M。此外，導電電極和感測線可包括(a)設置在基板單個側面上 的導電電極和感測線，(b)設置在基板一個以上側面上的導電電極和感測線，和(C)形成在 基板內的導電電極和感測線中一個或多個。電容一電壓轉換器耦合到液位傳感器元件的M條感測線。電容一電壓轉換器被構 成為周期性測量L個並聯耦合的導電電極集的電容。此外，控制器耦合到電容一電壓轉換 器。控制器被構成為(a)，(a) (i)對於L個並聯耦合的導電電極集中每一個建立初始被測 基線電容值，和(a) (ii)建立初始液位高度值，控制器進一步被構成為(b)檢測L個並聯耦
10合的導電電極集的被測電容的轉變。被測轉變對應於選自由(b)⑴響應於液體水平相對 於液位傳感器元件的物理變化，至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個 或多個的電容增加變化，和(b) (ii)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中 一個或多個的電容非增加變化構成的組中的至少一個。非增加變化可包括(1)其液位被檢 測的液體的介電常數變化，和(2)被測電容的偏差。響應於與被測電容值增加變化對應的被測轉變，控制器進一步被構成為被測電容 值大量增加變化更新液位高度值。響應於與對應於液體介電常數變化的被測電容非增加變 化對應的被檢測邊緣轉變，控制器進一步被構成為根據液體介電常數變化而執行電容測量 補償。響應於與對應於至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的 被測電容值偏差的被測電容值非增加變化對應的被測邊緣轉變，控制器進一步被構成為通 過根據偏差為L個並聯耦合的導電電極集改變初始被測基線電容值(和任何隨後再次初始 化的被測基線電容值)而執行電容測量補償。由於實施本發明的裝置在很大程度上包括對本領域技術人員公知的電子部件和 電路，電路細節將不會較以上所示的必須考慮的程度作更深的解釋，便於理解或懂得本發 明的基本概念，且從而不會模糊或偏移本發明的教導。儘管關於具體傳導類型或電位極性描述了本發明，但是本領域技術人員會理解可 反嚮導電類型和電位極性。而且，如果有的話，可將說明書和權利要求中的術語「前面」，「後面」，「頂部」 「底 部」，「上方」，「下方」等用於描述性目的且不必描述永遠的相對位置。要理解，如此使用的術 語在適當情況下可是可互換的，以使得在此描述的本發明的實施例例如能夠在除了所示出 的或在此另外描述的那些之外的其他方向上操作。儘管在此參考具體實施例描述了本發明，但是在不脫離本發明範圍的情況下可作 出各種修改和變化，如以下的權利要求中列出的。因此，認為說明書和附圖是說明性的而非 限制性的，且所有這種修改都包括在本發明的範圍內。關於具體實施例的在此描述的任何 益處、優點、或問題解決方案不被解釋為任一個或所有權利要求中關鍵的、需要的或必要的 特徵或元件。如在此使用的術語「耦合」不限制為直接耦合或機械耦合。而且，如在此使用的術語「一」被限定為一個或多於一個。而且，權利要求中的引 導語諸如「至少一個」和「一個或多個」的使用不應解釋為隱含了用術語「一」引入另一權利 要求要素將含有如此引入的權利要求要素的任何特定權利要求限制為僅含有一個這種要 素的發明，即使相同權利要求包括引導語「一個或多個」或「至少一個」以及術語諸如「一」。 同樣也適用於定冠詞的使用。除非另外陳述，術語諸如「第一」和「第二」用於在該術語所描述的元件之間任意 區分。由此，這些術語不必表示這種元件暫時或其他的優先級。
1權利要求
一種液位傳感器器件，包括液位傳感器元件，所述液位傳感器元件包括(i)以陣列形式相互平行設置的至少兩個N導電電極集，這裡N表示在單個導電電極集中的導電電極的整數數目，所述液位傳感器元件還包括(ii)M條感測線，這裡M表示大於或等於導電電極數目N的感測線整數數目，所述M條感測線中的每一個進一步被耦合以選擇至少兩個導電電極集的多個N導電電極集，從而形成L個並聯耦合的導電電極集，其中L等於M；電容—電壓轉換器，所述電容—電壓轉換器耦合到液位傳感器元件的M條感測線用於周期地測量L個並聯耦合的導電電極集的電容；和控制器，所述控制器耦合到所述電容—電壓轉換器，所述控制器被構成為(a)，(a)(i)對於L個並聯耦合的導電電極集中的每一個建立初始被測基線電容值和(a)(ii)建立初始液位高度值，所述控制器還被構成為(b)檢測L個並聯耦合的導電電極集的被測電容的轉變。
2.如權利要求1所述的器件，其中被檢測到的轉變對應於選自以下組的至少一個，所 述組包括(b) (i)響應於液體水平相對於所述液位傳感器元件的物理變化，至少兩個導電電極集 的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容增加變化，和(b) (ii)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容非增 加變化，響應於選自下述中的一個(b) (ii) (1)液位被感測的液體的介電常數變化，和(b) (ii) (2)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的被測 電容值的偏差。
3.如權利要求2所述的器件，其中響應於與被測電容值的增加變化對應的被檢測到的 轉變，所述控制器進一步被構成為根據被測電容值中的大量增加變化而更新液位高度值。
4.如權利要求3所述的器件，進一步地，其中響應於與增加變化對應的檢測到正轉變， 控制器通過增加液位高度值而更新液位高度值，和其中響應於與增加變化對應的檢測到負轉變，控制器通過減小液位高度值而更新液位 高度值。
5.如權利要求2所述的器件，其中響應於與對應於液體介電常數變化的被測電容值非 增加變化對應的被檢測到的轉變，控制器被進一步構成為根據液體介電常數變化而執行電 容測量補償，和其中響應於與對應於被測電容值偏差的被測電容值非增加變化對應的被檢測到的轉 變，控制器被進一步構成為通過根據偏差改變L個並聯耦合的導電電極集的初始被測基線 電容值而執行電容測量補償。
6.如權利要求1所述的器件，其中所述電容一電壓轉換器操作從而以預定順序測量至 少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集的電容。
7.如權利要求6所述的器件，其中所述預定順序是從L個並聯耦合的導電電極集的最 低導電電極的感測線到最高導電電極的感測線。
8.如權利要求1所述的器件，其中所述導電電極通過預定間隔R相互分開，其中R表示 所述液位傳感器元件的分辨能力。
9.如權利要求8所述的器件，進一步地，其中，根據液位被感測的液體，至少兩個N導電 電極集的相鄰電極對表現在用於檢測被測電容轉變的相應電極之間的可變電容。
10.如權利要求9所述的器件，進一步地，其中相應電極之間的所述可變電容包括皮法 (PF)範圍內的值。
11.如權利要求8所述的器件，進一步地，其中所述分辨能力包括檢測正或負 (+/-) l"2mm數量級上的液位高度變化。
12.如權利要求1所述的器件，其中所述導電電極和感測線包括選自以下組的一個，所 述組包括(i)設置在基板單個側面上的導電電極和感測線，( )設置在基板一個以上側面 上的導電電極和感測線，和(iii)形成在基板內的導電電極和感測線。
13.如權利要求12所述的器件，還包括介電層，用於將所述導電電極和感測線與液位被感測的液體電性隔離開。
14.如權利要求1所述的器件，其中在從由採用液位高度感測的系統和採用液位高度 感測的系統裝置組成的組中實施所述液位傳感器器件。
15.如權利要求14所述的器件，進一步地，其中所述系統包括燃料系統並且其中所述 系統裝置包括消費者電器，所述消費者電器包含從由洗衣機和洗碗機組成的組中選擇的一 個。
16.一種液位傳感器器件，包括液位傳感器元件，所述液位傳感器元件包括(i)以陣列形式相互平行設置的至少兩個 N導電電極集，其中N表示在單個導電電極集中的導電電極的整數數目，所述液位傳感器元 件還包括(ii)M條感測線，其中M表示大於或等於導電電極的數目N的感測線的整數數目， M條感測線中的每一個耦合以選擇至少兩個導電電極集的多個N導電電極集，從而形成L個 並聯耦合的導電電極集，其中L等於M，而且其中所述導電電極和感測線包括選自以下組的 一個，所述組包括(a)設置在基板單個側面上的導電電極和感測線，(b)設置在基板多於一 個側面上的導電電極和感測線，和(c)形成在基板內的導電電極和感測線；電容一電壓轉換器，所述電容一電壓轉換器耦合到液位傳感器元件的M條感測線，用 於周期地測量L個並聯耦合的導電電極集的電容；和控制器，所述控制器耦合到所述電容一電壓轉換器，所述控制器被構成為(a)，(a) (i) 對於L個並聯耦合的導電電極集中的每一個建立初始被測基線電容值和(a) (ii)建立初始 液位高度值，所述控制器還被構成為(b)檢測L個並聯耦合的導電電極集的被測電容的轉 變，其中被檢測到的轉變對應於選自以下組的至少一個，所述組包括(b) (i)響應於液體水平相對於液位傳感器元件的物理變化，至少兩個導電電極集的L 個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容增加變化，其中響應於與被測電容值的增加 變化對應的被檢測到的轉變，控制器進一步被構成為根據被測電容值的大量增加變化而更 新液位高度值；和(b) (ii)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容非增 加變化，響應於選自下述中的一個(b) (ii) (1)液位被感測的液體的介電常數變化，其中響應於與對應於液體介電常數變 化的被測電容值非增加變化對應的被檢測到的邊緣轉變，所述控制器進一步被構成為根據 液體介電常數變化而執行電容測量補償，和(b) (ii) (2)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的被測 電容值的偏差，其中響應於與對應於被測電容值偏差的被測電容值非增加變化對應的被檢 測到的轉變，控制器進一步被構成為通過根據偏差改變L個並聯耦合的導電電極集的初始 被測基線電容值而執行電容測量補償。
17.—種實施液位感測的方法，包括提供液位傳感器元件，所述液位傳感器元件包括(i)以陣列形式相互平行設置的至少 兩個N導電電極集，其中N表示在單個導電電極集中的導電電極的整數數目，所述液位傳感 器元件還包括(ii)M條感測線，其中M表示大於或等於導電電極的數目N的感測線的整數 數目，M條感測線中的每一個耦合以選擇至少兩個匹配的導電電極集的多個N導電電極集， 從而形成L個並聯耦合的導電電極集，其中L等於M ；經由耦合到所述液位傳感器元件的M條感測線的電容一電壓轉換器周期地測量L個並 聯耦合的導電電極集的電容；和耦合控制器到電容一電壓轉換器，控制器被構成為(a)，(a) (i)對於L個並聯耦合的導 電電極集中的每一個建立初始被測基線電容值和(a) (ii)建立初始液位高度值，控制器進 一步被構成為(b)檢測L個並聯耦合的導電電極集的被測電容的轉變。
18.如權利要求17所述的方法，其中被檢測到的轉變對應於選自以下組中的至少一 個，所述組包括(b) (i)響應於液體水平相對於所述液位傳感器元件的物理變化，至少兩個導電電極集 的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容增加變化，和(b) (ii)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的電容非增 加變化，響應於選自下述中的一個(b) (ii) (1)液位被感測的液體的介電常數變化，和(b) (ii) (2)至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集中一個或多個的被測 電容值的偏差。
19.如權利要求18所述的方法，進一步地，其中響應於與被測電容值的增加變化對應的被檢測到的轉變，所述控制器進一步被構成為 根據被測電容值中的大量增加變化而更新液位高度值，以及響應於與對應於液體介電常數變化的被測電容值非增加變化對應的被檢測到的轉變， 所述控制器被進一步構成為根據液體介電常數變化而執行電容測量補償，和響應於與對應於被測電容值偏差的被測電容值非增加變化對應的被檢測到的轉變，所 述控制器被進一步構成為通過根據偏差改變L個並聯耦合的導電電極集的初始被測基線 電容值而執行電容測量補償。
20.如權利要求17所述的方法，其中所述電容一電壓轉換器操作從而以預定順序測量 至少兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集的電容，且其中所述預定順序是從至少 兩個導電電極集的L個並聯耦合的導電電極集的最低匹配導電電極的感測線到最高匹配 導電電極的感測線。
全文摘要
液位傳感器器件(10)，包括液位傳感器元件(14)，電容—電壓轉換器(16)和控制器(18)。液位傳感器元件(14)包括(i)至少兩個N導電電極(22)集和(ii)M條感測線(S1-S7)，其中，在至少兩個導電電極集中的每一集內M大於或者等於N。M條感測線中的每一個耦合以選擇至少兩個導電電極集的多個N導電電極集，從而形成L個並聯耦合的導電電極集，其中L等於M。電容—電壓轉換器(16)周期地對於M條感測線的每一條測量L個並聯耦合的導電電極集的電容。控制器(18)對於L個並聯耦合的導電電極集中的每一個建立初始被測基線電容值和建立初始液位高度值。控制器(18)也檢測L個並聯耦合的導電電極集的被測電容轉變。響應於與被測電容值增加變化對應的被檢測到的轉變，控制器更新液位高度值。
文檔編號G01F23/18GK101903755SQ200880122050
公開日2010年12月1日 申請日期2008年11月25日 優先權日2007年12月28日
發明者布賴斯·T·歐索伊納赫, 羅伯特·L·詹森, 菲利普·J·西耶 申請人:飛思卡爾半導體公司