阅读说明：本技术 一种电容式液位检测结构及其电热水壶 (Capacitive liquid level detection structure and electric kettle thereof ) 是由 陈毅强 张骏升 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电容式液位检测结构及其电热水壶,电容式液位检测结构包括储液容器,储液容器上设置有水位标尺；其特征在于：储液容器上设置有与液体不接触的感应电极片,感应电极片位于不同的高度位置上以组成水位标尺,感应电极片与储液容器内壁之间有间距L,间距L以液体到达相应高度位置时感应电极片能产生电容值为宜；电容式液位检测结构还包括芯片模块,芯片模块上设置有运行芯片,运行芯片连接一块以上感应电极片。本结构具有液位检测性能可靠、保证用户饮水健康、方便清洁、安全性好等特点。(The invention relates to a capacitance type liquid level detection structure and an electric kettle thereof, wherein the capacitance type liquid level detection structure comprises a liquid storage container, and a water level scale is arranged on the liquid storage container; the method is characterized in that: the liquid storage container is provided with an induction electrode plate which is not in contact with liquid, the induction electrode plate is positioned at different height positions to form a water level scale, a distance L is formed between the induction electrode plate and the inner wall of the liquid storage container, and the distance L is suitable for the induction electrode plate to generate a capacitance value when the liquid reaches the corresponding height position; the capacitance type liquid level detection structure further comprises a chip module, wherein an operation chip is arranged on the chip module, and the operation chip is connected with more than one induction electrode slice. The structure has the characteristics of reliable liquid level detection performance, guarantee of healthy drinking water for users, convenience in cleaning, good safety and the like.)

一种电容式液位检测结构及其电热水壶

技术领域

本发明涉及一种电热水壶，具体是一种电容式液位检测结构及其电热水壶。

背景技术

市场上现有的电热水壶中，一般通过电阻式液位器、流量监测液位器和超声波液位器等实现液位检测。其中，电阻式液位器需要设置于储液容器内腔，这些液位检测器件长期在沸水中工作会释放出大量重金属等有害物质，长期使用会对人体有危害；流量监测液位器在人为操作不当的情况下，容易出现不同程度的安全事故，存在较大的安全隐患；超声波液位器价格比较昂贵，用户难以接受。另外，若储液容器内长期用于加热自来水，则液位检测器件表面会容易结垢，导致液位检测器件容易失效；液位检测器件设置于储液容器内腔，导致储液容器内腔形成多处隐蔽位置，用户难以清洁；同时热敏电阻放置在水中，长时间也会结垢，影响其精度，同时对水质有污染。

中国专利文献CN106289449A公布了一种电容式水位水量检测装置及煮水壶、检测方法，具体公开了：包括通过耦合器相互电连接的储液容器和底座，储液容器内设有导电部分，储液容器的内底面上设有一表面覆盖有绝缘材料的导电柱体，导电部分与表面覆盖有绝缘材料的导电柱体共同构成电容器结构，底座上设有控制电路，导电柱体通过耦合器与控制电路电连接。该结构中，导电柱体内置在水壶里面，清洗非常不便；此外，绝缘材料长期在高温环境下工作可能会释放一些对人体有害的物质，对人体造成危害。

中国专利文献CN207456560U公开了一种电容式水位传感器和液位检测装置，具体公开了：包括电极板和检测电路，电极板与检测电路电连接，所述的电极板为两块，两块电极板和检测电路集成在电路板上，两块电极板布置在电路板的同一个表面上。该结构中，一个水位监测点需要用到两个感应电极片，而且还需要用到单片机，大大提高了成本。

因此，需要对现有的电热水壶做进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种设计简单、结构合理、液位检测性能可靠、保证用户饮水健康、方便清洁、安全性好的电容式液位检测结构及其电热水壶。

本发明的目的是这样实现的：

一种电容式液位检测结构，包括储液容器，储液容器上设置有水位标尺；其特征在于：所述储液容器上设置有一块以上与储液容器内腔液体不接触的感应电极片，一块以上感应电极片位于不同的高度位置上以组成所述水位标尺，感应电极片与储液容器内壁之间有间距L，间距L以液体到达相应高度位置时感应电极片能产生电容值为宜；所述电容式液位检测结构还包括可检测感应电极片产生的电容值的芯片模块，芯片模块上设置有运行芯片，运行芯片连接一块以上感应电极片；所述感应电极片产生的电容值发生变化时，芯片内部的振荡电路的频率随之发生变化，运行芯片根据频率的变化，通过算法来判定液位。

所述储液容器由绝缘材料制成，绝缘材料包括玻璃、陶瓷、石材等；或者，所述储液容器由金属材料制成，为了避免可导电的金属材料影响液位检测，储液容器上开设有安装通孔，安装通孔上设置有绝缘部件，感应电极片设置于所述绝缘部件上。

所述间距L为0cm-2cm，优选0.2cm、0.5cm、1cm、1.5cm。

所述感应电极片嵌入式设置于储液容器侧壁内侧；或者，所述感应电极片设置于储液容器侧壁外侧。

一种电热水壶，其特征在于：包括主控板、及如权利要求所述的电容式液位检测结构；所述主控板与芯片模块通讯连接和供电连接，主控板根据芯片模块反馈的液位信号进入相应的工作模式；所述储液容器为用于储水的壶体。

所述电热水壶还包括用于计算储液容器内液体温度的热敏电阻，热敏电阻设置于储液容器外壁，运行芯片连接热敏电阻；和/或，所述芯片模块上设置有用于调整感应电极片感应液位灵敏度的灵敏度调整电路，运行芯片连接灵敏度调整电路。

所述感应电极片包括分别连接芯片模块的防溢电极片、正常加热电极片、快煮电极片和防干烧电极片；液面到达所述防溢电极片位置时，主控板进入警示模式，禁止用户烧水并提醒用户水位过高；液面到达所述正常加热电极片位置时，主控板进入正常工作模式；液面到达所述快煮电极片位置时，主控板进入快煮模式；液面到达所述防干烧电极片位置时，主控板进入警示模式，并提醒用户加水。

所述储液容器和/或主控板连接有一个以上与相应感应电极片配套的发光元件，液面到达感应电极片时、与之配套的发光元件亮起；和/或，所述主控板连接有发声元件，液面到达感应电极片时，发声元件发出相应的声音；和/或，所述主控板连接有显示器，液面到达感应电极片时，显示器显示相应的信息。

所述主控板上设置有通讯模块，通讯模块与联网终端沟通互联，液位检测信息通过通讯模块发送至联网终端上；和/或，所述主控板上设置有遥控模块，遥控模块与遥控器沟通互联，液位检测信息通过遥控模块发送至遥控器上。

所述电热水壶还包括供电底座，储液容器拆卸式设置于供电底座上，主控板设置于供电底座上；所述芯片模块设置于储液容器上；所述储液容器上设置有上触片，供电底座上设置有下触片，储液容器放置于供电底座上时，上触片与下触片电连接，实现芯片模块与主控板的有线通讯连接和/或有线供电连接；

或者，所述电热水壶还包括供电底座，储液容器拆卸式设置于供电底座上，主控板和芯片模块分别设置于供电底座上；所述储液容器上设置有一个以上与感应电极片一一对应的上接触件，感应电极片连接相应的上接触件；所述供电底座上设置有一个以上与上接触件一一对应的下接触件，一个以上下接触件与芯片模块连接；所述储液容器放置于供电底座上时，上接触件与对应的下接触件电连接，实现感应电极片与芯片模块的连接；

或者，所述电热水壶还包括供电底座，储液容器拆卸式设置于供电底座上，主控板设置于供电底座上；所述芯片模块设置于储液容器上；所述芯片模块上设置有信息发射电路，主控板上设置有用于与信息发射电路沟通互联的信息接收电路，实现芯片模块与主控板的无线通讯连接；

或者，所述储液容器上设有电气腔，主控板和芯片模块分别设置于电气腔中。

本发明的有益效果如下：

1. 通过在储液容器上设置遇水不接触的感应电极片，并利用电容式接近开关的原理达到检测水位的目的；具体是，感应电极片构成电容器的一个极板，而另一极板就是液体本身，当液体到达相应的感应电极片时，液体和感应电极片的介电常数发生变化，使得感应电极片产生相应的电容值，感应电极片产生的电容值发生的变化，使得芯片模块内的振荡电路频率发生变化，通过监测该频率的变化判定水位，从而实现监测水位的目的；由于感应电极片不需要与水体接触即可达到检测液位的目的，所以感应电极片不会对水质造成影响，确保水体卫生，有效保证用户的用水安全；

2. 感应电极片可通过粘贴的方式设置于储液容器外壁，也可通过嵌入方式内置于储液容器侧壁内侧，与传统液位检测器件直接设置于容器内腔的结构相比，本结构能确保储液容器内腔干净卫生，保证用户的饮水健康，方便用户对容器内腔进行清洁；同时可避免水垢的形成影响感应电极片的工作性能，确保液位检测准确无误，延长感应电极片的使用寿命；

3. 不同高度位置的感应电极片可赋予相应的功能，如：防溢电极片能防止水位达到或超过危险高度时烧水溢出导致的安全问题，正常加热电极片能保证用户使用正常模式加热，快煮电极片能按照设定功率高效加热水体，防干烧电极片能防止水位低于最低水位时通电产生干烧问题，容量电极片能实时检测水体容量；根据不同需要可通过设置相应的感应电极片实现，通用性、适应性和实用性较强，学习能力强，提升产品的科技感；此外，容量电极片能准确检测水位，使用时用户可设定指定的注水量，使每次烧水量一致，当然注水量可随时由用户设定，满足不同用户的使用需要；

4. 不同的感应电极片可配套设置相应的提示效果，如通过灯光、声音和/或影像等达到提示、报警目的，使用户使用起来更加方便直观，用户的使用体验好，提高市场竞争力。

附图说明

图1为本发明第一实施例中电热水壶的示意图。

图2为本发明第一实施例中电容式液位检测结构的原理图。

图3为本发明第一实施例中水位标尺的示意图。

图4为本发明第一实施例中储液容器储水状态下的局部放大图。

图5为本发明第一实施例中芯片模块的电路图。

图6为本发明第二实施例中储液容器的示意图。

图7为本发明第三实施例中电热水壶的示意图。

图8为本发明第四实施例中电热水壶的示意图。

图9为本发明第五实施例中电热水壶的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1-图5，本实施例涉及一种电热水壶，电热水壶上设置有电容式液位检测结构；该电容式液位检测结构包括储液容器A，储液容器A为由玻璃制成的壶体，储液容器A外表面上设置有水位标尺C；具体是，储液容器A外表面上设置有一块以上与储液容器A内腔液体不接触的感应电极片，一块以上感应电极片位于不同的高度位置上以组成水位标尺C，感应电极片与储液容器A内壁之间有间距L，间距L以液体到达相应高度位置时感应电极片能产生电容值为宜，所以间距L优选为0.5cm；电容式液位检测结构还包括可检测感应电极片产生的电容值的芯片模块D，芯片模块D上设置有运行芯片U2，运行芯片U2连接一块以上感应电极片；所述感应电极片产生的电容值发生变化时，芯片内部的振荡电路的频率随之发生变化，运行芯片U2根据频率的变化，通过算法来判定液位；具体是，当水位到达到达感应电极片的位置时，感应电极片的电容值就会发生变化，该电容值会使运行芯片U2内部的振荡电路的频率发生变化，运行芯片U2根据频率的变化，然后通过算法来控制开与关，从而达到监测水位的目的。

进一步地，感应电极片以粘贴方式设置于储液容器A侧壁外侧，组装操作方便快捷，而且方便后期对感应电极片进行更换、维护等操作，具体是，感应电极片通过软PCB板实现粘贴；此外，感应电极片也可以通过嵌入方式设置于储液容器A侧壁内侧，这结构能使储液容器A内外壁保持平整，方便清洁，提高整体性，外形更美观。

进一步地，本电热水壶还包括主控板B，主控板B与芯片模块D通讯连接和供电连接，主控板B根据芯片模块D反馈的液位信号进入相应的工作模式。

进一步地，本电热水壶中，感应电极片包括自上往下排布且分别连接芯片模块D的防溢电极片T1、正常加热电极片T2、快煮电极片T3和防干烧电极片T4；液面到达防溢电极片T1位置时，感应电极片产生的电容值变化，振荡电路的频率随之发生变化，芯片模块D就会做出相应的判断然后发送一个信号指令给主控板B，主控板B进入警示模式，即主控板B断开开关，禁止用户烧水，并提醒用户；液面到达正常加热电极片T2位置时，感应电极片产生的电容值变化，振荡电路的频率随之发生变化，芯片模块D就会做出相应的判断然后发送一个信号指令给主控板B，主控板B进入正常工作模式；液面到达快煮电极片T3位置时，感应电极片产生的电容值变化，振荡电路的频率随之发生变化，芯片模块D就会做出相应的判断然后发送一个信号指令给主控板B，主控板B进入快煮模式；液面到达防干烧电极片T4位置时，感应电极片产生的电容值变化，振荡电路的频率随之发生变化，芯片模块D就会做出相应的判断然后发送一个信号指令给主控板B，主控板B进入警示模式，即主控板B断开开关，禁止用户烧水，并提醒用户。

进一步地，本电热水壶还包括用于计算储液容器A内液体温度的热敏电阻8；热敏电阻8设置于储液容器A外壁、以感应储液容器A外壁温度，运行芯片U2连接热敏电阻8；工作时，热敏电阻8通过算法，根据储液容器A外壁的温度来计算储液容器A内的液体温度。

进一步地，芯片模块D上设置有用于调整感应电极片灵敏度的灵敏度调整电路，运行芯片U2连接灵敏度调整电路；灵敏度调整电路与运行芯片U2可根据储液容器形状、壁厚或容器内不同液体等因素来调整感应电极片感应液位的灵敏度。

进一步地，防溢电极片T1连接运行芯片U2上的CX1端口，正常加热电极片T2连接运行芯片U2上的CX2端口，快煮电极片T3连接运行芯片U2上的CX3端口，防干烧电极片T4连接运行芯片U2上的CX4端口；振荡电路连接运行芯片U2上的CTR端口。

进一步地，储液容器A和/或主控板B连接有一个以上与相应感应电极片配套的发光元件，包括与防溢电极片T1连接的第一LED灯D1、与正常加热电极片T2连接的第二LED灯D2、与快煮电极片T3连接的第三LED灯D3、及与防干烧电极片T4连接的第四LED灯D4，液面到达感应电极片位置时、与之配套的发光元件亮起，以提示用户水位达到相应的高度；除此以外，根据实际需要，主控板B还可连接发声元件，本实施例的发声元件采用蜂鸣器，液面到达感应电极片位置时，发声元件发出相应的声音，以提示用户水位达到相应的高度；此外，根据实际需要，主控板B还可连接显示器，液面到达感应电极片位置时，显示器显示相应的信息，以提示用户水位达到相应的高度。

进一步地，主控板B上设置有通讯模块，通讯模块与联网终端沟通互联，液位检测信息通过通讯模块发送至联网终端上，这里的联网终端可以是智能手机、PC电脑等，用户可通过该联网终端实时查看水位，并进行多种操控；此外，根据实际需要，主控板B上还可设置有遥控模块，遥控模块与遥控器沟通互联，液位检测信息通过遥控模块发送至遥控器上。

进一步地，本电热水壶还包括供电底座E，储液容器A拆卸式设置于供电底座E上方，主控板B设置于供电底座E内腔，当储液容器A放置于供电底座E上时，储液容器A底部的上耦合器与供电底座E顶部的下耦合器相互耦合，确保储液容器A稳固的与供电底座E连接，且保证内部的发热体与主控板B相互电连接；芯片模块D设置于储液容器A的扶手位置；储液容器A底部设置有上触点14，供电底座E顶部设置有下触点15，储液容器A放置于供电底座E上指定位置时，上触点14与下触点15相互电连接，实现芯片模块D与主控板B的有线通讯连接和/或有线供电连接。

第二实施例

参见图6，本实施例涉及的电容式液位检测结构不同于第一实施例之处在于：储液容器A由金属材料制成，为了避免金属材料对感应电极片的检测效果造成影响，可在储液容器A侧部开设一连通内腔的安装通孔A1，安装通孔A1内设置有绝缘部件6，感应电极片设置于绝缘部件6上。

其他未述部分同第一实施例，这里不再详细分析说明。

第三实施例

参见图7，本实施例涉及的电容式液位检测结构不同于第一实施例之处在于：电热水壶还包括供电底座E，储液容器A拆卸式设置于供电底座E顶部，主控板B和芯片模块D分别设置于供电底座E内腔；储液容器储液容器A底部设置有四个分别与防溢电极片T1、正常加热电极片T2、快煮电极片T3和防干烧电极片T4一一对应的上接触件11，各感应电极片电连接相应的上接触件11；储液容器供电底座E顶部设置有四个分别与上接触件11一一对应的下接触件12，下接触件12与芯片模块D电连接；储液容器储液容器A放置于供电底座E上指定位置时，上接触件11与对应的下接触件12电连接，实现感应电极片与芯片模块D的连接。具体地，为保证上接触件11与下接触件12相互电连接，上接触件11和/或下接触件12呈环形设置。

其他未述部分同第一实施例，这里不再详细分析说明。

第四实施例

参见图8，本实施例涉及的电容式液位检测结构不同于第一实施例之处在于：电热水壶还包括供电底座E，储液容器A拆卸式设置于供电底座E顶部，主控板B设置于供电底座E内腔；芯片模块D设置于储液容器A的扶手位置；芯片模块D上设置有信息发射电路，主控板B上设置有用于与信息发射电路沟通互联的信息接收电路，实现芯片模块D与主控板B的无线通讯连接；另外，芯片模块D与主控板B之间的供电连接可采用实施例一的上下触点结构，或者采用无线充电结构对芯片模块D实现供电。

其他未述部分同第一实施例，这里不再详细分析说明。

第五实施例

参见图9，本实施例涉及的电容式液位检测结构不同于第一实施例之处在于：在取消供电底座E的情况下，储液容器A底部可设有电气腔7，主控板B和芯片模块D分别设置于电气腔7中。

其他未述部分同第一实施例，这里不再详细分析说明。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。