CN211291650U - 一种玻璃烧水壶及其电容式水位检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种玻璃烧水壶及其电容式水位检测装置，其中，电容式水位检测装置包括高水位感应盘、低水位感应盘和电容检测电路板，高水位感应盘和低水位感应盘为分别固定安装在玻璃壶体的外壁上的对应高、低水位线处的两块导电薄膜，电容检测电路板安装在玻璃壶体的底盘上并与玻璃烧水壶的单片机电连接，具有触控感应芯片，高水位感应盘和低水位感应盘分别电连接到触控感应芯片的两个感应输入端口，电容检测电路板通过两个感应输入端口检测到电容值，并与单片机或触控感应芯片中预设的无水电容值区间和有水电容值区间作对比，从而判断玻璃水壶水位是否达到高低水位线。本实用新型结构简单，便于拆装，采用非接触式检测，安全性高。

Description

一种玻璃烧水壶及其电容式水位检测装置

技术领域

本实用新型涉及烧水壶的技术领域，更具体地涉及一种玻璃烧水壶及其电容式水位检测装置。

背景技术

现有的玻璃烧水壶，一般由电热底座和壶体组成，其中壶体设有发热单元，底座设有控制电路，发热单元通过耦合器与控制电路连接，或通过无线通信模块通信传输，而壶体还设有温度传感器。使用时，只需将玻璃烧水壶放在底座上，就可以将底座和玻璃壶体的发热单元连接，按动底座上的控制按键，即可使发热单元工作，从而对玻璃壶体内的水进行加热，而壶体上的温度传感器可以将壶内的水温传输给底座，从而在水沸腾时自动切断电源，使用安全方便。

然而，现有玻璃烧水壶的水位显示，仅仅在玻璃壶体上标示了最高水位线和最低水位线，以供用户通过人工肉眼识别的方式判断水位的高低，使用者有时因为疏忽没有实时关注玻璃壶水位，就有可能发生缺水干烧或在加水时满出来的危险，这样就存在安全隐患。

目前，部分玻璃烧水壶的水位检测是在壶内安装与水直接接触的电极，利用水的导电性进行电极式水位检测，给电极通上一定的低压电，再通过相当于一定电阻的水，通过分压电路，检测出电压的变化，从而判断是否有水。但是，这种方法会因为水质的不同、导电率不一样，等效为不同的电阻值，从而检测到分压电压不同，比如，因为纯净水的等效电阻较大，因而通过电极的电流很小；而日常含有很多矿物质的自来水的电阻率较低，因而通过电极的电流会比较大。因此，同等的水量会因为水质的不同而产生不同的电流，从分压电路检测到的电压差异较大，经常发生误判。而且，水位探针是安装壶内与水直接接触，使用时间长了，会被水垢包裹，不导电或导电率下降，这样更容易发生误判。

发明内容

本实用新型旨在提供一种玻璃烧水壶及其电容式水位检测装置，以解决上述问题。为此，本实用新型采用的具体技术方案如下：

根据本实用新型的一方面，提供了一种玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其中，所述电容式水位检测装置包括高水位感应盘、低水位感应盘和电容检测电路板，所述高水位感应盘和低水位感应盘为分别固定安装在玻璃壶体的外壁上的对应高、低水位线处的两块导电薄膜，所述电容检测电路板安装在玻璃壶体的底盘上并与所述玻璃烧水壶的单片机电连接，具有触控感应芯片，所述触控感应芯片为可以精确检测出所述高水位感应盘和低水位感应盘感应到的电容值的电容感应检测芯片，所述高水位感应盘和低水位感应盘分别电连接到所述触控感应芯片的两个感应输入端口，所述电容检测电路板通过所述触控感应芯片的两个感应输入端口检测到电容值，并与所述单片机或所述触控感应芯片中预设的无水电容值区间和有水电容值区间作对比，从而判断玻璃水壶水位是否达到高低水位线。

进一步地，所述高水位感应盘和低水位感应盘印刷或紧贴在玻璃壶体的外壁上，使感应盘与玻璃壶壁紧密接触并保持长期有效。

进一步地，所述高水位感应盘和低水位感应盘分别通过印刷的导电薄膜引线引到玻璃壶体底部，再分别通过两根导电硅胶柱电连接到所述触控感应芯片的两个感应输入端口。

进一步地，所述导电薄膜引线在玻璃壶体底部处形成上接触盘，所述上接触盘与导电硅胶柱的头部可靠接触。

进一步地，所述电容检测电路板上设有下接触盘，所述下接触盘与所述导电硅胶柱的底部可靠接触并与所述感应输入端口电连接。

进一步地，所述下接触盘为宽2毫米、长6毫米的圆矩形覆铜导电层，并在覆铜表面镀上防止生锈的材料。

进一步地，所述导电硅胶柱安装在一可360度旋转的圆形限位圈上，所述圆形限位圈位于所述玻璃壶体与所述底盘之间。由于圆形限位圈可以转动，方便导电硅胶柱安装校准，使得导电硅胶柱压顶在导电薄膜上，以方便分别将高水位感应盘，感应到的电容变化及时可靠的传输到电容式水位检测电路的触控芯片的感应输入端口。

进一步地，所述限位圈上设有喇叭口安装孔，所述导电硅胶柱的头部卡接在所述喇叭口安装孔中。

进一步地，高水位感应盘和低水位感应盘为具有固定面积的圆形、正方形或长方形感应盘。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种玻璃烧水壶，包括通过耦合器相互电连接的玻璃壶体和电热炉底座或者通过无线传输的电磁加热玻璃水壶和电磁炉底座，玻璃壶体中设有发热单元，底座设有控制电路和加水装置，其中，所述玻璃烧水壶设有如上所述的电容式水位检测装置，所述电容检测电路板通过耦合器与安装在底座的控制电路电连接，所述电容检测电路板将获得的水位信息传送至控制电路，控制电路根据水位信息控制玻璃烧水壶的发热单元停止加热或者加水装置停止加水。

本实用新型采用上述技术方案，具有的有益效果是：本实用新型的电容式水位检测装置通过在玻璃壶体的外壁上对应高、低水位线处分别印刷或者贴上导电薄膜作为感应盘，并且采用触摸感应芯片检测感应盘的电容值变化来判断水位情况，检测实时且准确，并且结构简单，持久有效，便于拆装。本实用新型的检测是非接触式检测，可靠性高，安全系数更高，导电薄膜是安装在玻璃壶体的外壁，与水没有直接接触，不会受水垢的影响，也不会发生在烧水的过程中有其他物质挥发到水里面、污染饮用水的情形，保持水的洁净，用水更健康。

附图说明

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

图1是根据本实用新型实施例的玻璃烧水壶的立体图；

图2是图1所示的玻璃壶体及电容式水位检测装置的立体图，其中，玻璃壶体的底盘部分去除，以示出内部结构；

图3是图2所示的电容式水位检测装置的高水位感应盘和低水位感应盘及其导电薄膜引线的立体图；

图4是图2所示的电容式水位检测装置的导电硅胶柱和圆形限位圈的安装结构示意图，其中一个导电硅胶柱移出，以示出喇叭口安装孔；

图5是图2所示的电容式水位检测装置的电容检测电路板的立体图；

图6是本实用新型电容检测电路的原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1-6所示，本实用新型揭示的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置可包括高水位感应盘31、低水位感应盘32和电容检测电路板33。其中，高水位感应盘31和低水位感应盘32为分别固定安装(例如，印刷或紧贴)在玻璃壶体1的外壁上对应高水位线H和低水位线L处的导电薄膜。优选地，高水位感应盘31和低水位感应盘32安装在手柄部所在的玻璃壶体1上，以不会影响玻璃烧水壶的美观性。电容检测电路板33安装在玻璃壶体1的底盘上并与所述玻璃烧水壶的单片机(未示出)电连接，具有触控感应芯片331。触控感应芯片331为可以精确检测出所述高水位感应盘31和低水位感应盘32感应到的电容值的电容感应检测芯片。本实施例采用的是赛元触控芯片SC91F831，但本实用新型不限于使用此型号的触控芯片，也可以使用别的型号的触控芯片来实现。SC91F831是一颗内置电容型触控按键功能的加强型超快速1T 8051工业级Flash微控制器，指令系统完全兼容传统8051产品系列。SC91F831内部集成有最多10路触控按键电路，其它资源还包括：8KB Flash ROM(内部256Byte可作为EEPROM)、512B SRAM、最多17个GP I/O(包含11个大电流驱动)、2个16位定时器、1路类IIC的串行通讯接口SIF、最多4路10位高精度ADC、最多4路外部中断口(其中1路是双沿中断)、2路8位PWM、内部1％高精度16M Hz振荡器、软件UART等资源。高水位感应盘31和低水位感应盘32通过印刷的导电薄膜引线34引到玻璃壶体1底部，再分别通过两根导电硅胶柱35电连接到电容检测电路板33的触控感应芯片331的两个感应输入端口。由于玻璃壶体1有水与无水的时候为介电常数值变化较大，这样当玻璃壶内无水和有水的时候在高低水位两个感应盘31和32感应的电容值将发生显著变化。电容检测电路板33通过所述触控感应芯片331的两个感应输入端口检测到电容值，并与所述单片机或所述触控感应芯片331中预设的无水电容值区间、低水位有水电容值区间和高水位有水电容值区间作对比，从而判断玻璃水壶水位是否达到高低水位线。

上述电容检测装置应用于玻璃烧水壶中，玻璃烧水壶可以为如图1所示的电热烧水壶，包括通过耦合器相互电连接的玻璃壶体1和底座2，玻璃壶体1中设有发热单元，底座2设有带单片机的控制电路和加水装置4，耦合器、底座2、发热单元、控制电路和加水装置为常规构件，这里不再进一步描述。所述电容检测电路板33通过耦合器与安装在底座的控制电路电连接，电容检测电路板33将获得的高低水位信息传送至控制电路，控制电路根据高低水位信息控制玻璃烧水壶的发热单元停止加热或者加水装置停止加水。当然，玻璃烧水壶也可以是电磁感应加热的烧水壶，包括通过无线传输通信的电磁加热玻璃水壶和电磁炉底座，玻璃壶体底部粘贴或放置有导磁的不锈钢片通过电磁感应加热，底座设有控制电路和加水装置，所述电容检测电路与安装在底座的控制电路能过无线通信模块通信，同样，电容检测电路板33将获得的高低水位信息传送至控制电路，控制电路根据高低水位信息控制玻璃烧水壶的发热单元停止加热或者加水装置停止加水。

在本实施例中，高水位感应盘31和低水位感应盘32为长方形。在一具体实施例中，高水位感应盘31的长度为13毫米，宽度为10毫米，以及低水位感应盘32的长度为17毫米，宽度为12毫米。应该理解，高水位感应盘31和低水位感应盘32也可以是圆形或正方形等其它形状。

在所示实施例中，高水位感应盘31和低水位感应盘32通过印刷的导电薄膜引线34引到玻璃壶体底部，再分别通过两根导电硅胶柱35电连接到电容检测电路板33的触控感应芯片331的两个感应输入端口。在这种情况下，高水位感应盘31加上其导电薄膜引线34的面积与低水位感应盘32加上其导电薄膜引线34的面积相同，以使得其感应电容相同。但高水位感应盘31和低水位感应盘32也可以通过细导线电连接到电容检测电路板33的触控感应芯片331的两个感应输入端口。在这种情况下，水位感应盘31和低水位感应盘32的尺寸相同。

为了确保导电硅胶柱35与导电薄膜引线34可靠电连接，所述导电薄膜引线34在玻璃壶体底部处形成上接触盘341。上接触盘341与玻璃壶体1的发热金属保持3毫米以上的安全距离。优选地，导电薄膜引线34的宽度为1.2毫米；以及上接触盘341的宽度为1.5-2毫米，长度为4毫米，使得导电薄膜引线34的面积远小于高水位感应盘31和低水位感应盘32的面积，以兼顾防止误检测水位。

同样地，为了确保导电硅胶柱35与电容检测电路板33可靠电连接，所述电容检测电路板33上设有下接触盘332，所述下接触盘332与所述感应输入端口电连接(例如，通过限流电阻R1和R2)。为了兼顾尽量减少下接触盘332的面积，优选地，下接触盘332为宽2毫米、长6毫米左右的圆矩形覆铜导电层，并在覆铜表面镀上防止生锈的材料，如镀金或镀银或镀锡。这是为了方便安装对位，因为在生产的过种中电路板安装和导电硅胶的安装都会存在位置偏差，但偏差不会太大，正常控制在左右位移不超过3毫米。

如图2和4所示，导电硅胶柱35安装在一个可以360度旋转的圆形限位圈36上，限位圈36可以左右旋转，方便调节对位。限位圈36上分别设置两个喇叭口安装孔361，方便导电硅胶柱35安装沉头位置。导电硅胶柱35设置为带帽的T形结构，防止顶压上接触盘341的时候下沉，起到限位作用，即，导电硅胶柱35的头部卡接在喇叭口安装孔361中。这样，可以使得导电硅胶柱35与上接触盘341可靠顶压接触并保持长久有效。

为了方便电容检测电路板33安装，还设有电路板安装盒37。电路板安装盒37上还设有限位装置371，所述限位装置371用于防止导电硅胶柱35在顶压上接触盘341和下接触盘332的过程中偏移，确保导电硅胶柱35与上接触盘341和下接触盘332接触可靠。

根据本实用新型的实施例，还提供了一种如上所述的玻璃热水壶的水位检测检测方法，包括以下步骤：

步骤1：事先测试多个无水时的玻璃热水壶，记录触摸感应芯片SC91F831通过高低水位感应盘31和32检测到的电容值，并转换为AD值(一般采用十六进制)，将此区间AD值预设为无水电容值区间。

步骤2：事先装满各种水到不同的玻璃热水壶中，测试并记录触摸感应芯片SC91F831通过高低水位感应盘检测到的电容值，并通过算法转换为AD值，将区间AD值预设为有水电容值区间。

步骤3：测试发现当触摸感应芯片SC91F831用于检测高低位水位的触控端口时，电容检测回路存在短路故障，将此区间AD值设为故障情况E1电容值区间，如在玻璃热水壶工作的时候触摸感应芯片SC91F831两个用于检测高低位水位的触控端口AD值在此区间，玻璃热水壶停止工作，并通过显示窗口显示故障代码E1，以达到故障自检的作用。

步骤4：测试发现当触摸感应芯片SC91F831用于检测高低位水位的触控端口时，电容检测回路有开路故障，将此区间AD值设为故障情况E2电容值区间，如在玻璃热水壶工作的时候触摸感应芯片SC91F831两个用于检测高低位水位的触控端口AD值在此区间，玻璃热水壶停止工作，并通过显示窗口显示故障代码E2，以达到故障自检的作用。

通过步骤1和步骤2和步骤3和步骤4检测得到无水电容值区间和有水电容值区间、故障情况E1电容值区间、故障情况E2电容值区间，在实际生产时已经烧录在触摸感应芯片SC91F831或玻璃热水壶的单片机内部(存储器)，作为无水或有水判断基准以及故障情况E1和故障情况E2判断基准，客户实际使用时不用再去测试设定。在人机操作界面也可以对有水电容值区间、无水电容值区间、故障E1电容值区间和故障E2电容值区间作微调，微调后可以确认保存在存储器，作为校准后的各种判断基准电容值区间。

当玻璃壶体1内无水时，高低水位感应盘31和32的玻璃壶内的介质为空气，此时，电容检测电路板33测得的电容值在预设的无水电容值区间，就判断壶内水位没有达到低水位线处和高水位线处。即低水位和高水位都缺水，通过控制电路控制发热单元停止加热。

当对玻璃壶体1加水，且水位达到最低水位线时，低水位感应盘32紧贴的玻璃壶内的介质为水，此时，电容检测电路板33测得电容量增大，达到预设的有水的电容值区间，就判断壶内水位达到低水位线处就判定低水位有水。

当对玻璃壶体1加水，且水位达到最高水位线时，所述高水位感应盘31紧贴的玻璃壶内的介质为水，此时，电容检测电路板33测得电容量增大，达到有水电容值区间，就判断低水位有水，高水位也有水，就可以判定水加满，通过控制电路控制停止加水。

这样，可以根据水位信息，做到智能加水，水加满即停，智能烧水，无水不烧水，防干烧。同时，本实用新型还可以在底座的显示屏上增加显示出水壶水位的图示，方便客户用水，可以根据水量自行决定是否要加水和用水。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述电容式水位检测装置包括高水位感应盘、低水位感应盘和电容检测电路板，所述高水位感应盘和低水位感应盘为分别固定安装在玻璃壶体的外壁上的对应高、低水位线处的两块导电薄膜，所述电容检测电路板安装在玻璃壶体的底盘上并与所述玻璃烧水壶的单片机电连接，具有触控感应芯片，所述触控感应芯片为可以精确检测出所述高水位感应盘和低水位感应盘感应到的电容值的电容感应检测芯片，所述高水位感应盘和低水位感应盘分别电连接到所述触控感应芯片的两个感应输入端口，所述电容检测电路板通过所述触控感应芯片的两个感应输入端口检测到电容值，并与所述单片机或所述触控感应芯片中预设的无水电容值区间和有水电容值区间作对比，从而判断玻璃水壶水位是否达到高低水位线。

2.如权利要求1所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述高水位感应盘和低水位感应盘印刷或紧贴在玻璃壶体的外壁上。

3.如权利要求2所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述高水位感应盘和低水位感应盘分别通过印刷的导电薄膜引线引到玻璃壶体底部，再分别通过两根导电硅胶柱电连接到所述触控感应芯片的两个感应输入端口。

4.如权利要求3所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述导电薄膜引线在玻璃壶体底部处形成上接触盘，所述上接触盘与导电硅胶柱的头部可靠接触。

5.如权利要求4所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述电容检测电路板上设有下接触盘，所述下接触盘与所述导电硅胶柱的底部可靠接触并与所述感应输入端口电连接。

6.如权利要求5所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述下接触盘为宽2毫米、长6毫米的圆矩形覆铜导电层，并在覆铜表面镀上防止生锈的材料。

7.如权利要求3所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述导电硅胶柱安装在一可360度旋转的圆形限位圈上，所述限位圈位于所述玻璃壶体与所述底盘之间。

8.如权利要求7所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：所述限位圈上设有喇叭口安装孔，所述导电硅胶柱的头部卡接在所述喇叭口安装孔中。

9.如权利要求1所述的玻璃烧水壶的电容式水位检测装置，其特征在于：高水位感应盘和低水位感应盘为具有固定面积的圆形、正方形或长方形感应盘。

10.一种玻璃烧水壶，包括通过耦合器相互电连接的玻璃壶体和电热炉底座或者通过无线传输的电磁加热玻璃水壶和电磁炉底座，玻璃壶体中设有发热单元，底座设有带单片机的控制电路和加水装置，其特征在于：所述玻璃烧水壶设有如权利要求1至9中的任一项所述的电容式水位检测装置，所述电容检测电路板通过耦合器与安装在底座的控制电路电连接，所述电容检测电路板将获得的水位信息传送至控制电路，控制电路根据水位信息控制玻璃烧水壶的发热单元停止加热或者加水装置停止加水。

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