專利名稱：檢測介電常數(shù)高于空氣的導(dǎo)電或介電環(huán)境的電子方法、系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題是用于檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的電子方法和系統(tǒng)，尤其適用于對容器中的液態(tài)食品和其它液體的水平進行連續(xù)的非接觸式的電子監(jiān)測。
背景技術(shù)：
測量容器中液體水平的現(xiàn)有技術(shù)方法是引入電子系統(tǒng)電極與所測量的液體相接觸。結(jié)果是，電路在某一個液體水平閉合并基于此確定液體水平。
同樣已知的是，帶有頻率發(fā)生器的電容性電子傳感器，其具有電容依賴于周圍環(huán)境的電容器，而通過檢查發(fā)生器的頻率來測量電容器的電容，可以檢測該環(huán)境的存在性。
從波蘭專利申請No.P-301505獲知的液體水平指示器包含電子部件和測量頭，所述測量頭位于指示器主體的下部，并與電子部件的發(fā)送器和接收器相接觸，所述電子部件在與測量頭相對的一面配備有接觸裝置。
同樣從波蘭專利申請No.P-327547獲知的是，測量流動電介質(zhì)(特別是液體形式的電介質(zhì))的速度和/或體積的方法，其中，電介質(zhì)流在電容器極板之間通過，其中的一個極板被一個橫截電介質(zhì)流的槽分成兩部分，通過電阻器將兩個極板進行電連接。在電容器極板之間維持恒定的供電電壓，并且測量該電壓和/或在分開的極板的部分之間流動的電流，然后由適當(dāng)?shù)年P(guān)系確定流動的電介質(zhì)的速度和/或體積。
同樣從波蘭專利申請No.P-349033獲知的是，用于測量液體水平的壓電設(shè)備，其包括配備有兩個壓電元件的檢測器，所述兩個壓電元件與控制組件結(jié)合，用于對著適當(dāng)?shù)姆瓷浠鶞?zhǔn)組件發(fā)射超聲波，所述反射基準(zhǔn)組件位于從其一側(cè)距各自的元件已知距離的，并且從其另一側(cè)距較高的液體表面已知距離的位置，處理組件適于利用由那兩個元件中的每一個發(fā)射的超聲波的各自的傳播次數(shù)來確定液體的水平。該部件包括的組件在電壓供應(yīng)至該部件時，能夠確定初始階段(1100，1100bis)，在這過程中控制組件控制壓電元件，所以，與在接下來的穩(wěn)定的測量的階段(1300)中各自的節(jié)律相比較，基準(zhǔn)元件興奮節(jié)律和表面測量元件節(jié)律之間的比率更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要開發(fā)一種方法和電子系統(tǒng)，用于當(dāng)同時消除如電極或浮體例子中的測量組件與這些液體的接觸時，通過其電絕緣，來監(jiān)測各種用途的容器中的液體的水平。
根據(jù)本發(fā)明用于檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的方法的本質(zhì)在于基準(zhǔn)控制信號數(shù)目的計算，所述基準(zhǔn)控制信號的數(shù)目是以下變量的函數(shù)在測量電容器充電過程中在其上聚集的電荷，在利用脈沖控制信號對基準(zhǔn)電容器充電過程中在其上聚集的電荷，控制部件的供電電壓(它是用于給測量和基準(zhǔn)電容器充電的電流的來源)，控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)電壓(在計算基準(zhǔn)控制信號的過程中，測量電容器應(yīng)將其自身放電至所述控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)電壓)，以及所述測量電容器和所述基準(zhǔn)電容器的環(huán)境溫度，對所述測量電容器進行充電所需的所述信號被從所述控制系統(tǒng)發(fā)送，然后將之前充好電的測量電容器放電至由所述控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值電壓，接下來，計算依賴于周圍環(huán)境的控制信號的數(shù)目，且所述依賴于周圍環(huán)境的控制信號的數(shù)目是以下變量的結(jié)果函數(shù)在測量電容器充電過程中在其上聚集的電荷，在利用脈沖控制信號對依賴于周圍環(huán)境的電容器充電過程中在其上聚集的電荷，控制部件的供電電壓(它是用于給測量和基準(zhǔn)電容器充電的電流的來源)，控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)電壓(在計算基準(zhǔn)控制信號的過程中，測量電容器應(yīng)將其自身放電至所述控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)電壓)，以及測量電容器和基準(zhǔn)電容器的環(huán)境溫度，對所述依賴于周圍環(huán)境的電容器進行充電所需的所述信號被從控制系統(tǒng)發(fā)送，然后將之前充好電的測量電容器放電至由所述控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值電壓，接下來，對所確定的控制信號與其基準(zhǔn)狀態(tài)進行比較，由此獲得的在那些信號中的差值指示包圍電容器的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在，所述電容器受該環(huán)境的影響。
根據(jù)本發(fā)明的用于檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的電子系統(tǒng)由以下部分組成在其電路中具有測量電容器的微處理器控制系統(tǒng)，且所述微處理器控制系統(tǒng)與測量傳感器進行電連接，所述測量傳感器由第一電子鍵和與其相連的、依賴于周圍導(dǎo)電或介電環(huán)境的電容器組成，而構(gòu)成依賴于周圍環(huán)境的電容器的充電電流輸出以及測量電容器放電電流的輸入的控制系統(tǒng)線路與所述電子鍵相連，而構(gòu)成(用于)測量電容器充電電流的輸出以及用于在所述電容器放電過程中進行電壓測試的輸入的所述系統(tǒng)的線路與所述電容器和所述電子鍵相連，而構(gòu)成測量電容器充電電流的輸入和用于所述電容器的放電電流的輸出的所述系統(tǒng)的線路通過所述電容器與第一電子鍵相連，而控制系統(tǒng)的公共線路也通過所述依賴于周圍環(huán)境的電容器與所述電子鍵相連。
在其另一個實施例中，電子系統(tǒng)另外還包括由以下部分組成基準(zhǔn)傳感器，該基準(zhǔn)傳感器包括與控制系統(tǒng)線路相連的第二電子鍵，所述控制系統(tǒng)線路構(gòu)成測量電容器的輸出以及用于在所述電容器放電過程中的電壓測試的輸入，該基準(zhǔn)傳感器還包括與所述電子鍵相連的基準(zhǔn)電容器，所述基準(zhǔn)電容器的一極與所述系統(tǒng)的公共端相連，并通過依賴于周圍環(huán)境的電容器與所述第一電子鍵相連，而構(gòu)成基準(zhǔn)電容器的充電電流輸出以及測量電容器放電電流的輸入的控制系統(tǒng)線路與所述電子基準(zhǔn)傳感器的所述第二電子鍵相連。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)使得可以容易且快速地檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在，而該系統(tǒng)簡單的機架外殼使其能夠應(yīng)用在多種方面，包括家用器具、烹飪設(shè)施的保溫瓶用具以及汽車行業(yè)，以測量油箱內(nèi)的燃油量。


結(jié)合附圖中示出的使用本發(fā)明的方法的電子系統(tǒng)的實施例，更加詳細地描述本發(fā)明的主題，其中，圖1是用于檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的電子系統(tǒng)的示意性方框圖，所述電子系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和測量傳感器組成，圖2是用于檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的電子系統(tǒng)的示意性方框圖，所述電子系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、測量傳感器和基準(zhǔn)傳感器組成。
發(fā)明詳述圖1中表示的電子系統(tǒng)由以下部分組成，在其電路中具有電容器Cp的微處理器控制系統(tǒng)US，且所述微處理器控制系統(tǒng)US與測量傳感器CP電連接，所述測量傳感器由電子鍵K1和與其相連的、依賴于周圍導(dǎo)電或介電環(huán)境的電容器Cx組成，而構(gòu)成電容器Cx的充電電流輸出以及電容器Cp的放電電流輸入的所述控制系統(tǒng)US的線路Pn與電子鍵K1相連，而構(gòu)成(用于)電容器Cp的充電電流的輸出以及用于在電容器Cp的放電過程中進行電壓測試的輸入的所述系統(tǒng)的線路I/S與所述電容器和所述電子鍵K1相連，而構(gòu)成電容器Cp的充電電流的輸入和用于所述電容器的放電電流的輸出的所述系統(tǒng)的線路CEN通過電容器Cp與電子鍵K1相連，而控制系統(tǒng)US的公共線路通過電容器Cx與電子鍵K1相連。
圖2中表示的電子系統(tǒng)由以下部分組成，在其電路中具有電容器Cp的微處理器控制系統(tǒng)US，且所述微處理器控制系統(tǒng)US與測量傳感器CP電連接，所述測量傳感器CP由電子鍵K1和與其相連的，依賴于周圍導(dǎo)電或介電環(huán)境的電容器Cx組成，而構(gòu)成電容器Cx的充電電流輸出以及電容器Cp的放電電流輸入的控制系統(tǒng)US的線路Pn與電子鍵K1相連，而構(gòu)成(用于)電容器Cp的充電電流的輸出以及用于在電容器Cp的放電過程中進行電壓測試的輸入的所述系統(tǒng)的線路I/S與所述電容器和所述電子鍵K1相連，而構(gòu)成電容器Cp的充電電流的輸入和用于所述電容器的放電電流的輸出的所述系統(tǒng)的線路換CEN通過電容器Cp與電子鍵K1相連，而控制系統(tǒng)US的公共線路(線架)通過電容器Cx與電子鍵K1相連。
而且，本系統(tǒng)的該實施例另外還配備有由以下部分組成的基準(zhǔn)傳感器CO與控制系統(tǒng)US的線路I/S相連的電子鍵K2，以及與所述電鍵相連的基準(zhǔn)電容器Cod，所述基準(zhǔn)電容器的一極與所述系統(tǒng)的公共線路相連并通過電容器Cx與電子鍵K1相連，而構(gòu)成基準(zhǔn)電容器Cod的充電電流輸出以及電容器Cp的放電電流輸入的控制系統(tǒng)US的線路I/S與基準(zhǔn)傳感器CO的電子鍵K2相連。
本發(fā)明的電子系統(tǒng)的操作原理是，一旦在控制系統(tǒng)US中將電源電壓Ucc切換為ON，則在控制系統(tǒng)US的輸出I/S和輸入CEN構(gòu)成的電路中的電容器Cp積聚電荷Qp，然后輸出I/S被轉(zhuǎn)換為用于測量電容器Cp上的電壓的輸入。同時，由于在控制系統(tǒng)US的線路Pn和Pod中沒有信號，電子鍵K1和K2仍然是不起作用的。
一旦完成給電容器Cp充電，電子鍵K1仍然不起作用，而電子鍵K2由于通過線路Pod的周期性的矩形信號No而變得起作用，且所述電子鍵K2引起一個切換，該切換使得能夠按照關(guān)系Qod＝f(Cod，Ucc，T)在電容器Cod中積聚電荷，其來源是在以下電路中的高電平控制信號控制系統(tǒng)US的輸出Pod、電子鍵K2、電容器Cod、以及控制系統(tǒng)US的公共線路經(jīng)過特定時間之后，低電平控制信號引起電子鍵K2切換至電容器Cp的放電狀態(tài)，電容器Cp按照以下電路中的關(guān)系Qr＝f(Qp，Cod，Ucc，T)進行放電，所述電路由電容器Cp、電子鍵K2、控制系統(tǒng)US的線路Pod和線路CEN構(gòu)成，放電的方式是自電容器Cp流走的電荷數(shù)量依賴于在電容器Cod充電過程中在其中聚集的電荷數(shù)量。這種脈沖式的電容器放電使得在電容器Cp上/中的電壓階梯式下降，其被控制系統(tǒng)US監(jiān)測并被與閾值電壓Up的電平進行比較。控制系統(tǒng)US發(fā)送許多依賴于(Qp，Qod，Ucc，Up，T)的控制信號No，直至該電容器上的電壓達到在控制系統(tǒng)US上的或由控制系統(tǒng)US預(yù)設(shè)的閾值電壓Up的電平，對所述信號進行計數(shù)并保存為No。
然后通過在電容器Cp中重新聚集電荷重復(fù)該循環(huán)，其中電子鍵K2仍然不起作用，且電子鍵K1由于通過線路Pn的周期性的矩形信號Nx而變得起作用，且所述電子鍵K1引起一個切換，該切換使得能夠按照關(guān)系Qx＝f(Cx，Ucc，T)在電容器Cx中積聚電荷Qx，其來源是高電平控制信號，而所聚集的電荷的數(shù)量依賴于包圍電容器Cx的環(huán)境，尤其是該環(huán)境在由控制系統(tǒng)US的輸出Pn、電子鍵K1、電容器Cx、以及控制系統(tǒng)US的公共線路構(gòu)成的電路中的介電常數(shù)。
經(jīng)過特定時間之后，低電平控制信號引起電子鍵K1切換至電容器Cp的放電狀態(tài)，并按照以下的電路中的關(guān)系Qr＝f(Qp，Cx，Ucc，T)進行放電，所述電路由電容器Cp、電子鍵K1、控制系統(tǒng)US的線路Pn和線路CEN構(gòu)成，放電的方式是自電容器Cp流走的電荷數(shù)量依賴于在電容器Cx充電過程中在其中聚集的電荷Qx的數(shù)量，因而引起電容器Cx上/中的電壓的階梯式下降，其被控制系統(tǒng)US監(jiān)測并與閾值電壓Up的電平進行比較。控制系統(tǒng)US發(fā)送許多依賴于(Qp，Qx，Ucc，Up，T)的控制信號Nx，直至該電容器上的電壓達到在控制系統(tǒng)US上或由控制系統(tǒng)US預(yù)設(shè)的電壓Up的電平。
對所述信號同時進行計數(shù)并保存為Nx，然后對所記錄的控制信號No和Nx的數(shù)量進行比較，且將該比較結(jié)果作為控制系統(tǒng)US表示傳感器Cx周圍的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的基礎(chǔ)。
也可以在單個測量周期內(nèi)檢測在電容器Cx附近的導(dǎo)電或介電環(huán)境，即，不使用基準(zhǔn)傳感器CO、電子鍵K2以及電容器Cod。
然而在該情況下，基準(zhǔn)是當(dāng)包圍電容器Cx的環(huán)境是空氣時，所計數(shù)的對電容器Cp放電和對電容器Cx充電所需的控制信號No的數(shù)量。信號No的數(shù)量被保存，并且在每個檢查介電環(huán)境的存在的測量周期之后，將信號No的數(shù)量與所計數(shù)的信號Nx的數(shù)量進行比較，并基于此，控制系統(tǒng)US發(fā)信號通知在電容器Cx附近存在導(dǎo)電或介電環(huán)境。
權(quán)利要求
1.使用配備有電容器的測量傳感器，來檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的方法，其中，對由關(guān)系No＝f(Qp，Qod，Ucc，Up，T)產(chǎn)生的控制信號(No)的數(shù)目進行計數(shù)，對于將所述電容器(Cp)充電，且隨后將所述之前充電的電容器(Cp)放電至由所述控制系統(tǒng)(US)預(yù)設(shè)的閾值電壓(Up)所需的所述控制信號被從控制系統(tǒng)(US)發(fā)送，接下來對由關(guān)系Nx＝f(Qp，Qx，Ucc，Up，T)產(chǎn)生的控制信號(Nx)的數(shù)目進行計數(shù)，給所述電容器(Cx)充電所需的所述控制信號被從所述控制系統(tǒng)(US)發(fā)送，然后將所述之前充電的電容器(Cp)放電至由所述控制系統(tǒng)(US)預(yù)設(shè)的所述閾值電壓(Up)，其中Qp-指在電容器Cp充電過程中在其中聚集的電荷Qod-指在利用控制信號No對基準(zhǔn)電容器Cod充電過程中在其中聚集的電荷Qx-指在利用控制信號Nx對依賴于所述周圍環(huán)境的基準(zhǔn)電容器Cx充電過程中在其中聚集的電荷Ucc-指所述控制系統(tǒng)US的所述供電電壓和所述電容器Cp、Cx和Cod的所述充電電壓Up-指由所述控制系統(tǒng)US設(shè)定的電壓，當(dāng)對所述控制信號No和Nx進行計數(shù)時，所述電容器Cp應(yīng)當(dāng)被放電至該電壓T-指所述環(huán)境溫度，在該溫度，電容器Cp和Cx和所述控制系統(tǒng)US的所述剩余元件對所述電容器Cp的放電周期進行計數(shù)接下來對所確定的控制信號(Nx)的數(shù)目與其基準(zhǔn)狀態(tài)(No)進行的比較，且所獲得的那些信號中的差值指示在所述電容器(Cx)的臨近環(huán)境中存在導(dǎo)電或介電環(huán)境。
2.用于檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的電子系統(tǒng)，該電子系統(tǒng)具有帶有電容器特征的測量傳感器，所述電子系統(tǒng)由以下部分組成在其電路中具有該電容器(Cp)的該微處理器控制系統(tǒng)(US)，所述電容器與所述測量傳感器(CP)電連接，所述測量傳感器由所述電子鍵(K1)和與所述電子鍵(K1)相連的，依賴于所述周圍導(dǎo)電或介電環(huán)境的所述電容器(Cx)組成，而構(gòu)成所述電容器(Cx)的所述充電電流輸出以及所述電容器(Cp)的所述放電電流輸入的所述控制系統(tǒng)(US)的所述線路(Pn)與所述電子鍵(K1)相連，構(gòu)成所述電容器(Cp)的所述充電電流輸出以及用于在所述電容器(Cp)的放電過程中進行電壓測試的所述輸入的所述線路(I/S)與所述電容器和電子鍵(K1)相連，而構(gòu)成用于電容器(Cp)的所述充電電流輸入和所述電容器的放電電流輸出的所述系統(tǒng)的所述線路(CEN)也通過電容器(Cp)與所述電子鍵相連，而所述控制系統(tǒng)(US)的所述公共線路(線框)通過電容器(Cx)與電子鍵(K1)相連。
3.如權(quán)利要求2所述的電子系統(tǒng)，其中，所述電子系統(tǒng)具有另外的基準(zhǔn)傳感器(CO)，所述基準(zhǔn)傳感器由以下部分組成與所述控制系統(tǒng)(US)的所述線路(I/S)相連的所述電子鍵(K2)，以及與所述電子鍵相連的所述基準(zhǔn)電容器(Cod)，且其一極與所述系統(tǒng)的公共線路相連并通過電容器(Cx)與所述電子鍵(K1)相連，而構(gòu)成所述基準(zhǔn)電容器(Cod)的所述充電電流輸出以及所述電容器(Cp)的所述放電電流輸入的所述控制系統(tǒng)(US)的所述線路(Pod)與所述基準(zhǔn)傳感器(CO)的所述電子鍵(K2)相連。
全文摘要
本發(fā)明的檢測具有高于空氣的介電常數(shù)的導(dǎo)電或介電環(huán)境的存在的方法是，對由關(guān)系No＝f(Qp，Qod，Ucc，Up，T)產(chǎn)生的控制信號(No)的數(shù)目進行計數(shù)，對于將電容器(Cp)充電，其隨后將之前充電的電容器(Cp)放電至由控制系統(tǒng)(US)預(yù)設(shè)的閾值電壓(Up)所需的所述控制信號被從控制系統(tǒng)(US)發(fā)送，接下來對由關(guān)系Nx＝f(Qp，Qx，Ucc，Up，T)產(chǎn)生的控制信號(Nx)的數(shù)目進行計數(shù)，對電容器(Cx)充電所需的所述控制信號被從所述控制系統(tǒng)(US)發(fā)送，然后將之前充電的電容器(Cp)放電至由所述控制系統(tǒng)(US)預(yù)設(shè)的所述閾值電壓(Up)，對所確定的控制信號(Nx)的數(shù)量與基準(zhǔn)狀態(tài)進行比較，所獲得的那些信號中的差值指示在電容器(Cx)的臨近環(huán)境中存在導(dǎo)電或介電環(huán)境。
文檔編號G01F23/22GK1774619SQ200480003733
公開日2006年5月17日 申請日期2004年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者茲比格涅夫·謝拉, 卡齊米日·扎亞克, 沃齊米日·卡利塔, 茲比格涅夫·拉索塔, 米沙爾·拉索塔 申請人:Hybres電子創(chuàng)新與應(yīng)用公司, Fetco公司