电极可旋转式液位传感器 【技术领域】
本发明涉及一种电阻式液位传感装置，用于测量储液容器中导电液体的液位高度。
背景技术
在日常生活和工农业生产等各个领域中，使用着大量各种储液容器，如水塔和各种水箱等，广泛使用的太阳能热水器中也有一个水箱，为了能够对储液容器的液位进行控制，需要测量储液容器的液位。目前，市场上已有很多种液位传感器，如电阻式、电容式、电感式和超声波式等，这些传感器需要安装在储液容器的外壳上或储液容器内，安装不便，传感器的工作环境也较差。水是最常见的一种液体，而且，天然的水是导电的。目前，太阳能热水器上使用的水箱水位传感器有上装、下装和侧装三种不同类型，上装和下装型传感器安装时需要在水箱壁上设置安装结构，安装不便，侧装型液位传感器中有高分子绝缘密封材料(如塑料或橡胶)长期浸没于热水中，绝缘密封材料易失效，易受水垢的影响，寿命通常只有不到两年，而用户分散，维护不便。
【发明内容】
很多储液容器都配有溢流通气管，本发明的目的是设计一种通过储液容器的溢流通气管安装口安装的液位传感器，并且传感器的浸入液体中的部分只使用耐腐蚀的金属材料，以解决现有液位传感器安装不便和使用寿命短的问题。
本发明的技术方案如下：一种电极可旋转式液位传感器，其特征在于该传感器有一横梁，在横梁上有一个以上水平放置的短轴(工作位置)，在短轴上安装一端带有圆形安装孔的电极，电极和横梁之间是电气绝缘的，电极可绕短轴旋转至横梁的长度方向。
横梁的横截面可以是T形的，横梁的顶板(对应于T字的上横线)水平放置，横梁的立板(对应于T字中间的竖)竖直放置，在横梁的立板上固定有一个以上水平放置的短轴，在短轴上安装一端带有圆形安装孔的电极。
横梁的横截面也可以是角型的，角形横梁的一侧边水平放置，另一侧边竖直放置，称为立板，在横梁的立板上固定有一个以上水平放置的短轴，在短轴上安装一端带有圆形安装孔的电极。
横梁的横截面也可以是槽形的，其两个侧板的主要表面相互平行，横梁槽口朝下，在横梁的每个侧板上有一个以上沿着横梁长度方向相互间隔一定距离的圆孔，在至少一对位于两个侧板上的相对的圆孔内安装短轴，在每个短轴上和横梁的两个侧板之间安装一个一端带有圆形安装孔的电极，短轴固定在横梁的侧板上。
横梁也可以是板形的，板面竖直放置，电极在板形横梁上的安装情况与在横截面是T形的横梁上的安装情况完全相同。
横梁上水平放置的短轴可以是中空的；短轴上还可以套上一段绝缘和/或减摩材料(如聚四氟乙烯)套管。
在使用横截面为T形的横梁、角形横梁或板形横梁时，短轴只需在一端固定在横梁上，电极利用其圆形安装孔套装在短轴上，其外侧有轴向约束结构以轴向约束电极。短轴可以是与横梁一体成形的；也可以是采用粘接或焊接方式固定在横梁上；也可以是在横梁上打孔，采用过盈配合方式将短轴固定在横梁上的孔中；短轴的一端和横梁上的孔上可以制有螺纹，采用螺纹连接方式将短轴固定在横梁上；也可以直接使用铆钉做为短轴，采用铆接的方式将短轴(铆钉)固定在横梁上；电极外侧的轴向定位结构可以是一个挡片，挡片可以以过盈配合的方式固定在短轴上，也可以粘接、焊接或铆接在短轴上，也可以在短轴上不与横梁相接的一端制上螺纹，在其上旋入一个螺母以轴向固定挡片，还可以在短轴上不与横梁相接的一端沿径向打孔，用在孔中穿过一段丝状材料(如不锈钢丝，以下同)将挡片轴向固定在短轴上；电极外侧的轴向约束结构也可以是在短轴上不与横梁相接的一端地尺寸较大的轴头(如圆头、方头或六角头)；也可以在短轴上不与横梁相接的一端沿径向打孔，用在孔中穿过一段丝状材料将电极轴向约束在短轴上。
在使用槽形横梁时，需要在槽形横梁的两个相对的侧板上打孔以安装短轴。短轴可以是采用粘接或焊接方式固定在横梁上的孔中；也可以是采用过盈配合方式将短轴固定在横梁上的孔中；也可以直接使用铆钉做为短轴，采用铆接的方式将短轴(铆钉)固定在横梁上；也可以在短轴的一端和横梁上的孔上设置螺纹，采用螺纹连接方式将短轴固定在横梁上；也可以在短轴的一端设置尺寸较大的轴头(如圆头、方头或六角头)，以在一侧轴向约束短轴；也可以在短轴的一端沿径向打孔，在孔中穿过一段丝状材料，以在一侧轴向约束短轴。
横梁上与短轴相接区域附近区域可以比周围其它区域略高。
短轴上电极安装孔两侧可以放置绝缘和/或减摩材料(如聚四氟乙烯)垫片。
电极既可以是长条状板形的，也可以是棒状的；电极上端的安装孔可以是在长条状板形电极的一端打孔获得；也可以是将棒状电极的上端压平，并在其上打孔获得；也可以是在棒状电极的一端焊接一个带孔的小平板零件得到；还可以是将棒状电极的一端弯曲成圆环形，圆环部分的电极所包围的中心区域形成安装孔，为了增大电极安装孔与两侧零件的接触面积，还可以将安装孔及其附近的电极沿着安装孔轴线方向压扁；电极整体也可由带有圆形安装孔的由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的安装部分和金属电极体两部分构成，由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的安装部分和金属电极体之间采用螺纹连接或销钉连接方式连接起来；。
用于本发明的液位传感器的各个零件的材料必须是耐腐蚀的，如高分子材料、铝、不锈钢、铜和铜合金等，聚四氟乙烯材料具有良好的电气绝缘性、耐腐蚀性、耐高低温性以及小的摩擦系数，可用于制造横梁、垫片和进行零件表面涂覆，起到减摩和绝缘的作用；电极材料还必须具有良好的导电性能，不锈钢、铜和铜合金是适宜的材料。
电极和横梁之间的电气绝缘的实现方式有如下几种：1.在不锈钢等非绝缘材料横梁表面上安装电极的区域及其附近涂覆聚四氟乙烯等绝缘材料，若有用于安装短轴的孔则还包括其内表面，若短轴与横梁是一体的则还包括短轴表面；2.电极整体由带有圆形安装孔的安装部分和金属电极体两部分构成，带有圆形安装孔的安装部分由聚四氟乙烯等绝缘材料制成；3.在金属电极上带圆形安装孔的一端的表面(包括电极安装孔内表面)及其附近涂覆聚四氟乙烯等绝缘材料；4.在金属电极上折弯形成圆形安装孔的一段及其邻近部分套上聚四氟乙烯等绝缘材料管；5.在短轴上套上由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的线轴形零件，线轴形零件为一回转体，其两侧边直径较大，中间部分直径较小，中心有孔，电极上的圆形安装孔套在线轴形零件的中间直径较小的部分上，线轴形零件的直径较大的两侧边的靠近线轴形零件的中间部分的内侧上可以有圆台，圆台的直径相对较小的部分更靠近线轴形零件的中间部分，线轴形零件的直径较大的两侧边的靠近线轴形零件的中间部分的内侧面也可以是倾斜的，倾斜的内侧面的直径相对较小的部分更靠近线轴形零件的中间部分；6.将金属电极和横梁用聚四氟乙烯等绝缘材料隔开，包括对横梁上的短轴采取绝缘措施(短轴使用聚四氟乙烯等绝缘材料，或在短轴上套上由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的套管)，和在电极带安装孔一端与横梁之间放置由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的绝缘垫片。
横梁的一端连接到一圆形金属安装片上，圆形金属安装片与横梁的长度方向垂直，其上部不在中心位置上有一孔，穿过该孔在其上焊接有一短金属管用于引出电极引线和安装时把持用，管的末端可以向圆形金属安装片的中心方向弯曲，管上一侧的表面上还可以制有螺纹孔，用于放置压线用的螺钉，圆形金属安装片上还可以有一竖标志线，该线平行于电极的方向，横梁上还设置有多个电极引线约束结构，在每个电极的靠近电极安装孔的位置上焊接引线，焊点和电极引线的剥开部分可以涂覆环氧树脂或聚氨脂等材料制成的防水绝缘胶，引线经过电极引线约束结构，最终穿过圆形金属安装片上的短金属管引出。
横梁的一端与圆形金属安装片可以直接焊接在一起；也可以在圆形金属安装片上垂直于安装片焊接一块或几块金属板，或者焊接一块槽形金属结构，在金属板或槽形金属结构上打孔，再在横梁的靠近圆形金属安装片的一端的相应位置上打孔，将横梁和圆形金属安装片上焊接的金属板或槽形金属结构采用螺纹连接或铆接的方式连接在一起；对于槽形横梁，也可沿着其每两个相邻板面的交线在端部剪开一小段，并将剪开的部分向槽外的方向弯折90度，再将横梁和圆形金属安装片焊接在一起。
电极引线约束结构可以是用聚四氟乙烯等耐腐蚀的非金属材料丝或带捆扎在横梁上构成；还可以是用不锈钢等耐腐蚀的金属材料丝或带捆扎或绕成环形焊接在横梁上构成；也可以在横梁上打捆扎孔，穿过捆扎孔进行捆扎；还可以在横梁靠近圆形金属安装片一侧的顶板(槽形横梁、横截面为T形的横梁、角形横梁)或立板(横截面为T形的横梁、角形横梁或板形横梁)上设置压线板以将电极引线固定在横梁上。
在不影响穿过储液容器的溢流通气管安装口进行安装的前提下，较短的电极可以用聚四氟乙烯等绝缘材料与横梁间隔后用螺纹连接方式或铆接方式固定安装在横梁上。在使用槽形横梁时，电极可固定在横梁的竖直放置的板上，也可固定在横梁的顶板上；在使用横截面为T形的横梁、角形横梁和板形横梁时，电极可固定在横梁的竖直放置的板上；电极安装部分的表面(包括安装孔内表面)及其附近可涂覆聚四氟乙烯等绝缘材料实现与横梁之间的电气绝缘；也可在横梁上安装电极的的部分的表面(包括安装孔的内表面)及其附近涂覆聚四氟乙烯等绝缘材料实现与电极之间的电气绝缘；还可以在电极安装部分的两侧垫上由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的垫片实现电极与其两侧相邻的其它零件的电气绝缘，在固定电极的螺钉或铆钉上套上由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的套管，或在电极安装孔与固定用的螺钉或铆钉之间灌注聚氨脂等材料制成的绝缘密封胶，以实现电极与固定用的螺钉或铆钉之间的绝缘；不管采用何种绝缘方式，电极两侧都可以垫上由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的垫片以起到减摩和保护电极的作用。
横截面为T形的横梁、角形横梁和板形横梁可在竖直放置的板的两侧放置短轴和电极，短轴之间的距离要确保当电极旋转至横梁的长度方向上时电极间不至于接触，旋转方向为远离横梁与圆形金属安装片相接的一端，固定安装在横梁上的电极只要保证当可旋转式电极转至横梁长度方向上时，所有电极不接触即可。
槽形横梁上各个安装电极的短轴之间要保持一定的距离，以确保当电极旋转至横梁的长度方向上时电极间不至于接触，旋转方向为远离横梁与圆形金属安装片相接的一端。可旋转式电极可以都是直电极；为了缩短槽形横梁的长度，部分可旋转式电极也可以在电极安装孔的轴线与电极沿长度方向的中心线所形成的平面内两次直角折弯，第二次折弯的方向为远离电极安装孔的方向，在槽形横梁的侧板上电极折弯的相应位置处应开槽，以允许电极两次折弯之间的部分能穿过该槽，两次折弯之间的部分的长度要确保折弯后的电极旋转至槽形横梁长度方向后仍能从储液容器的溢流通气管安装孔中装入，相邻的两个折弯的可旋转电极的第一次弯折方向最好相反。
固定安装在横梁上的电极只要保证当可旋转式电极转至横梁长度方向上时，所有电极不接触即可。
液位测量电极也可以使用耐腐蚀的空心金属盲管，其内可以放置温度传感器，以进行液体温度的测量。
本发明的液位传感器的安装顺序：在储液容器上有一个带内螺纹的溢流通气管安装口，在安装口上安装一个三通管件，该三通管件的同轴的两端制有外螺纹，其一端接入溢流通气管安装口，将本发明的液位传感器的可旋转电极旋转至横梁长度方向，将安装电极的部分穿过三通管件和溢流通气管安装口伸入储液容器中，观察圆形金属安装片上的金属管的位置或其上竖线的方向，并调整至电极处于铅垂向下的方向上，用一中间带台阶孔的螺母将圆形金属安装片压在螺母的内孔的台阶和三通管件之间，螺母拧入三通管件一端的外螺纹上，圆形金属安装片的尺寸应该大于与其相接的三通管件的带外螺纹一端的内孔尺寸，小于螺母的内螺纹部分的最小直径。同轴的两端制有外螺纹的三通管件也可以由同轴的两端制有内螺纹的三通管件在其两端外接两端制有外螺纹的连接件(双外螺纹直接，又称对丝，以下同)实现。在螺母、圆形金属安装片和三通管件之间可以垫以摩擦系数较小的圆环形垫片。
在安装于横梁上的电极中，选取其中一根最长的做为公共地，则测量其它下端处于不同高度上的电极与公共地之间的电阻大小，就可以确定液位是否到达相应的高度；也可以将电极接入一电阻串，公共地接电阻串的一端(也就是电阻串中第一个电阻的首端)，其它电极依次接到电阻串中各个电阻的末端，测量电阻串两端的电阻值大小，也可以确定液位是否到达相应的高度。
本发明的液位传感器与目前所使用的传感器相比，无需对储液容器本身做任何改动，安装使用方便，只有金属电极浸入液体中，不存在液体中的密封和绝缘问题，寿命长，可靠性高。
【附图说明】
图1为本发明的第一实施例的结构示意图。
图2为本发明的第二实施例的结构示意图。
图3为本发明的第二实施例中一个可旋转式电极在横梁上的安装示意图。
图4为本发明的第二实施例中固定式电极在横梁上的安装示意图。
图5为本发明的第三实施例的结构示意图。
图6为本发明的液位传感器在储液容器的溢流通气管安装口上安装的示意图。
图中1.横梁 2.短轴 3.可旋转式电极 4.固定式电极 5.电极引线 6.电极引线约束结构 7.压线板 8.圆形金属安装片 9.出线管 10.线轴形零件 11.双外螺纹直接12.三通管件 13.双外螺纹直接 14.中间带台阶孔的螺母
【具体实施方式】
在图1所示的第一实施例中，横梁1的横截面为T型，在其立板上有五个孔，在图1中左侧的四个孔中用过盈连接方式安装了四个短轴2，在四个短轴上安装了四个可旋转式电极3，在另外一个孔中，用螺栓连接方式安装了一个固定式电极4，电极引线5经过电极引线约束结构6后再用压线板7在横梁的靠近圆形金属安装片8的一端压紧在横梁上，横梁1与圆形金属安装片8之间直接焊接在一起，在圆形金属安装片8上有一孔，在该孔位置处焊有一出线管9，电极引线5经过压线板后，再穿过圆形金属安装片上的孔和出线管引出。
横梁1、短轴2、电极引线约束结构6、压线板7、圆形金属安装片8、出线管9的材料为不锈钢等耐腐蚀金属材料，可旋转式电极3和固定式电极4的材料为耐腐蚀性和导电性良好的不锈钢、铜和铜合金等金属材料，电极引线5选用氟塑料绝缘或硅橡胶绝缘的高温线。
可旋转式金属电极3的上部(带圆形安装孔的一端)和固定式金属电极4的安装端的表面及其附近涂覆有聚四氟乙烯等绝缘材料(必要时，烤漆)，以实现电极和横梁之间的电气绝缘，安装时，为了保护电极表面涂覆的绝缘材料层，在电极安装端与横梁之间放置聚四氟乙烯等绝缘材料制成的减摩垫片。
短轴2不与横梁相接的一端制有一个尺寸较大的轴头，轴头内侧的轴上套有一个由聚四氟乙烯等绝缘材料制成的挡片，挡片内侧的轴上安装有可旋转式电极3，轴头用于轴向约束挡片及其内侧的可旋转式电极3.
固定式电极4的外侧也放置一聚四氟乙烯等绝缘材料制成的挡片，穿过挡片、固定式电极4的安装孔、电极4与横梁1间的垫片、以及横梁1上的孔安装一个螺栓，在横梁的另一侧用螺母将螺栓及固定式电极4固定在横梁上，固定式电极4的上端面顶在横梁的顶板上，以限制其绕螺栓的转动。
图1中的可旋转式电极3可以是棒状的，也可以是长条状板形的，棒状电极上端的圆形安装孔可以是将电极一端折弯形成的，板形电极上端的安装孔则是直接在板上打孔获得的，板形电极带安装孔的一端还可以倒圆；固定式电极4较适宜是长条状板形的。
电极引线与电极的焊接点应靠近电极上涂覆绝缘材料的部分，焊点和电极引线的剥开部分可以涂覆环氧树脂或聚氨脂等材料制成的防水绝缘胶。
电极引线约束结构是用金属材料丝折弯后焊在横梁的顶板上形成一个环形区域构成的。
图2所示为本发明的第二实施例，为简单和清楚起见，图中省略了本发明的液位传感器的电极引线、电极引线约束结构、压线板、圆形金属安装片和出线管，第二实施例中这些部分与第一实施例中的相同。
在图2所示的第二实施例中，横梁1的横截面为槽型，横梁1的每个侧板上各有5个孔，从左到右依次安装有四个可旋转式电极3和一个固定式电极4，其中，两个可旋转式电极在电极安装孔的轴线与电极沿长度方向的中心线所形成的平面内两次直角折弯，第二次折弯的方向为远离电极安装孔的方向，在槽形横梁的侧板上电极折弯的相应位置处开槽，以允许电极两次折弯之间的部分能穿过该槽，两次折弯之间的部分的长度要确保折弯后的电极旋转至槽形横梁长度方向后仍能从储液容器的溢流通气管安装口中装入，相邻的两个折弯的可旋转电极的第一次弯折方向相反。
横梁1和短轴2的材料为不锈钢等耐腐蚀金属材料，可旋转式电极3和固定式电极4的材料为耐腐蚀性和导电性良好的不锈钢、铜和铜合金等金属材料。
图3为本发明的第二实施例中一个可旋转式电极在横梁上的安装示意图。棒状可旋转式电极3的上端折弯后套在线轴形零件10上，线轴形零件10由聚四氟乙烯等绝缘材料制成，能起到实现电极3与横梁1之间的电气绝缘作用，用一个铆钉作为短轴2，用铆钉将线轴形零件10及其上的电极3安装在横梁1两侧板的孔中。
图4为本发明的第二实施例中固定式电极在横梁上的安装示意图。板形固定式电极4的上端有安装孔，电极4上端表面(包括安装孔的内表面)涂覆有一层聚四氟乙烯等绝缘材料，起到实现电极4与横梁1的电气绝缘作用，用一螺栓穿过电极4的安装孔和横梁1两侧板上的孔将电极安装在横梁上，电极的上端面顶在横梁1的顶板上，以限制其绕螺栓的转动，在电极4和横梁1的两侧板之间垫有聚四氟乙烯等绝缘材料制成的垫片，以到起到减摩和保护电极上的绝缘涂层的作用，电极4的长度须不影响本发明的液位传感器通过储液容器的溢流通气管安装口进行安装。
图5所示为本发明的第三实施例，为简单和清楚起见，图中省略了本发明的液位传感器的电极引线、电极引线约束结构、压线板、圆形金属安装片和出线管，第三实施例中这些部分与第一实施例中的相同。
在图5所示的第三实施例中，横梁1的横截面为角型，横梁1的侧板上焊有四个短轴2，用于安装四个可旋转式电极3，其上还有一个孔，用于安装一个固定式电极4.
在角形横梁1的安装电极的部分及其附近的表面上涂覆一层聚四氟乙烯等绝缘材料，包括短轴2的外表面和用于安装固定电极4的孔的内表面，以实现电极与横梁之间的电气绝缘，在每个可旋转式电极3和固定式电极4与横梁之间放置聚四氟乙烯等绝缘材料制成的垫片，在每个可旋转式电极3和固定式电极4的外侧放置聚四氟乙烯等绝缘材料制成的挡片，短轴2与横梁1采用焊接方式连接在一起，在短轴2不与横梁相接的另一端沿径向打孔，在孔内穿入一段不锈钢等耐腐蚀材料丝，将其两端折弯以将其固定在孔中，用这段丝轴向约束挡片及其内侧的电极3，穿过挡片、固定式电极4的安装孔、电极4与横梁1间的垫片、以及横梁1上的孔安装一个螺栓，在横梁的另一侧用螺母将螺栓及固定式电极4固定在横梁上，固定式电极4的上端面顶在横梁的顶板上，以限制其绕螺栓的转动。
图6为本发明的液位传感器在储液容器的溢流通气管安装口安装的示意图。储液容器的溢流通气管安装口上制有内螺纹，在安装口上安装一个双外螺纹直接11，在直接11的不与安装口相接的一端安装一个三通管件12，该三通管件的同轴的两端制有内螺纹，其一端接到直接11上，另一端接到一个双外螺纹直接13上，将本发明的液位传感器的可旋转电极旋转至横梁长度方向，将安装电极的部分穿过直接13、三通管件12、直接11和储液容器的溢流通气管安装口伸入储液容器中，观察圆形金属安装片上的金属管的位置或其上竖线的方向，并调整至电极处于铅垂向下的方向上，用一中间带台阶孔的螺母14将圆形金属安装片压在螺母14的内孔的台阶和直接13之间，螺母拧入直接13不与三通管件12相接的一端的外螺纹上，在螺母14、圆形金属安装片和直接13之间垫以摩擦系数较小的圆环形垫片。
直接11、三通管件12、直接13和螺母14应选用耐腐蚀材料制造，较适宜的材料有不锈钢、铜和聚四氟乙烯等。