水位测量装置及方法技术领域
本发明涉及自动控制的技术领域，具体地涉及一种水位测量装置及
方法。
背景技术
这个部分提供了与本发明有关的背景信息，这不一定是现有技术。
储水式热水器通常需要通过水位传感器来测量水箱中的水位，以进
行水位控制操作，例如对水箱进行加水、放水和对水箱中的水进行加热
等等。水位传感器为通电的电极，包括一个公共端电极和三个水位电极，
公共端电极放置在水箱的下部，三个水位电极分别放置在水箱的上、中、
下三个位置。在传统的水位测量方法中，在水位传感器的公共端电极和
其它三个水位电极之间通上低压交流电，当水位电极在水位线以下时，
以水为导体，公共端电极和水位电极之间构成了电路回路，因此呈导通
状态，当水位电极在水位线以上时，公共端电极和水位电极之间没有构
成电路回路，因此呈断开状态，储水式热水器的控制板通过检测公共端
电极和水位电极之间的导通和断开状态就可以获知水箱的水位。
在传统的水位测量方法中，水位传感器一直放置在水箱中，而且需
要一直通电。热水器水箱中的水为自来水，其中含有杂质、离子和带电
粒子等物质。在水位传感器通电的情况下，水中的杂质、离子和带电粒
子等物质会被电荷吸引，吸附在电极上。当电极被这些杂质、离子和带
电粒子等物质包裹时，会失去导电性，从而使得水位传感器失效，不能
有效地测量水位，最终导致储水式热水器不能正常工作，增加维修的成
本，也会影响品牌的影响力。
发明内容
这个部分提供了本发明的一般概要，而不是其全部范围或其全部特
征的全面披露。
本发明的目的在于提供一种水位测量装置和方法，通过控制单元控
制开关单元的接通和断开，以接通或断开电源单元向水位传感器的供
电，只有当电源单元向水位传感器供电时，水位传感器才感测水箱中的
水位，使得水位传感器不会一直处于通电状态中，减少水位传感器的通
电时间，降低水位传感器的失效率，延长其使用寿命。
根据本发明的一方面，提供了一种水位测量装置，包括：水位传感
器，用于感测水箱中的水位；电源单元，用于向所述水位传感器供电；
开关单元，用于接通/断开所述电源单元向所述水位传感器的供电；以及
控制单元，用于控制所述开关单元的接通/断开。
优选地，所述控制单元包括：计时单元，用于对所述开关单元接通
的时间和所述开关单元断开的时间进行计时；以及发送单元，用于当所
述开关单元接通的时间超过第一预定时间时，控制所述开关单元断开，
并且当所述开关单元断开的时间超过第二预定时间时，控制所述开关单
元接通。
优选地，所述开关单元包括：整流桥单元，其连接在所述电源单元
和所述水位传感器所在的电路回路中；以及光耦单元，其由所述控制单
元控制，用于使所述整流桥单元导通/截止。
优选地，所述光耦单元包括第一电阻器、发光二级管和晶体管，并
且其中，所述第一电阻器的一端连接到直流电源，另一端连接到所述发
光二极管的阳极，所述发光二级管的阴极接地，所述控制单元连接到所
述第一电阻器和所述发光二极管之间的中间节点，所述晶体管的基极与
所述发光二级管耦合，并且所述晶体管的集电极和发射极连接到所述整
流桥单元。
优选地，所述光耦单元还包括第二电阻器，并且其中，所述控制单
元经由所述第二电阻器连接到所述第一电阻器和所述发光二极管之间
的中间节点。
优选地，所述整流桥单元包括桥式整流器，所述桥式整流器包括四
个二极管，并且其中，所述桥式整流器的两个引出端分别连接到所述晶
体管的集电极和发射极，并且另两个引出端连接在所述电源单元和所述
水位传感器所在的电路回路中。
优选地，所述整流桥单元还包括第三电阻器，并且其中，所述桥式
整流器的另两个引出端中的一个引出端经由所述第三电阻器连接在所
述电源单元和所述水位传感器所在的电路回路中。
优选地，所述开关单元包括：继电器单元，其连接在所述电源单元
和所述水位传感器所在的电路回路中；以及继电器驱动单元，其由所述
控制单元控制，用于使所述继电器单元接通/断开。
优选地，所述开关单元包括：可控硅单元，其连接在所述电源单元
和所述水位传感器所在的电路回路中；以及光耦可控硅单元，其由所述
控制单元控制，用于使所述可控硅单元导通/截止。
优选地，所述水位传感器包括公共端传感器、高水位传感器、中水
位传感器和低水位传感器。
优选地，所述电源单元包括变压器。
根据本发明的另一方面，提供了一种由水位测量装置测量水位的方
法，所述水位测量装置至少包括：水位传感器，用于感测水箱中的水位；
电源单元，用于向所述水位传感器供电；以及开关单元，用于接通/断开
所述电源单元向所述水位传感器的供电，所述方法包括：控制所述开关
单元的接通/断开；以及当所述开关单元接通时，通过所述电源单元向所
述水位传感器供电，并且通过所述水位传感器感测水箱中的水位。
使用根据本发明的水位测量装置，开关单元用于接通和断开电源单
元向水位传感器的供电，通过控制单元控制开关单元的接通和断开。因
此，只有当电源单元向水位传感器供电时，水位传感器才感测水箱中的
水位。这样一来，水位传感器不会一直处于通电状态中，水位传感器的
通电时间可以大大减少，也就减少了水中的杂质、离子和带电粒子吸附
到水位传感器电极上的时间，因此可以降低水位传感器的失效率，延长
其使用寿命。
从在此提供的描述中，进一步的适用性区域将会变得明显。这个概
要中的描述和特定例子只是为了示意的目的，而不旨在限制本发明的范
围。
附图说明
在此描述的附图只是为了所选实施例的示意的目的而非全部可能
的实施，并且不旨在限制本发明的范围。在附图中：
图1示出了现有技术中的储水式热水器的结构示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施方式的水位测量装置的结构示意
图；
图3示出了根据本发明的一个实施方式的控制单元的结构示意图；
图4示出了根据本发明的又一个实施方式的水位测量装置的结构示
意图；
图5示出了根据本发明的又一个实施方式的水位测量装置的结构示
意图；
图6示出了根据本发明的又一个实施方式的水位测量装置的结构示
意图；以及
图7示出了根据本发明的水位测量方法的流程图。
虽然本发明容易经受各种修改和替换形式，但是其特定实施例已作
为例子在附图中示出，并且在此详细描述。然而应当理解的是，在此对
特定实施例的描述并不打算将本发明限制到公开的具体形式，而是相反
地，本发明目的是要覆盖落在本发明的精神和范围之内的所有修改、等
效和替换。要注意的是，贯穿几个附图，相应的标号指示相应的部件。
具体实施方式
现在参考附图来更加充分地描述本发明的例子。以下描述实质上只
是示例性的，而不旨在限制本发明、应用或用途。
提供了示例实施例，以便本发明将会变得详尽，并且将会向本领域
技术人员充分地传达其范围。阐述了众多的特定细节如特定部件、装置
和方法的例子，以提供对本发明的实施例的详尽理解。对于本领域技术
人员而言将会明显的是，不需要使用特定的细节，示例实施例可以用许
多不同的形式来实施，它们都不应当被解释为限制本发明的范围。在某
些示例实施例中，没有详细地描述众所周知的过程、众所周知的结构和
众所周知的技术。
图1示出了现有技术中的储水式热水器的结构示意图。如图1所示，
储水式热水器包括热水器控制板110、变压器120、水箱130以及放置在
水箱130中的水位传感器。水位传感器包括公共端传感器144、高水位
传感器141、中水位传感器142和低水位传感器143。公共端传感器144
放置在水箱130的下部，高水位传感器141放置在水箱130的上部，中
水位传感器142放置在水箱130的中部，低水位传感器143放置在水箱
130的下部。变压器120为水位传感器供电。热水器控制板110通过水
位传感器感测水箱130中的水位，进而进行加水、放水和加热等操作。
在现有技术中，变压器120一直为水位传感器供电，因此，当水位
传感器在水位线以下时，以水为导体，公共端传感器的电极和水位传感
器的电极之间构成了电路回路。例如，当水位线在水位传感器143以上，
并且在水位传感器142以下时，水位传感器143的电极与公共端传感器
144的电极之间构成了电路回路。水中的杂质、离子和带电粒子等物质
会被电荷吸引，吸附在水位传感器143和144的电极上。对于水位线在
水位传感器142以上和水位传感器141以上的情况也类似。当电极被这
些杂质、离子和带电粒子等物质包裹时，会失去导电性，从而使得水位
传感器失效。
图2示出了根据本发明的一个实施方式的水位测量装置的结构示意
图。如图2所示，水位测量装置可以包括水位传感器211和212、电源
单元220、开关单元230和控制单元240。
在这个实施方式中，控制单元240控制开关单元230的接通/断开。
在一个实施方式中，控制单元240可以向开关单元230发送控制信号以
控制开关单元230的接通和断开。例如，当控制单元240向开关单元230
发送接通控制信号时，开关单元230接通；当控制单元240向开关单元
230发送断开控制信号时，开关单元230断开。在一个实施方式中，控
制单元240可以通过预先设定的规则来发送接通控制信号和断开控制信
号。
在这个实施方式中，开关单元230接通/断开电源单元220向水位传
感器211和212的供电。在一个实施方式中，开关单元230通过控制单
元240的控制来接通或断开电源单元220的供电。例如，当开关单元230
从控制单元240接收到接通控制信号时，开关单元230接通电源单元220
的供电；当开关单元230从控制单元240接收到断开控制信号时，开关
单元230断开电源单元220的供电。
在这个实施方式中，电源单元220向水位传感器211和212供电。
在一个实施方式中，当开关单元230接通电源单元220的供电时，电源
单元220向水位传感器211和212供电；当开关单元230断开电源单元
220的供电时，电源单元220不向水位传感器211和212供电。在一个
实施方式中，电源单元220可以包括变压器，以将220V的市电转变为
24V/12V的低压交流电。
在这个实施方式中，水位传感器211和212可以感测水箱中的水位。
在图2中，为了便于说明，仅仅示出了两个水位传感器211和212。在
一个实施方式中，水位传感器可以包括公共端传感器、低水位传感器、
中水位传感器和高水位传感器。在图2中示出的两个传感器211和212
的其中一个传感器是公共端传感器，另一个是低水位传感器、中水位传
感器和高水位传感器中的一个。例如，水位传感器211是公共端传感器，
水位传感器212是低水位传感器、中水位传感器和高水位传感器中的一
个，也可以水位传感器211是低水位传感器、中水位传感器和高水位传
感器中的一个，水位传感器212是公共端传感器，本发明在这里不做限
定。对于多个水位传感器的水位测量装置，其结构与图2类似，因此不
再赘述。在本发明中的水位传感器可以采用现有技术中任何一种传感
器，在此不做限定。
在另一个实施方式中，水位测量装置还可以包括水位测量单元250。
水位测量单元250可以通过检测水位传感器与电源单元220所在的电路
回路中是否有电流通过来确定水位传感器是否在水位线以下，进而确定
水位信号。如果高水位传感器与公共端传感器之间呈导通状态，那么此
时水箱中的水为高水位；如果高水位传感器与公共端传感器之间没有导
通，而中水位传感器与公共端传感器之间呈导通状态，那么此时水箱中
的水为中水位；如果高水位传感器与公共端传感器之间以及中水位传感
器与公共端传感器之间均没有导通，而低水位传感器与公共端传感器之
间呈导通状态，那么此时水箱中的水为低水位。在一个实施方式中，水
位测量单元250可以将水位信号发送到控制单元240，以便于控制单元
240进行加水、放水和加热等操作。
使用根据本发明的水位测量装置，电源单元220在控制单元240的
控制下向水位传感器供电，只有当电源单元220向水位传感器供电时，
水位传感器才感测水箱中的水位。这样一来，水位传感器不会一直处于
通电状态中，水位传感器的通电时间可以大大减少，也就减少了水中的
杂质、离子和带电粒子吸附到水位传感器电极上的时间，因此可以降低
水位传感器的失效率，延长其使用寿命。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的控制单元的结构示意图。
在这个实施方式中，控制单元240可以包括计时单元241和发送单元
242。
在这个实施方式中，计时单元241可以对开关单元230接通的时间
和断开的时间进行计时。在本发明中，计时单元241可以是现有技术中
任何一种计时器，在此不做限定。当开关单元230接通的时间超过第一
预定时间时，发送单元242控制开关单元230断开；当开关单元230断
开的时间超过第二预定时间时，发送单元242控制开关单元230接通。
如上所述，发送单元242可以通过向开关单元230发送接通控制信号和
断开控制信号以控制开关单元230的接通和断开。在一个实施方式中，
当发送单元242向开关单元230发送接通控制信号时，计时单元241开
始计时，对开关单元230接通的时间进行计时，当开关单元230接通的
时间超过第一预定时间时，计时单元241通知发送单元242，发送单元
242向开关单元230发送断开控制信号；类似地，当发送单元242向开
关单元230发送断开控制信号时，计时单元241也开始计时，对开关单
元230断开的时间进行计时，当开关单元230断开的时间超过第二预定
时间时，计时单元241通知发送单元242，发送单元242向开关单元230
发送接通控制信号。
在这个实施方式中，电源单元220以接通第一预定时间、断开第二
预定时间，并不断循环的模式向水位传感器供电，大大减小了电源单元
220的供电时间。在一个实施方式中，第一预定时间和第二预定时间可
以由技术人员或者使用热水器的用户进行配置。第一预定时间可以等于
第二预定时间，例如，第一预定时间为5秒，第二预定时间也为5秒。
第一预定时间也可以小于第二预定时间，例如，第一预定时间为5秒，
第二预定时间为10秒。当第一预定时间小于第二预定时间时，电源单
元220供电的时间短于不供电的时间，这样将更加减少电源单元220的
供电时间，热水器的使用寿命将更长。
图4示出了根据本发明的又一个实施方式的水位测量装置的结构示
意图。在这个实施方式中，开关单元230可以包括整流桥单元231和光
耦单元232。其中，整流桥单元231连接在电源单元220和水位传感器
所在的电路回路中，光耦单元232由控制单元240控制，用于使整流桥
单元231导通或截止。在一个实施方式中，可以当控制单元240向开关
单元230发送接通控制信号时，光耦单元232导通，以使得整流桥单元
231也导通，进而电源单元220向水位传感器供电；当控制单元240向
开关单元230发送断开控制信号时，光耦单元232截止，以使得整流桥
单元231也截止，进而电源单元220不向水位传感器供电。
在一个实施方式中，如图4所示，光耦单元232可以包括电阻器
R2、发光二级管和晶体管，其中，发光二极管和晶体管构成了光电耦合
器U1。在这个实施方式中，电阻器R2的一端连接到直流电源VCC，
另一端连接到发光二极管的阳极，发光二级管的阴极接地，控制单元240
连接到电阻器R2和发光二极管之间的中间节点，晶体管的基极与发光
二级管耦合，并且晶体管的集电极和发射极连接到整流桥单元231。
在一个实施方式中，如图4所示，光耦单元232还可以包括电阻器
R3，控制单元240经由电阻器R3连接到电阻器R2和发光二极管之间
的中间节点。
在一个实施方式中，如图4所示，整流桥单元231可以包括桥式整
流器CR1，桥式整流器CR1包括四个二极管。并且桥式整流器CR1的
两个引出端分别连接到晶体管的集电极和发射极，并且另两个引出端连
接在电源单元220和水位传感器所在的电路回路中。
在一个实施方式中，如图4所示，整流桥单元231还可以包括电阻
器R1，并且桥式整流器CR1的另两个引出端中的一个引出端经由电阻
器R1连接在电源单元220和水位传感器所在的电路回路中。
在图4所示的水位测量装置中，采用了光耦单元232和整流桥单元
231来实现开关单元230。光耦单元232可以保证控制单元240侧的直
流电路与水位传感器侧的交流电路的电气隔离，因此可以提高系统的安
全性。进一步，光耦单元232还具有成本低和寿命长的优点。
图5示出了根据本发明的又一个实施方式的水位测量装置的结构示
意图。在这个实施方式中，开关单元230可以包括继电器单元233和继
电器驱动单元234。在一个实施方式中，继电器单元233连接在电源单
元220和水位传感器所在的电路回路中，继电器驱动单元234由控制单
元240控制，用于使继电器单元233接通或断开。在一个实施方式中，
可以当控制单元240向开关单元230发送接通控制信号时，继电器驱动
单元234驱动继电器单元233接通，进而电源单元220向水位传感器供
电；当控制单元240向开关单元230发送断开控制信号时，继电器驱动
单元234驱动继电器单元233断开，进而电源单元220不向水位传感器
供电。
在一个实施方式中，如图5所示，继电器单元233可以包括开关
K1。当开关K1闭合时，继电器单元233接通；当开关K1打开时，继
电器单元233断开。
在一个实施方式中，如图5所示，继电器单元233还可以包括电阻
器R1，开关K1通过电阻器R1连接在电源单元220和水位传感器所在
的电路回路中。
在图5所示的水位测量装置中，采用了继电器单元233和继电器驱
动单元234来实现开关单元230。继电器单元233可以保证控制单元240
侧的直流电路与水位传感器侧的交流电路的电气隔离，因此可以提高系
统的安全性。进一步，继电器单元233还具有成本低和容易实现等优点。
图6示出了根据本发明的又一个实施方式的水位测量装置的结构示
意图。在这个实施方式中，开关单元230可以包括可控硅单元235和光
耦可控硅单元236。可控硅单元235连接在电源单元220和水位传感器
所在的电路回路中，光耦可控硅单元236由控制单元240控制，用于使
可控硅单元235导通或截止。在一个实施方式中，可以当控制单元240
向光耦可控硅单元236发送接通控制信号时，光耦可控硅单元236导通，
以使得可控硅单元235也导通，进而电源单元220向水位传感器供电；
当控制单元240向光耦可控硅单元236发送断开控制信号时，光耦可控
硅单元236截止，以使得可控硅单元235也截止，进而电源单元220不
向水位传感器供电。
在一个实施方式中，如图6所示，光耦可控硅单元236可以包括电
阻器R2、发光二极管和可控硅，其中发光二级管和可控硅构成了光电
耦合器U1。在这个实施方式中，电阻器R2的一端连接到直流电源VCC，
另一端连接到发光二极管的阳极，发光二级管的阴极接地，控制单元240
连接到电阻器R2和发光二极管之间的中间节点，可控硅与发光二级管
耦合，可控硅的两个电极连接到可控硅单元235。
在一个实施方式中，如图6所示，光耦可控硅单元236还可以包括
电阻器R3，控制单元240经由电阻器R3连接到电阻器R2和发光二极
管之间的中间节点。
在一个实施方式中，如图6所示，可控硅单元235可以包括电阻器
R1、可控硅Q1和电阻器R5。并且电阻器R1的一端连接到可控硅Q1
的第二电极，另一端连接到光耦可控硅单元236，电阻器R5的一端连
接到可控硅Q1的第一电极，另一端连接到可控硅Q1的控制极和光耦
可控硅单元236。可控硅Q1的第一电极和第二电极连接在电源单元220
和水位传感器所在的电路回路中。
在一个实施方式中，如图6所示，可控硅单元235还可以包括电阻
器R4和电容器C1。电阻器R4和电容器C1串联连接后分别连接到可
控硅Q1的第一电极和第二电极。
在图6所示的水位测量装置中，采用了光耦可控硅单元236和可控
硅单元235来实现开关单元230。光耦可控硅单元236可以保证控制单
元240侧的直流电路与水位传感器侧的交流电路的电气隔离，因此可以
提高系统的安全性。进一步，光耦可控硅单元236还具有成本低和寿命
长的优点。
图7示出了根据本发明的水位测量方法的流程图。在这个实施方式
中，水位测量方法由水位测量装置执行，水位测量装置至少包括：水位
传感器，用于感测水箱中的水位；电源单元，用于向水位传感器供电；
以及开关单元，用于接通/断开电源单元向水位传感器的供电。在这个实
施方式中，水位测量方法可以由前述实施方式中的任何一个水位测量装
置来执行，但是本发明并不限于此。例如，水位测量装置可以包括图2
中所示的水位传感器、电源单元220和开关单元230。
在步骤S710中，控制开关单元230的接通/断开。在这个实施方式
中，可以向开关单元230发送控制信号以控制开关单元230的接通和断
开。例如，当开关单元230接收到接通控制信号时，开关单元230接通；
当开关单元230接收到断开控制信号时，开关单元230断开。在一个实
施方式中，可以通过预先设定的规则来发送接通控制信号和断开控制信
号。在一个实施方式中，水位测量装置还可以包括图2中所示的控制单
元240，由控制单元240来控制开关单元230的接通/断开。
在步骤S720中，当开关单元230接通时，通过电源单元220向水
位传感器供电，并且通过水位传感器感测水箱中的水位。
优选地，在步骤S710中，控制开关单元230的接通/断开可以包括：
对开关单元230接通的时间和开关单元230断开的时间进行计时，当开
关单元230接通的时间超过第一预定时间时，控制开关单元230断开；
当开关单元230断开的时间超过第二预定时间时，控制开关单元230接
通。
在一个实施方式中，当开关单元230接收到接通控制信号时，对开
关单元230接通的时间进行计时，当开关单元230接通的时间超过第一
预定时间时，向开关单元230发送断开控制信号；类似地，当开关单元
230接收到断开控制信号时，对开关单元230断开的时间进行计时，当
开关单元230断开的时间超过第二预定时间时，向开关单元230发送接
通控制信号。
优选地，当开关单元230断开时，电源单元220不向水位传感器供
电，并且水位传感器不感测水箱中的水位。
使用根据本发明的水位测量方法，只有当开关单元230接通时，才
通过电源单元220向水位传感器供电时，水位传感器才感测水箱中的水
位。这样一来，水位传感器不会一直处于通电状态中，水位传感器的通
电时间可以大大减少，也就减少了水中的杂质、离子和带电粒子吸附到
水位传感器电极上的时间，因此可以降低水位传感器的失效率，延长其
使用寿命。
以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上
面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限
制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和
变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的
权利要求及其等效含义来限定。