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用于測量槽中的水位的裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510696310.6

申請日:

2015.10.22

公開號:

CN105538913A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):B41J 2/175申請日:20151022|||公開
IPC分類號: B41J2/175; G01F23/24 主分類號: B41J2/175
申請人: 多佛歐洲有限責任公司
發明人: 珍-皮埃爾·阿爾潘
地址: 瑞士韋爾涅
優先權: 2014.10.22 FR 1460138
專利代理機構: 北京品源專利代理有限公司 11332 代理人: 楊生平;鐘錦舜
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510696310.6

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.10.24|||2016.05.04

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及用于連續測量連續噴墨(CIJ)打印機的槽(10)中的墨水的水位的裝置,包括:-第一電極對(24,26)和用于串聯連接該電極對的裝置,其用于測量在所述槽中的墨水的第一預定高度的阻抗,-第二電極對(16,18)和用于串聯連接該第二電極對的裝置,其用于測量在所述槽中的墨水的第二高度的阻抗,該第二高度被包括在所述第一高度和最大水位之間;-用于根據獨立于墨水導電性而測量的2個阻抗的電阻分量來計算所述第二高度的裝置。

權利要求書

1.一種用于測量連續噴墨(CIJ)打印機的槽(10)中的墨水的水位的裝置:
包括:
-第一電極對(24,26)和用于串聯連接該第一電極對的裝置,其用于測量在
所述槽中的墨水的第一預定高度的阻抗,
-第二電極對(16,18)和用于串聯連接該第二電極對的裝置,其用于測量在
所述槽中的墨水的第二高度的阻抗,該第二高度被包括在所述第一高度和最大
水位之間;
-用于根據獨立于墨水導電性而測量的2個阻抗的電阻分量來計算所述第二
高度的裝置。
2.根據權利要求1所述的裝置,還包括:用于使用第一電極對和第二電極
對來允許多路測量的裝置(34)。
3.根據權利要求1或2所述的裝置,第一電極對(24,26)旨在并行安裝在
槽中,所述第一電極對中的每一個電極包括導電材料的測量端,其用于測量與
第一預定液體高度對應的并且針對高于第一高度的任何第二高度保持恒定的阻
抗。
4.根據權利要求3所述的裝置,第二電極對(16,18)中的每一個電極為導
電材料,旨在并行地安裝在槽中,并且用于測量與第二液體高度對應的阻抗。
5.根據權利要求4所述的裝置,旨在浸入的第二電極對中的每一個電極的
端:
-關于所述第一電極對的端偏移了高于或者等于第一預定高度的數值,
-沿著高于或者等于所述第一高度的長度覆蓋有絕緣涂層或者絕緣套筒。
6.根據權利要求3所述的裝置,還包括下列至少一個:
-用于給第一電極對和/或第二電極對供應具有零平均值的AC電信號的裝置
(30);
-用于向第一電極對和/或第二電極對供應電流的裝置(30),所述電流的頻
率處于1kHz和1MHz之間。
7.根據權利要求3所述的裝置,還包括:用于機械地保持第一電極對的電
極和/或第二電極對的電極的一個端的裝置(50),所述一個端旨在與在所述槽中
待測量的液體接觸。
8.根據權利要求3所述的裝置,第一電極對的兩個電極具有以下幾何結構,
其例如形狀和/或兩個電極之間的間隙距離與第二電極對的兩個電極的那個不同
或者相同。
9.用于連續地測量連續噴墨(CIJ)打印機的槽(10)中的流體的水位的系
統,包括根據權利要求1或者2所述的裝置以及用于計算所述槽中的流體高度
的裝置(5)。
10.根據前述權利要求所述的系統,還包括:裝置(5),其存儲用于計算
流體的高度的至少一個參數和/或用于校正考慮槽的壁的存在和/或電極的端的
配置而計算的第二高度的一個或者多個數據而不管所述電極的端是否是自由
的。
11.一種用于連續噴墨(CIJ)打印機的槽,包括:
-至少一個壁(10),
-用于將墨水和/或溶劑引入所述槽的裝置(37,38)以及用于從所述槽排放墨
水的裝置,
-根據權利要求1或2所述的連續水位測量裝置或系統。
12.根據前述權利要求所述的槽:
-第一電極對(24,26)旨在并行安裝在所述槽中,所述第一電極對中的每一
個電極包括由導電材料制成的測量端,所述第一電極對用于測量與第一預定液
體高度對應的并且針對高于第一高度的任何第二高度保持恒定的阻抗,
-第二電極對(16,18)中的每一個電極由導電材料制成,所述第二電極對的
所述電極旨在并行安裝在槽中,用于測量與第二液體高度對應的阻抗,
所述裝置還包括:用于在離所述壁的最小距離處保持電極的裝置,所述最
小距離高于每個電極對中的電極之間的每個間隙。
13.一種連續噴墨打印機,包括:
-墨水電路,其包括根據權利要求11所述的槽,
-打印機頭(1),
-液壓連接裝置,用于從槽帶來液體以被用于打印機頭(1),并且如果液體
是墨水,則用于向所述墨水電路發送從打印機頭(1)恢復的墨水,
-電氣連接裝置,用于電氣饋送所述打印機頭。
14.一種用于測量包括連續噴墨(CIJ)打印機的槽(10)中的墨水和/或溶
劑的液體的水位的方法,包括:
-測量所述槽中的第一預定液體高度的阻抗;
-測量所述槽中的相同液體的第二高度的阻抗;該第二高度為任何高度并且
被包括在所述第一高度和最大高度之間;
-根據2個測量的阻抗的電阻分量來計算所述第二高度。
15.根據權利要求14所述的方法,其中:
-測量第一液體高度的阻抗使用串聯連接的第一電極對來進行,
-測量第二液體高度的阻抗使用串聯連接的第二電極對來進行。
16.根據權利要求14所述的方法,其中:
-用于測量第一液體高度的阻抗的第一電極對(24,26),旨在彼此并行地安
裝在所述槽中,所述第一電極對中的每一個電極包括導電材料的測量端,用于
測量與第一預定液體高度對應的并且針對高于第一高度的任何第二高度保持恒
定的阻抗,
-用于測量第二液體高度的阻抗的第二電極對(16,18),其每一個為導電材
料,被彼此并行地安裝在槽中,用于測量與第二液體高度對應的阻抗。
17.根據權利要求15或16所述的方法,包括至少一個:
-給至少第二電極對電氣饋送具有零平均值的AC電信號;
-給至少第二電極對電氣饋送電流,所述電流的頻率處于1kHz和1MHz之
間。
18.根據權利要求15或16所述的方法,其中,使用保持裝置(50)保持電
極的端。
19.根據權利要求15或16所述的方法,其中,在離所述槽的壁的一個距離
處保持電極,所述距離高于每個電極對中的電極之間的每個間隙,并且/或者在
電極和所述槽的壁之間的距離被保持高于電極之間的間隙。
20.根據權利要求15或16所述的方法,還包括:校正考慮槽的壁的存在和/
或電極的端的配置而計算的高度而不管所述電極的端是否是自由的。

說明書

用于測量槽中的水位的裝置

技術領域

本發明涉及連續噴墨(CIJ)打印機領域。本發明還涉及用于測量導電液體、
尤其是這種打印機的槽中的墨水的水位的裝置和方法

背景技術

連續噴墨(CIJ)打印機在工業法和標記多種產品、例如高速地對條形碼、
食品上的有效期,或者甚至在線纜上或直接在生產線的管道上的參考標記或距
離標志進行標記的領域中是眾所周知的。這種類型的打印機還在一些裝飾領域
中被發現,在其中,圖形化打印可能性技術被使用。

這些打印機具有如在圖1中顯示的幾種標準配件。

首先,大體上偏置于打印機本體3的打印機頭1由柔性臍帶2連接至打印
機3的本體,其中,柔性臍帶2使所需通過給予其柔韌性來操作所述頭的液壓
連接和電連接相結合,這便利于在生產線上的集成。

打印機本體3的(也被稱為控制臺或櫥柜)通常包括三個配件:

在控制臺底部處的墨水電路(區域4’),其一方面能夠以平穩壓力將適合品
質的墨水提供至頭,并且另一方面,墨水噴射并非用于待被處理的打印;

位于控制臺的頂部處(區域5’)的控制器,其能夠管理能夠使墨水電路和
頭的不同功能被激活的動作序列和執行過程,

界面6,其賦予操作者實施打印機并且被通知關于其操作的方式。

換句話說,櫥柜包括2個配件:在頂部部分處,電子設備和電力供應以及
操作者界面,以及在底部處,在壓力條件下向頭和槽提供具有額定品質的墨水
以用于恢復未被頭使用的墨水的墨水電路。

圖2示意性地呈現CIJ打印機的打印機頭1。其包括滴液生成器60,該滴液
生成器60被供有由墨水電路壓縮的電性導電墨水。

這個生成器能夠通過被稱為噴嘴的小尺寸端口發出至少一個連續噴射。在
位于噴嘴出口的上游的周期性激勵系統(未示出)的作用下,該噴射被轉化為
具有等同尺寸的規則連續的滴液,當滴液7并不用于打印時,它們被指引至溝
槽62,其中,溝槽62使它們恢復以便使未使用的墨水再循環并且將它們帶回到
墨水電路中。沿噴射放置的裝置(充電以及偏置電極)61通過命令能夠使滴液
被電性地充電并且在電場Ed中被偏置。因此,它們偏離于來自于滴液生成器的、
它們自然的噴射軌跡。用于打印的滴液9避免吸氣劑并且將被沉積在待被打印
的介質8上。

這個描述可以被施加到所謂的連續噴墨(CIJ)打印機的二元或多偏置連續
噴射版本。二元的CIJ打印機裝備有頭和具有多個噴嘴的下降生成器,噴嘴的每
個滴液可以僅被定向為2個軌跡:打印和恢復。在多偏置連續噴射打印機中,
單個噴嘴(或者一些分隔開的噴嘴)的每個滴液可以被偏置為對應于與滴液彼
此不同的充電命令的多種軌跡,從而使這個區域的掃擺能夠沿為偏置方向的方
向進行印刷,待被印刷的區域的其他掃擺方向由相對移位打印機頭和待被打印
的介質8來覆蓋。大體上,元件被設置以使得這兩個方向本質上是正交的。

一方面,連續噴墨打印機的墨水電路能夠使在可控壓力條件下的墨水以及
可能的溶劑被提供至頭1的下降生成器,并且在另一方面,低壓被創建以恢復
未使用的液體用于打印并且其隨后從頭回來。

其還能夠使消費品(從貯液器遞送的墨水和溶劑)被管理并且使墨水品質
(粘性/濃度)被控制和保持。

最終,其他功能涉及用戶舒適度和一些維護操作的自動接管以確保恒定的
操作而不考慮使用條件。在這些功能中,存在頭(滴液生成器、噴嘴、吸氣劑)
的溶劑清洗、預防性地維護頭、例如替換具有限定壽命的組件、尤其是過濾器
和/或泵。

這些不同的功能具有不同的目的以及技術需要。它們通過更加復雜的打印
機控制器被激活并且被成序列,并且功能的數量和復雜度是更大的。

大體上,能夠投射墨水的已知噴墨打印機的墨水電路保留昂貴的元件,這
是因為多個液壓元件來實施。

因此,在CIJ類型打印中以更少的成本利用減少數量的組件來完成墨水電路
的所有功能或部分功能的問題出現了,同時確保最小化的可靠性或者在任意情
形下確保由用戶期望的可靠性、尤其是涉及貫穿消耗的墨水同質性。因此嘗試
盡可能簡單地實施組件、尤其是用于諸如槽中的水位測量的功能,控制以及維
護墨水質量。后者可以根據墨水粘性和/或濃度來限定。

關于水位傳感器,(然而)離散地測量一個或多個水位的傳感器是公知的。
可以基于電容測量或光學測量、或者利用相對于閾值被觸發的浮筒來操作這種
傳感器類型。這種類型的裝置僅能夠使單一水位或幾個離散水位被指示出:滿
的、空的、低的、中間的。

例如,已知的傳感器實施水位桿,所述水位桿指示出在桿之間的電流的存
在或不存在,其中,所述電流涉及墨水水位。由于不嘗試測量這個電流的值,
因此它們獨立于導電率。

文獻EP0784784描述了這樣一種離散傳感器

文獻WO2011/076810描述了一種連續傳感器,然而其是復雜且昂貴的。

允許用于連續測量的系統取決于測量介質。因此,要么這個介質務必被驅
動或要么變化務必被測量以提供必要的矯正。由電阻式傳感器產生的信號取決
于墨水導電率,電容式傳感器的信號取決于電容;壓力傳感器可以對密度和大
氣壓力是敏感的。對于聲敏傳感器而言,信號水平將取決于在所測量的介質中
的傳播速度。

因此,尋找新的連續類型傳感器的問題出現了,其中,該傳感器提供的測
量數據獨立于測量介質并且尤其獨立于其水位被測量的液體的導電率。

優選地,這種傳感器易于實施并且是廉價的。

發明內容

本發明首先涉及用于連續地測量連續噴墨(CIJ)打印機的槽中的水位的裝
置,包括:

-第一裝置,用于測量在所述槽中的第一預定液體高度的阻抗;

-第二裝置,用于測量在所述槽中的相同液體的、尤其是在所述第一高度之
上的任何第二高度的阻抗;

-用于根據或者基于所述2個測量的阻抗優選所述阻抗的電阻分量來估計或
者計算所述第二高度的裝置。

所述第一裝置可以包括第一桿對或者第一電極對和用于串聯連接該電極對
的裝置,所述裝置用于測量在所述槽中的墨水的第一預定高度的阻抗。

所述第二裝置可以包括第二桿對或者第二電極對和用于串聯連接該第二電
極對的裝置,所述裝置用于測量在所述槽中的墨水的第二高度的阻抗,該第二
高度被包括在所述第一高度和最大水位之間。

根據本發明的裝置獨立于液體的導電性而允許連續的且線性的測量。這能
夠針對每個液體或者每個墨水或者甚至每個打印機避免特定校正。

例如多路裝置類型的裝置可以被提供以允許使用所述第一裝置或者所述第
一電極對或者所述第二裝置或者所述第二電極對交替測量。根據一個實施例,
用于測量在所述槽中的第一預定液體高度的阻抗的第一裝置包括兩個測量桿或
者電極,其旨在并行地安裝在所述槽中,每一個包括導電材料的測量端,用于
測量與第一預定液體高度對應的并且針對高于第一高度的任何第二高度保持恒
定的阻抗。

用于測量在所述槽中的任何第二液體高度的阻抗的第二裝置可以包括兩個
測量桿或者電極,其每一個為導電材料,旨在并行安裝在槽中,用于測量與第
二液體高度對應的阻抗。

優選地,旨在浸入的測量桿或者電極中的每一個的所述端:

-關于所述第一裝置(或者第一電極對)的所述電極或者桿的端偏移了高于
或者等于第一預定高度的數值,或者

-沿著高于或者等于所述第一高度的長度覆蓋有絕緣涂層或者絕緣套筒。

用于饋送第一阻抗測量裝置的測量桿或者第一電極對的裝置和/或第二阻抗
測量裝置的測量桿或者第二電極對的裝置可以被設置以用于供應具有零平均值
的AC電信號。

優選地,饋送裝置供應電流,該電流的頻率處于1kHz和1MHz之間。

測量電極或者桿中的每一個的一端可以是自由的。因此,在測試時,它旨
在與測量其高度的液體接觸。

根據有利替換物,裝置允許該端的機械保持。

用于測量第一液體高度的阻抗的兩個桿或者電極可以具有與第二液體高度
的兩個阻抗測量桿或者電極的那個不同或者相同的幾何結構例如形狀和/或兩個
桿或者電極之間的間隙距離。

用于連續地測量連續噴墨(CIJ)打印機的槽中的流體的水位的系統包括:
如上所述的裝置和用于計算或者估計所述槽中的流體高度的裝置。

它還可以包括:存儲用于計算流體的高度的至少一個參數和/或用于校正考
慮槽的壁的存在和/或電極的端的配置而計算的高度(而不管所述電極的端是否
是自由)的一個或者多個數據的裝置。

根據本發明的另一個方面,用于連續噴墨(CIJ)打印機的墨水槽包括:

-至少一個壁,

-用于將墨水引入所述槽的裝置以及用于從所述槽排放墨水的裝置,

-根據前述權利要求中任一項所述的連續水位測量裝置或系統。

該壁可以電氣導電;在這種情況下,裝置被提供使得電絕緣槽,例如,它
可以通過關于由系統測量的或者待測量的阻抗的非常高阻抗(在所述非常高阻
抗和測量的或者待測量的阻抗之間的至少10的比)連接到大地。

可替換地,所述壁可以電氣絕緣。

這種槽還可以包括:用于在離所述壁的最小距離處保持第一阻抗測量裝置
或者第一電極對、以及第二阻抗測量裝置、第二電極對的裝置,所述最小距離
至少等于桿或者電極之間的間隙。

本發明還涉及連續噴墨打印機,包括:

-墨水電路,包括如上所述的槽,

-打印機頭,

-液壓連接裝置,用于將待打印的墨水從槽帶到打印機頭并且向所述墨水電
路發送從打印機頭恢復的墨水,

-用于電氣饋送所述打印機頭的電氣連接裝置。

本發明的一個目的也在于提供一種用于測量連續噴墨(CIJ)打印機的槽中
的水位的方法,實現如上所述的裝置或者系統。

本發明的一個目的也在于提供一種用于測量連續噴墨(CIJ)打印機的槽中
的水位的方法,包括:

-測量所述槽中的第一預定液體高度的阻抗;

-測量所述槽中的相同液體的任何第二高度的阻抗;

-基于2個測量的阻抗尤其是基于它們電阻分量來計算或者估計所述第二高
度。

測量第一液體高度的阻抗可以使用串聯連接的第一電極對來進行。

測量第二液體高度的阻抗可以使用串聯連接的第二電極對來進行。

這種方法允許獨立于液體的導電性而進行連續的且線性的測量。

在這種方法中:

-用于測量所述槽中的第一預定液體高度的阻抗的第一裝置可以包括:在所
述槽中彼此并行安裝的兩個測量桿或者電極,每個測量桿或者電極包括導電材
料的測量端,用于測量與第一預定液體高度對應的并且針對高于第一高度的任
何第二高度保持恒定的阻抗;

-用于測量在所述槽中的任何第二液體高度的阻抗的第二裝置可以包括:在
所述槽中并行安裝的兩個測量桿,每個桿由導電材料制成,所述測量桿用于測
量與第二液體高度對應的阻抗。

根據一個實施例,測量桿或者電極被進一步電氣饋送有具有零平均值的AC
電信號。

測量桿或者電極可以電氣饋送有電流,該電流的頻率處于1kHz和1MHz之
間。

優選地,使用保持裝置保持桿或者電極的端。

進一步優選地,在離所述槽的壁的一個距離處保持桿或者電極,所述距離
至少等于桿或者電極之間的間隙。

在根據本發明的方法和裝置中,保持桿或者電極和所述槽的壁之間的距離
高于所述桿或者電極之間的間隙。桿或者電極例如被布置為正方形。

計算出的或者估計出的高度的校正可以被執行,以考慮槽的壁的存在和/或
電極的端的配置,而不管所述電極的端是否是自由的。

本發明也涉及計算機程序,其包括實施尤其是如上所述的根據本發明的方
法的指令。

本發明也涉及數據介質,其可以由計算系統讀取,包括以編碼形式實施尤
其是如上所述的根據本發明的方法的數據。

本發明也涉及軟件產品,其可以由計算系統讀取的、包括允許實施尤其是
如上所述的根據本發明的程序數據介質裝置。

附圖說明

圖1表示已知打印機結構,

圖2表示CIJ類型打印機的打印機頭的已知結構,

圖3A和圖3C表示根據本發明的傳感器的實施例,

圖3B表示根據本發明的傳感器的2個電極的走線示意圖,

圖4A和圖4B表示使用根據本發明的傳感器進行的測試結果,

圖5表示使用根據本發明的傳感器獲得的靈敏度曲線,

圖6A和圖6B表示根據本發明的具有用于保持電極的環的傳感器的另一個
結構的實施例,

圖7A和圖7B表示根據本發明的具有用于保持電極的環的傳感器完成的測
試結果,

圖8A-圖8C表示具有自由端(圖8A)的、或者具有端保持裝置(圖8B)
的或者進一步具有分離器(圖8C)的電極的各種配置,

圖9表示使用具有圖8A-圖8C中表示的類型的各種電極配置的根據本發明
的傳感器完成的測試結果,

圖10示意性地表示電極結構,

圖11A-圖11C表示在具有測量桿的并行壁的情況下的測試和測試結果,

圖12A-圖12C表示在與測試桿垂直的壁的情況下的測試和測試結果,

圖13A-圖13B表示用于評估壁對水位測量的影響的測試和測試結果,

圖14A-圖14D表示用于評估圓錐形壁對水位測試的影響的測試和測試結
果,

圖15表示用于評估桿的幾何結構對水位測試的影響的測試結果,

圖16示意性地表示包括墨水電路、控制器和用戶接口裝置的組合件。

具體實施方式

在圖3A中示出了根據本發明的測量裝置的示例。

這里,該測量裝置被設置在槽10中。

該測量裝置包括2個導電桿或者電極16,18和2個參考桿或者電極20,22。

優選地,參考電極彼此相同和/或測量電極彼此相同。

參考桿或者電極中的每一個在其長度的大部分上覆蓋有絕緣體或者電絕緣
材料的套筒24,26或者涂層,這僅允許具有長度IR的對應電極的端部(有效部
分)投射。因此,它能夠使用深度IR+p測量或者檢測液面(或者第一高度)或
者與這種液面對應的信號,p為參考電極的自由端和槽2的底部之間的距離。

長度IR優選由以下折衷確定:它被選擇為足夠大以實現很好準確性并且足
夠低以限制未測量的容量尺寸。

IR優選至少等于直徑(針對于具有圓形橫截面的電極)的2倍或者電極(不
包括涂層24,26)的橫截面的2倍,以限制非直接場線(即與電極未垂直的那
些,如圖8A-圖8B所示)的范圍。

進一步優選,IR等于電極的直徑的5倍或者橫截面的5倍。

IR可以被包括在上面指出的數值中的一個和測量電極的高度的25%(或者
10%)之間。

測量桿16,18中的每一個包括電極,其依次未覆蓋有絕緣體或者電絕緣材料
的套筒,至少其一部分被包括在電極的自由端(旨在離槽的底部最接近)和期
望待測量的最大高度hmax之間。不同電極為導電材料例如不銹鋼。通常,根據
本發明的裝置能夠使用電極16,18來測量在由第一高度限定的最小高度和最大
水位之間包括的第二液體高度,最小水位和最大高度之間的幅度為第一高度的
至少4倍到10倍。所述液體的第二高度可以位于槽的下半部分。因此可以測量
或者檢測在所述最小水位之上的、在所述槽的下半部分中定位的水位。

成對電極由發生器裝置或者電流或電壓發生器30饋送電流。使用串聯連接
所述電極的電路串聯來電布置每對電極。優選,供應的電流為AC電流,具有零
均值以避免任何電解。電流頻率既不是太低(再次地,為了避免任何電解)也
不是太高(為了避免電極之間的任何電容耦合位移電流)。例如,電流頻率位于
10kHz和50kHz之間,并且它例如等于15kHz或者20kHz或者30kHz。

為了更準確研究這些現象,考慮2個電極16,18部分浸在槽10中的圖3B
中呈現的走線圖。

該系統的電阻抗包括幾項:實數(電阻)分量和虛數(電容器或者自身)
分量。項“自身”在本文中不具有任何物理意義并且可以忽略。另一方面,電
極之間的電容耦合可以生成相對于導電項的不可忽略位移電流,例如如果測量
信號的頻率太高的話。

通過采取圖3B的符號,2個部分浸入的圓柱形電極之間的阻抗被寫為:

–在液體中:

C l = πϵ o ϵ γ h l L o g ( D / 2 r ) ]]>

在空氣中:

C a = πϵ o h a L o g ( D / 2 r ) ]]>

總電容C因此為:

C=Ca+Cl

總電容為并聯的兩個電容器的總和。它看上去:在當槽充滿墨水和具有強
介電常數的液體時,該寄生電容被增強且不利的。對于水,相對介電常數為80,
而它僅為溶劑例如酒精、MEK等中的幾個單位。

如果電容阻抗相對于電極之間的電阻抗而保持低,則電容耦合忽略不計。
在電極之間流動的電流為低的(優選小于1安培),例如在10μA和10mA之間,
靜電場線與電流(動電)線一致;用于確定電阻和電容之間的幾何耦合因子相
同并且因此通過進行乘積RC(Zr=Zc)來簡化。

電容耦合阻抗被寫為:

Z c = 1 j ω C l ]]>

電阻阻抗被寫為:

Z r = R a = 1 σ L o g ( D / 2 r ) h a ]]>

阻抗相等的頻率因此被寫為:

f = σ 2 πϵ o ϵ γ ]]>

墨水導電性σ被獲得等于1000μS/cm,真空介電常數εo等于8.810-12F/m,
并且水相對介電常數εr等于80。

對于基于水的墨水的填充槽而言,數值應用給出22MHz的截止頻率。實際
上,將獲得小于10Mhz或者甚至1MHz或者甚至100kHz的工作頻率。

另一方面,在電極和導電液體之間的界面處,電流流動由根據界面電勢而
中繼的兩個機構來保證。如果在界面處的電勢下降保持小于1伏特,則流動的
電流為通過電氣雙層的位移電流。如果界面電勢通常超過1伏特,則電流流動
由導致液體的電解的電子交換來保證。電極附近的化學種類的擴散管理電流界
面處的電流密度。

對于提供規定自由的未取決于溶劑中的化學種類的測量而言,電極界面處
的電流被寫為:

i=CdbVdbf

其中,Cdb為雙層電容:

C d b = ϵ o 2 π r h l e ]]>

E=在原子尺寸上限定的界面厚度。作為第一近似值,假設并
且其中,Vdb為雙層電勢=1V。

在電極之間流動的電流i由歐姆定律來確定:

U=Ri

其中,U為電極的偏置電壓,并且R為電極之間的電阻:

R = 1 σ L o g ( D / 2 r ) h l ]]>

未觸發電解機構的最小頻率可以被確定:

f = U RC d b V d b = > f = U V d b σ e 2 πrϵ o L o g ( D / 2 r ) ]]>

其中U=5伏特-Vdb=1伏特并且D=20mm-2r=2mm。

數值應用給出390Hz的最小工作頻率。實際中,可以因此考慮500Hz或者
甚至1kHz的最小頻率。

鑒于上面的結果,可以得到小于10MHz或者甚至1MH或者100kHz且大于
500Hz或者1kHz的頻率。

裝置32例如電壓檢測器能夠測量在測量桿之間的電壓VM。例如,這些裝
置32包括電阻器,其能夠使電壓測量進行測量強度并且在電路中限制電流。

優選地,能夠完成測量的這些裝置執行關于峰值的采樣并且然后放大。

裝置34例如多路復用裝置典型地在電子產品中使用的復用器可以被提供以
交替執行兩個測量桿的端處的測量和在兩個參考桿的端處的測量。因此,沒有
進行測量的端處的對被完全斷開并且不具有對在其它對的端處進行的測量的影
響,并且避免電極對的任何耦合效果。在該配置中,相同電壓測量裝置32可以
用于測量兩個測量桿之間的電壓VR并且用于兩個參考桿之間的電壓VR。

例如,測量使用兩個測量桿在100ms內執行并且然后使用兩個參考桿在
100ms內執行。使用兩個測量桿的測量持續時間與隨后使用參考桿的測量持續時
間可以相同或者不同,例如,使用兩個測量桿的測量時間和使用兩個參考桿的
測量時間的比可以處于5和10之間。

從電壓測量VM和VR可以分別推導阻抗、測量阻抗RM(或者其電阻分量)
和參考阻抗RR(或者其電阻分量)。

隨后,RR/RM被計算以由下面的公式從其推導液體高度的水位hM:

hM=K.(RR/RM)-K0

因此,RR/RM(電阻分量的比)優選被計算以從其推導墨水水位。該公式與
液體導電性無關(如將在本文中下面所看到),其由實驗測量值來確認。意外地,
要注意到,每毫米墨水的參考電阻與每毫米墨水的測量電阻不同。(該差異可能
來自非直接場線(即與電極未垂直的那些,如圖8A-圖8B所示),其針對參考
電阻和測量電路是不同的,由于電極的底部的結構差異)。

參考電極一旦完全浸入就可以執行正確測量(這是圖3A的情況)并且/或
者關于槽的底部的距離p’的測量電極等于由與參考電極的有效部分對應的長度
增加的p(這也是圖3A的情況)。這之前條件導致p’≥p+IR;p’優選等于或者靠
近p+IR。可替換地,如圖3C所示,測量電極的末端可以由具有等于或者大于參
考電極的有效部分IR的長度的絕緣涂層或者絕緣套筒16’,18’保護(圖3C的其
它元件與圖3A的那些相同)。根據一個實施例,絕緣套筒16’,18’的上部與電極
24,26的套筒的下部基本上對應。

在相反情況中,只要參考電極的末端(超過距離IR)未完全浸入,公式
hM=K.(RR/RM)-K0在槽的底部就未有效(在這種情況下,測量阻抗和參考阻
抗相等,其給出了恒定hm數值)。但是,一旦完全浸入參考電極,就可以應用
上面公式,系數K0和K1在實驗上確定。

電子裝置可以例如在打印機控制器中編程,以基于RR和RM數值來計算hM。
測量數據從墨水槽傳輸到控制器,其然后執行數據處理且計算墨水或者液體水
位。

如果因此計算的墨水水位小于預定閾值水位,則控制器可以觸發槽填充操
作。包括例如泵37的液壓電路可以用于填充來自瓶子或容器41的槽。泵39可
以用于將液體從槽轉移到容器。

完成了測試測量。

實施的裝置使用下面特定數據而非常靠近在圖3A中呈現的那些:

–槽的容積10:1l,

–與自由端相對的電極末端由支持件35例如塑料部件(由圖3A中的虛線表
示)保持,并且4個電極被設置在具有20mm邊長的正方形的頂點處,

-參考桿24,26中的每一個的電極在其長度的大部分上覆蓋有涂層或者套筒
24,26,這僅允許長度IR=10mm在其末端投射。

–槽的底部和電極中的每一個的自由端之間的距離p為20mm。

側尺(在附圖中未表示)被安裝到槽10的側面以用于測量液體高度。歸因
于2個泵37,39,測試液體可以從瓶子41移注到槽10或者反之亦然。

檢查并且校準阻抗的測量鏈。對桿進行支持的部件被設置以使用5mm的液
體高度來獲得兩對桿的相同阻抗。

使用這種裝置來實行阻抗測量。它們存在于讀出2對桿的阻抗以用于5mm
步數的液體高度。使用基于水和鹽的液體實行它們,具有4個不同導電性,從
410μS變化到1660μS:410μS,765μS,1230μS,1660μS。

使用基于MEK的純墨水,并且隨后使用分別被稀釋為導電性1110μS和260
μS的相同墨水,來完成2個其它串聯測量。

圖4A(基于水和鹽的液體)和圖4B(基于MEK的墨水)的曲線圖表示參
考阻抗(RR)和測量阻抗(RM)之間的RR/RM比作為液體高度的函數。

所有讀出示出在不同導電性處的曲線彼此重疊且是線性的。

通常,根據本發明完成的測量與導電性無關。

在以相同高度調整測量桿和參考桿(距離p針對兩對電極而言相同)的配
置中,液體(墨水)高度由下面關系給出:

–基于水:

H=((RR/RM)*(1/0.0572))-(0.6938/0.0572)

H=17.48(RR/RM)-12.1

–基于MEK:

H=((RR/RM)*(1/0.0572))-(0.4987/0.0572)

H=17.48(RR/RM)-8.7

僅區別在于曲線的原始偏移,其由電極和槽壁上的液體的不同行為解釋。
更具體地,液體的表面張力針對兩個墨水是不相同的,這導致不同彎月面。

通常,可以使用根據本發明的裝置和方法來測量具有任何導電性50μS到
20kμS的墨水的水位。所有更有趣的是導電性可以根據溫度激烈變化。針對50℃
大小,導電性可以乘以2或者3因子。因為他們對導電性的阻抗,因此,根據
本發明完成的測量由溫度變化不或者幾乎不改變。

因此,根據本發明的測量方法和裝置可利用用于測量槽尤其是連續噴墨打
印機中的導電液體水位尤其是墨水或者溶劑(如果它是導電的)。

圖5能夠示出傳感器的靈敏度是什么及系統允許測量的高度變化。表示的
曲線為ΔH=f(h)的那些,即針對每個導電性,靈敏度隨著時間的變化作為所測
量的高度的函數。表示的曲線涉及:

–針對曲線I-IV:分別地,410μS(曲線I);765μS(曲線II);1660μS(曲線III)的
導電性的基于水和鹽的液體;

–針對曲線V-VI:基于MEK的純墨水(260μS(曲線IV)),然后在1110μS(曲
線V)處稀釋。

注意到,測量靈敏度隨著液體高度降低而且也隨著液體導電性降低。注意
的變化可以使用具有更好性能的測量裝置進一步降低。

總之,靈敏度小于1/10mm或者3/10mm。再次地,使用具有更好性能的測
量裝置可以甚至更好。

在圖6A和圖6B中表示另一個實施例。與之前實施例的不同在于存在用于
以集成方式保持桿的末端或者電極的裝置50。這些裝置50(也稱為保持器)能
夠增強組合件的機械穩定性并且保持電極之間的間隙。因此,這些裝置50有助
于測量穩定性。

在圖6A和圖6B的實施例中,這些裝置表現為環52的形式,環52圍繞十
字,該十字由環的2個直徑54,56或者四個分支(輻條)541,542,561,562組成。
十字的分支中的每一個上的端口543,544,563(在分支562上的一個是不可見的)
能夠容納測量電極或者參考電極的末端。

在圖6B中,可以看見具有用于保持末端的裝置50的電極的組合件。也可
以看見在另一端保持他們的支持件35。

使用該傳感器實行阻抗測量,電極設置有裝置50,系統的剩余具有圖3A的
那個的所有特征。這些測量存在于讀出在每5mm的2對桿上的阻抗。使用從410
μS變化到1660μS的上面相同4個導電性來在基于水和鹽的液體上實行它們。

2個其它串聯的測量使用基于MEK的純墨水來實行,并且相同墨水分別稀
釋為1110μS和260μS。

圖7A(基于MEK的液體)和圖7B(基于水和鹽的墨水)的曲線圖表示參
考阻抗(RR)或其阻抗部分或者分量和測量阻抗(RM)或其阻抗部分或者組分
之間的RR/RM比以作為液體高度的函數。

再次地,讀出示出在不同導電性(圖7A:260μS和1110μS;圖7B:410μS,
765μS,1230μS以及1660μS)處的曲線彼此重疊且是線性的。因此,測量原
理可利用于測量槽中的導電液體的水位。

在測量桿和參考桿被調整到相同高度(針對兩對電極而言相同距離p)的配
置中,液體(墨水)高度由下面關系給出:

–基于水:

H=((RR/RM)*(1/0.0661))-(0.3464/0.0661)

H=15.12(RR/RM)-5.24

–基于MEK:

H=((RR/RM)*(1/0.0662))-(0.2248/0.0662)

H=15.10(RR/RM)-3.39

唯一區別為曲線的原始偏移,其由電極和槽壁上的不同行為(由于針對相
同液體不是相同的表面張力,如上面已經解釋的)解釋。

看到,針對給定配置(圖3A的那個或者圖6A和圖6B的那個),比例系數
相同的,在圖3A的情況下基本上靠近17.5,在圖6A和圖6B的情況下基本上
靠近15.1。

比例系數反映了場線分布上的界限(電極末端,其可以被遮蔽或者不被遮
蔽)處的條件的影響,如圖8A-8C的方案中所示。

在圖8A中,表示了系統的其末端是自由的兩個參考電極24,26和對應的場
線。

在圖8B中,在其中它們的末端由保持部件50保持的情況下表示這些參考
電極24,26。

在圖8C中,表示了其末端在由套筒24,26的底部限定的區域中被嵌入在無
限平板(分離器60)中的這些兩個相同參考電極24,26;該分離器60避免場線
通過上面而分流旁路。因此,保持這些線與電極的導體垂直。

使用這些3個傳感器實現阻抗測量,系統的剩余具有圖3A的那個的所有特
征。這些測量存在于讀出在每5mm步數的具有液體水位2對桿上的阻抗。使用
1230μS導電性來在基于水和鹽的液體上實行它們。

圖9的曲線圖表示參考阻抗(RR)與測量阻抗(RM)的RR/RM比作為液體
高度的函數(曲線I:圖8A的配置,自由端;曲線II:圖8B的配置,半自由端;
曲線III:圖8C的配置,遮蔽端)。液體高度由下面的關系給出:

具有自由端的桿(圖8A):H=((RR/RM)*17.2)+10.4

具有半自由端的桿(圖8B):H=((RR/RM)*15.2)+5.4

具有遮蔽端的桿(圖8C):H=((RR/RM)*12.2)+3.6

注意到,比例系數根據配置變化;它反映場線分布上的邊界處的條件的影
響。

通常,根據配置的與比例系數有關的數據和根據墨水的與原始偏差有關的
數據可以被存儲且在利用測量時使用。

可以通過考慮在d=20mm的距離處的電極來建模獲得的結果,每個電極例
如為圖10中所述,包含具有半徑R的圓柱體,其在其下端處以半徑R的半球終
止。更準確地,下面定律的有效性能夠被示出:

hM=(hR+B)RR/RM–α.B

其中,B=2R(Ln(d/R)/(1-(R/d)2))

B為不取決于幾何結構且建模邊緣效果的常數;當裝置使這些邊緣效果下降
時,使用0和1之間的因子α來修改B的數值,以考慮該幾何結構修改;α=0,
不存在邊緣效果,α=1用于大墨水容量中浸入或者插入的圓形和自由電極端。

能夠將前述圖的結果與借助于上面公式計算的數值進行比較。注意到,實
驗曲線具有與來自分析計算的直線靠近的外觀,并且在“自由電極端(α=1)”
的情況和“遮蔽的電極端”(α=0.1)之間還存在良好定量協定。

因此,上面給出的公式可以用于調整水位測量系統以及用于使用在打印機
可用的計算裝置來計算液體高度。

不管保留的實施例,根據本發明的傳感器將建立在槽10中,使得每個電極
位于離槽的任何壁的一定距離處,例如離槽的任何壁的至少20mm的最小距離
處。裝置35(用于通過旨在與液體接觸的相對的其末端來保持電極(圖3A))
能夠完成該定位。該預防能夠避免壁對測量的任何影響。在相反的情況中,可
以嘗試通過打印機的控制裝置中預先存儲的校正數據來校正測量。這些校正數
據可以包括至少一個系數或者存在與導電性無關的這種系數,其能夠保存本發
明的優勢及其線性。

已經嘗試了評估環境(尤其是壁的存在)對桿的影響。

如圖11A所示,首先進行測量,其在于讀出2個桿116,118之間的阻抗,該
兩個桿116,118根據每個桿與絕緣壁100之間的距離D來限定與絕緣壁100平行
的平面。桿浸入在具有1230μS的導電率的液體的50mm中。所使用的桿在沒有
支柱(如50,60,參見圖8C)的情況下處于末端以能夠減少D并且與壁開始接
觸。結果存在于圖11B中。看出:通常當桿非常靠近壁時,該壁具有對阻抗的
較大影響。如圖11C所示,這由大多數導線在桿的軸線的任一側通過的該事實
來解釋。通過移除這些線,當壁靠近桿移動時,極大增加了阻抗。

也嘗試了評估與桿垂直的壁的影響(桿限定與壁垂直的平面)。

如在圖12中示出的,測量結果已經被首先作出,其包括讀取彼此平行的但
是設置在垂直于絕緣壁101的平面中的2個桿116、118之間的阻抗,以作為最
接近壁的桿116和這個后者之間的距離D’的函數。桿被浸入到具有1230μS導電
率的液體50mm。所使用的桿在端部處不具有能夠減少D’并且與壁接觸的支柱
(比如50,60)。

結果被呈現在圖12B中。

看到的是,通常當桿非常靠近壁時,壁對阻抗具有影響。這由以下事實來
解釋,如在圖12C中示出的,一部分導電線在桿的后面通過。看到的是,影響
在以前的情形中是較小的,因為導電路徑更長并且因此對總阻抗具有較低的影
響。

也嘗試評估壁對液體水位的測量上的影響。

此處的測量結果包括將參考阻抗與測量阻抗的比引導為液體高度的函數
(針對具有1230μS導電率的液體)。

如在圖13A中示出的,2個測量桿116、118被放置成:

以在距壁102的距離D1處平行于壁102,這對應于50%的影響(平行位置)

并且以在距壁103的距離D2處垂直于壁103(D2實際上是在最靠近壁103
的桿116與壁103之間的距離),這對應于在垂直方向上的50%的影響。桿120、
122被設置在平行于桿116、118的平面內。

參考桿120、122中的一個也處在垂直影響中,以便保持桿的正方形布置。

D1#3mm并且D2#3mm被采用。

根據由部件50(圖6A)給定的幾何結構,參考桿120、122相對于測量桿
裸露10mm并且被降低10mm。

結果在圖3B中被呈現。

注意的是,壁平行于桿的接近不質疑測量系統和大多數的其線性。另一方
面,使阻抗比能夠與高度連接的斜率發生變化。在我們情形中:

H=(24.15*Ratio)–3.38。

對于相同桿且不具有壁而言,存在:

H=(17.5*Ratio)–12

由于一些槽具有至少部分圓錐的形狀,因此還嘗試評估這種構造類型對液
體水位的測量的影響。

測量結果這里包括將參考阻抗與測量阻抗的比引導為液體高度的函數。

如在圖14A(俯視圖)和14B(側視圖)中示出的,測量桿116、118被放
置在具有22度角和150mm高度的截錐107中(D為椎體直徑,在椎體的底部
處D=20mm,在其頂部處D=77mm)。電極被布置為正方形并且它們的端部與椎
體接觸,如在圖14B中看到的,這對應于極端的實施例。結果被呈現在圖14C
中(針對導電率為1230μS的液體)。

注意的是,椎體在第一個10毫米或15毫米上產生非線性。這種變形是微
小的并且僅來自于測量桿116、118,所述測量桿116、118更受壁的接近而影響。

參考桿120、122僅影響斜率,這能夠使阻抗比與高度相關。在自由介質中,
17.5的系數(參見上面的關系式H=(17.5*Ratio)–12)在椎體中轉變為13.2
的系數。這種減少來自于參考阻抗的增加。如在圖14D中示出的,這由在邊緣
上(但也在邊緣下)的導電線的移除來解釋。在自由桿的情形下,在測量期間
被讀出的參考阻抗在椎體中從476歐姆轉變為624歐姆。此外,相同的比被發
現:(476/624)*17.5=13.3。

通過這些測試,可以得出以下結論,即本發明的特征被保留,除椎體的底
部之外(線性)。因此,優選地考慮電極和槽壁之間的最小距離(例如大約15mm)。

已經看到,在所有測試中參考阻抗是用于補償液體導電率變化的常量。

已經嘗試了解參考桿的幾何結構(被理解為桿的形狀以及它們相關的間隙)
是否等同于那些測量桿的幾何結構。2個桿之間的阻抗取決于導電率;問題是其
是否以相同的方式針對具有不同形狀和/或間隙距離的兩對桿發生變化。以下報
道的測試顯示出這不是問題。

測量已經被執行,其中參考桿的幾何結構不同于測量桿的幾何結構:參考
桿此處具有平坦表面,然而測量桿是圓柱體,并且參考桿之間的間隙不同于測
量桿之間的間隙。在這些條件下,參考阻抗/測量阻抗比已經被引導出2個不同
的導電率。

結果在圖15中被呈現(曲線I:410μS的導電率;以及曲線II:1660μS的導
電率)。

看到的是,對于2個導電率,存在著參考阻抗/測量阻抗斜率稍微不同:

H=19.8*Ratio+3.75(曲線II)以及

H=21*Ratio+3.52(曲線I)。

因此存在差異,但僅僅是5%的差異。

嘗試優選地嘗試具有2對桿上的相同幾何結構以避免創建高度的測量精確
度的減少。當其是可能時,等同的幾何結構簡化了獨立于導電率的系統的設計。

上述測試顯示出桿和槽壁的接近修改了將液體高度與阻抗比關聯的功能。
與針對垂直的壁相比,針對平行于這對桿的壁而言影響是更顯著的。

如果參考桿測量導電率圖像并且測量桿相對壁具有幾何結構(在高度上是
恒定的),則線性系統被保持。另一方面,取決于電極和壁之間的距離,能夠使
高度被計算的參數可以被作出。

應該考慮的是,一旦桿-壁距離大于桿的間隙,則壁的影響變得微不足道。

最后,對于通過電阻桿的液體高度測量結果的精確性而言,為了盡可能地
減少涉及幾何結構和環境的誤差,優選的是采用對稱的桿幾何結構,即電極對
具有等同的幾何結構:2個測量電極之間的距離與2個參考電極之間的距離是相
同的,并且2個測量電極的形狀與參考電極的形狀是相同的。基于相同的原因,
還優選的是盡可能高地采用電極和槽的壁之間的距離;優選地,被選擇的桿-壁
距離大于桿的間隙。

根據本發明,噴墨打印機的墨水電路可以包括具有用于測量墨水水位的設
備的墨水槽。墨水電路的示例在文獻WO2011/076810中被描述。

提醒的是,墨水電路主要提供以下功能:

*在壓力條件下向頭1的滴液生成器供應適合品質的墨水,

*恢復和再循環用于打印的未使用液體從頭1的吸氣劑返回,

*吸收以用于排出位于頭1中的滴液生成器,

*向頭1供給溶劑以用于在頭維護操作期間執行的清洗。

例如包括一個或多個管道或者管子和泵的液壓電路可以被用于將墨水和/或
溶劑從根據本發明的槽發送到噴墨打印機的打印頭(參見圖1)。

包括墨水電路4和用于存儲及處理測量到的數據的設備在圖16中被示出,
其中,墨水電路4具有帶有如上所述的測量裝置的槽。

墨水電路4將信息、尤其是利用根據本發明的傳感器測量到的槽中的流體
高度數據發送到控制器裝置5。這些裝置能夠使打印機被驅動。用戶界面6可以
被提供以允許操作者與打印機的交互。

裝置5可以被編程為:

-處理由根據本發明的傳感器測量到的數據。具體說,涉及所述槽中的液體
的第一預定高度的阻抗的數據和涉及在所述槽中的液體的第二預定高度的阻抗
的數據被處理以計算或估計獨立于液體導電率的測量到的2個阻抗的電阻分量,
并且隨后基于所述電阻分量來計算或估計第二高度;-取決于液體高度的計算結
果,例如從貯液器墨水瓶(圖3A)發送用于填充所述槽的指令。如果結果給出
比預設閾值更低的值,則填充被自動觸發。

本體或打印機控制臺3(圖1)主要包括墨水電路4、用于驅動打印機的控
制器5以及允許與打印機交互的用戶界面6。

控制器5可以例如包括微計算機或微處理器和/或一個(或多個)電子板和/
或一個(或多個)電氣電路或電子電路和/或機載軟件,其編程提供用于驅動墨
水電路4和打印頭1。這個控制器能夠使打印指令被傳輸到頭和發動機以及系統
的閥門被驅動以便管理電路的墨水和/或溶劑的供給以及來自于頭的墨水/空氣
混合物的恢復。因此其編程用于這些目的。

裝置5可以進一步包括用于存儲流體高度計算參數的至少一種數據(例如
上述的一個或多個公式)、和/或一個或多個收集數據(例如用于考慮槽壁的存在
或距離)和/或電極的端的配置,而不管電極的端是否是自由的。

實施根據本發明方法的指令、尤其是如上所述的、能夠可以被體現為計算
機程序。

裝置5可以包括用于讀取數據介質的設備,所述數據介質包括被解碼以實
施根據本發明的方法、尤其是諸如上述方法的數據。

可選地,軟件產品包括可能由計算系統5讀取的程序數據介質裝置,從而
能夠使根據本發明的方法、尤其是諸如上述方法被執行。

本發明被執行在如上述與圖1和2相聯系的連續噴墨打印機(CIJ)。這特別
包括打印頭1,其大體上偏置于打印機本體3并且通過手段(例如以柔性臍帶2
的形式)連接到其,其中,針對于待被操作的頭,柔性臍帶2使液壓連接和電
連接相結合。

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用于 測量 中的 水位 裝置
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