[发明专利]高温差液位测量传感器

说明书

技术领域

本发明型涉及一种主要用于测量液氮存贮装置液位高度的电容式测量传感器。尤其是温度范围很大，使用温度为（-230～250）℃高温差范围的液位测量传感器。

背景技术

由于液氮汽化过程快，测量数据波动大，实验中通常采用秒表计时的动态称量法很难完整记录整个汽化过程。目前，主要用于液氮液位测量和控制开口或封闭容器内的液氮高度氮指示器/控制器,通常采用一个灵敏的压力传感器组成的敏感元件探头，把测量液体底部与顶部之间的压差转变为电信号来确定氮存贮装置中液氮位高度，其次是用传感器探极自仓顶插至仓底与仓壁形成同轴电容器。传感器测量介质为液氮，其工作温度≤196℃。在将传感器安装到液氮储存装置的之后，空仓时介质为空气，当物料上升时，探极与仓壁间介质的介电常数改变使得电容量增加。二次仪表将这个电容量的变化转换成仓内物料高度的变化显示出来检测物位，用于液氮的介电常数值比较低，这种装置往往导致传感器的测量分辨率较差，而影响测量结果。中国专利号201120112332，公开了名称为一种液氮罐的液位测量器，该液位测量器是通过载物台和显示载物台上待测液氮罐内液位数值的表盘，采用表盘两个颜色区的底盘、标有刻度值的刻度盘以及可调节初始位的指针，刻度盘罩设在底盘的上方，透显出底盘的颜色。该液氮罐液位测量器通过测量液氮罐的重量，来间接测量液氮罐中液氮的液位。这种测量装置对于温差范围大，具有振动环境的测量不适用，而且测量精度不高。

目前对于液氮的测量技术的不足之处在于：

（1）液氮的测量方式主要是以测量压力来间接反应液氮储存装置中剩余的液氮含量，不能直观的显示出其含量。

（2）这种测量方式只能在地面设备中由地面人员目视结果，无法将测量结果显示在军用/民用飞机的座舱中，使飞行员容易直观的得到液氮储存装置中的剩余的液氮量。

（3）液氮存储装置在密封过程中需进行焊接退火工序，传感器需有一定的耐高温能力。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种，在（-230～250）℃高温差范围内耐高温能力强，振动环境结构强度高，能够增大测量分辨率，并能准确测量飞行器液氮存储装置剩余液氮量的高温差液氮液位传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温差液位传感器，具有一个由内外管构成的柱形同轴电容器，其特征在于，所述同轴电容器是由至少四层同轴间隔相连的金属管体，同轴形成的层叠柱形传感器电容组，电容组筒体中两两间隔相连的管壁的两端均通过熔焊金属衬垫7刚性固定，并通过不锈钢轴销11对层叠柱形金属管体进行垂直方向上的刚性固定，各层管壁之间径向上采用非金属介质材料衬垫8进行固定，外管极和内管极焊接的引线组件构成传感器的两极，传感器的外管极上的引线组件接受来自信号处理装置的激励电压信号，激励信号经过柱形同轴电容后，转换为与同轴电容量值对应的电流信号，并通过内管极经引线组件将该电流信号输出给信号处理装置。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明继承电容式测量原理，采用多层同轴且两两间隔相连的金属管体形成的同轴层叠柱形电容传感器感应部分，感应液氮储存装置中液氮的液位高度，将液位高度转换为与之对应的柱形同轴电容器的电容量值，输出给信号处理装置。这种采用由4层不锈钢管两两间隔相连构成3个电容并联结构的传感器，增加了传感器的测量分辨率，避免了因液氮介电常数值低，导致传感器测量分辨率较差，影响测量结果的缺陷。为传感器适用于低温度振动环境中，提高传感器高温环境的承受力，保证传感器在其使用环境中的结构强度，本发明传感器感应部分的连接固定方式采用以刚性连接为主，柔性连接为辅的连接方式，将相互间隔连接的第一电容管体3和第三电容管体5之间，第二电容管体4和第四电容管体6之间采用金属衬垫7熔焊进行径向上的刚性连接，同时，为避免四层不锈钢管在振动环境中发生垂直方向上的上下串动，采用不锈钢轴销11两端套聚四氟乙烯材料的空心衬垫10进行刚性连接固定，而在各不锈钢管之间，采用非金属介质衬垫8的填充方式进行径向上的连接。以刚性连接为主，柔性连接为辅的连接方式使传感器在低温振动环境的结构强度高，测量结果的精度也较高。在测量介质液氮工作温度≤196℃环境下，提高了传感器耐高温能力，该传感器耐高温能力可以达到250℃。