[实用新型]双电容传感器液位计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种液位计，具体涉及一种双电容传感器液位计。

背景技术

市面上的液位计有超声式、雷达式、超导式、光纤式……它们在抗干扰能力、结构复杂度和价格方便还存在一些不足。譬如：超声式虽然安装方便，但是其抗干扰能力弱，受温度影响特别大；雷达式虽然其精度高，但是其价格昂贵；光纤式不仅结构复杂，而且抗干扰能力不强，活动机构易因积冰而失效。

传统的电容式液位计利用液位的变化使电容值对应改变的原理进行测量。电容式液位传感器一般采用如图1所示的结构设计，如图1所示，不锈钢内芯管和外管同轴装配组成，中间通过绝缘支架来固定并使两者彼此绝缘。绝缘支架上有小孔，外管上也有孔和槽，以便被测液体自由地流进或流出液位传感器。当液位传感器插入低温液体（如液氮）中时，低温液体会流入外管和内芯管之间的间隙中，液体与内外管组成一个电容器，然后根据液位传感器的总高度、空气和待测低温液体的介电常数、等效的平板间距和平板宽度和液位计传感器测得的电容值通过特定的公式计算得到待测液面高度。

储液罐中液体介电常数的改变（通常与以下几方面相关联：不同地区液化天然气成分的不同；罐内气压、温度不断变化）使传统电容式液位计测量误差过大，从而导致液位测量的不准确。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种双电容传感器液位计，此液位计采用双电容传感器设计，利用电容传感器长度与电容测量值的线性比例关系，避免了介电常数变化所带来的干扰，有效地提高了电容型液位计的精度，保障液位计不受安装环境、调试工艺等方面的影响。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种双电容传感器液位计，它包括：控制电路、与控制电路电性连接的显示器、与控制电路电性连接的电容-频率转换电路和与电容-频率转换电路电性连接的液位传感器；所述的液位传感器包括储液管、H管、L管和绝缘体；H管和L管位于储液管内部，三者同轴装配；其中H管与L管半径相等，H管位于L管上面，两者之间通过绝缘体隔开。液位传感器，用于测量电容容值并将电容容值信号传递给电容-频率转换电路；电容-频率转换电路，用于将液位传感器传入的信号转化为的方波信号，并且将方波信号传递给控制电路；控制电路，用于将方波信号还原为电容容值，计算出液位高度，并将电容容值信号传递给显示器；显示器，用于接收控制电路传递的信号，并将其显示。

所述的H管和L管的长度比例为9:1。

所述的储液管上有孔和槽，并且储液管与H管和L管之间彼此绝缘。绝缘设计两者之间才能形成平板电容器。

在双电容液位传感器的结构中，用于测量低温液体和储液罐中气体介电常数的两个电容器为平板电容器，而用来测量液位的柱状电容传感器也可以等效为一个平板电容器。

对于平板电容器，其电容量的计算公式如式（1）所示：

                                   （1）

其中为电介质的相对介电常数、为真空介电常数、S为极板的面积、d为极板间的距离。由此可见，对于形状固定的电容器，其电容值的大小只与其电介质有关，且电容值大小正比于电介质的相对介电常数。

所以，设底部和顶部电容器真空中的电容值，柱状电容器真空中的电容值为，放入存有一定量得低温液体的容器中后，底部电容器的电容值为，顶部电容器的电容值为，柱状电容器的电容值为，低温液体的相对介电常数为，储液罐中气体的相对介电常数为，低温液体液位传感器总长度为L，其中被低温液体浸泡的部分的长度即液面高度为H，则有：

                                        （2）

                                       （3）

              （4）

由式（2）、（3）、（4）可解得：

                                （5）

由于L、、、、、都可由测量得到，所以带入式（5）后即可计算出低温液体的液位高度H，并且此结果不会受液体种类和介电常数变化的影响，适用于所有液体的液位测量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1，                  本实用新型采用H管和L管的设计，使液位的计算过程中不会遇到液体介电常数，所以适合所有液体的液位测量，应用面广；