[发明专利]一种实时修正介电常数的电容式液位计及其液位测量方法

权利要求书

1.一种实时修正介电常数的电容式液位计，其特征在于，包括：外管、内管（4）、两个隔离环和控制器（9），外围设备为低温贮箱（8）；所述外管由液位外管（5）及通过隔离环分别同轴连接在液位外管（5）两端的气相外管（2）和液相外管（7）组成；在所述外管内部同轴套装内管（4），并与内管（4）间有间隙；在所述气相外管（2）、内管（4）、液位外管（5）及液相外管（7）的外圆周面上分布有两个以上通孔；所述气相外管（2）和内管（4）配合形成气相介电常数传感器；液相外管（7）和内管（4）配合形成液相介电常数传感器；液位外管（5）和内管（4）配合形成液位测量传感器；所述外管的长度应保证使用时所述气相外管（2）位于低温贮箱（8）的上封头内，所述液相外管（7）位于低温贮箱（8）的下封头内；

所述控制器（9）包括：驱动器、三个放大器、三个AD转换器、正弦波发生器、微处理器及寄存器；所述正弦波发生器通过驱动器与内管（6）相连；所述气相外管（2）、液位外管（5）和液相外管（7）各通过一个放大器及AD转换器与微处理器相连；所述寄存器与微处理器互连，寄存器中存储有所述三个传感器在校准介质中测得的校准数据。

2.如权利要求1所述的实时修正介电常数的电容式液位计，其特征在于，所述气相外管（2）、内管（4）、液位外管（5）及液相外管（7）为壁厚为3mm-5mm的铝合金管或不锈钢管。

3.如权利要求1或2所述的实时修正介电常数的电容式液位计，其特征在于，所述气相外管（2）和液相外管（7）的结构尺寸相同。

4.基于权利要求1所述电容式液位计的液位测量方法，其特征在于：

步骤一：首次使用该电容式液位计前，在校准介质中对所述电容式液位计进行校准，获得校准数据：

将所述电容式液位计竖直放置在校准介质中，启动正弦波发生器输出正弦激励信号；所述三个传感器将反馈信号分别发送给与之对应的放大器；所述放大器对接收到的反馈信号的幅度进行调制并放大，然后发送给与之对应的AD转换器；所述AD转换器将接收到的信号转换成数字信号后发送给微处理器；所述微处理器依据接收到的三组数字信号采用下述公式计算校准数据，并将计算得到的校准数据预存在寄存器中；

Rlg=VlrefcalVgrefcal]]>

Rgp=VgrefcalVprobecal]]>

其中：为液相介电常数传感器在校准介质中的电容所对应的测量电压；

为气相介电常数传感器在校准介质中的电容所对应的测量电压；

为液位测量电容传感器在校准介质中的电容所对应的测量电压；

R_lg和R_gp为校准数据；

步骤二：将所述电容式液位计安装在待测量的低温贮箱（8）内，使所述内管（6）的轴线与低温贮箱（8）的轴线重合，且气相外管（2）位于低温贮箱（8）的上封头内，所述液相外管（7）位于低温贮箱（8）的下封头内；

步骤三：通过正弦波发生器给所形成的三个传感器提供正弦激励信号，所述三个传感器将反馈信号分别发送给与之对应的放大器；所述放大器对接收到的反馈信号的幅度进行调制并放大，然后发送给与之对应的AD转换器；所述AD转换器将接收到的信号转换成数字信号后发送给微处理器；

步骤四：所述微处理器中预存有低温贮箱（8）的零位阈值和满度阈值，若液位测量传感器的反馈信号为零位阈值，则表明此时液位测量传感器未被液体浸没，低温贮箱（8）的当前液位位于下液位以下；

若液位测量传感器的反馈信号为满度阈值，则表明此时液位测量传感器被液体完全浸没，低温贮箱（8）的当前液位位于上液位以上；

若液位测量传感器的反馈信号在零位阈值与满度阈值之间，则所述微处理器依据接收到的三个数字信号和预存在寄存器中的校准数据通过下述公式计算当前液位；

利用当前液位占低温贮箱（8）总液位的比例f来表示当前液位：

f=Rlg(Vgref-RgpVprobe)RlgVgref-Vlref---(3)]]>

其中：f的取值为（0，1）；V_gref为气相介电常数传感器当前电容所对应的测量电压；V_lref为液相介电常数传感器当前电容所对应的测量电压；V_probe为液位测量电容传感器当前电容所对应的测量电压。