[发明专利]一种测量LNG气罐内介质介电常数及液位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种测量LNG气罐内介质介电常数及液位的方法。 

背景技术

液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)已经被大量应用于汽车，汽车用LNG贮存在保温绝热的贮罐中，必须配备液位检测装仪实时显示LNG液位。液位检测仪一般包括：安装于贮罐内的液位传感器、用于传感器信号采集处理的液位变送器和液位指示器。 

汽车LNG液位传感器安装于贮罐的内腔中，是整个检测仪的关键部件，一般为电容式传感器。目前大多数液位检测仪的检测方法为：(一)首先检测电容式传感器在空气中的空载电容C₀，并记录为空载时的液位；(二)记录加满LNG时的电容，即满载电容C₁，并记录为满载时的液位；(三)假设气体和液体的介电常数固定不变，电容式传感器的电容值与液位的变化是线性的，因此液位变送器检测传感器电容，根据公式计算液位h并把液位信息发送给液位指示器。 

上述液位检测方法存在如下缺点：(一)液化天然气的包含的其它气体成分会因产地等因素的不同而有差异，成分不同会影响LNG的介电常数，因而满载电容可能会有变化，因而会影响液位测量的精度，每次加气后需要对液位变送器校准；(二)汽车用液化天然气在贮罐内的压力范围为0.4-1.5MPa，储存温度接近-162℃，温度会随着时间增加，温度和压力的变化会影响贮罐内液体和气体的介电常数。 

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种测量精度高的测量LNG气罐内介质介电常数的方法及不受介电常数变化影响测量液位的方法。 

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是： 

本测量LNG气罐内介质介电常数及液位的方法，包括如下步骤： 

a)在LNG贮罐内部上端、中间部位以及下端分别设置顶部电容、中间电容以及底部电容，所述顶部电容、中间电容以及底部电容均为内管、外管为圆形，且半径形同的同轴电容，所述顶部电容、中间电容以及底部电容的内管半径为r，外管半径为R； 

b)顶部电容、中间电容以及底部电容分别测量其在空气中电容值，分别为C_H1、C_M1以及C_L1， 电容值C_H1、C_M1以及C_L1分别通过输出电缆Ⅰ、输出电缆Ⅱ以及输出电缆Ⅲ传输至信号处理单元； 

c)LNG气罐内注入液化天然气，且液化天然气液位高度高于底部电容时，底部电容测量的电容值为C_L2，并通过输出电缆Ⅲ传输至信号处理单元，信号处理单元根据公式 计算得出LNG贮罐内的LNG的介电常数ε₁，式中H₁为底部电容的高度，ε₀为空气的介电常数； 

d)当LNG气罐内的液化天然气液位低于顶部电容最下端时，顶部电容处于气体中，顶部电容测量的电容值为C_H2，并通过输出电缆Ⅰ传输至信号处理单元，信号处理单元根据公式 计算得出LNG贮罐内气体的介电常数ε₂，式中H₂为顶部电容的高度，ε₀为空气的介电常数； 

e)当液化天然气的液位低于顶部电容且高于底部电容时，根据信号处理单元计算得到的液体及气体的介电常数ε₁和ε₂并通过公式计算得出LNG气罐内的液位高度H_x，式中H_M为中间电容的高度。 

为了确保测量到液体的介电常数，底部电容的高度H₁不超过(H₁+H_M+H₂)×10％。 

为了确保测量到气体的介电常数，顶部电容的高度H₁不超过(H₁+H_M+H₂)×10％。 

为了结构简单，方便安装，上述顶部电容、中间电容以及底部电容安装时保持同轴并在同一垂线上。