[发明专利]一种锁相式电容液位计

说明书

技术领域

本发明属于测试测量仪表领域的液位计，具体地，本发明涉及一种锁相式电容液位计。

背景技术

现有液位计包括浮子式液位计、压力式液位计、超声式液位计等。浮子式液位计需要在容器内放置浮子，通过测量浮子位置来得到液位；压力式液位计需要在容器底部安装压力计，通过测量压力来得到液位；超声式液位计需要在容器顶部安装超声发射器和接收器，通过超声测距来得到液位。它们的共同缺点是结构较复杂，容器内有活动部件，测量结果不够精确，在低温环境下工作性能不佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种锁相式电容液位计，具有结构简单、工作稳定可靠、测量结果准确，可用于低温液体如液氮等的液位测量等优点。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明的锁相式电容液位计，包括电容测试杆1和锁相环7；其中，所述锁相环7包括压控振荡器3、鉴相器4以及低通滤波器6；

所述压控振荡器3具有两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与电容测试杆1相连接，其输出端与鉴相器4的一输入端相连；

所述鉴相器4具有两个输入端和一个输出端，其输出端与低通滤波器6的一输入端相连；所述低通滤波器6的一输出端与压控振荡器3的另一个输入端相连。

根据本发明的锁相式电容液位计，其中，所述锁相式电容液位计还可以包括参考频率生成器5，所述参考频率生成器5与鉴相器4的另一输入端连接。

根据本发明的锁相式电容液位计，其中，所述锁相式电容液位计还可以包括A/D转换器、单片机、液晶屏、通讯模块与电压表头等中的一种或几种可选组件，所述一种或几种可选组件与低通滤波器6的另一输出端相连接。

本发明的电容测试杆1，也可以称为电容式液位传感器，是套在一起的两个同轴心金属圆筒，两筒之间具有一定的电容量。当电容测试杆浸入不导电的液体时，两筒之间介质的介电常数增大，使得两筒之间的电容量也增大。液位越高，液位杆被浸没的部分就越多，电容量也越大。因此电容量大小就反映了液位的高低。

所述锁相环7，用于将电容量转化为直流电压信号，包括下列组件：

压控振荡器(VCO)3，是一个频率可变的振荡器，振荡频率同时受到液位杆电容量和输入控制电压控制。

鉴相器(PD)4，是一个相位比较器，它比较压控振荡器和频率参考源之间的的信号相位差，输出一个脉动的直流电压，此直流电压的平均值与前述信号相位差近似成线性关系。

低通滤波器6，把鉴相器输出的脉动直流电压平均化，变成稳定的直流电压。

此外，本发明的锁相式电容液位计还可以包括参考频率生成器5作为频率参考源，是一个频率固定的振荡器，采用石英晶体作为频率基准，因此它的振荡频率精度很高。

本发明的锁相式电容液位计还包括电源，为各个用电组件供电。

其余可选组件包括：A/D转换器、单片机、液晶屏、通讯模块、电压表头等。上述可选组件均与低通滤波器6的另一输出端相连接，当多个可选组件同时与低通滤波器6连接时，可选组件的串并联关系可以根据具体实际需要确定。

与现有技术相比，本发明提供的锁相式电容液位计具有如下技术效果：

1、电容测试杆为两个套在一起的同心金属圆筒，与压差式、浮子式等液位计相比，结构简单，无任何运动部件，因此工作稳定可靠；

2、不需要使用压力表、浮球等低温下不能工作或工作不可靠的组件，因此可用于测量低温液体如液氮、液氧等的液位；

3、由于频率参考源、压控振荡器的振荡频率均不随电源供电电压变化，因此电源电压稳定与否不影响测量精度，有利于实现电池供电，可以在没有交流电源或在供电条件恶劣的场合工作。

附图说明

图1为本发明的锁相式电容液位计示意图。

附图标识

1、电容测试杆 2、被测液体 3、压控振荡器 4、鉴相器

5、参考频率生成器 6、低通滤波器 7、锁相环 8、输出的直流信号

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细的说明。