[实用新型]一种在线实时自校准电容式静力水准传感器

说明书

本实用新型一种在线实时自校准电容式静力水准传感器，适用土木、水利及交通等工程中各类建筑物或大地高程变化测量，涉及液位测量传感器技术领域。传感器由测量电路，A测量杆，B测量杆，C测量杆，液体介质连通口，液体介质，气体介质连通孔，气体介质，测量腔构成。基于B测量杆储液腔内液体介质的液位高度随测量对象高程变化而变化，通过实测A测量杆与C测量杆电容器电容值，在线实时自动消除B测量杆储液腔内液体介质与气体介质的介电参数，内筒与外筒的结构参数受温湿度变化对B测量杆电容的影响，解决传感器精度依赖于离线校准的难题。具有结构简单、安装维护容易、实现在线测量与标定、元器件少、测量精度高，量程可调等特点。

技术领域

本实用新型涉及液位测量传感器技术领域，具体指一种适用于土木、水利及交通等工程中各类建筑物或大地高程变化的在线实时自动校准电容式静力水准传感器。

背景技术

基于水准测量研究对象高程变化的电容式静力水准传感器，由于它使用方便、性价比高、且易于实现自动化，而被广泛应用于桥梁、隧道、地铁、高铁、大坝、核电站、高层建筑、矿山、滑坡等建筑物或大地的高程监测中。

诚如，公开专利ZL201510176860.5″一种基于电容介质变化的水准在线自动测量方法″，所述基于电容介质变化的水准在线自动测量系统中的关键组件，是基于电容介质变化的电容式静力水准传感器，而基于电容介质变化的电容式静力水准传感器是通过测量传感器内随液位高度变化引起内外筒间电介质变化的电容值来实现的，这类传感器由于体积小巧、结构简单、故障率低、精度与量程可同时兼顾而深受重视与推广应用。但基于电容介质变化的电容式静力水准测量电容值的精度与稳定性，取决于其本体结构几何尺寸、内筒与外筒间的液位高度及液体介质的介电参数、内筒与外筒间的气体介质部分介电参数，而这些参数会随介质变质、温度以及湿度等影响而发生变化，且往往事先难于准确预测其变化规律。为提高静力水准传感器实际应用中的测量精度，目前最常规的做法是在使用过程中采用离线定期送计量部门校准，结合温度与参数间关系的经验数据，通过实测温度来对测量结果进行间接修正，这样不能很好地实现对实际环境状况变化的有效跟踪与补偿；公开专利ZL201510176860.5使用在线定时自动更换变质方式进行在线自动校准，虽克服了离线校准与实测温度方式进行补偿的缺点，却无法实现在线实时自动校准，且在实际使用中，定时自动更换液体变质往往不方便实施，使其应用场合受到了制约。

实用新型内容

本实用新型目的为克服上述基于电容介质变化的电容式静力水准传感器，现有技术存在的缺失或不足，提出一种在线实时自校准电容式静力水准传感器。

一、本实用新型思路

第一，采用外筒内壁与内筒外壁之间间隙的同轴导电材料筒体构成一个测量杆，以筒体的导电材料作为电极板，以外筒内壁与内筒外壁之间的间隙作为储液腔，储液腔内填充一种随测量对象高程变化的液体或气体作为介质。这样，同轴导电材料的内、外筒体及其储液腔的介质构成一个测量杆电容器，由三个测量杆(A测量杆、B测量杆、C测量杆)电容器通过机械结构上同轴绝缘串接、电路结构上并联方式连接构成一个完整的在线实时自校准电容式静力水准传感器。

第二，液位测量时，A测量杆储液腔充满气体，B测量杆储液腔内填充液位随测量对象高程变化而升降的液体介质，C测量杆储液腔充满液体介质。通过A测量杆电容器实测B测量杆中气体介质的介电参数与筒体的结构参数随环境变化值通过C测量杆电容器实测B测量杆中液位介质的介电参数与筒体的结构参数随环境变化值；通过对B测量杆电容器测量实际液位变化所对应的电容值在线实时进行修正，从而实现对水准传感器在线实时自动标定及精度补偿目的。

二、本实用新型工作原理概述

基于电容介质变化的电容式静力水准传感器，其水准测量原理本质上是测量静力水准传感器内液体介质的液位高度，它是通过两个大小不同的同轴筒体为电极板、电极板间隙内的液体介质组成一个电容，其电容值与其间隙内液体介质的高度成比例关系，通过测量电容来换算液体介质的高度。