一種自適應式電容液位計制造技術

本發明專利技術提供了一種自適應式電容液位計，采用的空倉電容、滿倉電容以及測量電容為三個除介質外其他完全相同，即材料相同、外形尺寸一致圓柱式電容，并且以相同的電極引線接入模擬開關，模擬開關將三個圓柱式電容分時依次地接進C/T轉換電路，將電容值轉換為對應矩形波，這樣在計算被測容器內的液位高度時，由于寄生電容相同，在計算時可以將其相互抵消，極大地改善寄生電容對測量結果的干擾，具有更高的測量精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于液體高度測量
，更為具體地講，涉及一種自適應式電容液位計。
技術介紹
電容液位計是采用測量電容的變化來測量液面高低的專業儀器。依據電容感應原理，當被測介質浸及測量電極的高度變化時，引起作為傳感器的電容發生變化，通過檢測電容值的變化，可以得到液位的高度，電容液位計一般采用圓柱式電容傳感器進行液位高度測量。1、圓柱式電容傳感器的電容計算公式 如圖1所示，圓柱式電容傳感器的基本結構由兩根同軸圓柱，中間隔以介質即需要測量的液體組成。在忽略邊緣效應的情況下，圓柱式電容傳感器的電容為:1n,. xC =———· ε!.(I)In —r式(I)中L——外圓筒與內圓柱覆蓋部分的長度(m)；ε-電容極板間介質的介電常數(F/m)；R、r-外極筒內半徑和內極筒外半徑(m)；Y =令—hll’代入公式(I)可得C=K · ε L(2)2、圓柱式電容液位計的基本原理如圖2所示，在圓柱式電容傳感器內充有高度h的被測液體，忽略雜散電容及端部邊界效應后，設ε 為空氣的介電常數；L為圓柱電容的高度；h、ε χ為被測液面高度和它的介電常數；R、r分別為外極筒內半徑和內極筒外半徑。由于ε sn、L、R、r為固定值，只要利用ε χ和Ch(傳感器總電容)就可以計算出液位h。根據圓柱式電容傳感器公式(I)可得氣體部分的電容Csn和液體部分的電容Ca體ε..、,.. (!. _\ 二 K · — h )In— 丁I'r(3)rJ ητCm=^sxh^K.￡JxIn—電容傳感器總電容量(^、為C sn、C 兩電容并聯，則C總=C空氣+C液體=K · ε 空氣(L_h)+K· ε xh=K · ε 空氣L+K · ( ε χ- ε 空氣)h(4)式中K· ε snL為電容傳感器充滿空氣時的電容，即在空倉時測出。基于被測介質即液體及空氣的介電常數恒定不變的假設為理論基礎，其構成的電容C,6與液位h關系如式(4)，成線性比例關系。因而檢測出傳感器的電容值就可以知道被測介質的液位。3、圓柱式電容液位計存在的問題3.1、當更換被測介質即液體種類時，介電常數ε 生改變，故每次更換被測介質即液體種類時均需要進行手動設置參數，重新進行刻度標定。3. 2、當更換不同批次的同種被測介質即液體時，介電常數ε χ仍然會有細微差別，仍需要用手動設置參數，進行校準。 3. 3、當溫度變化時，環境空氣和被測介質即液體的介電常數會發生改變，S卩ε和ε χ發生變化，電容傳感器的電容值會發生變化，需要進行溫度補償。3. 4、電容傳感器的電容量一般很小，僅幾十至幾百皮法，而電容傳感器的引線電纜電容、測量電路的雜散電容以及傳感器極板與周圍導體構成的電容等使寄生電容Cj較大，電容實際值C,:為:C&' =C,g+Cj，給實現精確的電容信號轉換帶來困難，從而造成測量的不準確。現有解決方案中，如2003年09月10日公開的，公開號為CN 14412321A的中國專利技術專利申請公開說明書公布了一種“具有實效液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒”，用一個裝滿測量介質即液體的測量筒以及一個空的測量筒對液位測量筒進行補償，克服了介質即測量液體更換需要重新進行校準以及溫度變化需要進行溫度補償的缺陷，但是仍然沒有克服寄生電容對造成測量不準確的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中寄生電容對測量準確度造成的影響，提供一種自適應式電容液位計，以實現更為準確的測量。為實現以上目的，本專利技術自適應式電容液位計，包括三個作為傳感器的圓柱式電容，其中一個為空倉電容，內部介質為環境空氣，另一個滿倉電容，內部介質為滿倉被測液體，第三個為測量電容，內部下部分介質為被測液體,上部分介質為環境空氣，內部液體高度與被測容器內的被測液體高度一致，其特征在于，還包括模擬開關、c/τ轉換電路以及測量模塊；所述的每個圓柱式電容除介質外，其他完全相同即材料相同、外形尺寸一致，并且以相同的電極引線接入模擬開關；模擬開關將三個圓柱式電容分時依次地接進C/Τ轉換電路，將電容值轉換為對應矩形波，測量模塊根據三個矩形波的周期，計算出被測容器內被測液體高度h Λ = Αν·/-=·^-^./.=A-Al./,(5)其中，m分別為滿倉電容C；、測量電容Ch、空倉電容Ctl轉換后得到的矩形波的周期。本專利技術的目的是這樣實現的本專利技術自適應式電容液位計采用的空倉電容、滿倉電容以及測量電容為三個除介質外其他完全相同，即材料相同、外形尺寸一致圓柱式電容,并且以相同的電極弓I線接入模擬開關，模擬開關將三個圓柱式電容分時依次地接進C/T轉換電路，將電容值轉換為對應矩形波，這樣在計算被測容器內的液位高度時，由于寄生電容相同，在計算時可以將其相互抵消，極大地改善寄生電容對測量結果的干擾，具有更高的測量精度。附圖說明圖1是圓柱式電容傳感器結構示意圖2是圓柱式電容液位計中傳感器結構示意圖3是本專利技術自適應電容液位計一具體實施方式原理框圖4是圖1所示作為傳感器的圓柱式電容的結構示意圖5是圖1所是C/Τ轉換電路電路圖6是同一圓柱式電容時C/Τ轉換電路輸出波形圖7是三個圓柱式電容分時依次地接進是C/Τ轉換電路輸出波形圖8是圖1所示測量模塊的原理圖9是測量模塊對矩形波進行多周期同步測周電路波形圖； 圖10圖3所示自適應式電容液位計的工作流程圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本專利技術。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本專利技術的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。圖3是本專利技術自適應電容液位計一具體實施方式原理框圖。在本實施例中，如圖1所示，自適應式電容液位計,包括三個作為傳感器的圓柱式電容I，其中一個為空倉電容，內部介質為環境空氣，另一個滿倉電容，內部介質為滿倉被測液體，第三個為測量電容，內部下部分介質為被測液體,上部分介質為環境空氣，內部液體高度與被測容器內的被測液體高度一致，以及模擬開關2、C/T轉換電路3以及測量模塊4。所述的每個圓柱式電容即空倉電容、滿倉電容以及測量電容除介質外其他完全相同即材料相同、外形尺寸一致，并且以相同的電極引線接入模擬開關2。模擬開關2將三個圓柱式電容即空倉電容、滿倉電容以及測量電容分時依次地接進c/τ轉換電路3，將電容值CpC1^Ctl轉換為對應周期m脈沖信號，測量模塊4根據三個矩形波的周期I；、Th、Ttl，計算出被測容器內被測液體高度h即測量電容內部液體的高度h = Kc.L=(-f^.L=^^.L(r-( 0^r'^0測量得到被測容器內被測液體高度，結果送IXD顯示、轉換4 20mA電流輸出或輸出到串口通訊接口。1、電容傳感器的組成、工作原理及誤差分析1.1、電容傳感器組成與工作原理本專利技術自適應式電容液位計為克服圓柱式電容液位計存在的問題，對圓柱式電容液位計做了如下改進如圖4所示，采用三個材料相同、外形尺寸一致的圓柱式電容作為傳感器，分別為內部介質為環境空氣的空倉電容、內部介質為滿倉被測液體的滿倉電容以及內部下部分介質為被測液體，上部分介質為環境空氣的測量電容，前兩個電容作為校準電容。空倉電容C。、測量電容Ch、滿倉電容(；為權利要求1.一種自適應式電容液位計，包括三個作為傳感器的圓柱式電容，其中一個為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自適應式電容液位計，包括三個作為傳感器的圓柱式電容，其中一個為空倉電容，內部介質為環境空氣，另一個滿倉電容，內部介質為滿倉被測液體，第三個為測量電容，內部下部分介質為被測液體，上部分介質為環境空氣，內部液體高度與被測容器內的被測液體高度一致，其特征在于，還包括模擬開關、C/T轉換電路以及測量模塊；所述的每個圓柱式電容除介質外，其他完全相同即材料相同、外形尺寸一致，并且以相同的電極引線接入模擬開關；模擬開關將三個圓柱式電容分時依次地接進C/T轉換電路，將電容值轉換為對應矩形波，測量模塊根據三個矩形波的周期，計算出被測容器內被測液體高度h：h=KC·L=Ch-C0Cr-C0·L=Th-T0Tr-T0·L.

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：詹惠琴，古軍，武維茂，張靜，李碩，胡琳惠，古天祥，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：