新型自標定式電容式液位計的製作方法

2023-12-11 01:59:07 1

專利名稱：新型自標定式電容式液位計的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量非導電液體液位的新型自標定式電容式液位計。
背景技術：
電容式液位計利用液體和空氣介電係數不一樣的原理，依據液位高低變化影響電容量大小的原理進行測量。依此原理它還應用於諸如粉狀和顆粒狀固體物位測量。電容式液位計的結構形式很多，有平極板式、同軸圓筒式、圓筒圓柱式等等。它的適用範圍非常廣泛，對介質本身性質的要求不象其它方法那樣嚴格，對導電介質和非導電介質都能測量，此外還能測量有傾斜、晃動及高速運動的容器的液位。不僅可作液位控制器、還能用於連續液位測量；且生產成本和銷售價格相對低廉。電容式液位計的這些特點決定了它在液位測量中的重要地位。
目前公知的幾類電容式液位計的不足之處是必須每時每刻準確知道被測液體和液面上部介質的介電係數，在許多應用場合要真正做到這一點將非常困難與麻煩。以石化行業為例，由於不同地區生產原油和成品油的介電係數最多可相差百分之二十幾，且同一物質有介電係數隨溫度變化，而我國絕大部分地區一年四季、白天黑夜的溫差通常很大；因此，為保證液位測量的準確性必須經常把被測油品及時送到有條件的計量部門做油品物理性能分析，快速測出送檢油品樣品在各工作溫度下的介電係數，再由分管技術人員修訂電容式液位計示值與油品(液體)介電係數對照表後，交一線儀表工實際使用；整個過程要經過多個部門合作，通常需好幾個工作日才能完成，因此，常規電容式液位計實際上均不能滿足生產現場實時準確測量液位要求。
為此，有的電容式液位計設計成人工和儀器結合標定和校正方式；初次安裝或再次標定和校正時主管技術人員到現場用其它方法精確測出上、下兩個標稱位置液位數值，再對照電容式液位計在這兩個位置的示值之差，按該類儀器使用說明重新輸入進行標定和校正。
石化生產和儲運企業的儲油罐都是密閉容器，而不少成品油易揮發、易燃、易爆；如採用以上常見類型電容式液位計，為保證測量精度要經常性進行上述標定和校正不僅困難、費事而且危險，影響正常生產。
正是由於上述公知電容式液位測試儀(計)在初次安裝和被測液體發生介電係數變化時，為保證測量精度而需要經常進行上述困難、費事甚至危險的標定和校正問題嚴重影響了這些常規電容式液位測試儀(計)推廣應用。
德國E+H公司一點式自標定式電容物位計，同濟大學唐九妹在《化工自動化及儀表》1995.22(3)p40-43發表題目為「帶自動標定和自動校正的(兩點式)智能化連續式電容物位計」，這兩類自標定式電容物位計產品分別需在容器側壁打一個和兩個孔安裝輔助電容傳感器(電容開關極棒)，其工作原理是由儀器根據增設的電容開關信號分別進行一點和兩點自標定，即實現儀器自動對被測物質介電係數對比測量；達到大大減小因溫度和成分而變化造成被測物質介電係數波動而產生的物位測量誤差。
對石化行業而言，為安裝德國E+H公司和唐老師提出的帶自標定電容式液位計需清空罐內所有儲油，再對通常採用大型鋼結構大儲油罐打一或兩個大通孔，再安裝輔助電容傳感器，而且必須絕對保證儲油罐今後不滲漏、不影響罐體耐壓，而這些現實起來均較困難與麻煩。
其次，這種一點和兩點式標定必須使被測物位緩慢經過輔助電容傳感器(電容開關極棒)，儀器才可能進行「自標定」；這將造成1、這兩類自標定電容物位計在許多需定物位(液位)控制場合完全無法進行「自標定」；2、輔助電容傳感器(電容開關極棒)安裝(即標定點)位置一旦選定，不能更改，即容器中物(液)位正常波動位置要確定，否則儀器難以實現「自標定」；這顯然不能適應許多企業一條生產線要開展多品種生產的需要。
另外，這兩類以輔助電容傳感器(電容開關極棒)信號實現基準點自標定，在原理上易於理解，但從其輔助電容傳感器(電容開關極棒)設計與安裝分析這兩類儀器在測量和判斷出物料(液體)通過基準點時難以實現定量意義上的高精度測量，從而必將影響這兩類「定點式自標定電容式物位計」自動標定和自動校正的效果與精度。

發明內容
為克服公知電容式液位測試儀(計)和「定點式自標定電容式物位計」存在的問題與不足，本實用新型提供一種新型自標定式電容式液位，在初次安裝或當容器中被測液體介質(因成分改變或溫度變化造成)介電係數改變時，本實用新型無需人工(重新)參與標定與校準，便能以在線自標定方式實時自動辨識、自動測量被測液體介質介電係數，自動測量、計算及顯示、輸出容器中被測液體連續變化的液位量值。
本實用新型解決公知電容液位測試儀(計)和「定點式自標定電容式物位計」存在的問題與不足的技術方案是採用雙液位電容傳感器設計和頂部安裝方案；在公知常規電容式液位測試儀(計)一個同軸圓筒形電容式液位傳感器基礎上再增設一組即增加一路通過連接杆直接從容器頂部放置在容器底部區域始終浸沒在液體介質內的標定用輔助電容式測量傳感器；該標定電容傳感器和連接杆之間採用絕緣聯結與固定，直接從容器頂部放置在容器底部區域，始終浸沒在液體中。傳感器兩極板信號引線為外絕緣的導線，通過連接杆至傳感器接線盒引出。
由於我們把增加的標定用輔助電容式測量傳感器設計成同軸圓筒形狀，其為極板面積固定、兩極板間距固定的標準部件，因此，其電容值C僅隨充滿兩極板之間被測液體介電係數的改變而變化。
該自標定輔助基準電容測量傳感器的電容值C任何時刻僅取決於被測液體介質的介電係數這唯一變量。通過實時測量自標定輔助基準電容測量傳感的電容值，就可在線隨時獲得被測液體當前的介電係數；然後再由儀器通過測量另一個部分浸入液體中部分暴露在氣體(一般為空氣)中常規同軸圓筒形電容式液位傳感器的電容值C，由單片機或微處理器按公式計算得到液位值。
本實用新型的有益效果是儀器可以由程序根據需要定時測量標定電容傳感器電容值，從而能隨時準確地獲得被測液體介質的介電係數，從根本上解決了目前各種已知電容式液位計無法自動實時獲得被測液體介質的介電係數而大大影響液位測量精度的問題；本實用新型新增的標定電容傳感器通過絕緣材料連接杆直接從容器頂部安裝在容器底部區域(安裝孔不會造成液體滲漏)，科學合理、施工方便。


圖1為本實用新型安裝示意圖圖2為本實用新型總體組成原理框圖圖中1測量電容傳感器、2標定電容傳感器、3連接杆、4信號引線、5接線盒、6安裝孔、7、8電容頻率轉換電路、9模擬開關、10高精度測頻電路、11單片機、12顯示器、13輸出電路、14串行通信接電路具體實施方式
在圖1中，測量電容傳感器1採用為部分浸入被測液體、部分在液面之上(一般為空氣介質)的常見安裝方式；標定電容傳感器2和連接杆3之間採用絕緣聯結與固定，標定傳感器兩極板信號引線4為外絕緣的導線，通過連接杆至傳感器接線盒5引出；標定傳感器直接從容器頂部安裝孔6放置到容器底部區域，採用始終全部浸沒在被測液體中的安裝方式；測量電容傳感器和標定電容傳感器均設計成同軸圓筒形狀，兩極板間距固定的結構。
測量和標定電容傳感器的信號引線4分別連到各自的電容/頻率(即C/f)轉換電路7、8上，兩個C/f轉換電路輸出的頻率信號由多路模擬開9選擇、控制進入高精度測頻電路10。單片機11接高精度測頻電路10、顯示器12、輸出電路13和串行通信接口電路14與單片機11連接。
單片機11按程序設定每間隔一分鐘(可根據需要選定間隔時間)控制模擬多路開關切換至標定電容傳感器通道，通過高精度測頻電路測量一次標定電容傳感器電容值，據此，由單片機根據公式準確計算得到並存儲被測液體的(實時)介電係數；然後單片機選擇、控制多路模擬開關測量測量電容傳感器電容值。並按公式計算得到液位值。
本實用新型增加了自標定(自校準)電容測量傳感器，採用在容器頂部安裝方式，不需在容器側壁打安裝孔，在真正實現液位自動測量、自動辯識和自動標定和校準的同時克服了側面安裝困難和對容器的損害。
權利要求1.一種新型自標定式電容式液位計，其特徵是測量電容傳感器(1)採用部分浸入被測液體、部分在液面之上的常見安裝方式；標定傳感器(2)從容器頂部安裝孔(6)放置到容器底部區域，採用始終全部浸沒在被測液體中的安裝方式；標定電容傳感器(2)和連接杆(3)之間採用絕緣聯結與固定，標定傳感器兩極板信號引線(4)為外絕緣的導線，通過連接杆至傳感器接線盒(5)引出。
2.根據權利要求1所述的一種新型自標定式電容式液位計，其特徵是測量電容傳感器(1)和標定電容傳感器(2)的信號引線分別連到各自的電容/頻率轉換電路(7、8)上，兩個轉換電路輸出的頻率信號由多路模擬開關(9)選擇、控制進入高精度測頻電路(10)，單片機(11)接高精度測頻電路(10)，顯示器(12)、輸出電路(13)和串行通信接口電路(14)與單片機(11)連接。
專利摘要一種新型自標定式電容式液位計，採用雙液位電容傳感器設計和頂部安裝方案，在一個同軸圓筒形電容式液位測量傳感器基礎上再增設一組即增加一路放置在容器底部區域始終浸沒在液體介質內的標定用輔助電容式測量傳感器，標定傳感器採用與測量傳感器平行、直接從容器頂部安裝孔向下安裝至容器底部區域始終浸沒在液體介質內。本實用新型無需人工參與標定校準，便能以在線自標定方式定時自動辨識、自動測量被測液體介電係數，自動測量、計算及顯示輸出容器中被測液體連續變化的液位量值。
文檔編號G01F23/26GK2622681SQ0322260
公開日2004年6月30日 申請日期2003年6月6日 優先權日2003年6月6日
發明者周杏鵬, 陳雲 申請人:金湖縣紅光儀表廠