一種實時修正介電常數的電容式液位計及其液位測量方法
2023-05-24 00:26:31
一種實時修正介電常數的電容式液位計及其液位測量方法
【專利摘要】本發明公開一種實時修正介電常數的電容液位計及其液位測量方法，該液位計包括外管、內管、兩個隔離環和控制器；其中外管由液位外管及通過隔離環分別同軸連接在液位外管兩端的氣相外管和液相外管組成；由此形成三個電容傳感器，位於底端的液相介電常數傳感器，用來實時測量液相介質的介電常數；位於頂端的氣相介電常數傳感器，用來實時測量氣相介質的介電常數。在實時液位測量過程中，在底端的液相介電常數傳感器可以換算出此時刻被測液體的介電常數；在頂端的氣相介電常數傳感器可以換算出此時刻液體上方氣體的介電常數。再通過氣相液相的真實介電常數計算能夠得到真實的液位，排除了因為溫度壓力等環境影響改變了介電常數，對液位測量的影響。
【專利說明】一種實時修正介電常數的電容式液位計及其液位測量方法
【技術領域】
[0001]發明涉及一種電容式液位計及其液位測量方法，具體涉及ー種實時修正介電常數的電容式液位計及其液位測量方法，屬於航天特種傳感器測量領域。
【背景技術】
[0002]在對低溫貯箱中的低溫液體進行加注、排放過程中，液位是極其重要的參數，因此需要對液位進行實時檢測。常用的低溫液位測量方法為電容液位測量方法，電容液位計利用介電常數在液態和氣態狀態下的差別來檢測液位。但是介質的介電常數受溫度和壓カ等環境因素的影響較大，直接影響液位測量的精度，需對測量結果進行誤差修正。
[0003]在以往的誤差修正方法中，主要運用查表法以及計算公式來修正溫度和壓カ對介電常數的影響，但同時引入了溫度壓カ的測量誤差，並且不能消除其他環境因素的可能影響。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明提供ー種能夠實時修正介電常數的電容液位計及其液位測量方法，能夠實時修正介電常數帶來的測量誤差，改善傳感器精度。
[0005]所述的實時修正介電常數的電容式液位計包括:外管、內管、兩個隔離環和控制器，外圍設備為低溫貯箱；所述外管由液位外管及通過隔離環分別同軸連接在液位外管兩端的氣相外管和液相外管組成；在所述外管內部同軸套裝內管，並與內管間有間隙。在所述氣相外管、內管、液位外管及液相外管的外圓周面上分布有兩個以上通孔。所述氣相外管和內管配合形成氣相介電常數傳感器；液相外管和內管配合形成液相介電常數傳感器；液位外管和內管配合形成液位測量傳感器。所述外管的長度應保證使用時所述氣相外管位於低溫貯箱的上封頭內，所述液相外管位於低溫貯箱的下封頭內。
[0006]所述控制器包括:驅動器、三個放大器、三個AD轉換器、正弦波發生器、微處理器及寄存器；所述正弦波發生器通過驅動器與內管相連。所述氣相外管、液位外管和液相外管各通過ー個放大器及AD轉換器與微處理器相連；所述寄存器與微處理器互連，寄存器中存儲有所述三個傳感器在校準介質中測得的校準數據。
[0007]所述氣相外管、內管、液位外管及液相外管為壁厚為的招合金管或不鏽鋼管。
[0008]所述氣相外管和液相外管的結構尺寸相同。
[0009]上述電容式液位計的液位測量方法為:
[0010]步驟一:首次使用該電容式液位計前，在校準介質中對所述電容式液位計進行校準，獲得校準數據:
[0011]將所述電容式液位計豎直放置在校準介質中，啟動正弦波發生器輸出正弦激勵信號；所述三個傳感器將反饋信號分別發送給與之對應的放大器；所述放大器對接收到的反饋信號的幅度進行調製並放大，然後發送給與之對應的AD轉換器；所述AD轉換器將接收到的信號轉換成數位訊號後發送給微處理器；所述微處理器依據接收到的三組數位訊號採用下述公式計算校準數據，並將計算得到的校準數據預存在寄存器中。
[0012]
【權利要求】
1.一種實時修正介電常數的電容式液位計，其特徵在於，包括:外管、內管(4)、兩個隔離環和控制器(9)，外圍設備為低溫貯箱(8);所述外管由液位外管(5)及通過隔離環分別同軸連接在液位外管(5)兩端的氣相外管(2)和液相外管(7)組成；在所述外管內部同軸套裝內管(4)，並與內管(4)間有間隙；在所述氣相外管(2)、內管(4)、液位外管(5)及液相外管(7)的外圓周面上分布有兩個以上通孔；所述氣相外管(2)和內管(4)配合形成氣相介電常數傳感器；液相外管(7)和內管(4)配合形成液相介電常數傳感器；液位外管(5)和內管(4)配合形成液位測量傳感器；所述外管的長度應保證使用時所述氣相外管(2)位於低溫貯箱(8)的上封頭內，所述液相外管(7)位於低溫貯箱(8)的下封頭內； 所述控制器(9)包括:驅動器、三個放大器、三個AD轉換器、正弦波發生器、微處理器及寄存器；所述正弦波發生器通過驅動器與內管(6)相連；所述氣相外管(2)、液位外管(5)和液相外管(7)各通過ー個放大器及AD轉換器與微處理器相連；所述寄存器與微處理器互連，寄存器中存儲有所述三個傳感器在校準介質中測得的校準數據。
2. 如權利要求1所述的實時修正介電常數的電容式液位計，其特徵在於，所述氣相外管(2)、內管(4)、液位外管(5)及液相外管(7)為壁厚為的招合金管或不鏽鋼管。
3.如權利要求1或2所述的實時修正介電常數的電容式液位計，其特徵在於，所述氣相外管(2)和液相外管(7)的結構尺寸相同。
4.基於權利要求1所述電容式液位計的液位測量方法，其特徵在於: 步驟ー:首次使用該電容式液位計前，在校準介質中對所述電容式液位計進行校準，獲得校準數據: 將所述電容式液位計豎直放置在校準介質中，啟動正弦波發生器輸出正弦激勵信號；所述三個傳感器將反饋信號分別發送給與之對應的放大器；所述放大器對接收到的反饋信號的幅度進行調製並放大，然後發送給與之對應的AD轉換器；所述AD轉換器將接收到的信號轉換成數位訊號後發送給微處理器；所述微處理器依據接收到的三組數位訊號採用下述公式計算校準數據，並將計算得到的校準數據預存在寄存器中；
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I' ? 其中為液相介電常數傳感器在校準介質中的電容所對應的測量電壓；
為氣相介電常數傳感器在校準介質中的電容所對應的測量電壓； vP-Ct^為液位測量電容傳感器在校準介質中的電容所對應的測量電壓； Rlg和Rgp為校準數據； 步驟二:將所述電容式液位計安裝在待測量的低溫貯箱(8)內，使所述內管(6)的軸線與低溫貯箱(8)的軸線重合，且氣相外管(2)位於低溫貯箱(8)的上封頭內，所述液相外管(7)位於低溫貯箱(8)的下封頭內； 步驟三:通過正弦波發生器給所形成的三個傳感器提供正弦激勵信號，所述三個傳感器將反饋信號分別發送給與之對應的放大器；所述放大器對接收到的反饋信號的幅度進行調製並放大，然後發送給與之對應的AD轉換器；所述AD轉換器將接收到的信號轉換成數位訊號後發送給微處理器； 步驟四:所述微處理器中預存有低溫貯箱(8)的零位閾值和滿度閾值，若液位測量傳感器的反饋信號為零位閾值，則表明此時液位測量傳感器未被液體浸沒，低溫貯箱(8)的當前液位位於下液位以下； 若液位測量傳感器的反饋信號為滿度閾值，則表明此時液位測量傳感器被液體完全浸沒，低溫貯箱(8)的當前液位位於上液位以上； 若液位測量傳感器的反饋信號在零位閾值與滿度閾值之間，則所述微處理器依據接收到的三個數位訊號和預存在寄存器中的校準數據通過下述公式計算當前液位； 利用當前液位佔低溫貯箱(8)總液位的比例f?來表示當前液位:
5.如權利要求4所述的液位測量方法，其特徵在於: 在向所述低溫貯箱(8)內加注低溫液體過程中，當所述低溫液體沒過液相介電常數傳感器時，液相介電常數傳感器的反饋信號突變，微處理器依據接收到的反饋信號給出下液位報警；當所述低溫液體沒過氣相介電常數傳感器時，氣相介電常數傳感器的反饋信號突變，微處理器依據接收到的反饋信號給出上液位報警； 在所述低溫貯箱(8)向外排放低溫液體過程中，當所述氣相介電常數傳感器露出低溫液體時，氣相介電常數傳感器的反饋信號突變，微處理器依據接收到的反饋信號給出上液位報警；當所述液相介電常數傳感器露出低溫液體時，液相介電常數傳感器的反饋信號突變，微處理器依據接收到的反饋信號給出下液位報警。
6.如權利要求1或4所述的液位測量方法，其特徵在於:所述校準介質為空氣。
【文檔編號】G01F23/26GK103528642SQ201310462717
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月7日 優先權日:2013年10月7日
【發明者】蔡睿, 周磊, 耿衛國, 管理, 朱子環, 段文浩, 周文怡, 宋緒勇, 方俊雅, 田源, 李琪琪, 賈潔, 蔣宇 申請人:北京航天試驗技術研究所, 北京航天峰光電子技術有限責任公司