[发明专利]一种自适应式电容液位计

说明书

技术领域

本发明属于液体高度测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种自适应式电容液位计。

背景技术

电容液位计是采用测量电容的变化来测量液面高低的专业仪器。依据电容感应原理，当被测介质浸及测量电极的高度变化时，引起作为传感器的电容发生变化，通过检测电容值的变化，可以得到液位的高度，电容液位计一般采用圆柱式电容传感器进行液位高度测量。

1、圆柱式电容传感器的电容计算公式

如图1所示，圆柱式电容传感器的基本结构由两根同轴圆柱，中间隔以介质即需要测量的液体组成。

在忽略边缘效应的情况下，圆柱式电容传感器的电容为：

C=2πlnRr·ϵL---(1)]]>

式（1）中L——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度（m）；

ε——电容极板间介质的介电常数（F/m）；

R、r——外极筒内半径和内极筒外半径（m）；

令代入公式（1）可得：

C=K·εL         （2）

2、圆柱式电容液位计的基本原理

如图2所示，在圆柱式电容传感器内充有高度h的被测液体，忽略杂散电容及端部边界效应后，设ε_空气为空气的介电常数；L为圆柱电容的高度；h、ε_x为被测液面高度和它的介电常数；R、r分别为外极筒内半径和内极筒外半径。由于ε_空气、L、R、r为固定值，只要利用ε_x和C_h(传感器总电容)就可以计算出液位h。

根据圆柱式电容传感器公式（1）可得气体部分的电容C_空气和液体部分的电容C_液体：

电容传感器总电容量C_总为C_空气、C_液体两电容并联，则：

C_总=C_空气+C_液体=K·ε_空气（L-h）+K·ε_xh=K·ε_空气L+K·(ε_x-ε_空气)h     （4）

式中K·ε_空气L为电容传感器充满空气时的电容，即在空仓时测出。基于被测介质即液体及空气的介电常数恒定不变的假设为理论基础，其构成的电容C_总与液位h关系如式(4)，成线性比例关系。因而检测出传感器的电容值就可以知道被测介质的液位。

3、圆柱式电容液位计存在的问题

3.1、当更换被测介质即液体种类时，介电常数ε_x发生改变，故每次更换被测介质即液体种类时均需要进行手动设置参数，重新进行刻度标定。

3.2、当更换不同批次的同种被测介质即液体时，介电常数ε_x仍然会有细微差别，仍需要用手动设置参数，进行校准。

3.3、当温度变化时，环境空气和被测介质即液体的介电常数会发生改变，即ε_空气和ε_x发生变化，电容传感器的电容值会发生变化，需要进行温度补偿。

3.4、电容传感器的电容量一般很小，仅几十至几百皮法，而电容传感器的引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与周围导体构成的电容等使寄生电容C_j较大，电容实际值C_总′为：C_总′=C_总+C_j，给实现精确的电容信号转换带来困难，从而造成测量的不准确。