[发明专利]液位传感器、传感器系统和液位高度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及液位传感器技术领域，尤其是涉及一种液位传感器、传感器系统和液位高度测量方法。

背景技术

电容式液位计通过测量电容的变化进而测量液面的高低；当被测液体介质浸及测量电容电极的高度变化时，传感器的电容发生相应的变化；通过检测电容值的变化，可以得到液位的高度。

传统的电容式液位计均采用单探极测量方式，如图1所示的现有技术中电容式液位计的结构示意图，该电容式液位计由一个测量电极、参考电极(如管壁)和绝缘层组成。当被测介质介电常数εm相对恒定，电容测量探极内气态介质介电常数εo也相对恒定时，被测电容变化值仅与液位变化值有关，且成正比关系。参见图2所示的现有技术中电容式液位计的等效电路图。被测介质在液体和空气的介电常数恒定不变的情况下，其检测电容Cx相当于介质为空气部分的电容Co与介质为液体部分的电容Cm并联组成，且检测电容Cx与液体的液位高度Hx成线性比例关系，因此根据检测出的电容值就可以计算出被测介质的液位Hx。

现有的测量方法仅适合于被测介质介电常数εm相对恒定和气态介质介电常数εm相对恒定场合；由于工业应用环境的复杂性，使液位测量现场环境变化非常复杂，例如，被测介质介电常数的变化、杂散电容的干扰、温度漂移、挂料等因素的影响，尤其是高温高压场合，温度和压力的微小变化都会使得介质介电常数发生变化。同一被测介质的介电常数随温度、压力变化而变化，以及电容测量电极内气态介质介电常数变化等会造成电极测量空值的影响，这些影响均会导致现有的液位计测量误差较大，降低了液位传感器的精确度。

针对现有的液位传感器精确度较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种液位传感器、传感器系统和液位高度测量方法，以提高液位传感器的测量精确度和稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种液位传感器，包括相互电连接的液位测量装置和数据处理装置；该液位测量装置包括内电极和外电极；内电极包括多段同轴排列的管状子电极；相邻的子电极之间相互绝缘；外电极的形状为管状；外电极的内径大于内电极的内径；外电极嵌套在内电极的外部；外电极与内电极同轴设置；多段子电极分别与数据处理装置电连接；多段子电极中最顶端的子电极设置为气体介质变化标定子电极；多段子电极中最末端的子电极设置为液体介质变化标定子电极；数据处理装置实时且同时检测多段子电极的电容值，根据电容值输出液位高度值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述多段同轴排列的管状子电极固定设置于绝缘轴上；相邻的子电极之间设置有绝缘环。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述内电极表面覆盖有绝缘套管；绝缘套管的长度与外电极的长度相同。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述液位测量装置以连通器的形式与待测容器连接，设置于待测容器的外侧；或者；液位测量装置设置于待测容器内部。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述数据处理装置包括电容检测电路和微处理器；电容检测电路用于实时检测多段子电极的电容值，将多段子电极的电容值发送至微处理器；微处理器用于根据多段子电极的电容值输出液位高度值。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述数据处理装置还包括外部通信接口；外部通信接口与微处理器连接，用于将液位高度值输出至外部监控设备。

第二方面，本发明实施例提供了一种液位传感器系统，该系统包括上述液位传感器，还包括外部监控设备。

第三方面，本发明实施例提供了一种液位高度测量方法，该方法由上述液位传感器执行，方法包括：当检测到电容值发生变化的子电极低于液位传感器最顶端的子电极时，数据处理装置实时检测最顶端的子电极的电容值；数据处理装置根据最顶端的子电极的电容值确定气体介质变化修正参数；当检测到电容值发生变化的子电极高于液位传感器最末端的子电极时，数据处理装置实时检测最末端的子电极的电容值；数据处理装置根据最末端的子电极的电容值确定液体介质变化修正参数；数据处理装置根据气体介质变化修正参数、液体介质变化修正参数、各个子电极的实时电容值、各个子电极的标准电容值以及各个子电极的长度，确定待测容器内液体高度值；其中，标准电容值为预先存储的各个子电极的介质为空气时的电容值。