[发明专利]一种电容式液位传感器及其标定方法和测量方法

说明书

本发明公开一种电容式液位传感器及其标定方法和测量方法，本发明电容式液位传感器将其结构由传统单电容式液位传感器改装成多电容器电容式液位传感器，通过测得的各小电容器在完全浸没与完全未浸入两种情况下的电容值，重新计算并折算介电常数，从而免除再次标定。当待测液位处于其中两个小极板之间时，由两者分别与大电极形成的电容得到加权电容值，同时确定测量液位。本发明由于采用N个小极板与一个大极板共同构成多电容器的电容式液位传感器的结构，因此，本发明可以同时做到消除极板间介电常数的变化及电极老化带来的影响，实现免标定、高准确度的液位测量。

技术领域

本发明属于传感器与测量技术领域，具体涉及一种电容式液位传感器及其标定方法和测量方法。

背景技术

在液位测量领域，电容式液位传感器以其价格低廉、结构简单、动态响应好、使用寿命长、工作稳定可靠的工作特点，始终是现代液位测量技术中应用广泛的重要方法。但传统的电容式液位传感器一般采用平行极板式电容器的结构，液位变化引起极板间介电常数变化从而引起电容值改变，通过测量电容的变化曲线间接得到测量液位。然而在使用过程中，每更换一次液体就需要重新标定一次，使用十分不便。而且，对被测液体的成分要求极高，一旦成分发生变化，或者被测液体中含有杂质，液位测量就容易出现较大的偏差。此外，在长期使用后，电极处可能产生的锈迹，或者防护层出现老化，或者电极发生变形，局部位置极板间距发生变化，这都会影响到电容时液位传感器测量结果的准确性。因此，传统的电容式液位传感器存在时常需要重新标定与维护的缺陷，否则，会给液位的测量结果带来偏差。对于某些测量精度要求高的场合可以采用超声波液位计、雷达式液位计等进行测量，但此类仪表成本较高。因此，在这种情况下，需要对传统电容式液位传感器进行改进，在不提高传感器成本的前提下，开发一种易于标定、自校准、免维护的高准确度电容式液位传感器。

发明内容

本发明针对现有电容式液位测量技术中的问题，对传统电容式液位传感器的结构进行改进，提供一种电容式液位传感器及其标定方法和测量方法，该电容式液位传感器是一种易于标定、自校准的高准确度电容式液位传感器。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种电容式液位传感器，包括第一极板和第二极板，第一极板为一个整体极板，第二极板分成N个小极板，N个小极板在竖向呈双排设置，两排小极板在水平方错位设置，N个小极板与第一极板之间形成N个平行极板式电容传感器。

N个小极板的形状、大小相同，同一竖向相邻两个小极板之间的缝隙对应于另一竖排中一个小极板的中间位置。

所述平行极板式电容传感器的介电常数要求如下：

最上面小极板与第一极板之间的ε_i,0与ε_i,1分别与该小极板正下方一个小极板的ε_i,0与ε_i,1取值相同；最下面小极板与第一极板之间的ε_i,0与ε_i,1分别与该小极板正上方一个小极板的ε_i,0与ε_i,1取值相同；

其中，ε_i,0为第i块小极板完全没有被被测液体浸入时的空气介电常数；ε_i,1为被测液体的介电常数。

N为大于等于5，但不大于13的奇数。

所述的电容式液位传感器的标定方法，包括如下过程：

测量小极板完全没有被被测液体浸入时该小极板与第一极板之间的电容，利用该电容计算该电容的介电常数与小极板与第一极板间距的比值的等效值；

测量小极板完全被被测液体淹没时该小极板与第一极板之间的电容，利用该电容计算该电容的介电常数与小极板与第一极板间距的比值的等效值；

在实际测量时采用上述等效值，实现所述电容式液位传感器的自行标定。