一种实时修正介电常数的电容式液位计及其液位测量方法
【专利摘要】本发明公开一种实时修正介电常数的电容液位计及其液位测量方法，该液位计包括外管、内管、两个隔离环和控制器；其中外管由液位外管及通过隔离环分别同轴连接在液位外管两端的气相外管和液相外管组成；由此形成三个电容传感器，位于底端的液相介电常数传感器，用来实时测量液相介质的介电常数；位于顶端的气相介电常数传感器，用来实时测量气相介质的介电常数。在实时液位测量过程中，在底端的液相介电常数传感器可以换算出此时刻被测液体的介电常数；在顶端的气相介电常数传感器可以换算出此时刻液体上方气体的介电常数。再通过气相液相的真实介电常数计算能够得到真实的液位，排除了因为温度压力等环境影响改变了介电常数，对液位测量的影响。
【专利说明】一种实时修正介电常数的电容式液位计及其液位测量方法
【技术领域】
[0001]发明涉及一种电容式液位计及其液位測量方法，具体涉及ー种实时修正介电常数的电容式液位计及其液位測量方法，属于航天特种传感器测量领域。
【背景技术】
[0002]在对低温贮箱中的低温液体进行加注、排放过程中，液位是极其重要的參数，因此需要对液位进行实时检測。常用的低温液位測量方法为电容液位測量方法，电容液位计利用介电常数在液态和气态状态下的差别来检测液位。但是介质的介电常数受温度和压カ等环境因素的影响较大，直接影响液位测量的精度，需对测量结果进行误差修正。
[0003]在以往的误差修正方法中，主要运用查表法以及计算公式来修正温度和压カ对介电常数的影响，但同时引入了温度压カ的测量误差，并且不能消除其他环境因素的可能影响。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供ー种能够实时修正介电常数的电容液位计及其液位測量方法，能够实时修正介电常数带来的测量误差，改善传感器精度。
[0005]所述的实时修正介电常数的电容式液位计包括:外管、内管、两个隔离环和控制器，外围设备为低温贮箱；所述外管由液位外管及通过隔离环分别同轴连接在液位外管两端的气相外管和液相外管组成；在所述外管内部同轴套装内管，并与内管间有间隙。在所述气相外管、内管、液位外管及液相外管的外圆周面上分布有两个以上通孔。所述气相外管和内管配合形成气相介电常数传感器；液相外管和内管配合形成液相介电常数传感器；液位外管和内管配合形成液位測量传感器。所述外管的长度应保证使用时所述气相外管位于低温贮箱的上封头内，所述液相外管位于低温贮箱的下封头内。
[0006]所述控制器包括:驱动器、三个放大器、三个AD转换器、正弦波发生器、微处理器及寄存器；所述正弦波发生器通过驱动器与内管相连。所述气相外管、液位外管和液相外管各通过ー个放大器及AD转换器与微处理器相连；所述寄存器与微处理器互连，寄存器中存储有所述三个传感器在校准介质中测得的校准数据。
[0007]所述气相外管、内管、液位外管及液相外管为壁厚为的招合金管或不锈钢管。
[0008]所述气相外管和液相外管的结构尺寸相同。
[0009]上述电容式液位计的液位测量方法为:
[0010]步骤一:首次使用该电容式液位计前，在校准介质中对所述电容式液位计进行校准，获得校准数据:
[0011]将所述电容式液位计竖直放置在校准介质中，启动正弦波发生器输出正弦激励信号；所述三个传感器将反馈信号分别发送给与之对应的放大器；所述放大器对接收到的反馈信号的幅度进行调制并放大，然后发送给与之对应的AD转换器；所述AD转换器将接收到的信号转换成数字信号后发送给微处理器；所述微处理器依据接收到的三组数字信号采用下述公式计算校准数据，并将计算得到的校准数据预存在寄存器中。
[0012]
【权利要求】
1.一种实时修正介电常数的电容式液位计，其特征在于，包括:外管、内管(4)、两个隔离环和控制器(9)，外围设备为低温贮箱(8);所述外管由液位外管(5)及通过隔离环分别同轴连接在液位外管(5)两端的气相外管(2)和液相外管(7)组成；在所述外管内部同轴套装内管(4)，并与内管(4)间有间隙；在所述气相外管(2)、内管(4)、液位外管(5)及液相外管(7)的外圆周面上分布有两个以上通孔；所述气相外管(2)和内管(4)配合形成气相介电常数传感器；液相外管(7)和内管(4)配合形成液相介电常数传感器；液位外管(5)和内管(4)配合形成液位測量传感器；所述外管的长度应保证使用时所述气相外管(2)位于低温贮箱(8)的上封头内，所述液相外管(7)位于低温贮箱(8)的下封头内； 所述控制器(9)包括:驱动器、三个放大器、三个AD转换器、正弦波发生器、微处理器及寄存器；所述正弦波发生器通过驱动器与内管(6)相连；所述气相外管(2)、液位外管(5)和液相外管(7)各通过ー个放大器及AD转换器与微处理器相连；所述寄存器与微处理器互连，寄存器中存储有所述三个传感器在校准介质中测得的校准数据。
2. 如权利要求1所述的实时修正介电常数的电容式液位计，其特征在于，所述气相外管(2)、内管(4)、液位外管(5)及液相外管(7)为壁厚为的招合金管或不锈钢管。
3.如权利要求1或2所述的实时修正介电常数的电容式液位计，其特征在于，所述气相外管(2)和液相外管(7)的结构尺寸相同。
4.基于权利要求1所述电容式液位计的液位測量方法，其特征在于: 步骤ー:首次使用该电容式液位计前，在校准介质中对所述电容式液位计进行校准，获得校准数据: 将所述电容式液位计竖直放置在校准介质中，启动正弦波发生器输出正弦激励信号；所述三个传感器将反馈信号分别发送给与之对应的放大器；所述放大器对接收到的反馈信号的幅度进行调制并放大，然后发送给与之对应的AD转换器；所述AD转换器将接收到的信号转换成数字信号后发送给微处理器；所述微处理器依据接收到的三组数字信号采用下述公式计算校准数据，并将计算得到的校准数据预存在寄存器中；
V,, R R m
I' ? 其中为液相介电常数传感器在校准介质中的电容所对应的测量电压；
为气相介电常数传感器在校准介质中的电容所对应的測量电压； vP-Ct^为液位测量电容传感器在校准介质中的电容所对应的測量电压； Rlg和Rgp为校准数据； 步骤二:将所述电容式液位计安装在待测量的低温贮箱(8)内，使所述内管(6)的轴线与低温贮箱(8)的轴线重合，且气相外管(2)位于低温贮箱(8)的上封头内，所述液相外管(7)位于低温贮箱(8)的下封头内； 步骤三:通过正弦波发生器给所形成的三个传感器提供正弦激励信号，所述三个传感器将反馈信号分别发送给与之对应的放大器；所述放大器对接收到的反馈信号的幅度进行调制并放大，然后发送给与之对应的AD转换器；所述AD转换器将接收到的信号转换成数字信号后发送给微处理器； 步骤四:所述微处理器中预存有低温贮箱(8)的零位阈值和满度阈值，若液位测量传感器的反馈信号为零位阈值，则表明此时液位测量传感器未被液体浸没，低温贮箱(8)的当前液位位于下液位以下； 若液位测量传感器的反馈信号为满度阈值，则表明此时液位测量传感器被液体完全浸没，低温贮箱(8)的当前液位位于上液位以上； 若液位测量传感器的反馈信号在零位阈值与满度阈值之间，则所述微处理器依据接收到的三个数字信号和预存在寄存器中的校准数据通过下述公式计算当前液位； 利用当前液位占低温贮箱(8)总液位的比例f?来表示当前液位:
5.如权利要求4所述的液位测量方法，其特征在于: 在向所述低温贮箱(8)内加注低温液体过程中，当所述低温液体没过液相介电常数传感器时，液相介电常数传感器的反馈信号突变，微处理器依据接收到的反馈信号给出下液位报警；当所述低温液体没过气相介电常数传感器时，气相介电常数传感器的反馈信号突变，微处理器依据接收到的反馈信号给出上液位报警； 在所述低温贮箱(8)向外排放低温液体过程中，当所述气相介电常数传感器露出低温液体时，气相介电常数传感器的反馈信号突变，微处理器依据接收到的反馈信号给出上液位报警；当所述液相介电常数传感器露出低温液体时，液相介电常数传感器的反馈信号突变，微处理器依据接收到的反馈信号给出下液位报警。
6.如权利要求1或4所述的液位测量方法，其特征在于:所述校准介质为空气。
【文档编号】G01F23/26GK103528642SQ201310462717
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2013年10月7日
【发明者】蔡睿, 周磊, 耿卫国, 管理, 朱子环, 段文浩, 周文怡, 宋绪勇, 方俊雅, 田源, 李琪琪, 贾洁, 蒋宇 申请人:北京航天试验技术研究所, 北京航天峰光电子技术有限责任公司