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來源：中國儀表網(wǎng)

創(chuàng)意無極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項(xiàng)國家發(fā)明授權(quán)專利——基于計(jì)算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應(yīng)用。該專利由中國計(jì)量學(xué)院申請，并于2016年10月19日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明屬于計(jì)量測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于計(jì)算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應(yīng)用。

發(fā)明背景

液位測量遍及生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域，尤其在航空、航天、生物等高新技術(shù)領(lǐng)域，精確測量液位具有重要意義。這些領(lǐng)域常需要測量低溫液體，如液氫、液氧、液態(tài)甲烷等，這些液體沸點(diǎn)低、密度小、易汽化等特點(diǎn)，由于使用環(huán)境和要求具有特殊性，對液位傳感器不但要求精度高，還要求能夠承受惡劣環(huán)境。

目前對低溫液體進(jìn)行液位監(jiān)測和測量的手段很多，常用的有電容法、壓差法及浮筒法，新方法有射頻導(dǎo)納法、超聲波法、光纖法、熱式測量法及核輻射法，市場上按照上述原理研制成型的液位計(jì)工作溫度只能達(dá)到220K，而用作液氫、液氧等溫度最低可達(dá)22K。

電容式液位傳感器是通過測量電容變化量來實(shí)現(xiàn)液位測量，它的基本原理是被測液體液位變化時(shí)，相應(yīng)的傳感器電極間介電常數(shù)發(fā)生改變，從而引發(fā)電容量變化。電容式液位傳感器由于具有動(dòng)態(tài)范圍大、高阻抗、小功率、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在超低溫液位測量中得到廣泛應(yīng)用。但目前的電容式液位傳感器由于受加工、裝配等誤差影響，精度最高可達(dá)0 .1%，在超低溫環(huán)境中精度會(huì)有所降低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有設(shè)計(jì)的不足，本發(fā)明提供了一種基于計(jì)算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：包括屏蔽罩、絕緣主體、金屬層、上封裝、電路板、專用金屬銷和下封裝。其中絕緣主體呈桶裝，在其外表面鍍有金屬層；屏蔽罩與絕緣主體同軸設(shè)置，位于絕緣主體的外圍，絕緣主體與屏蔽罩間通過上封裝與下封裝裝配在一起，上封裝外部有定位裝夾面，定位裝夾面內(nèi)部裝有信號處理電路板，屏蔽罩上均勻分布可供液體流動(dòng)的小孔。所述的金屬層在高度方向上分割成多段，除去首尾段的其它金屬段在高度方向上刻出四條微小間隙，每條微小間隙寬度相等，且圍繞軸心對稱，微小間隙寬度所對應(yīng)的圓心角為ri，ri＜＜90°，兩兩微小間隙所夾的金屬段形成電極，電極通過專用金屬銷與信號處理電路板，所述的專用金屬銷為帶導(dǎo)線的銷。

圖為基于計(jì)算電容原理設(shè)計(jì)的新型電容式液位傳感器的主視圖

該新型電容式液位傳感器基于計(jì)算電容原理，其總電容量只取決于被測液體的相對介電常數(shù)εr，空氣的相對介電常數(shù)ε0和液位高度。絕緣主體采用石英管、聚四氟乙烯或陶瓷，金屬層所鍍的金屬為鉻、金或銀。本實(shí)施例主體部分3采用經(jīng)精密加工的熔融石英圓管，被測液體1位于主體部分內(nèi)部；外表面用真空噴鍍法鍍上堅(jiān)固、且導(dǎo)電良好的鍍層4。鍍層在軸向用刻線法分成多段，兩端是保護(hù)電極，起到支撐與消除邊緣效應(yīng)的作用，每段鍍層在圓周方向用刻線分成近似90°的四部分，每部分之間為微小間隙ri( i=1，2，3，4 )，ri＜＜90°,以保證被分割成的四部分ak( k=1，2，3，4 )均近似為90°。相鄰的兩部分作為零電極，另兩個(gè)相鄰的電極為高壓電極，將每段相對的兩個(gè)電極的所產(chǎn)生的電容量分別引出并處理，則可計(jì)算出相應(yīng)的液位，主體外層是屏蔽罩2。

該新型電容式液位傳感器可在測量超低溫液體時(shí)應(yīng)用，所述超低溫液體為液氧、液氮或液氫。

本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明給出了一種新型電容式液位傳感器，該電容式液位傳感器基于計(jì)算電容原理，使傳感器的精度僅取決被測液體的相對介電常數(shù)，空氣的相對介電常數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，較傳統(tǒng)電容式液位傳感器的精度有望提高，同時(shí)適于超低溫液位的測量，另外也適用于高溫液體的測量。