[發明專利]一種實時修正介電常數的電容式液位計及其液位測量方法

有效

• 申請號: 201310462717.3
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN103528642A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 蔡睿;周磊;耿衛國;管理;朱子環;段文浩;周文怡;宋緒勇;方俊雅;田源;李琪琪;賈潔;蔣宇
• 申請（專利權）人: 北京航天試驗技術研究所;北京航天峰光電子技術有限責任公司
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;楊志兵

技術領域

發明涉及一種電容式液位計及其液位測量方法，具體涉及一種實時修正介電常數的電容式液位計及其液位測量方法，屬于航天特種傳感器測量領域。

背景技術

在對低溫貯箱中的低溫液體進行加注、排放過程中，液位是極其重要的參數，因此需要對液位進行實時檢測。常用的低溫液位測量方法為電容液位測量方法，電容液位計利用介電常數在液態和氣態狀態下的差別來檢測液位。但是介質的介電常數受溫度和壓力等環境因素的影響較大，直接影響液位測量的精度，需對測量結果進行誤差修正。

在以往的誤差修正方法中，主要運用查表法以及計算公式來修正溫度和壓力對介電常數的影響，但同時引入了溫度壓力的測量誤差，并且不能消除其他環境因素的可能影響。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種能夠實時修正介電常數的電容液位計及其液位測量方法，能夠實時修正介電常數帶來的測量誤差，改善傳感器精度。

所述的實時修正介電常數的電容式液位計包括：外管、內管、兩個隔離環和控制器，外圍設備為低溫貯箱；所述外管由液位外管及通過隔離環分別同軸連接在液位外管兩端的氣相外管和液相外管組成；在所述外管內部同軸套裝內管，并與內管間有間隙。在所述氣相外管、內管、液位外管及液相外管的外圓周面上分布有兩個以上通孔。所述氣相外管和內管配合形成氣相介電常數傳感器；液相外管和內管配合形成液相介電常數傳感器；液位外管和內管配合形成液位測量傳感器。所述外管的長度應保證使用時所述氣相外管位于低溫貯箱的上封頭內，所述液相外管位于低溫貯箱的下封頭內。

所述控制器包括：驅動器、三個放大器、三個AD轉換器、正弦波發生器、微處理器及寄存器；所述正弦波發生器通過驅動器與內管相連。所述氣相外管、液位外管和液相外管各通過一個放大器及AD轉換器與微處理器相連；所述寄存器與微處理器互連，寄存器中存儲有所述三個傳感器在校準介質中測得的校準數據。

所述氣相外管、內管、液位外管及液相外管為壁厚為3mm-5mm的鋁合金管或不銹鋼管。

所述氣相外管和液相外管的結構尺寸相同。

上述電容式液位計的液位測量方法為：

步驟一：首次使用該電容式液位計前，在校準介質中對所述電容式液位計進行校準，獲得校準數據：

將所述電容式液位計豎直放置在校準介質中，啟動正弦波發生器輸出正弦激勵信號；所述三個傳感器將反饋信號分別發送給與之對應的放大器；所述放大器對接收到的反饋信號的幅度進行調制并放大，然后發送給與之對應的AD轉換器；所述AD轉換器將接收到的信號轉換成數字信號后發送給微處理器；所述微處理器依據接收到的三組數字信號采用下述公式計算校準數據，并將計算得到的校準數據預存在寄存器中。

Rlg=VlrefcalVgrefcal]]>

Rgp=VgrefcalVprobecal]]>

其中：為液相介電常數傳感器在校準介質中的電容所對應的測量電壓；

為氣相介電常數傳感器在校準介質中的電容所對應的測量電壓；

為液位測量電容傳感器在校準介質中的電容所對應的測量電壓；

R_lg和R_gp為校準數據。

步驟二：將所述電容式液位計安裝在待測量的低溫貯箱內，使所述內管的軸線與低溫貯箱的軸線重合，且氣相外管位于低溫貯箱的上封頭內，所述液相外管位于低溫貯箱的下封頭內。