[發明專利]液位傳感器、傳感器系統和液位高度測量方法

在審

• 申請號: 201710177345.8
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106768177A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王克勤
• 申請（專利權）人: 濰坊通達儀表有限公司
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 劉書芝

技術領域

本發明涉及液位傳感器技術領域，尤其是涉及一種液位傳感器、傳感器系統和液位高度測量方法。

背景技術

電容式液位計通過測量電容的變化進而測量液面的高低；當被測液體介質浸及測量電容電極的高度變化時，傳感器的電容發生相應的變化；通過檢測電容值的變化，可以得到液位的高度。

傳統的電容式液位計均采用單探極測量方式，如圖1所示的現有技術中電容式液位計的結構示意圖，該電容式液位計由一個測量電極、參考電極(如管壁)和絕緣層組成。當被測介質介電常數εm相對恒定，電容測量探極內氣態介質介電常數εo也相對恒定時，被測電容變化值僅與液位變化值有關，且成正比關系。參見圖2所示的現有技術中電容式液位計的等效電路圖。被測介質在液體和空氣的介電常數恒定不變的情況下，其檢測電容Cx相當于介質為空氣部分的電容Co與介質為液體部分的電容Cm并聯組成，且檢測電容Cx與液體的液位高度Hx成線性比例關系，因此根據檢測出的電容值就可以計算出被測介質的液位Hx。

現有的測量方法僅適合于被測介質介電常數εm相對恒定和氣態介質介電常數εm相對恒定場合；由于工業應用環境的復雜性，使液位測量現場環境變化非常復雜，例如，被測介質介電常數的變化、雜散電容的干擾、溫度漂移、掛料等因素的影響，尤其是高溫高壓場合，溫度和壓力的微小變化都會使得介質介電常數發生變化。同一被測介質的介電常數隨溫度、壓力變化而變化，以及電容測量電極內氣態介質介電常數變化等會造成電極測量空值的影響，這些影響均會導致現有的液位計測量誤差較大，降低了液位傳感器的精確度。

針對現有的液位傳感器精確度較差的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種液位傳感器、傳感器系統和液位高度測量方法，以提高液位傳感器的測量精確度和穩定性。

第一方面，本發明實施例提供了一種液位傳感器，包括相互電連接的液位測量裝置和數據處理裝置；該液位測量裝置包括內電極和外電極；內電極包括多段同軸排列的管狀子電極；相鄰的子電極之間相互絕緣；外電極的形狀為管狀；外電極的內徑大于內電極的內徑；外電極嵌套在內電極的外部；外電極與內電極同軸設置；多段子電極分別與數據處理裝置電連接；多段子電極中最頂端的子電極設置為氣體介質變化標定子電極；多段子電極中最末端的子電極設置為液體介質變化標定子電極；數據處理裝置實時且同時檢測多段子電極的電容值，根據電容值輸出液位高度值。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，上述多段同軸排列的管狀子電極固定設置于絕緣軸上；相鄰的子電極之間設置有絕緣環。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，上述內電極表面覆蓋有絕緣套管；絕緣套管的長度與外電極的長度相同。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，上述液位測量裝置以連通器的形式與待測容器連接，設置于待測容器的外側；或者；液位測量裝置設置于待測容器內部。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上述數據處理裝置包括電容檢測電路和微處理器；電容檢測電路用于實時檢測多段子電極的電容值，將多段子電極的電容值發送至微處理器；微處理器用于根據多段子電極的電容值輸出液位高度值。

結合第一方面的第四種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，上述數據處理裝置還包括外部通信接口；外部通信接口與微處理器連接，用于將液位高度值輸出至外部監控設備。

第二方面，本發明實施例提供了一種液位傳感器系統，該系統包括上述液位傳感器，還包括外部監控設備。

第三方面，本發明實施例提供了一種液位高度測量方法，該方法由上述液位傳感器執行，方法包括：當檢測到電容值發生變化的子電極低于液位傳感器最頂端的子電極時，數據處理裝置實時檢測最頂端的子電極的電容值；數據處理裝置根據最頂端的子電極的電容值確定氣體介質變化修正參數；當檢測到電容值發生變化的子電極高于液位傳感器最末端的子電極時，數據處理裝置實時檢測最末端的子電極的電容值；數據處理裝置根據最末端的子電極的電容值確定液體介質變化修正參數；數據處理裝置根據氣體介質變化修正參數、液體介質變化修正參數、各個子電極的實時電容值、各個子電極的標準電容值以及各個子電極的長度，確定待測容器內液體高度值；其中，標準電容值為預先存儲的各個子電極的介質為空氣時的電容值。