[發(fā)明專利]一種數(shù)字式電容液位測量系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711245674.8
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108020294A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段文浩;張佳;張家仙;耿衛(wèi)國;管理;朱子環(huán);馬軍強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種數(shù)字式電容液位測量系統(tǒng)。在液體火箭發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中，低溫推進(jìn)劑(如液氫、液氧、液態(tài)甲烷等)的穩(wěn)態(tài)流量是發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。目前，我所使用自主研制的分節(jié)式電容液面計(jì)和配套電容變換儀加上采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)來構(gòu)成流量測量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在氫氧發(fā)動機(jī)高空模擬試驗(yàn)和校準(zhǔn)試驗(yàn)中的高精度穩(wěn)態(tài)流量測量和實(shí)時液位監(jiān)測。為了提高電容式液位計(jì)的精度及可靠性，我們對變送儀表的性能進(jìn)行了改進(jìn)，研制了基于FPGA的數(shù)字式液位測量儀，使得僅由分節(jié)式液位傳感器、數(shù)字式液位測量儀和計(jì)算機(jī)就可構(gòu)成一套完整的解決方案，實(shí)現(xiàn)了儀器的智能化和數(shù)字化。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種液位測量儀器和上位機(jī)采集軟件，具體涉及一種可用于低溫介質(zhì)的液位測量系統(tǒng)，屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在液體火箭發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中，低溫推進(jìn)劑(如液氫、液氧、液態(tài)甲烷等)的穩(wěn)態(tài)流量是發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。目前，北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所使用自主研制的分節(jié)式電容液面計(jì)和配套電容變換儀加上采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)來構(gòu)成流量測量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在氫氧發(fā)動機(jī)高空模擬試驗(yàn)和校準(zhǔn)試驗(yàn)中的高精度穩(wěn)態(tài)流量測量和實(shí)時液位監(jiān)測。

就傳感器(分節(jié)式電容液面計(jì))而言技術(shù)已經(jīng)成熟，但配套電容變換儀卻存在穩(wěn)定性不高、精度不高、和智能化程度不高的缺陷，由于其內(nèi)部是純模擬電路，其中每一個信號處理環(huán)節(jié)都需通過調(diào)節(jié)電位器來實(shí)現(xiàn)，電路中電位器多達(dá)幾十個，一旦不小心觸碰某一電位器會使事先調(diào)試好的電路發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出信號失真。這種模擬電路加調(diào)節(jié)電位器實(shí)現(xiàn)的方法比較原始，在北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所試驗(yàn)臺的應(yīng)用中已暴露出一些問題。

為了提高電容式液位計(jì)的精度及可靠性，我們對變送儀表的性能進(jìn)行了改進(jìn)，研制了基于FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)的數(shù)字式液位測量儀，該儀器內(nèi)部電路高度集成，對信號的處理通過在FPGA中用Verilog HDL(硬件描述語言)語言編程實(shí)現(xiàn)，載波穩(wěn)定度高，儀器抗電磁干擾性強(qiáng)。另外，該儀器集采集和通信于一體，輸出信號為數(shù)字信號，可通過串口直接與計(jì)算機(jī)通信，使得僅由分節(jié)式液位傳感器、數(shù)字式液位測量儀和計(jì)算機(jī)就可構(gòu)成一套完整的解決方案，實(shí)現(xiàn)了儀器的智能化和數(shù)字化。

發(fā)明內(nèi)容

該測量系統(tǒng)由分節(jié)式電容液位傳感器、基于FPGA的數(shù)字式電容液位測量儀、LabVIEW上位機(jī)采集軟件組成。

根據(jù)實(shí)際測量需要，研制的數(shù)字式電容液位測量儀具有如下功能與特性：

(1)可實(shí)時測量顯示傳感器的總電容值，并可根據(jù)電容值的變化通過硬件程序中的公式自動計(jì)算并顯示出液位容積；

(2)可顯示三角波電壓值，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)三角波的零位和幅度，系統(tǒng)的阻尼時間小，實(shí)時跟蹤能力強(qiáng)；

(3)采用電容三端測量技術(shù)，消除前后端可數(shù)百米傳輸線纜帶來的約幾萬pF的隨機(jī)分布電容、電磁干擾和共模干擾影響。

(4)對傳感器電容變化有極高的變換靈敏度，分辨率為1pF，系統(tǒng)工作穩(wěn)定性高。

(5)輸出信號為數(shù)字信號，可通過串口直接與上位機(jī)通信。

附圖說明

圖1為數(shù)字式電容液位測量儀前面板；

圖2為數(shù)字式電容液位測量儀后面板。

具體實(shí)施方式