專利名稱：電容陣列式液位傳感器探頭及使用這種探頭的液位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電容陣列式液位傳感器探頭及使用這種探頭的液位傳感器技術(shù)方案本實(shí)用新型涉及一種液位傳感器探頭及使用這種探頭的液位傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電容式液位傳感器的測(cè)量裝置是通過(guò)被測(cè)物體介電常數(shù)的不同，將液位高 度變化轉(zhuǎn)換成電容來(lái)進(jìn)行液位測(cè)量，這就需要測(cè)量精確的電容容值才能實(shí)現(xiàn)，但是由于電 容式液位計(jì)采用浸入式測(cè)量法，液體流掛等原因?qū)е码娙萑葜档恼`差較大，外界干擾對(duì)電 容容值影響也很明顯；同時(shí)，微電容檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字處理電路受外界條件的影響也導(dǎo)致電 容容值的誤差較大，上述原因?qū)е卢F(xiàn)有的電容式液位傳感器的測(cè)量裝置的測(cè)量精度低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有的電容式液位傳感器的測(cè)量裝置的測(cè)量精度低的問(wèn) 題，從而提出了一種電容陣列式液位傳感器探頭及使用這種探頭的液位傳感器。電容陣列式液位傳感器探頭，它包括兩塊絕緣板，它還包括第一極板和第二極板， 所述第一極板和第二極板分別固定在兩塊絕緣板上；第一極板由N個(gè)相同的一號(hào)電極塊組 成，且相鄰兩個(gè)一號(hào)電極塊之間的間距相等；第二極板由M個(gè)相同的二號(hào)電極塊組成；所述 第二極板是第一極板的公共極板，所述第一極板中的一號(hào)電極塊與第二極板中的二號(hào)電極 塊對(duì)應(yīng)組成電容；N為整數(shù)，M = 1、2......N中的任意一個(gè)值，且N為M的整數(shù)倍。基于上述裝置的液位傳感器，它還包括變送器，所述變送器包括多路模擬開(kāi)關(guān)、電 容檢測(cè)電路、單片機(jī)和V-I轉(zhuǎn)換電路，所述單片機(jī)控制多路模擬開(kāi)關(guān)逐一選擇電容，電容檢 測(cè)電路檢測(cè)每個(gè)電容的容值，并將檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)進(jìn)行處理后通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換 后輸出。本實(shí)用新型在使用時(shí)，將液位傳感器的探頭伸入液體中，由于液體的介電常數(shù)和 空氣的介電常數(shù)的差別，導(dǎo)致每個(gè)小電容在液面下的容值發(fā)生改變，通過(guò)檢測(cè)小電容容值 發(fā)生改變的位置，從而判斷液位高度。本實(shí)用新型無(wú)需測(cè)量具體的電容容值，避免了電容容 值受外界影響發(fā)生變化而導(dǎo)致測(cè)量精度低和零點(diǎn)漂移過(guò)大的問(wèn)題；本發(fā)明的測(cè)量精度高， 不僅能精確的測(cè)量液體的液位，還能有效的分辨不同介質(zhì)的多層液體的分界面，測(cè)量每種 液體的液位。

圖1是是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施 方式二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
四的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
五的變送器的信號(hào)流程示 意圖；圖7是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
五液位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一、電容陣列式液位傳感器探頭，它包括兩塊絕緣板4，它還包括第 一極板1和第二極板2，所述第一極板1和第二極板2分別固定在兩塊絕緣板4上；第一極 板1由N個(gè)相同的一號(hào)電極塊1-1組成，且相鄰兩個(gè)一號(hào)電極塊1-1之間的間距相等；第二 極板2由M個(gè)相同的二號(hào)電極塊2-1組成；所述第二極板2是第一極板1的公共極板，所述 第一極板1中的一號(hào)電極塊1-1與第二極板2中的二號(hào)電極塊2-1對(duì)應(yīng)組成電容；N為整 數(shù)，M= 1、2......N中的任意一個(gè)值，且N為M的整數(shù)倍。本實(shí)施方式中，一號(hào)電極塊1-1的數(shù)量為二號(hào)電極塊2-1數(shù)量的整數(shù)倍，例如3 倍，其中每四個(gè)一號(hào)電極塊1-1與一個(gè)二號(hào)電極塊相對(duì)設(shè)置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖2說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方 式一所述的一種電容陣列式液位傳感器探頭的區(qū)別在于，M = 1，所述第一極板1中的N個(gè) 一號(hào)電極塊1-1與第二極板2中的一個(gè)二號(hào)電極塊2-1對(duì)應(yīng)組成N個(gè)電容。
具體實(shí)施方式
三、結(jié)合圖3說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方 式一所述的一種電容陣列式液位傳感器探頭的區(qū)別在于，M = N，且相鄰兩個(gè)二號(hào)電極塊 2-1之間的間距相等；每個(gè)二號(hào)電極塊2-1均與一個(gè)一號(hào)電極塊1-1相對(duì)設(shè)置，且第一極板 1中的N個(gè)一號(hào)電極塊1-1與第二極板2中的M個(gè)二號(hào)電極塊2-1對(duì)應(yīng)組成N個(gè)電容。
具體實(shí)施方式
四、結(jié)合圖4說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方 式一所述的一種電容陣列式液位傳感器探頭的區(qū)別在于，M = N，且相鄰兩個(gè)二號(hào)電極塊 2-1之間的間距相等；第二極板2上的二號(hào)電極塊2-1與第一極板1上的一號(hào)電極塊1-1交 錯(cuò)設(shè)置，且第一極板1中的N個(gè)一號(hào)電極塊1-1與第二極板2中的M個(gè)二號(hào)電極塊2-1對(duì) 應(yīng)組成N個(gè)電容。第一極板1和第二極板2中第二極板2相對(duì)于第一極板1沿排列方向平移L個(gè)距 離，L的范圍在0至一個(gè)極板長(zhǎng)度與一個(gè)間距長(zhǎng)度和之間。
具體實(shí)施方式
三和具體實(shí)施方式
四中的第一極板1上的相鄰兩個(gè)一號(hào)電極塊1-1 之間的間距與第二極板2上的相鄰兩個(gè)二號(hào)電極塊2-1之間的間距相等。
具體實(shí)施方式
五、基于具體實(shí)施方式
一所述的一種電容陣列式液位傳感器探頭的 液位傳感器，它還包括變送器3，所述變送器3包括多路模擬開(kāi)關(guān)3-1、電容檢測(cè)電路3-2、單 片機(jī)3-3和V-I轉(zhuǎn)換電路3-4，所述單片機(jī)3-3控制多路模擬開(kāi)關(guān)3-1逐一選擇電容，電容 檢測(cè)電路3-2檢測(cè)每個(gè)電容的容值，并將檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)3-3進(jìn)行處理后通過(guò)V/I轉(zhuǎn) 換電路3-4轉(zhuǎn)換后輸出。本實(shí)施方式是電容中的一個(gè)極板分成若干個(gè)小電極塊，并縱向排成一列，保持等 間距，另一個(gè)極板作為公共極板。檢測(cè)電路采用基于充放電原理的檢測(cè)方法，由于液體的介 電常數(shù)和空氣介電常數(shù)差別很大，因此，每個(gè)小電容在液面上和液面下的容值會(huì)發(fā)生突變。 采用單片機(jī)檢測(cè)電容容值發(fā)生突變的位置來(lái)判斷液位高度，而無(wú)需測(cè)量具體的電容容值， 這就避免了電容容值受外界影響發(fā)生變化而導(dǎo)致測(cè)量精度不高和零點(diǎn)漂移過(guò)大的問(wèn)題。同 時(shí)，根據(jù)對(duì)測(cè)量精度指標(biāo)要求的不同，可以合理設(shè)計(jì)各個(gè)小電容的長(zhǎng)、寬和它們之間的間 距，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。通過(guò)采用不同材料的電容極板，可以測(cè)量具有腐蝕性的液體高 度。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如圖7所示，第一極板1和第二極板2分別與一塊固定板11通過(guò)螺釘12固定在殼體10內(nèi)側(cè)，第一極板1和第二極板2之間的空隙為液體流入?yún)^(qū)域。變 送器3安裝在殼體10末端形成的空腔中。所述殼體10末端的空腔與傳感器探頭之間使用 密封圈13密封。所述殼體10末端的空腔上開(kāi)有電連接口 14，電極片及變送器相關(guān)部件的 線路通過(guò)電連接口 14與外部相連。
具體實(shí)施方式
六、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
五所述的一種電容陣列式液位 傳感器探頭的液位傳感器的區(qū)別在于，電容檢測(cè)電路3-2包括方波發(fā)生電路3-2-1、充放電 電路3-2-2、C/V轉(zhuǎn)換電路3-2-3、低通濾波電路3_2_4和放大比較電路3_2_5，所述方波發(fā) 生電路3-2-1的波形信號(hào)輸出端與充放電電路3-2-2的信號(hào)輸入端連接；所述充放電電路 3-2-2的信號(hào)輸出端與C/V轉(zhuǎn)換電路3-2-3的信號(hào)輸入端連接；C/V轉(zhuǎn)換電路3_2_3的信號(hào) 輸出端與低通濾波電路3-2-4的信號(hào)輸入端連接；低通濾波電路3-2-4的信號(hào)輸出端與放 大比較電路3-2-5的信號(hào)輸入端連接，方波發(fā)生電路3-2-1的信號(hào)輸入端作為電容檢測(cè)電 路3-2的信號(hào)輸入端；放大比較電路3-2-5的信號(hào)輸出端作為電容檢測(cè)電路3-2的信號(hào)輸 出端。電容檢測(cè)電路3-2采用充放電原理，由方波發(fā)生電路3-2-1、充放電電路3-2-2、放 大比較電路3-2-5實(shí)現(xiàn)?；诔浞烹娫頇z測(cè)電路的優(yōu)點(diǎn)是抗寄生電容和雜散電容。
具體實(shí)施方式
七、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
五或六所述的一種電容陣列式 液位傳感器探頭的液位傳感器的區(qū)別在于，單片機(jī)3-3是型號(hào)為英飛凌公司的XC866的單 片機(jī)。
權(quán)利要求電容陣列式液位傳感器探頭，它包括兩塊絕緣板(4)，其特征是它還包括第一極板(1)和第二極板(2)，所述第一極板(1)和第二極板(2)分別固定在兩塊絕緣板(4)上；第一極板(1)由N個(gè)相同的一號(hào)電極塊(1-1)組成，且相鄰兩個(gè)一號(hào)電極塊(1-1)之間的間距相等；第二極板(2)由M個(gè)相同的二號(hào)電極塊(2-1)組成；所述第二極板(2)是第一極板(1)的公共極板，所述第一極板(1)中的一號(hào)電極塊(1-1)與第二極板(2)中的二號(hào)電極塊(2-1)對(duì)應(yīng)組成電容；N為整數(shù)，M＝1、2......N中的任意一個(gè)值，且N為M的整數(shù)倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容陣列式液位傳感器探頭，其特征在于M=1，所述第一極 板(1)中的N個(gè)一號(hào)電極塊(1-1)與第二極板(2)中的一個(gè)二號(hào)電極塊(2-1)對(duì)應(yīng)組成N 個(gè)電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容陣列式液位傳感器探頭，其特征在于M= N，且相鄰兩個(gè) 二號(hào)電極塊(2-1)之間的間距相等；每個(gè)二號(hào)電極塊(2-1)均與一個(gè)一號(hào)電極塊(1-1)相 對(duì)設(shè)置，且第一極板(1)中的N個(gè)一號(hào)電極塊(1-1)與第二極板(2)中的M個(gè)二號(hào)電極塊 (2-1)對(duì)應(yīng)組成N個(gè)電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容陣列式液位傳感器探頭，其特征在于M= N，且相鄰兩個(gè) 二號(hào)電極塊(2-1)之間的間距相等；第二極板(2)上的二號(hào)電極塊(2-1)與第一極板(1) 上的一號(hào)電極塊(1-1)交錯(cuò)設(shè)置，且第一極板(1)中的N個(gè)一號(hào)電極塊(1-1)與第二極板(2)中的M個(gè)二號(hào)電極塊(2-1)對(duì)應(yīng)組成N個(gè)電容。
5.使用權(quán)利要求1所述的電容陣列式液位傳感器探頭的液位傳感器，其特征是它還 包括變送器(3)，所述變送器(3)包括多路模擬開(kāi)關(guān)(3-1)、電容檢測(cè)電路(3-2)、單片機(jī) (3-3)和V-I轉(zhuǎn)換電路(3-4)，所述單片機(jī)(3-3)控制多路模擬開(kāi)關(guān)(3-1)逐一選擇電容， 電容檢測(cè)電路(3-3)檢測(cè)每個(gè)電容的容值，并將檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)(3-3)進(jìn)行處理后通 過(guò)V/I轉(zhuǎn)換電路(3-4)轉(zhuǎn)換后輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容陣列式液位傳感器探頭的液位傳感器，其特征在于電容 檢測(cè)電路(3-2)包括方波發(fā)生電路(3-2-1)、充放電電路(3-2-2)、C/V轉(zhuǎn)換電路(3_2_3)、 低通濾波電路(3-2-4)和放大比較電路(3-2-5)，所述方波發(fā)生電路(3-2-1)的波形信號(hào) 輸出端與充放電電路(3-2-2)的信號(hào)輸入端連接；所述充放電電路(3-2-2)的信號(hào)輸出端 與C/V轉(zhuǎn)換電路(3-2-3)的信號(hào)輸入端連接；C/V轉(zhuǎn)換電路(3-2-3)的信號(hào)輸出端與低通濾 波電路(3-2-4)的信號(hào)輸入端連接；低通濾波電路(3-2-4)的信號(hào)輸出端與放大比較電路 (3-2-5)的信號(hào)輸入端連接，方波發(fā)生電路(3-2-1)的信號(hào)輸入端作為電容檢測(cè)電路(3-2) 的信號(hào)輸入端；放大比較電路(3-2-5)的信號(hào)輸出端作為電容檢測(cè)電路(3-2)的信號(hào)輸出 端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電容陣列式液位傳感器探頭的液位傳感器，其特征在于 單片機(jī)(3-3)是型號(hào)為XC866的單片機(jī)。
專利摘要電容陣列式液位傳感器探頭及使用這種探頭的液位傳感器，它涉及一種液位傳感器探頭及使用這種探頭的液位傳感器。本實(shí)用新型解決現(xiàn)有的電容式液位傳感器的測(cè)量裝置的測(cè)量精度低的問(wèn)題。電容陣列式液位傳感器探頭，它的第一極板由N個(gè)相同的一號(hào)電極塊組成，第二極板由M個(gè)相同的二號(hào)電極塊組成；第二極板作為第一極板的公共極板，每個(gè)一號(hào)電極塊均與第二極板上的一個(gè)二號(hào)電極塊對(duì)應(yīng)組成一個(gè)電容。使用上述傳感器探頭的液位傳感器，它的單片機(jī)控制多路模擬開(kāi)關(guān)逐一選擇電容，電容檢測(cè)電路檢測(cè)每個(gè)電容的容值，并將檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)進(jìn)行處理后通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后輸出。本實(shí)用新型適用于液位測(cè)量過(guò)程中。
文檔編號(hào)G01F23/26GK201583315SQ20102011278
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者于云選, 劉志遠(yuǎn), 吳亞林, 宋成艷, 李冰冰, 王惠玲, 董玉榮, 蔡春麗 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所