本發(fā)明涉及一種雙管柔性的電容式液位傳感器及其測量方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在很多工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常需要測量各種液體物料的高度、體積等參數(shù)，如油罐、水庫、水塔等容器內(nèi)所儲(chǔ)的液體表面的位置或高度。液位測量主要把液位高度改變轉(zhuǎn)化為相關(guān)的可測物理參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)其測量，這些物理參數(shù)可能是電量的或非電量的如電阻、電容、電感、差壓以及聲速和光能等。常用的測量原理的液位傳感器有雷達(dá)液位傳感器、超聲液位傳感器、光電式液位傳感器、差壓液位傳感器、電容式液位傳感器、磁致伸縮液位傳感器等。電容式液位傳感器與磁致伸縮液位傳感器屬于接觸式測量，其中電容式液位傳感器為最常用且最成熟的方法，精度較高、且量程廣。

現(xiàn)有電容液位傳感器大多采用剛性結(jié)構(gòu)，其測量范圍在傳感器設(shè)計(jì)后即固定，很難根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行量程調(diào)節(jié)。而且，由于導(dǎo)電介質(zhì)或非導(dǎo)電介質(zhì)特性的差別，通常情況下，一般傳感器只適用于單類介質(zhì)，或?qū)щ娊橘|(zhì)或非導(dǎo)電介質(zhì)，僅適用某一類液體，局限性較強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種雙管柔性的電容式液位傳感器及其測量方法，同時(shí)適用于導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)、不同液體液位的測量，且測量范圍能夠根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：一種雙管柔性的電容式液位傳感器，包括單股絕緣銅芯線、第一圓筒、第二圓筒、兩個(gè)端板、四個(gè)線纜卡頭組件、彈簧、信號引出電纜；

第一圓筒和第二圓筒結(jié)構(gòu)相同，并排等高放置，兩個(gè)端板分別安裝在第一圓筒和第二圓筒的上下兩端，彈簧位于第一圓筒和第二圓筒之間，且固定在兩個(gè)圓筒上端的端板上；第一圓筒和第二圓筒的上下兩端均設(shè)置有固定線纜卡頭組件，所述固定線纜卡頭組件固定在端板上，且每個(gè)圓筒上下兩端的固定線纜卡頭組件位于該圓筒的中心線上；

單股絕緣銅芯線成U型狀，其中一個(gè)端頭依次穿過第一圓筒下端的固定線纜卡頭組件、第一圓筒和第一圓筒上端的固定線纜卡頭組件，另一個(gè)端頭依次穿過第二圓筒下端的固定線纜卡頭組件、第二圓筒和第二圓筒上端的固定線纜卡頭組件，位于兩個(gè)圓筒中的單股絕緣銅芯線拉直后通過固定線纜卡頭組件固定；

所述第一圓筒和第二圓筒的側(cè)壁上均設(shè)置有信號引出電纜。

位于兩個(gè)圓筒下端的端板能夠沿兩個(gè)圓筒的軸向移動(dòng)。

利用所述電容式液位傳感器進(jìn)行非導(dǎo)電介質(zhì)液體液位的測量方法，包括如下步驟：

(3.1)將電容式液位傳感器放入儲(chǔ)罐中；

(3.2)將單股絕緣銅芯線的芯線作為電容傳感器的一個(gè)電極，第一圓筒和第二圓筒作為電容傳感器的另一電極，測量電容式液位傳感器的初始電容C₀；

(3.3)向儲(chǔ)罐里加注非導(dǎo)電介質(zhì)液體，測量電容式液位傳感器的輸出電容C；

(3.4)利用公式h₁＝△C/k＝(C-C₀)/k計(jì)算液位高度h₁，其中k為液位高度的線性系數(shù)，

其中，ε₀為貯罐中空氣的介電常數(shù)，k₂為單股絕緣銅芯線絕緣層材料的介電常數(shù)與貯罐中空氣的介電常數(shù)的比值，k₁為被測介質(zhì)的介電常數(shù)與貯罐中空氣的介電常數(shù)的比值，D為第一圓筒或第二圓筒內(nèi)徑；d1為單股絕緣銅芯線的絕緣層外徑；d為單股絕緣銅芯線的芯線內(nèi)徑。

利用所述電容式液位傳感器進(jìn)行導(dǎo)電介質(zhì)液體液位的測量方法，包括如下步驟：

(4.1)通過標(biāo)定試驗(yàn)確定電容式液位傳感器的死區(qū)電容C₁；

(4.2)將電容式液位傳感器放入儲(chǔ)罐中，將單股絕緣銅芯線的芯線作為電容傳感器的一個(gè)電極，在單股絕緣銅芯線外的導(dǎo)電介質(zhì)液體作為電容傳感器的另一電極；

(4.3)向儲(chǔ)罐里加注導(dǎo)電介質(zhì)液體，測量電容式液位傳感器的輸出電容C’；

(4.4)利用公式計(jì)算液位高度h₂，

其中D為第一圓筒或第二圓筒內(nèi)徑，d為單股絕緣銅芯線的芯線內(nèi)徑，ε為單股絕緣銅芯線絕緣層材料的介電常數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明電容式液位傳感器的單股絕緣銅芯線與外部液體絕緣，可同時(shí)適用于導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)液體液位的測量，同時(shí)適用于不同液體。

(2)本發(fā)明電容式液位傳感器采用雙管式結(jié)構(gòu)，成倍增加了傳感器的輸出電容，傳感器測量精度高。

(3)本發(fā)明電容式液位傳感器采用單股絕緣銅芯線作為電極，下端的端板可以沿圓筒軸線移動(dòng)，從而可以通過調(diào)整圓筒長度實(shí)現(xiàn)測量范圍的調(diào)整，且操作方便。

(4)本發(fā)明電容式液位傳感器中的單股絕緣銅芯線成U型狀安裝，很好地絕緣導(dǎo)電介質(zhì)，簡化導(dǎo)電介質(zhì)下傳感器的絕緣結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明傳感器俯視圖；

圖3為本發(fā)明傳感器截面視圖；

圖4為本發(fā)明傳感器尺寸以及端板調(diào)節(jié)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

本發(fā)明提供了一種電容式液位傳感器，可同時(shí)適用于導(dǎo)電介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)液體液位的測量。如圖1所示，本發(fā)明電容式液位傳感器包括單股絕緣銅芯線1、第一圓筒21、第二圓筒22、兩個(gè)端板3、四個(gè)線纜卡頭組件4、彈簧5、信號引出電纜6。第一圓筒21、第二圓筒22結(jié)構(gòu)相同，且兩個(gè)圓筒并排等高安裝，兩個(gè)端板3分別安裝在第一圓筒21和第二圓筒22的兩端，彈簧5位于兩個(gè)圓筒之間，且固定在上端的端板上。每個(gè)圓筒的上下兩端均設(shè)置有固定線纜卡頭組件4，固定線纜卡頭組件4固定在端板3上，且每個(gè)圓筒上下兩端的固定線纜卡頭組件4位于該圓筒的中心線上。

單股絕緣銅芯線1包括芯線11和絕緣層12，單股絕緣銅芯線1成U型狀安裝，其中一個(gè)端頭依次穿過第一圓筒21下端的固定線纜卡頭組件、第一圓筒21和第一圓筒21上端的固定線纜卡頭組件，另一個(gè)端頭依次穿過第二圓筒22下端的固定線纜卡頭組件、第二圓筒22和第二圓筒22上端的固定線纜卡頭組件，位于兩個(gè)圓筒中的單股絕緣銅芯線1拉直，并確保與所在圓筒同軸后，通過固定線纜卡頭組件4固定。U型狀安裝保證了傳感器下端無電纜接頭，可保證單股絕緣銅芯線1的芯線11與接觸的導(dǎo)電介質(zhì)通過絕緣層12絕緣。第一圓筒21和第二圓筒22的側(cè)壁上均設(shè)置有信號引出電纜6，取單股絕緣銅芯線1的其中一端的芯線11連接信號引出電纜6。

兩個(gè)圓筒下端的端板能夠沿圓筒軸向移動(dòng)，同時(shí)單股絕緣銅芯線1長度和緊度也可以調(diào)整，從而能夠調(diào)整傳感器測量范圍。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)圓筒下端的端板能夠沿圓筒軸向移動(dòng)的一種結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，在第一圓筒21和第二圓筒22相對的側(cè)壁上設(shè)計(jì)一定長度的長槽，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)圓筒下端的端板的上下移動(dòng)。兩個(gè)圓筒下端端板可以通過彈簧5的壓縮反作用力和單股絕緣銅芯線的拉力約束固定。另外，也可通過鎖定螺釘?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)固定：圓筒下端的端板設(shè)計(jì)螺紋孔，當(dāng)圓筒下端的端板移動(dòng)到所需位置后，在螺紋孔安裝螺釘，將圓筒下端的端板鎖緊在圓筒側(cè)壁。

如圖2所示，端板3設(shè)計(jì)有液體導(dǎo)流孔。

如圖3和圖4所示，利用本發(fā)明傳感器，按照如下方法測量非導(dǎo)電介質(zhì)液體液位：

(1)將電容式液位傳感器放入儲(chǔ)罐中，將單股絕緣銅芯線的芯線11作為電容傳感器的一個(gè)電極，第一圓筒21和第二圓筒22作為電容傳感器的另一電極，電容式液位傳感器的初始電容C₀由空氣介質(zhì)和單股絕緣銅芯線的絕緣層12兩部分電容串聯(lián)組成，經(jīng)計(jì)算其初始電容C₀為：

(2)向儲(chǔ)罐里加注非導(dǎo)電介質(zhì)液體，測量電容式液位傳感器的輸出電容C，

(3)非導(dǎo)電介質(zhì)液體引起的電容差值

令則△C＝kh₁。

(4)利用公式h₁＝△C/k＝(C-C₀)/k計(jì)算液位高度h₁，其中k為液位高度的線性系數(shù)，

其中，ε₀為貯罐中空氣的介電常數(shù)，k₂為單股絕緣銅芯線1絕緣層材料的介電常數(shù)與貯罐中空氣的介電常數(shù)的比值，k₁為被測介質(zhì)的介電常數(shù)與貯罐中空氣的介電常數(shù)的比值，D為第一圓筒或第二圓筒內(nèi)徑，d1為單股絕緣銅芯線1的絕緣層外徑，d為單股絕緣銅芯線1的芯線內(nèi)徑，l為第一圓筒21或第二圓筒22長度，h1為液位高度。

按照如下方法測量導(dǎo)電介質(zhì)液體液位：

(1)通過標(biāo)定試驗(yàn)確定電容式液位傳感器的死區(qū)電容C₁；

(2)將電容式液位傳感器放入儲(chǔ)罐中，將單股絕緣銅芯線1的芯線作為電容傳感器的一個(gè)電極，在單股絕緣銅芯線1外的導(dǎo)電介質(zhì)液體作為電容傳感器的另一電極；

(3)向儲(chǔ)罐里加注導(dǎo)電介質(zhì)液體，測量電容式液位傳感器的輸出電容C’；

(4)導(dǎo)電介質(zhì)液體引起的電容差值△C'

(5)利用公式計(jì)算液位高度h₂，

其中，ε為單股絕緣銅芯線1絕緣層材料的介電常數(shù)。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。