CN101910806B - 电容式液位传感器和用于估算液位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定液体(2)的液位的电容式液位传感器。设置带有塑料包套(6)的两个电极(5)和用于检测电极之间的电容的电容测量装置(10)。估算装置(20)用于在考虑位于液体中的和液体外部的塑料包套(6)区段的不同介电常数的情况下基于所检测的电容来估算电极之间的液体(2)的液位(h)。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容式液位传感器和一种用于估算液位的方法，尤其用于借助电容式液位传感器连续地估算液体容器中的液位。
背景技术
由DE195 11 556C1和DE197 28 280A1已知电容式液位传感器。这些传感器具有两个相互置入的、圆柱形外形的金属电极。液体能够流入两个圆柱体之间的中间室中并且根据液位高度填充中间室。在此，具有较高介电常数的液体排挤具有相对较低介电常数的空气。两个电极之间的电容相应于两个电极之间的液体的份额产生。求值电路确定电容并且基于该电容估算液位高度。
在使用液位传感器时要注意：电位传感器的电极相对于液体是稳定的。因此，对于特别反应活性的液体，例如尿素酸，必须使用由贵金属或者耐腐蚀的钢制成的特别高价值的电极。
发明内容
因此，根据本发明的液位传感器规定了下列特征：具有塑料包套的两个电极，用于检测电极之间的电容的电容测量装置，以及用于在考虑位于液体中和液体外部的塑料包套区段的不同介电常数的情况下基于所检测的电容来估算电极之间的液体的液位(h)的估算装置。
根据本发明的液位传感器利用金属电极的塑料涂层。由此实现改善的耐蚀性。在此，此外根据本发明考虑，塑料借助液体浸湿，以便对于相同暴露的金属电极实现可比较的测量精度。
根据本发明的另一观点，一种用于估算液位的方法规定了如下步骤：检测两个具有塑料包套的电极之间的电容，在考虑位于液体中和液体外部的塑料包套区段的不同介电常数的情况下基于所检测的电容来估算液体的液位。
附图说明
下面根据优选实施方式和附图解释本发明。附图示出：
图1液位传感器的示意性结构的横剖面，
图2图1的液位传感器的框图。
具体实施方式
在液体容器1中存在直至液位高度h的液体2。根据一种实施方式，液位传感器4以它的两个电极5浸入到液体2中。该两个电极5涂覆有塑料包套6。这样地选择塑料包套6的材料，使得该材料相对于液体2是稳定的，传感器4典型地被液体环绕冲洗。
两个电极5构成具有电容C的电容器。电容C与电极5的几何尺寸以及位于电极之间的电介质有关。在电极5的下部区域中，液体2主导介电特性，塑料6还起较小部分的作用。在电极5的上部区段中，塑料6以与空气明显不同的、典型的4至4.5的介电常数以不可忽略的方式起作用，尽管壁厚相对小。
塑料包套的塑料被液体2浸湿。在此，介电常数典型地变化，直至塑料被液体渗透。该过程很大程度上是可逆的。如果塑料与空气接触那么该塑料变干。此时，塑料的介电常数返回到它的原始值。
在第一模型中，电容可以近似作为浸入到液体中的下部区段和位于空气中的上部区段的并联。
该没有位于液体中的上部区段近似作为由两个上部电容器构成的串联电路。第一上部电容器相当于塑料包套6的位于空气中的区段，其中，以具有相应介电常数的干塑料为基础。第二上部电容器相当于塑料包套6之间的被空气填充的中间室。
该位于液体中的下部区段近似作为由两个下部电容器构成的串联电路。第一下部电容器相当于塑料包套6的位于液体中的区段，其中，以具有相应介电常数的、被液体浸湿的塑料为基础。第二下部电容器相当于塑料包套6之间的被液体填充的中间室。
液位高度h确定下部区段和上部区段对总电容作出贡献的份额。
用于估算液位高度的方法首先确定电容。为此，设有电容测量装置10，该电容测量装置与两个电极5耦合。之后求值装置21根据电容和具有并联电路的上述模型确定液位高度h。为此求得：为了与所测量的电容一致，上部区段和下部区段必须具有多少份额。
另一实施方式考虑到在从容器1中取出液体2时可能出现的变化。在取出时，液位h下降并且因此所测量的电容也减小。该测量装置10检测电容变化。
由于液位h的下降，塑料包套6的之前被液体润湿的区段暴露在空气中。该塑料包套6以从若干分钟到几小时的典型时间常数干燥。在此，在塑料上介电常数可以变化，多数情况下介电常数下降，例如从4.4下降到4.0。因此，电容也以该时间常数变化。在取出液体2后不久，由测量装置10输出的测量值例如过大，因为塑料还没有干透。如果如在上面描述的用于确定液位高度h的方法中那样将上部区段中的干塑料作为估算算法的基础，则随着时间的增加该测量值接近预期的测量值。
为了补偿由干燥所决定的变化值，该液位传感器4可采用塑料的一介电常数，该介电常数位于干塑料的介电常数与浸湿的塑料的介电常数之间。
液位传感器4的另一实施方式考虑到介电常数随时间的变化。为此，设有补偿装置20或者相应的方法步骤。
由测量装置10输出的测量值输入到高通滤波器11。该高通滤波器这样地设计，使得相应于由塑料干燥引起的电容变化的信号被抑制。对此，高通滤波器的时间常数可比典型的干燥时间常数小一个数量级。然而，该高通滤波器具有足够小的时间常数，使得由容器1的直接充注或者排空所决定的信号被继续传输。电容的快速变化由高通滤波器11输出。
高通滤波器11的输出端与求和器12和累加存储器13连接。该求和器12累加到目前为止的电容快速变化并且将该值储存到累加存储器13中。
衰减元件14、15对累加存储器13作用，该衰减元件使累加存储器13中的值以预给定的衰减速率减小。这可以例如通过有规律地乘以一个小于1的值a实现。该衰减速率可相当于塑料的典型干燥速率。因此，由该累加存储器13提供的校正值与塑料的干燥同步地减小。
累加存储器13中的校正值可输入到标定装置18，该标定装置将校正值与一恒定不变的负值b相乘。
标定装置18的输出值和来自测量装置10的值通过加法器16累加。输出装置17输出基于总和的、估算的液位值，其中，对于处于空气中的区段假定为干的塑料。输出装置的功能方式和结构可相当于求值装置21。
累加存储器13产生校正加数，该校正加数相应于干燥时间常数减小。在预计不再由于干燥而引起变化的时间点，该校正加数也减小到0。
滤波器11、求和器12、累加存储器13、衰减部件14、15以及乘法器18可以借助模拟的或者数字的构件实现。
Claims (8)
1.电容式液位传感器，具有：带有塑料包套(6)的两个电极(5)，用于检测电极(5)之间的电容的电容测量装置(10)，以及用于在考虑位于液体中的和液体外部的塑料包套(6)区段的不同介电常数的情况下基于所检测的电容来估算电极之间的液体(2)的液位(h)的估算装置(20)，其中，设有补偿装置，用于补偿所检测的电容的、由塑料包套(6)区段的介电常数在该区段在液位(h)下降后变干时的变化所决定的漂移，其特征在于，液体中的塑料被该液体浸湿。
2.根据权利要求1的电容式液位传感器，其中，所述补偿装置包括：用于确定电容的高频变化的高通滤波器(11)；用于将电容的高频变化累加成累加值的累加器(12，13)；用于以一衰减速率周期性地衰减累加值的衰减部件(14，15)；以及加法器(16)，该加法器与电容测量装置(10)以及用于以所述累加值补偿所检测的电容的累加器(12，13)耦合。
3.根据权利要求2的电容式液位传感器，其中，高通滤波器具有时间常数，该时间常数的倒数位于液位高度(h)的变化速率和介电常数在塑料包套(6)的塑料变干时的变化速率之间。
4.根据权利要求2或3的电容式液位传感器，所述衰减速率被选择得等于介电常数在塑料包套(6)的塑料变干时的变化速率。
5.用于估算液位的方法，具有以下步骤：检测两个具有塑料包套(6)的电极(5)之间的电容，并且，在考虑位于液体中的和液体外部的塑料包套(6)区段的不同介电常数的情况下基于所检测的电容来估算电极(5)之间的液体(2)的液位(h)，其中规定，液体中的塑料被该液体浸湿，其中，所检测的电容的、由塑料包套(6)的区段的介电常数在该区段在液位(h)下降后变干时的变化所决定的漂移被补偿。
6.根据权利要求5的方法，其中，该补偿具有如下分步骤：借助高通滤波器确定电容的高频变化；将电容的高频变化累加成累加值；以一衰减速率周期性地衰减该累加值；并且以该累加值补偿所检测的电容。
7.根据权利要求6的方法，其中，确定电容的高频变化，这些变化具有一频率，该频率位于液位高度的变化速率和介电常数在塑料包套的塑料变干时的变化速率之间。
8.根据权利要求6或7的方法，其中，所述衰减速率被选择得等于介电常数在塑料包套(6)的塑料变干时的变化速率。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |