CN103353324B - 一种自校准的电容式液位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自校准的电容式液位传感器，包括测量电路模块、传感器外壳、传感器外圆筒、主探头、辅助探头及探头引线，其特征在于探头引线是一种双层屏蔽结构，由里到外依次共6层结构：芯线、芯线绝缘层、内屏蔽层、内屏蔽绝缘层、外屏蔽层、外屏蔽绝缘层，探头引线的芯线、内屏蔽层、外屏蔽层以及主探头都与测量电路模块连接，所述测量电路模块还包含至少两个电压跟随电路。本发明具有以下有益效果：通过跟随电路产生与探头激励信号同幅度同相位的电压，有效提高了测量精度和仪表的稳定性。通过在芯线的外屏蔽层施加与主探头同幅度同相位的电压，隔绝了主探头与辅助探头之间的影响，大大地提高了产品的测量精度和长期工作稳定性。

Description

一种自校准的电容式液位传感器

技术领域

本发明涉及一种测量液体介质液位高度的电容式传感器，尤其是能自动探测被测介质介电常数的变化，仪表能自动修正液位高度测量结果，得到准确的液位高度值。

背景技术

使用测量电容量的变化来确定液位值的方法很早以前就被采用了，基于该原理的液位计产品也非常多。该类型的仪表一般都采用同轴电容器的原理，中心的探棒与外围的圆筒构成一个测量腔室，腔室空的时候由空气的介电常数决定了电容量的大小，充满被测液体后由被测液体的介电常数决定电容量的大小，充满液体的程度不同，所表现出来的电容大小也不同。这种结构在被测液体的介电常数非常稳定时能精确测量出液面高度，但实际情况是一般液体的介电常数随温度和所含杂质的不同表现出一定的变化，这给实际测量带来了较大误差。

后来技术人员提出了一种自动校准的传感器，用一个辅助探头感知被测液体介电常数的变化，用来修正主探头的测量结果，这在一定程度上增强了传感器的精确度，增强了被测液体种类的适应能力，当然，补偿功能只有在辅助探头完全置于被测液体中才会生效。自动校准的传感器由于引入了辅助探头，仪表的结构和电路设计相对要复杂一些，目前的产品在主探头与辅助探头之间的相互干扰方面没有采取有效措施，甚至探头引线的长短和轻微的震动都能造成测量误差，特别是仪表出厂后在运输和安装使用过程中因震动或内部应力等原因必然造成引线形态的变化，这直接给现有产品造成了测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有自带介质补偿功能的电容式液位传感器存在的问题，提供一种具有独特的引线结构和驱动电路的自校准的电容式液位传感器，很好地解决了辅助探头和主探头之间的信号干扰问题和引线形态改变造成测量误差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种自校准的电容式液位传感器，包括测量电路模块、传感器外壳、传感器外圆筒、主探头、辅助探头及探头引线，其特征在于探头引线是一种双层屏蔽结构，由里到外依次共6层结构：芯线、芯线绝缘层、内屏蔽层、内屏蔽绝缘层、外屏蔽层、外屏蔽绝缘层，探头引线的芯线、内屏蔽层、外屏蔽层以及主探头都与测量电路模块连接，所述测量电路模块还包含至少两个电压跟随电路。

所述主探头通过导线与第一个跟随电路的输入端电连接，引线外屏蔽层通过导线与第一跟随电路的输出端电连接，引线芯线与第二跟随电路的输入端电连接，引线内屏蔽层通过导线与第二跟随电路的输出端电连接，第一跟随电路和第二跟随电路的输入端分别与测量电路模块的激励信号发生电路相连。

所述辅助探头通过辅助探头连接件与芯线连接，主探头和辅助探头连接件为空心结构，芯线与辅助探头连接后从辅助探头连接件及主探头的空心结构中引出连接到测量电路模块。

所述主探头、辅助探头、辅助探头连接件处于传感器外圆筒的轴心位置，主探头和辅助探头分别与传感器外圆筒构成两个同轴电容器。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：通过跟随电路产生与探头激励信号同幅度同相位的电压，消除了与被测介质测量无关的杂散电场，消除了引线长度、主探头和辅助探头引线之间的电场干扰，有效提高了测量精度和仪表的稳定性。通过在探头引线内屏蔽层施加与芯线同幅度同相位的电压，使芯线周围的电场强度为零，隔绝了芯线与空心圆棒式的主探头之间的影响，测量电场只在辅助探头与传感器外圆筒之间产生，从而辅助探头的测量只对辅助探头与外圆筒之间的空间有效。通过在芯线的外屏蔽层施加与主探头同幅度同相位的电压，使主探头内部的电场强度为零，隔绝了主探头与辅助探头之间的影响，测量电场只在主探头和传感器外圆筒之间产生，从而主探头的测量只对主探头与外圆筒之间的空间有效，使得传感器对探头引线的长短和位置都不敏感，大大地提高了产品的测量精度和长期工作稳定性。

附图说明

图1是电容式液位传感器的结构示意图。

图2是电容式液位传感器测量电路模块所包含的电压跟随电路示意图。

具体实施方式

参见图1，一种自校准的电容式液位传感器，包括测量电路模块1、传感器外壳2、主探头绝缘支撑件3、传感器外圆筒4、主探头5、引线外绝缘层6、引线外屏蔽层7、引线内绝缘层8、引线内屏蔽层9、引线芯线绝缘层10、引线芯线11、主辅探头绝缘连接支撑件12、辅助探头连接件13、辅助探头14。

主探头5、辅助探头14通过主探头绝缘支撑件3、主辅探头绝缘连接支撑件12支撑固定。辅助探头14通过辅助探头连接件13与芯线11连接，主探头5和辅助探头连接件13为空心结构，探头引线的芯线11与辅助探头14连接后从辅助探头连接件13及主探头5的空心结构中引出连接到测量电路模块1。

主探头5、辅助探头14、辅助探头连接件13处于传感器外圆筒4的轴心位置，主探头5和辅助探头14分别与传感器外圆筒4构成两个同轴电容器。

探头引线是一种双层屏蔽结构，由里到外共6层结构：芯线11、芯线绝缘层10，内屏蔽层9，内屏蔽绝缘层8，外屏蔽层7，外屏蔽绝缘层6。探头引线的芯线11、内屏蔽层9、外屏蔽层7以及主探头5都与测量电路模块1连接。

测量电路模块1一般包括电源电路21、激励信号发生电路22、模数转换电路23、CPU电路24、通信接口电路25。电源电路21为其它各电路提供所需的电源，激励信号发生电路22、模数转换电路23、CPU电路24、通信接口电路25依次连接。

参见图2，图2中17为主探头信号接点，18为引线外屏蔽层信号接点，19为引线芯线（辅助探头信号）接点，20为引线外屏蔽层信号接点。

本发明的测量电路模块与现有技术的区别在于：测量电路模块还包含至少两个电压跟随电路，主探头5通过导线与第一个跟随电路15的输入端电连接，引线外屏蔽层7通过导线与第一跟随电路15的输出端电连接，引线芯线11与第二跟随电路16的输入端电连接，引线内屏蔽层9通过导线与第二跟随电路16的输出端电连接，第一跟随电路15和第二跟随电路16的输入端分别与激励信号发生电路22相连。

为了测量主探头与辅助探头的电容大小，激励信号发送电路产生两路恒定电压的充放电信号，充放电的时间由探头的等效电容决定，模数转换电路通过测量充放电的时间来换算电容值，CPU电路通过计算辅助探头电容值的改变确定介质介电常数的变化，通过计算主探头的电容值，结合预先标定的仪表参数最终得到介质的液位值。测量结果可以数字或模拟量的方式通过通信接口电路发送。跟随电路的作用在于在探头引线的周围形成与引线同幅度同相位的电信号，消除引线周围与测量无关的杂散电场，确保只有探头与外筒之间的测量电场起作用，这样引线的长短、位置等因素就不会造成测量误差。

Claims (3)

1.一种自校准的电容式液位传感器，包括测量电路模块（1）、传感器外壳（2）、传感器外圆筒（4）、主探头（5）、辅助探头（14）及探头引线，其特征在于探头引线是一种双层屏蔽结构，由里到外依次共6层结构：芯线（11）、芯线绝缘层（10），内屏蔽层（9），内屏蔽绝缘层（8），外屏蔽层（7），外屏蔽绝缘层(6)，探头引线的芯线(11)、内屏蔽层(9)、外屏蔽层(7)以及主探头（5）都与测量电路模块连接，所述测量电路模块还包含至少两个电压跟随电路，所述辅助探头（14）通过辅助探头连接件（13）与芯线（11）连接，主探头（5）和辅助探头连接件（13）为空心结构，芯线（11）与辅助探头（14）连接后从辅助探头连接件（13）及主探头（5）的空心结构中引出连接到测量电路模块（1）。

2.如权利要求1所述的一种自校准的电容式液位传感器，其特征在于主探头（5）通过导线与第一个跟随电路（15）的输入端电连接，引线外屏蔽层（7）通过导线与第一跟随电路（15）的输出端电连接，引线芯线（11）与第二跟随电路（16）的输入端电连接，引线内屏蔽层（9）通过导线与第二跟随电路（16）的输出端电连接，第一跟随电路（15）和第二跟随电路（16）的输入端分别与测量电路模块的激励信号发生电路（22）相连。

3.如权利要求1所述的一种自校准的电容式液位传感器，其特征在于：所述主探头（5）、辅助探头（14）、辅助探头连接件（13）处于传感器外圆筒（4）的轴心位置，主探头（5）和辅助探头（14）分别与传感器外圆筒（4）构成两个同轴电容器。