CN103868567A

CN103868567A - 电容式液位变送器

Info

Publication number: CN103868567A
Application number: CN201210541306.9A
Authority: CN
Inventors: 陈明; 伍正辉; 龙霞
Original assignee: SHANGHAI ZHAOHUI PRESSURE APPARATUS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI ZHAOHUI PRESSURE APPARATUS CO Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明提供一种电容式液位变送器，该液位变送器包括有一测量杆、一补偿电路板和一放大电路板，该测量杆包括一金属外杆和一套接于该金属外杆内的金属内杆，该金属外杆和该金属内杆的长度为50mm至450mm，该金属外杆和该金属内杆的截面积为10mm²至700mm²，该金属外杆和该金属内杆间形成有一液体容置腔，该补偿电路板的线性度范围为±1%FS且温度补偿范围为0℃至80℃，该放大电路板的放大倍数高于1000。该电容式液位变送器能够测量小容量和浅液位。

Description

电容式液位变送器

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种电容式液位变送器。

背景技术

液位变送器是对压力变送器技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量和传送。由于适用于高温高压、强腐蚀、易结晶、易堵塞等恶劣条件下连续检测，电容式液位变送器在液位测量方面发挥着重要的作用。电容式液位变送器基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，即将两个金属杆在液体中产生的电容变化转换为电信号进行测量。电容式液位变送器广泛适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保领域的多种介质的液位测量。

然而，现有的电容式液位变送器测量的容器较大，并且测量深度均在0.5米以上，无法满足低于0.5米的液位（即浅液位）的测量。实际生产过程中，一些设备的介质容量较小、并且液位较浅并且急需测量。因而研究并开发一种适用于小容量和浅液位的电容式液位变送器具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的电容式液位变送器无法实现小容量和浅液位测量的缺陷，提供一种能够测量小容量和浅液位的电容式液位变送器。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电容式液位变送器，其特点在于，该液位变送器包括有一测量杆、一补偿电路板和一放大电路板，该测量杆包括一金属外杆和一套接于该金属外杆内的金属内杆，该金属外杆和该金属内杆的长度为50mm至450mm，该金属外杆和该金属内杆的截面积为10mm2至700mm2，该金属外杆和该金属内杆间形成有一液体容置腔，该补偿电路板的线性度范围为±1%FS且温度补偿范围为0℃至80℃，该放大电路板的放大倍数高于1000。

较佳地、该金属外杆具有一进液端和一第一采集端，该进液端上开设有多个进液孔，该第一采集端上开设有多个排气孔，该些进液孔和该些排气孔均与该液体容置腔相连通。该些排气孔用于减小该液体容置腔内的气压，以方便后续待测液体的继续灌入。

较佳地、该金属内杆具有一固定端和一第二采集端，该固定端通过一绝缘底座与该进液端相互分隔，并且该进液端处密封有一绝缘端板。该绝缘底座的作用是隔离开该固定端和该进液端，以便两者间形成电容，另外还能够将该固定端和该进液端的相对位置加以固定。该绝缘端板具有防止该绝缘底座滑脱和阻止灰尘进入该液体容置腔的双重作用。

较佳地、该第一采集端与一金属基座相连接，该金属基座内具有一通槽，该通槽内设置有一金属端板，该金属端板通过一绝缘垫圈与该通槽内壁面相固定，该第二采集端穿过该绝缘垫圈孔且与该金属端板电连接。该绝缘垫圈的能够阻止该金属端板与该金属基座相互放电，以便于将该金属内杆悬置于该金属外杆的通槽中，保持该第一采集端和该第二采集端的电隔离。

较佳地、该金属基座的端部固定有一容置基座，该补偿电路板和该放大电路板设置于该容置基座内，该补偿电路板通过一第一电极销与该金属基座电连接，该补偿电路板还通过一第二电极销与该第二采集端电连接。该补偿电路板和该放大电路板的作用是对电信号放大、滤波和消除振荡，并且排除外界温度变化对电信号的影响。在浅液位和小容量的情况下，电容的数值很小，因而高精度的补偿电路板和高放大倍数的放大电路板尤为必要。

较佳地、该容置基座的端部密封有一密封盖，该密封盖上固定有一个插接件，该插接件与该放大电路板的输出线路电连接。该插接件用于与显示屏或者仪表电连接，以便显示液位测量值。

较佳地、该绝缘垫圈内设置有一限位槽，该金属端板安装于该限位槽内，并且通过一绝缘板和多个紧固螺母固定。

较佳地、该金属外杆和该金属内杆均为空心圆柱形，该金属外杆和该金属内杆的外径均为4mm至20mm。

较佳地、该放大电路板包括依次电连接的一电容检测芯片、一控制器和一环路供电芯片。

本发明的积极进步效果在于：该金属外杆的长度和截面均较小，因此十分适合测量浅液位和小容量的设备。另外，通过将该金属外杆和该金属内杆制作成相互套接的结构形式，使得电容数值的变化范围增大，同时结合高精度的该补偿电路板和高放大倍数的该放大电路板，该电容式液位变送器能够将微弱的电容变化信号放大并输出。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的电容式液位变送器的剖视图。

图2为图1中电容式液位变送器的A部放大图。

图3为图1中电容式液位变送器的B部放大图。

图4为图1中电容式液位变送器的放大电路板的结构示意图。

附图标记说明：

插接件：1 螺钉：2

密封盖：3 放大电路板：4

螺钉：5 补偿电路板：6

柱形垫圈：7 容置基座：8

第一电极销：9 紧固螺母：10

绝缘板：11 金属端板：12

绝缘垫圈：13 第二电极销：14

金属基座：15 金属内杆：16

绝缘热缩管：17 金属外杆：18

绝缘底座：19 绝缘端板：20

进液孔：21 排气孔：22

液体容置腔：23 进液端：24

第一采集端：25 固定端：26

第二采集端：27 通槽：28

电容检测芯片：41 控制器：42

环路供电芯片：43

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图1所示，本实施例的电容式液位变送器包括有一测量杆，该测量杆包括一空心圆柱形的金属外杆18和一空心圆柱形的金属内杆16，该金属内杆16套接于该金属外杆18内，并且两者间形成有一液体容置腔23，该金属外杆18具有一进液端24和一第一采集端25，该进液端24上开设有四个进液孔21，该第一采集端25上开设有四个排气孔22，该些进液孔21和该些排气孔22均与该液体容置腔23相连通。

使用时，将测量杆垂直插入待测液体中，待测液体从该些进液孔21流入至该液体容置腔23，此时该些排气孔22排出等于灌入液体体积的空气，以减小该液体容置腔23内的气压而方便后续待测液体的继续灌入。

由于该金属外杆18的长度和外径分别为140mm和16mm,因此特别适合小容量和浅液位的设备的测量。该金属内杆16的长度和外径分别为160mm和4mm。生产时，还可以根据实际测量工况适当的加长或缩短该金属外杆和该金属内杆的长度。该金属内杆16具有一固定端26和一第二采集端27。

如图2所示，该固定端26通过一绝缘底座19与该进液端24相互分隔，并且该进液端24处密封有一绝缘端板20。该绝缘底座19用于将该固定端26和该进液端24隔离开，阻止两者电连通以便形成电容。该绝缘端板20用于密封该液体容置腔23，具有防止该绝缘底座19滑脱和阻止灰尘进入该液体容置腔23的作用。请结合图1，该绝缘底座19和该绝缘端板20能够更好的固定该金属内杆16和该金属外杆18，实际生产时，该绝缘底座19和该绝缘端板20均可以省去。

如图3所示，该第一采集端25与一金属基座15相连接，该金属基座15内具有一通槽28，该通槽28内设置有一金属端板12，该金属端板12通过一绝缘垫圈13与该通槽28内壁面相固定，该第二采集端27穿过该绝缘垫圈13的孔且与该金属端板12电连接。该绝缘垫圈13内设置有一限位槽，该金属端板12安装于该限位槽内，并且通过一绝缘板11和多个紧固螺母10固定。该金属基座15的端部固定有一容置基座8，一补偿电路板6和一放大电路板4通过一螺钉5和一柱形垫圈7设置于该容置基座8内，该补偿电路板6通过一第一电极销9与该金属基座15电连接，该补偿电路板6还通过一第二电极销14与该第二采集端27电连接。

该容置基座8的端部密封有一密封盖3，该密封盖3上通过两枚螺钉2固定有一个插接件1，该插接件1与该放大电路板4的输出线路电连接。该插接件1用于与显示屏或者仪表电连接，以便显示液位测量值。为了保护该金属内杆16，该金属内杆16外覆盖一层绝缘热缩管17，该绝缘热缩管17的材质可以为聚四氟乙烯。

如图3-4所示，该补偿电路板6的线性度范围为±0.05%FS（Full Scale，满量程），且温度补偿范围为0℃至80℃，该放大电路板4的放大倍数为1500。由于液位深度低于0.5米（即浅液位），因而电容的数值较小，需要确保该补偿电路板6和该放大电路板4的电学参数，以便对电信号放大、滤波和消除振荡，并且排除外界温度变化对电信号的影响。因此只有在测量杆的尺寸结构和测量电路精度匹配协调的基础上，才能够实现对浅液位和小容量仪器的测量。

该放大电路板4具体上包括依次电连接的一电容检测芯片41、一控制器42和一环路供电芯片43，该环路供电芯片43用于为该控制器42供电，该电容检测芯片41可以为ZMDI311210芯片，该控制器42可以为MSP430F14芯片，该环路供电芯片43可以为AD5421芯片。ZMDI311210芯片是德国ZMDI公司的市售产品，能够测量2pF至260pF的电容，数据更新率为18mS（毫秒），计量精度为14bit（比特）。MSP430F14芯片为德州仪器公司的市售产品。AD5421为美国AD公司的市售产品。实际生产时，可以使用其它公司生产的同等或更高精度的芯片代替上述芯片，以便制作适合测试工况的放大电路板。

使用时，如图1-4所示，将测量杆垂直插入待测液体中，待测液体从该些进液孔21流入至该液体容置腔23。由于待测液体的介电常数与液面以上气体的介电常数不同，则当液位升高时，该金属内杆16和该金属外杆18之间的介电常数随之增大，因而两者之间的电容值也越大。同理，当液位降低时，电容值逐渐减小。该测量杆用于将液体容置腔23内的液位变化信号转化为电容变化信号；该补偿电路板6用于将电容变化信号温度补偿和线性修正；该放大电路板4用于将该补偿电路板处理后的信号放大并输出。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种电容式液位变送器，其特征在于，该液位变送器包括有一测量杆、一补偿电路板和一放大电路板，该测量杆包括一金属外杆和一套接于该金属外杆内的金属内杆，该金属外杆和该金属内杆的长度为50mm至450mm，该金属外杆和该金属内杆的截面积为10mm²至700mm²，该金属外杆和该金属内杆间形成有一液体容置腔，该补偿电路板的线性度范围为±1%FS且温度补偿范围为0℃至80℃，该放大电路板的放大倍数高于1000。

2.如权利要求1所述的电容式液位变送器，其特征在于，该金属外杆具有一进液端和一第一采集端，该进液端上开设有多个进液孔，该第一采集端上开设有多个排气孔，该些进液孔和该些排气孔均与该液体容置腔相连通。

3.如权利要求2所述的电容式液位变送器，其特征在于，该金属内杆具有一固定端和一第二采集端，该固定端通过一绝缘底座与该进液端相互分隔，并且该进液端处密封有一绝缘端板。

4.如权利要求3所述的电容式液位变送器，其特征在于，该第一采集端与一金属基座相连接，该金属基座内具有一通槽，该通槽内设置有一金属端板，该金属端板通过一绝缘垫圈与该通槽内壁面相固定，该第二采集端穿过该绝缘垫圈孔且与该金属端板电连接。

5.如权利要求4所述的电容式液位变送器，其特征在于，该金属基座的端部固定有一容置基座，该补偿电路板和该放大电路板设置于该容置基座内，该补偿电路板通过一第一电极销与该金属基座电连接，该补偿电路板还通过一第二电极销与该第二采集端电连接。

6.如权利要求5所述的电容式液位变送器，其特征在于，该容置基座的端部密封有一密封盖，该密封盖上固定有一个插接件，该插接件与该放大电路板的输出线路电连接。

7.如权利要求4所述的电容式液位变送器，其特征在于，该绝缘垫圈内设置有一限位槽，该金属端板安装于该限位槽内，并且通过一绝缘板和多个紧固螺母固定。

8.如权利要求1所述的电容式液位变送器，其特征在于，该金属外杆和该金属内杆均为空心圆柱形，该金属外杆和该金属内杆的外径均为4mm至20mm。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的电容式液位变送器，其特征在于，该放大电路板包括依次电连接的一电容检测芯片、一控制器和一环路供电芯片。