CN106768174A - 一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法 - Google Patents

一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106768174A
CN106768174A CN201611241214.3A CN201611241214A CN106768174A CN 106768174 A CN106768174 A CN 106768174A CN 201611241214 A CN201611241214 A CN 201611241214A CN 106768174 A CN106768174 A CN 106768174A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cylinder
heart yearn
capacitance
sub
insulated copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611241214.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106768174B (zh
Inventor
朱永炉
冯红亮
罗先义
赵琪
吴硕
邓金莲
彭泳卿
徐辉
赵鑫涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Beijing Institute of Telemetry Technology
Original Assignee
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Beijing Institute of Telemetry Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd, Beijing Institute of Telemetry Technology filed Critical Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Priority to CN201611241214.3A priority Critical patent/CN106768174B/zh
Publication of CN106768174A publication Critical patent/CN106768174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106768174B publication Critical patent/CN106768174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors

Abstract

一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法，设有单股绝缘铜芯线、两个圆筒、端板、线缆卡头组件、弹簧、信号引出电缆。两个圆筒并排等高安装，两个端板分别安装在圆筒的两端，用于固定线缆卡头组件；两圆筒之间放置有弹簧，且该弹簧固定在圆筒上端端板上；单股绝缘铜芯线成U型状穿过两个圆筒，经线缆卡头组件固定，作为金属电极；圆筒或导电介质作为另一电极；第一圆筒和第二圆筒的侧壁上均设置有信号引出电缆。本发明同时适用于导电介质和非导电介质、不同液体液位的测量，且测量范围能够根据实际工况进行调节，具有输出电容大、测量精度高，调整测量范围方便的优点。

Description

一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法，属于传感器技术领域。
背景技术
在很多工业生产过程中，常常需要测量各种液体物料的高度、体积等参数，如油罐、水库、水塔等容器内所储的液体表面的位置或高度。液位测量主要把液位高度改变转化为相关的可测物理参数的变化实现其测量，这些物理参数可能是电量的或非电量的如电阻、电容、电感、差压以及声速和光能等。常用的测量原理的液位传感器有雷达液位传感器、超声液位传感器、光电式液位传感器、差压液位传感器、电容式液位传感器、磁致伸缩液位传感器等。电容式液位传感器与磁致伸缩液位传感器属于接触式测量，其中电容式液位传感器为最常用且最成熟的方法，精度较高、且量程广。
现有电容液位传感器大多采用刚性结构，其测量范围在传感器设计后即固定，很难根据实际工况进行量程调节。而且，由于导电介质或非导电介质特性的差别，通常情况下，一般传感器只适用于单类介质，或导电介质或非导电介质，仅适用某一类液体，局限性较强。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法，同时适用于导电介质和非导电介质、不同液体液位的测量，且测量范围能够根据实际工况进行调节。
本发明的上述优点是通过如下技术方案予以实现的：一种双管柔性的电容式液位传感器，包括单股绝缘铜芯线、第一圆筒、第二圆筒、两个端板、四个线缆卡头组件、弹簧、信号引出电缆；
第一圆筒和第二圆筒结构相同，并排等高放置，两个端板分别安装在第一圆筒和第二圆筒的上下两端，弹簧位于第一圆筒和第二圆筒之间，且固定在两个圆筒上端的端板上；第一圆筒和第二圆筒的上下两端均设置有固定线缆卡头组件，所述固定线缆卡头组件固定在端板上，且每个圆筒上下两端的固定线缆卡头组件位于该圆筒的中心线上；
单股绝缘铜芯线成U型状，其中一个端头依次穿过第一圆筒下端的固定线缆卡头组件、第一圆筒和第一圆筒上端的固定线缆卡头组件，另一个端头依次穿过第二圆筒下端的固定线缆卡头组件、第二圆筒和第二圆筒上端的固定线缆卡头组件，位于两个圆筒中的单股绝缘铜芯线拉直后通过固定线缆卡头组件固定；
所述第一圆筒和第二圆筒的侧壁上均设置有信号引出电缆。
位于两个圆筒下端的端板能够沿两个圆筒的轴向移动。
利用所述电容式液位传感器进行非导电介质液体液位的测量方法，包括如下步骤：
(3.1)将电容式液位传感器放入储罐中；
(3.2)将单股绝缘铜芯线的芯线作为电容传感器的一个电极，第一圆筒和第二圆筒作为电容传感器的另一电极，测量电容式液位传感器的初始电容C0；
(3.3)向储罐里加注非导电介质液体，测量电容式液位传感器的输出电容C；
(3.4)利用公式h1＝△C/k＝(C-C0)/k计算液位高度h1，其中k为液位高度的线性系数，
其中，ε0为贮罐中空气的介电常数，k2为单股绝缘铜芯线绝缘层材料的介电常数与贮罐中空气的介电常数的比值，k1为被测介质的介电常数与贮罐中空气的介电常数的比值，D为第一圆筒或第二圆筒内径；d1为单股绝缘铜芯线的绝缘层外径；d为单股绝缘铜芯线的芯线内径。
利用所述电容式液位传感器进行导电介质液体液位的测量方法，包括如下步骤：
(4.1)通过标定试验确定电容式液位传感器的死区电容C1；
(4.2)将电容式液位传感器放入储罐中，将单股绝缘铜芯线的芯线作为电容传感器的一个电极，在单股绝缘铜芯线外的导电介质液体作为电容传感器的另一电极；
(4.3)向储罐里加注导电介质液体，测量电容式液位传感器的输出电容C’；
(4.4)利用公式计算液位高度h2，
其中D为第一圆筒或第二圆筒内径，d为单股绝缘铜芯线的芯线内径，ε为单股绝缘铜芯线绝缘层材料的介电常数。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明电容式液位传感器的单股绝缘铜芯线与外部液体绝缘，可同时适用于导电介质和非导电介质液体液位的测量，同时适用于不同液体。
(2)本发明电容式液位传感器采用双管式结构，成倍增加了传感器的输出电容，传感器测量精度高。
(3)本发明电容式液位传感器采用单股绝缘铜芯线作为电极，下端的端板可以沿圆筒轴线移动，从而可以通过调整圆筒长度实现测量范围的调整，且操作方便。
(4)本发明电容式液位传感器中的单股绝缘铜芯线成U型状安装，很好地绝缘导电介质，简化导电介质下传感器的绝缘结构。
附图说明
图1为本发明传感器的结构示意图；
图2为本发明传感器俯视图；
图3为本发明传感器截面视图；
图4为本发明传感器尺寸以及端板调节示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明：
本发明提供了一种电容式液位传感器，可同时适用于导电介质和非导电介质液体液位的测量。如图1所示，本发明电容式液位传感器包括单股绝缘铜芯线1、第一圆筒21、第二圆筒22、两个端板3、四个线缆卡头组件4、弹簧5、信号引出电缆6。第一圆筒21、第二圆筒22结构相同，且两个圆筒并排等高安装，两个端板3分别安装在第一圆筒21和第二圆筒22的两端，弹簧5位于两个圆筒之间，且固定在上端的端板上。每个圆筒的上下两端均设置有固定线缆卡头组件4，固定线缆卡头组件4固定在端板3上，且每个圆筒上下两端的固定线缆卡头组件4位于该圆筒的中心线上。
单股绝缘铜芯线1包括芯线11和绝缘层12，单股绝缘铜芯线1成U型状安装，其中一个端头依次穿过第一圆筒21下端的固定线缆卡头组件、第一圆筒21和第一圆筒21上端的固定线缆卡头组件，另一个端头依次穿过第二圆筒22下端的固定线缆卡头组件、第二圆筒22和第二圆筒22上端的固定线缆卡头组件，位于两个圆筒中的单股绝缘铜芯线1拉直，并确保与所在圆筒同轴后，通过固定线缆卡头组件4固定。U型状安装保证了传感器下端无电缆接头，可保证单股绝缘铜芯线1的芯线11与接触的导电介质通过绝缘层12绝缘。第一圆筒21和第二圆筒22的侧壁上均设置有信号引出电缆6，取单股绝缘铜芯线1的其中一端的芯线11连接信号引出电缆6。
两个圆筒下端的端板能够沿圆筒轴向移动，同时单股绝缘铜芯线1长度和紧度也可以调整，从而能够调整传感器测量范围。实现两个圆筒下端的端板能够沿圆筒轴向移动的一种结构形式如图4所示，在第一圆筒21和第二圆筒22相对的侧壁上设计一定长度的长槽，实现两个圆筒下端的端板的上下移动。两个圆筒下端端板可以通过弹簧5的压缩反作用力和单股绝缘铜芯线的拉力约束固定。另外，也可通过锁定螺钉的方式实现固定：圆筒下端的端板设计螺纹孔，当圆筒下端的端板移动到所需位置后，在螺纹孔安装螺钉，将圆筒下端的端板锁紧在圆筒侧壁。
如图2所示，端板3设计有液体导流孔。
如图3和图4所示，利用本发明传感器，按照如下方法测量非导电介质液体液位：
(1)将电容式液位传感器放入储罐中，将单股绝缘铜芯线的芯线11作为电容传感器的一个电极，第一圆筒21和第二圆筒22作为电容传感器的另一电极，电容式液位传感器的初始电容C0由空气介质和单股绝缘铜芯线的绝缘层12两部分电容串联组成，经计算其初始电容C0为：
(2)向储罐里加注非导电介质液体，测量电容式液位传感器的输出电容C，
(3)非导电介质液体引起的电容差值
令则△C＝kh1。
(4)利用公式h1＝△C/k＝(C-C0)/k计算液位高度h1，其中k为液位高度的线性系数，
其中，ε0为贮罐中空气的介电常数，k2为单股绝缘铜芯线1绝缘层材料的介电常数与贮罐中空气的介电常数的比值，k1为被测介质的介电常数与贮罐中空气的介电常数的比值，D为第一圆筒或第二圆筒内径，d1为单股绝缘铜芯线1的绝缘层外径，d为单股绝缘铜芯线1的芯线内径，l为第一圆筒21或第二圆筒22长度，h1为液位高度。
按照如下方法测量导电介质液体液位：
(1)通过标定试验确定电容式液位传感器的死区电容C1；
(2)将电容式液位传感器放入储罐中，将单股绝缘铜芯线1的芯线作为电容传感器的一个电极，在单股绝缘铜芯线1外的导电介质液体作为电容传感器的另一电极；
(3)向储罐里加注导电介质液体，测量电容式液位传感器的输出电容C’；
(4)导电介质液体引起的电容差值△C'
(5)利用公式计算液位高度h2，
其中，ε为单股绝缘铜芯线1绝缘层材料的介电常数。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种双管柔性的电容式液位传感器，其特征在于：包括单股绝缘铜芯线(1)、第一圆筒、第二圆筒、两个端板(3)、四个线缆卡头组件(4)、弹簧(5)、信号引出电缆(6)；
第一圆筒和第二圆筒结构相同，并排等高放置，两个端板(3)分别安装在第一圆筒和第二圆筒的上下两端，弹簧(5)位于第一圆筒和第二圆筒之间，且固定在两个圆筒上端的端板(3)上；第一圆筒和第二圆筒的上下两端均设置有固定线缆卡头组件(4)，所述固定线缆卡头组件(4)固定在端板(3)上，且每个圆筒上下两端的固定线缆卡头组件(4)位于该圆筒的中心线上；
单股绝缘铜芯线(1)成U型状，其中一个端头依次穿过第一圆筒下端的固定线缆卡头组件、第一圆筒和第一圆筒上端的固定线缆卡头组件，另一个端头依次穿过第二圆筒下端的固定线缆卡头组件、第二圆筒和第二圆筒上端的固定线缆卡头组件，位于两个圆筒中的单股绝缘铜芯线(1)拉直后通过固定线缆卡头组件固定；
所述第一圆筒和第二圆筒的侧壁上均设置有信号引出电缆(6)。
2.根据权利要求1所述的一种双管柔性的电容式液位传感器，其特征在于：位于两个圆筒下端的端板(3)能够沿两个圆筒的轴向移动。
3.利用权利要求1所述电容式液位传感器进行非导电介质液体液位的测量方法，其特征在于包括如下步骤：
(3.1)将电容式液位传感器放入储罐中；
(3.2)将单股绝缘铜芯线(1)的芯线作为电容传感器的一个电极，第一圆筒和第二圆筒作为电容传感器的另一电极，测量电容式液位传感器的初始电容C0；
(3.3)向储罐里加注非导电介质液体，测量电容式液位传感器的输出电容C；
(3.4)利用公式h1＝△C/k＝(C-C0)/k计算液位高度h1，其中k为液位高度的线性系数，
其中，ε0为贮罐中空气的介电常数，k2为单股绝缘铜芯线(1)绝缘层材料的介电常数与贮罐中空气的介电常数的比值，k1为被测介质的介电常数与贮罐中空气的介电常数的比值，D为第一圆筒或第二圆筒内径；d1为单股绝缘铜芯线(1)的绝缘层外径；d为单股绝缘铜芯线1的芯线内径。
4.利用权利要求1所述电容式液位传感器进行导电介质液体液位的测量方法，其特征在于包括如下步骤：
(4.1)通过标定试验确定电容式液位传感器的死区电容C1；
(4.2)将电容式液位传感器放入储罐中，将单股绝缘铜芯线(1)的芯线作为电容传感器的一个电极，在单股绝缘铜芯线(1)外的导电介质液体作为电容传感器的另一电极；
(4.3)向储罐里加注导电介质液体，测量电容式液位传感器的输出电容C’；
(4.4)利用公式计算液位高度h2，
其中D为第一圆筒或第二圆筒内径，d为单股绝缘铜芯线(1)的芯线内径，ε为单股绝缘铜芯线(1)绝缘层材料的介电常数。
CN201611241214.3A 2016-12-29 2016-12-29 一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法 Active CN106768174B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611241214.3A CN106768174B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611241214.3A CN106768174B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106768174A true CN106768174A (zh) 2017-05-31
CN106768174B CN106768174B (zh) 2019-05-24

Family

ID=58924165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611241214.3A Active CN106768174B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106768174B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113176306A (zh) * 2021-04-25 2021-07-27 西安石油大学 一种用于计算罐体内油水比的装置及方法
CN113252136A (zh) * 2021-05-12 2021-08-13 北京布莱迪测控仪表有限公司 一种液位传感器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1392567A (en) * 1972-10-09 1975-04-30 Klug H G Flow metering system for liquid wastes
US3991614A (en) * 1976-01-19 1976-11-16 Universal Engineered Systems, Inc. Sealed capacitor transducer for fluid flow measurement
RO82586B1 (ro) * 1981-12-28 1983-09-30 Uzina G Aparat pentru masurarea nivelului de lichid aerat
DE4118170A1 (de) * 1991-06-03 1992-12-17 Hans Wittkowski Elektrisch kapazitiver pegelmesser
CN102116663A (zh) * 2010-12-20 2011-07-06 皇明太阳能股份有限公司 一种渐变式电容传感器
CN102589646A (zh) * 2012-02-10 2012-07-18 梁支信 U形电容式液位计

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1392567A (en) * 1972-10-09 1975-04-30 Klug H G Flow metering system for liquid wastes
US3991614A (en) * 1976-01-19 1976-11-16 Universal Engineered Systems, Inc. Sealed capacitor transducer for fluid flow measurement
RO82586B1 (ro) * 1981-12-28 1983-09-30 Uzina G Aparat pentru masurarea nivelului de lichid aerat
DE4118170A1 (de) * 1991-06-03 1992-12-17 Hans Wittkowski Elektrisch kapazitiver pegelmesser
CN102116663A (zh) * 2010-12-20 2011-07-06 皇明太阳能股份有限公司 一种渐变式电容传感器
CN102589646A (zh) * 2012-02-10 2012-07-18 梁支信 U形电容式液位计

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113176306A (zh) * 2021-04-25 2021-07-27 西安石油大学 一种用于计算罐体内油水比的装置及方法
CN113176306B (zh) * 2021-04-25 2023-09-12 西安石油大学 一种用于计算罐体内油水比的装置及方法
CN113252136A (zh) * 2021-05-12 2021-08-13 北京布莱迪测控仪表有限公司 一种液位传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN106768174B (zh) 2019-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105137118B (zh) 一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构和测量方法
US9395349B2 (en) Electrode structure and apparatus for use in measuring oil-water constituents
CN203848903U (zh) 用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器
CN1865966A (zh) 多相管流中相含率和相界面的单丝电容探针测量系统
CN106768174A (zh) 一种双管柔性的电容式液位传感器及其测量方法
CN203337591U (zh) 多柱式含水率测量电容传感器
CN101182770B (zh) 一种用于水平井含水率测量的电容式传感器
CN101183121A (zh) 特高压标准电容器
CN105136243A (zh) 适用于动态环境的大电容电容式液位传感器
CN204101038U (zh) 高精度磁致伸缩静力水准仪
CN203298828U (zh) 一种罐体液位和界位的测量装置
CN101476917A (zh) 一种可同时检测液位和电导率的传感器
CN203432628U (zh) 电极组件、电磁流量计和现场仪表
RU2407993C1 (ru) Емкостный способ измерения уровня жидкостей и устройство для его осуществления
CN203422136U (zh) 电容式液位传感器
CN210513327U (zh) 一种多级分布电容液位界面仪
CN209979027U (zh) 液位传感器
CN107192425A (zh) 一种分段电容自适应量程的液位测量装置及应用方法
CN204065202U (zh) 一种基于同轴小电容多级分压技术的新型支柱式电压互感器
CN204165616U (zh) 一种用于lng储罐的分段电容式液位计
CN104407170B (zh) 基于船体与波浪相对运动测量装置实现的测量方法
CN203838215U (zh) 一种可调节分压比的电容分压器
CN202837223U (zh) 一种筒状电容传感器
CN102052909B (zh) 微纳米卡尺
CN201885698U (zh) 微纳米卡尺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant