CN1164915C - 一种电容液位计 - Google Patents

Abstract

一种电容液位计设置两个传感器，两个传感器输出电容分别为Cs₁＝B₁S₁+A₁，Cs₂＝B₂S₂+A₂，S₁、S₂是电容浸在液体里面积，等效电容A₁、A₂是一个定值，用感性电抗X_L1、X_L2与等效电容A₁、A₂谐振，使流入该谐振电路的电流为零，于是出现了Cs₁、Cs₂只与B₁S₁、B₂S₂有关，再用能够实现电压或电流读数比的仪表将两个传感器输出信号B₁S₁、B₂S₂进行比，便得出了测量值只与两个传感器浸在液体里的电容面积S₁S₂之比有关，与其它因素无关，具有不受介电常数变化影响的特点。

Description

一种电容液位计

(一)技术领域：

本发明涉及一种测量液量的电容液位计，特别用于测量交通工具汽油箱里的汽油贮藏量。

(二)背景技术：

市面上电容液位计的读数常受电介质介电常数的变化影响而产生误差。

(三)发明内容：

本发明目的是提供一种可使电容液位计读数与电介质的介电常数变化无关，只与电容浸在液体里的面积有关，准确测量贮液量的一种电容液位计。

本发明目的是这样实现的，本电容液位计包括传感器和显示仪表，它的工作原理是：设置传感器两个，外接交变电信号，如测导电物体，传感器的电容极板要敷上一层绝缘材料，第一传感器D₁的第一电容Cs₁和第二传感器D₂的第二电容Cs₂作为电极浸在液体中，浸在液体里面积分别为S₁和S₂，当被测液体的液面在电容式传感器的电极间变化时，相当于极板间介质的变化，从而导致电容量的变化，据电子科技大学出版社出版的黄贤武等编著的《传感器实际应用电路设计》第一版第120页记载：电容液位计传感器输出电容Cx＝A+Bx，A、B为与传感器结构尺寸，被测介质有关的常量，x为液面高度。按此公式亦可换算为第一传感器输出第一电容Cs₁＝A₁+B₁S₁，S₁为第一电容Cs₁浸在液体面积，A₁、B₁为与第一电容结构尺寸，被测介质有关常量。第一电容Cs₁的等效电路可为第一等效电容A₁与第二等效电容B₁S₁并联，第一等效电容A₁是一个定值，把第一电容Cs₁与第一感性电抗XL₁并联(第一感性电抗XL₁与第一电容中的第一等效电容A₁谐振)，组成第一传感器D₁，由于第一感性电抗XL₁与第一电容中的第一等效电容A₁组成的谐振电路电阻无穷大，外电路流入该谐振电路的电流为零，这样一来，第一传感器D₁输出第一电容Cs₁就变成与第一电容中的第一等效电容A₁无关，只与第一电容中的第二等效电容B₁S₁有关。这一点，也可用数学公式来表示，第一传感器D₁输出电容Cs₁＝A₁+B₁S₁，当第一电容Cs₁与第一感性电抗X_L并联时，电抗为：

$\frac{1}{{\mathrm{j\ωCs}}_1+\frac{1}{{\mathrm{jX}}_{L1}}}=\frac{1}{\mathrm{j\ω}(B_1{S}_1+A_1)+\frac{1}{j{X}_{L1}}}=\frac{1}{\mathrm{j\ω}{B}_1{S}_1+\mathrm{j\ω}{A}_1-\frac{j}{X_{L1}}}$ 当A₁和X_L1谐振 ${\mathrm{\ωA}}_1=\frac{1}{X_{L1}}$ 时，第一传感器D₁的电抗等于

于是第一个传感器D₁的输出第一电容Cs₁这时只为第一电容中的第二等效电容B₁S₁，同理可以证明，第二传感器D₂输出第二电容Cs₂这时只为第二电容中的第二等效电容B₂S₂。传感器输出电压或电流分别与第一电容中的第二等效电容B₁S₁、第二电容中的第二等效电容B₂S₂成比例，这时用市面上能够实现电压或电流读数比仪表测量传感器时，可实现两个传感器输出电压或电流之比，等于第一电容Cs₁、第二电容Cs₂浸在液体里的面积S₁和S₂之比。用同一个发明构思，可以不用市面上能够实现电压或电流读数比仪表，也能在显示仪上显示传感器电压或电流读数比，只要在上述的第一传感器D₁的第一电容Cs₁底端挖去一块，剩下电容为新一电容Cs₁’，第二传感器D₂的第二电容Cs₂形状大小和挖去的那块电容一样，并且同底同高，设第一电容Cs₁、新一电容Cs₁’、第二电容Cs₂浸在液体里面积分别为S₁、S₁’、S₂，这样不论液面升高或降低，始终有S₁’+S₂＝S₁，根据Cs₁’＝B₁’s₁’+A₁’，Cs₂＝B₂S₂+A₂，把新一电容Cs₁’、第二电容Cs₂分别与第一感性电抗X_L1、第二感性电抗X_L2并联(第一感性电抗X_L1、第二感性电抗X_L2分别与新一电容中的第一等效电容A₁’、第二电容中的第一等效电容A₂谐振)分别组成第一传感器D₁和第二传感器D₂，由于谐振电路电阻无穷大，这时第一传感器D₁、第二传感器D₂输出的新一电容Cs₁’、第二电容Cs₂，变成与新一电容中的第一等效电容A₁’、第二电容中的第一等效电容A₂无关，只与新一电容中的第二等效电容B₁’s₁’、第二电容中的第二等效电容B₂S₂有关，令B₁’＝B₂，测电压比时，将第一传感器D₁和第二传感器D₂串联(等效于新一电容中的第二等效电容B₁’s₁’和第二电容中的第二等效电容B₂S₂串联)，电压表并联在第一传感器D₁上，设D₁电压为V₁，

测电流比时，将第一传感器D₁和第二传感器D₂并联(等效于新一电容中的第二等效电容B₁’s₁’和第二电容中的第二等效电容B₂S₂并联)，电流表串联在第二传感器D₂上，设D₂电流为I₂，

从中可看出，传感器最终输出电容值只与浸在液体里的两个电容面积S₁、S₂之比有关，与介电常数有关的A、B无关。这样一来，就实现了电容液位计的读数不受电介质的介电常数变化影响，只与浸在液体里的电容面积有关。

由于本发明电容液位计的设计，使传感器的输出电容只与浸在液体里的两电容面积比有关，与其它因素无关，于是就克服了市面上电容液位计读数常受介质介电常数变化影响而产生误差的缺点，如果把它用到汽车等交通工具上去，代替现在汽车浮筒式传感器，可取消机械传动机构，克服现有浮筒式传感器误差达10-25％缺点。提高测量精确度，结构简单体积小。

(四)附图说明：

图1、传感器装置示意图。(1)为容器，(2)为开口销，Cs₁为第一电容、Cs₂为第二电容，X_L1为第一感性电抗、X_L2为第二感性电抗，D₁为第一传感器、D₂为第二传感器。

图2、传感器等效电路图。A₁为第一电容中的第一等效电容、A₂为第二电容中的第一等效电容、B₁S₁第一电容中的第二等效电容、B₂S₂为第二电容中的第二等效电容，X_L1为第一感性电抗、X_L2为第二感性电抗。

虚线框内谐振电路。

图3、“实现传感器电压或电流读数比新装置”结构示意图。X_L1为第一感性电抗、X_L2为第二感性电抗，D₁为第一传感器、D₂为第二传感器，Cs₁为第一电容、Cs₂为第二电容，Cs₁’为新一电容是第一电容Cs₁底端挖去一块剩下的电容，s₁’、S₂为新一电容Cs₁’、第二电容Cs₂分别浸在液体里面积。

图4(a)、“实现传感器电压读数比新装置”测电压示意图。第一感性电抗X_L1、第二感性电抗X_L2，新一电容中的第二等效电容B₁’S₁’、新一电容中的第一等效电容A₁’、第二电容中的第一等效电容A₂、第二电容中的第二等效电容B₂S₂，

电压表。

(b)“实现传感器电流读数比新装置”测电流示意图。X_L1为第一感性电抗、X_L2为第二感性电抗，B₁’S₁’为新一电容中的第二等效电容、A₁’为新一电容中的第一等效电容、A₂为第二电容中的第一等效电容、B₂S₂为第二电容中的第二等效电容，电流表。

(五)具体实施方式：

从图1、图2看，本电容液位计设置两个传感器，第一电容Cs₁、第二电容Cs₂下端位于容器(1)底部，上端被出口销(2)固定，第一电容Cs₁和第一感性电抗X_L1并联(第一感性电抗X_L1与第一电容中的第一等效电容A₁谐振)，组成第一传感器D₁，第二电容Cs₂和第二感性电抗X_L2并联(第二感性电抗X_L2与第二电容中的第一等效电容A₂谐振)，组成第二传感器D₂，第一电容Cs₁和第二电容Cs₂作为第一传感器D₁、第二传感器D₂的电极浸在液体中，随着液量变化，出现了电极一部分在空气中，一部分浸在液体中，S₁和S₂分别为第一电容Cs₁和第二电容Cs₂浸在液体中的面积，当被测液体的液面在电容式传感器的电极间变化时，相当于极间电介质的变化，从而导致电容量变化，第一传感器D₁输出第一电容Cs₁＝A₁+B₁S₁，第二传感器D₂输出第二电容Cs₂＝A₂+B₂S₂，A₁、A₂、B₁、B₂为与电容器结构尺寸，被测介质有关常量，第一电容Cs₁的等效电路为第一等效电容A₁与第二等效电容B₁S₁并联，第二电容Cs₂的等效电路为第一等效电容A₂和第二等效电容B₂S₂并联，第一电容中的第一等效电容A₁、第二电容中的第一等效电容A₂是一个定值，这时把第一感性电抗X_L1、第二感性电抗X_L2分别和第一电容中的第一等效电容A₁、第二电容中的第一等效电容A₂组成谐振电路，由于谐振电路电阻无穷大，外电路流入该谐振电路的电流为零，这样一来，第一传感器D₁、第二传感器D₂分别输出的第一电容Cs₁、第二电容Cs₂就变成与第一电容中的第一等效电容A₁、第二电容中的第一等效电容A₂无关，只与第一电容中的第二等效电容B₁S₁、第二电容中的第二等效电容B₂S₂有关，见图2。两个传感器输出的电压或电流分别与第一电容中的第二等效电容B₁S₁、第二电容中的第二等效电容B₂S₂成比例。这时用市面上能够实现电压或电流读数比仪表(如流比计等)测量传感器时，可实现两个传感器D₁、D₂输出电压或电流之比，等于两个电容Cs₁、Cs₂浸在液体里的面积S₁和S₂之比。用同一个发明构思，可以不用市面上能够实现电压或电流读数比仪表，只用普通电压或电流表，也能在显示仪上显示传感器电压或电流读数比，结合图3进行介绍，只要在上述第一电容Cs₁底端挖去一块，剩下部分电容为新一电容Cs₁’，第二电容Cs₂的形状大小和第一电容Cs₁挖去的那块一样，并且同底同高，这种装置叫做“实现传感器电压或电流读数比的新装置”。设第一电容Cs₁、新一电容Cs₁’、第二电容Cs₂浸在液体里的面积分别为S₁、S₁’、S₂，这样不论液面升高或降低，始终有S₁’+S₂＝S₁，根据Cs₁’＝B₁’S₁’+A₁’，Cs₂＝B₂S₂+A₂，把新一电容Cs₁’、第二电容Cs₂分别与第一感性电抗X_L1、第二感性电抗X_L2并联(第一感性电抗X_L1、第二感性电抗X_L2分别与新一电容中的第一等效电容A₁’、第二电容中的第一等效电容A₂谐振)，分别组成第一传感器D₁、第二传感器D₂，由于谐振电路电阻无穷大，这时第一传感器D₁、第二传感器D₂输出新一电容Cs₁’、第二电容Cs₂就变成与新一电容中的第一等效电容A₁’、第二电容中的第一等效电容A₂无关，只与新一电容中的第二等效电容B₁’S₁’、第二电容中的第二等效电容B₂S₂有关，令B₁’＝B₂，测电压比时，将第一传感器D₁、第二传感器D₂串联(等效于新一电容中的第二等效电容B₁’S₁’、第二电容中的第二等效电容B₂S₂串联)，用电压表并联第一传感器D₁，设D₁电压为V₁，见图4(a)

测电流比时，将第一传感器D₁和第二传感器D₂并联(等效于新一电容中的第二等效电容B₁’S₁’和第二电容中的第二等效电容B₂S₂并联)，用电流表串联第二传感器D₂，设D₂电流为I₂，见图4(b)

从中可看出，传感器最终输出电容值只与浸在液体里的两个电容面积S₁、S₂之比有关，与介电常数有关的A、B无关。这样一来，就实现了电容液位计的读数不受电介质的介电常数变化影响，只与浸在液体里的电容面积有关。

Claims (3)

1、一种电容液位计，包括第一电容Cs₁、第二电容Cs₂和第一感性电抗XL₁、第二感性电抗XL₂，其特征是：电容液位计设置两个传感器，第一电容Cs₁和第一感性电抗XL₁并联，第一感性电抗XL₁与第一电容中的第一等效电容A₁谐振，组成第一传感器D₁，第一电容Cs₁作为第一传感器电极浸在被测液体中，第二电容Cs₂和第二感性电抗XL₂并联，第二感性电抗XL₂和第二电容中的第一等效电容A₂谐振，组成第二传感器D₂，第二电容Cs₂作为第二传感器电极浸在被测液体中。

2、根据权利要求1所述一种电容液位计，其特征是：感性电抗X_L可采用电感L。

3、一种实现传感器电压或电流读数比的新装置，包括电压表、电流表和第一电容Cs₁、第二电容Cs₂与第一感性电抗X_L1、第二感性电抗X_L2，第一电容Cs₁和第一感性电抗X_L1并联，第一感性电抗X_L1与第一电容中的第一等效电容A₁谐振，组成第一传感器D₁，第一电容Cs₁作为第一传感器电极浸在被测液体中，第二电容Cs₂和第二感性电抗X_L2并联，第二感性电抗X_L2和第二电容中的第一等效电容A₂谐振，组成第二传感器D₂，第二电容CS₂作为第二传感器电极浸在被测液体中，其特征是：在第一传感器D₁的第一电容Cs₁下端挖去一块，剩下部分的电容为新一电容CS₁′，第二传感器D₂的第二电容Cs₂的形状大小和第一电容Cs₁挖去的那块电容一样，测电压比时将第一传感器D₁、第二传感器D₂串联，电压表 并联第一传感器D₁，测电流比时将第一传感器D₁、第二传感器D₂并联，电流表

与第二传感器D₂串联。

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