CN203848903U - 用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器，包括金属管、绝缘隔离层、绝缘管、线圈、电感量和电容量测量装置；绝缘管的上、下管口封闭以在内部形成密封管腔，该绝缘管的密封管腔中灌注有磁性液体，并留有用于磁性液体自由流动的空间，线圈均匀密绕在绝缘管的外壁上，绝缘隔离层紧密覆盖在线圈外，金属管的上、下管口敞开，绝缘隔离层通过绝缘连接件与金属管固定连接，使得绝缘管同轴固定在金属管的管腔中，绝缘隔离层与金属管之间留有用于受测液体流入的间隔，电感量测量装置测量获得线圈的电感量，电容量测量装置测量获得金属管与线圈之间的电容量。本实用新型具有结构简单，制造、维护成本低，可靠性、精度高的优点。

Description

用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器

技术领域

本实用新型涉及一种用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器。 

背景技术

倾角传感器和液位传感器在各种领域得到普遍应用，一般的应用中倾角和液位两个参量都是分别由该两个传感器单独测量的，当需要同时检测液位和倾角时，现有方法存在性价比低、维护费用高等缺陷。另外，目前大部分液位检测都是面向静止容器而形成的技术，具体实施中有浮子液位计、超声波液位计、光纤液位计、差压式液位计、圆柱形两电极电容式液位计等，这些方法的一个重要缺陷是：当容器处于动态即时而倾斜时而直立之中时便不能精确检测，此时为了能准确测量液位需要额外的针对容器的倾斜检测及误差补偿。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器，以克服现有技术性价比低、维护费用高的问题。 

解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下： 

一种用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器，其特征在于：所述的电感电容式传感器包括金属管、绝缘隔离层、绝缘管、线圈、电感量测量装置和电容量测量装置；所述金属管与绝缘管具有相同的横截面形状，绝缘管的上、下管口封闭以在内部形成密封管腔，该绝缘管的密封管腔中灌注有磁性液体，并且该密封管腔中留有用于磁性液体自由流动的空间，所述线圈均匀密绕在绝缘管的外壁上，所述绝缘隔离层紧密覆盖在线圈外，使得线圈处于绝缘隔离层与绝缘管围成的防水隔层中，所述金属管的上、下管口敞开，绝缘隔离层通过一绝缘连接件与金属管固定连接，使得所述绝缘管同轴固定在金属管的管腔中，并且绝缘隔离层与金属管之间留有用于受测液体流入的间隔，所述电感量测量装置测量获得线圈的电感量，所述电容量测量装置测量获得金属管与线圈之间的电容量。 

作为本实用新型的一种实施方式，所述金属管和绝缘管均为圆柱形管。 

作为本实用新型的一种实施方式，所述金属管为不锈钢管，所述绝缘管为塑料管。 

作为本实用新型的优选实施方式，所述金属管和绝缘管的上、下管口平齐。 

作为本实用新型的一种实施方式，所述绝缘管的内径为0.8～1.2cm，所述绝缘隔离层的外壁与绝缘管的内壁均匀间隔并且间隔距离为2～3mm，所述绝缘管的密封管腔中有40～60％的 空间灌注有所述磁性液体。 

作为本实用新型的优选实施方式，所述绝缘管的内径为1.0cm，所述绝缘隔离层的外壁与绝缘管的内壁均匀间隔并且间隔距离为2.5mm，所述绝缘管的密封管腔中有50％的空间灌注有所述磁性液体。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果： 

本实用新型通过将金属管和线圈按特定方式进行安装，再检测出线圈的电感量，以及金属管与线圈之间的电容量，以获得足以表达出受测容器的动态倾角和其中受测液体的液位的冗余信息，实现了对倾角和液位的电容、电感双参量检测。本实用新型具有结构简单，制造、维护成本低，信息冗余性高，可靠性、精度高的优点。 

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明： 

图1为本实用新型的电感电容式传感器的结构示意图； 

图中：1.金属管；2.绝缘隔离层；3.绝缘管；4.线圈；5.磁性液体；6.被测液体。 

具体实施方式

实施例一 

如图1所示，本实用新型实施例一的用于同时获得容器倾角和液位的电感电容式传感器，包括金属管1、绝缘隔离层2、绝缘管3、线圈4、电感量测量装置和电容量测量装置。金属管1与绝缘管3均为圆柱形管，金属管1由不锈钢制成，绝缘管3由塑料制成，绝缘管3的上、下管口封闭以在内部形成密封管腔，该绝缘管3的密封管腔中有50％的空间灌注有磁性液体5，并且该密封管腔中留有用于磁性液体5自由流动的空间，线圈4均匀密绕在绝缘管3的外壁上，绝缘隔离层2紧密覆盖在线圈4外，使得线圈4处于绝缘隔离层2与绝缘管3围成的防水隔层中，从而避免被测液体和线圈直接接触而对线圈进行保护；金属管1的上、下管口敞开，绝缘隔离层2通过一绝缘连接件与金属管1固定连接，使得绝缘管3同轴固定在金属管1的管腔中，并且金属管1与绝缘管3的上、下管口平齐，绝缘隔离层2与金属管1之间留有用于受测液体流入的间隔，电感量测量装置测量获得线圈4的电感量，电容量测量装置测量获得金属管1与线圈4之间的电容量。其中，绝缘管3的内径为1.0cm，绝缘隔离层2的外壁与绝缘管3的内壁均匀间隔并且间隔距离为2.5mm。 

通过本实用新型的电感电容式传感器获取到的上述电容量和电感量，即能具有足够的冗余信息表达出受测容器的动态倾角和其中受测液体的液位，其可以通过现有的算法计算出来， 原理说明如下： 

将本实用新型的电感电容式传感器放入受测容器内、使得受测液体流入金属管1与绝缘隔离层2之间的空间后，若容器静止不动时线圈4的电感I也不会随容器姿态而变化，当容器处于动态(时而倾斜时而直立)之中时，线圈4的电感I就会随着容器倾角A的改变而变化，两者之间的关系可用如下的多项式来拟合。 

A(I)＝β₀+β₁I+β₂I²    (1) 

式中，A是被测容器的倾角，I是线圈4的电感。β₀,β₁,β₂为系数，它们可利用各种已知倾角A_k(k＝0,1,2,…,n)的液体及其对应被测电感值I_k(k＝0,1,2,…,n)之间的实验数据库回归计算得到，具体可由最小二乘曲线拟合方法计算如下： 

假设实验过程中取n+1个观测数据点(I_k,A_k),k＝0,1,2,…,n。则观测数据与拟合曲线(1)偏差的平方和为： 

$F({\mathrm{\β}}_0,{\mathrm{\β}}_1,{\mathrm{\β}}_2)=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[A\left(I_k\right)-A_k]}^2$

再由 $\frac{\∂F({\mathrm{\β}}_0,{\mathrm{\β}}_1,{\mathrm{\β}}_2)}{{\∂\mathrm{\β}}_j}=2\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[A\left(I_k\right)-A_k]I_k^j=0,$ j＝0,1,2解得β₀,β₁,β₂。 

当被测液体6注入金属管1内壁和隔离层2之间的空间时，金属管1和线圈4作为两极板组成的电容式传感器极板之间的液体介电常数的改变引起了两极板之间电容C的变化，这种电容C的变化规律与被测液体的液位L及容器的倾斜状况存在函数关系，从而被测液体的液位信息被检测，它们之间的关系也可用如下的多项式来拟合。 

L(I，C)＝α₀+α₁I+α₂C+α₃IC+α₄I²+α₅C²    (2) 

式中，L是被测液体6的液位，I是线圈4的电感,C为金属管1和线圈4作为两极板组成的电容式传感器极板间的电容，α₀,α₁,α₂,α₃,α₄,α₅为系数。它们也可利用各种已知液位L_i(i＝0,1,2,…,n)的被测液体及其对应被测电感I_i、电容C_i(i＝0,1,2,…,n)之间的实验数据库多维回归分析，具体可由和前述类似的最小二乘曲线拟合方法计算得到。 

实施例二 

本实用新型实施例二的电感电容式传感器与实施例一基本相同，它们的区别在于：实施例二的绝缘管3内径为0.8cm，绝缘隔离层2的外壁与绝缘管3的内壁均匀间隔并且间隔距离为2mm，绝缘管3的密封管腔中有40％的空间灌注有磁性液体5。本实施例二的工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。 

实施例三 

本实用新型实施例三的电感电容式传感器与实施例一基本相同，它们的区别在于：实施例二的绝缘管3内径为1.2cm，绝缘隔离层2的外壁与绝缘管3的内壁均匀间隔并且间隔距离为3mm，绝缘管3的密封管腔中有60％的空间灌注有磁性液体5。本实施例三的工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。 

本实用新型不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。 

Claims (6)

1.一种用于同时检测容器倾角和液位的电感电容式传感器，其特征在于：所述的电感电容式传感器包括金属管(1)、绝缘隔离层(2)、绝缘管(3)、线圈(4)、电感量测量装置和电容量测量装置；所述金属管(1)与绝缘管(3)具有相同的横截面形状，绝缘管(3)的上、下管口封闭以在内部形成密封管腔，该绝缘管(3)的密封管腔中灌注有磁性液体(5)，并且该密封管腔中留有用于磁性液体(5)自由流动的空间，所述线圈(4)均匀密绕在绝缘管(3)的外壁上，所述绝缘隔离层(2)紧密覆盖在线圈(4)外，使得线圈(4)处于绝缘隔离层(2)与绝缘管(3)围成的防水隔层中，所述金属管(1)的上、下管口敞开，绝缘隔离层(2)通过一绝缘连接件与金属管(1)固定连接，使得所述绝缘管(3)同轴固定在金属管(1)的管腔中，并且绝缘隔离层(2)与金属管(1)之间留有用于受测液体流入的间隔，所述电感量测量装置测量获得线圈(4)的电感量，所述电容量测量装置测量获得金属管(1)与线圈(4)之间的电容量。 

2.根据权利要求1所述的电感电容式传感器，其特征在于：所述金属管(1)和绝缘管(3)均为圆柱形管。 

3.根据权利要求1或2所述的电感电容式传感器，其特征在于：所述金属管(1)为不锈钢管，所述绝缘管(3)为塑料管。 

4.根据权利要求1或2所述的电感电容式传感器，其特征在于：所述金属管(1)和绝缘管(3)的上、下管口平齐。 

5.根据权利要求1或2所述的电感电容式传感器，其特征在于：所述绝缘管(3)的内径为0.8～1.2cm，所述绝缘隔离层(2)的外壁与绝缘管(3)的内壁均匀间隔并且间隔距离为2～3mm，所述绝缘管(3)的密封管腔中有40～60％的空间灌注有所述磁性液体(5)。 

6.根据权利要求5所述的电感电容式传感器，其特征在于：所述绝缘管(3)的内径为1.0cm，所述绝缘隔离层(2)的外壁与绝缘管(3)的内壁均匀间隔并且间隔距离为2.5mm，所述绝缘管(3)的密封管腔中有50％的空间灌注有所述磁性液体(5)。