專利名稱：電容式自適應(yīng)液位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液位傳感器，具體的說是一種電容式液位傳感器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)安全快速高效優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)，經(jīng)常需要對液位進(jìn)行精確測量，繼而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)、智能控制，使生產(chǎn)過程控制更趨完善。電容式液位傳感器由于適用面廣、安裝方便、無可動或彈性部件等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。電容式液位傳感器的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器的原理進(jìn)行工作的，電容式液位傳感器以電容器作為傳感元件，通過電容器容量的變化來反應(yīng)液位的高低變化。電容式液位傳感器的電容器是由兩個絕緣且同軸的圓柱形內(nèi)電極板和外電極板組成，在外電極板上開有流通孔使被測液體流入內(nèi)、外極板間。當(dāng)兩個電極之間充以介電常數(shù)為e的被測液體時，兩電極之間的電容量為C=2 JI eL/lnD/d,公式中，L為被測液體的液位高度，D為外電極板的直徑，d為內(nèi)電極板的直徑。電容式液位傳感器的電容器在測量過程中參數(shù)D、d和e是基本不變的，因此通過測量出的電容值C即可計(jì)算出液位高度L。在實(shí)際應(yīng)用中，電容式液位傳感器用一根細(xì)長的金屬棒作成電容器的內(nèi)電極板，與內(nèi)電極絕緣并且同軸的金屬外筒構(gòu)成電容器的外電極板，因此測量公式中的D和d是在電容式液位傳感器制作時固定的，在實(shí)際應(yīng)用中不會發(fā)生變化。但介電常數(shù)e是由被測液體的特性所決定的，當(dāng)被測液體在使用過程中的性能和所處環(huán)境的溫度發(fā)生變化時，介電常數(shù)e往往會隨之發(fā)生 變化，此時如果仍使用原來的介電常數(shù)e進(jìn)行計(jì)算，那么計(jì)算得出的被測液體的液位高度L值就會與實(shí)際液位高度產(chǎn)生偏差，造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)一步引起自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)錯誤，影響工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，造成損失。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種電容式自適應(yīng)液位傳感器，以消除因被測液體介電常數(shù)的改變而帶來的測量誤差，達(dá)到精確測量液位變化的目的。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:電容式自適應(yīng)液位傳感器，包括底端設(shè)置有進(jìn)液孔、上端設(shè)置有出氣孔的電容式液位傳感器本體以及通過安裝法蘭設(shè)置在電容式液位傳感器本體頂端用于根據(jù)電容式液位傳感器本體傳輸?shù)男盘栍?jì)算實(shí)時液位的變送器，所述電容式液位傳感器本體由測量內(nèi)筒和與測量內(nèi)筒絕緣且同軸設(shè)置的不銹鋼外筒組成，測量內(nèi)筒的外壁固定設(shè)置至少一個通過導(dǎo)線與變送器連接的、用于檢測被測液體實(shí)際介電常數(shù)值變化的液面感知器。液面感知器可以是采用電容式、光電式、超聲波等不同形式測量原理的傳感器。當(dāng)液面感知器采用電容式測量原理的時候，除進(jìn)行液面感知的功能以外，還能具有液面測量的功能。本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:測量內(nèi)筒通過固定設(shè)置在測量內(nèi)筒外壁上的內(nèi)筒支架與不銹鋼外筒定位，測量內(nèi)筒的底部通過設(shè)置在電容式液位傳感器本體下方的底部托架與不銹鋼外筒的底部定位；進(jìn)液孔設(shè)置在底部托架的軸向方向上對應(yīng)測量內(nèi)筒和不銹鋼外筒的部位。本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:底部托架的徑向方向上對應(yīng)測量內(nèi)筒和不銹鋼外筒之間設(shè)置加強(qiáng)筋。本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:變送器采用PS0C3處理器。本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:變送器的輸出信號為數(shù)字信號和/或模擬信號，其中模擬信號為0-5V電壓信號或者0-20mA電流信號。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型取得的技術(shù)進(jìn)步是:電容式自適應(yīng)液位傳感器，在電容式液位傳感器本體的測量內(nèi)筒上安裝的液面感知器，用于實(shí)時檢測被測液體的介電常數(shù)的變化。此液面感知器可以安裝在電容式液位傳感器的任意位置，當(dāng)被測液體的液位到達(dá)液面感知器所在的位置時，變送器可以實(shí)現(xiàn)對檢測被測液體的介電常數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；當(dāng)安裝多個時，可以多次對測量參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。消除了因被測液體介電常數(shù)的改變而帶來的測量誤差，保證了精確測量液位變化。測量內(nèi)筒與不銹鋼外筒之間通過采用內(nèi)筒支架和底部托架進(jìn)行定位，并且底部托架設(shè)置加強(qiáng)筋，從根本上保證了測量內(nèi)筒和不銹鋼外筒之間絕緣以及兩者的同軸設(shè)置。進(jìn)液孔設(shè)置在底部托架的軸向方向上對應(yīng)測量內(nèi)筒和不銹鋼外筒的部位，被測液體從進(jìn)液孔進(jìn)入電容式液位傳感器本體，增加了傳感器的測量范圍，精確測量出最低液位的位置。變送器采用PS0C3高性能處理器，在一個專有的MCU微控制單元周圍集成配置模擬和數(shù)字外圍器件陣列的PSOC單元。把信號處理電路、接口電路、功率器件等電路集成在一個芯片上，集數(shù)字可編 程陣列、模擬可編程陣列、單片機(jī)為一體，有效的解決了數(shù)字電路與模擬電路的接口問題，功能強(qiáng)大，所需外部資源少，電路穩(wěn)定可靠，成本低、效率高。變送器輸出信號包括模擬信號和/或數(shù)字信號，模擬信號為0-5V電壓信號或0-20mA電流信號，數(shù)字信號通過RS485，RS232, CAN總線輸出，可以直接和集成化控制系統(tǒng)或液位顯示單元相連，無需進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，使用方便，適用范圍廣。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的底面示意圖。其中，1、變送器，2、進(jìn)液孔，3、底部托架，4、安裝法蘭，5、出氣孔，6、不銹鋼外筒，7、測量內(nèi)筒，8、內(nèi)筒支架，9、液面感知器，10、加強(qiáng)筋。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明:電容式自適應(yīng)液位傳感器，如圖1所示,包括電容式液位傳感器本體、安裝法蘭4和變送器1，電容式液位傳感器本體的底端設(shè)置進(jìn)液孔2，上端設(shè)置有出氣孔5，變送器I在電容式液位傳感器本體的頂端，變送器I根據(jù)電容式液位傳感器本體傳輸?shù)男盘栍?jì)算實(shí)時液位，安裝法蘭4不僅用于連接電容式液位傳感器本體和變送器I，還用于將電容式自適應(yīng)液位傳感器固定安裝到盛裝被測液體的容器壁上。電容式液位傳感器本體由測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6組成，測量內(nèi)筒7構(gòu)成電容器的內(nèi)電極板，不銹鋼外筒6構(gòu)成電容器的外電極板，測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6都有導(dǎo)線和變送器連接，測量內(nèi)筒7的外壁上固定設(shè)置液面感知器9，液面感知器9通過導(dǎo)線與變送器I連接，用于檢測被測液體介電常數(shù)值的變化，液面感知器9可以設(shè)置一個或者多個。在本實(shí)施例中，測量內(nèi)筒7的外壁上設(shè)置一個液面感知器9。電容式液位傳感器本體的內(nèi)筒支架8固定安裝在測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6之間，有一個或者多個，底部托架3固定安裝在測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6之間的底部，對測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6進(jìn)行定位，確保了測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6之間絕緣并且同軸。底部托架3的軸向方向上開有進(jìn)液孔2，進(jìn)液孔2與測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6的位置對應(yīng)。底部托架3的徑向方向上對應(yīng)測量內(nèi)筒7和不銹鋼外筒6之間的間隔設(shè)置加強(qiáng)筋10。變送器I采用PS0C3高性能處理器。在一個MCU微控制單元周圍集成配置模擬和數(shù)字外圍器件陣列的PSOC單元。解決了數(shù)字電路與模擬電路的接口問題。變送器I的輸出信號為數(shù)字信號和/或模擬信號，其中模擬信號為0 5V電壓信號或者(T20mA電流信號。本實(shí)用新型的工作原理如下所述。使用時，首先將電容式液位傳感器本體放置在被檢測液體內(nèi)，通過安裝法蘭4將電容式液位傳感器本體固定安裝在被測液體的容器壁上，被測液體由進(jìn)液孔2進(jìn)入到電容式液位傳感器本體，電容式液位傳感器本體內(nèi)的空氣由出氣孔5排出。變送器I中預(yù)置有被測液體的基本介電常數(shù)el。當(dāng)被測液體的液面到達(dá)液面感知器9的安裝位置時，液面感知器9向變送器I傳送液面到達(dá)開關(guān)信號，因 此變送器I可以根據(jù)預(yù)置的被測液體基本介電常數(shù)el和測量出的電容值C，進(jìn)一步通過計(jì)算得出被測液體液位的高度L。但是由于介電常數(shù)可能發(fā)生的變化，因此測得的被測液體液位的高度L與液面感知器9的安裝高度存在一定的偏差。由公式C=2JieL/lnD/d，可得e=2JiCL/lnD/d，由于液面感知器9的安裝高度是已知的，因此變送器I可以根據(jù)測量出的電容值C以及液面感知器9的安裝高度計(jì)算出此時的介電常數(shù)e2。進(jìn)一步得出被測液體的介電修正系數(shù)a =e2/el。變送器I在后續(xù)的測量計(jì)算中將此介電修正系數(shù)a補(bǔ)入公式中，消除了因被測液體介電常數(shù)的改變而帶來的測量誤差，保證了精確計(jì)算出實(shí)際的液位高度。同時，變送器I還可將被測液體的液位高度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號和/或模擬信號輸送到控制系統(tǒng)，便于控制系統(tǒng)參考。當(dāng)液面感知器9在測量內(nèi)筒7的不同位置安裝多個時，變送器I在工作過程中，實(shí)現(xiàn)對介電系數(shù)的多次修正，保證整個測量過程的準(zhǔn)確性。
權(quán)利要求1.電容式自適應(yīng)液位傳感器，包括底端設(shè)置有進(jìn)液孔(2)、上端設(shè)置有出氣孔(5)的電容式液位傳感器本體以及通過安裝法蘭(4 )設(shè)置在電容式液位傳感器本體頂端用于根據(jù)電容式液位傳感器本體傳輸?shù)男盘栍?jì)算實(shí)時液位的變送器(1)，所述電容式液位傳感器本體由測量內(nèi)筒(7)和與測量內(nèi)筒(7)絕緣且同軸設(shè)置的不銹鋼外筒(6)組成，其特征在于:所述測量內(nèi)筒(7)的外壁固定設(shè)置至少一個通過導(dǎo)線與變送器(I)連接的、用于檢測被測液體實(shí)際介電常數(shù)值變化的液面感知器(9 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式自適應(yīng)液位傳感器，其特征在于:所述測量內(nèi)筒(7)通過固定設(shè)置在測量內(nèi)筒(7)外壁上的內(nèi)筒支架(8)與不銹鋼外筒(6)定位，測量內(nèi)筒(7)的底部通過設(shè)置在電容式液位傳感器本體下方的底部托架(3)與不銹鋼外筒(6)的底部定位；所述進(jìn)液孔(2)設(shè)置在底部托架(3)的軸向方向上對應(yīng)測量內(nèi)筒(7)和不銹鋼外筒(6)的部位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式自適應(yīng)液位傳感器，其特征在于:所述底部托架(3)的徑向方向上對應(yīng)測量內(nèi)筒(7)和不銹鋼外筒(6)之間設(shè)置加強(qiáng)筋(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的電容式自適應(yīng)液位傳感器，其特征在于:所述變送器(I)采用PSOC3處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容式自適應(yīng)液位傳感器，其特征在于:所述變送器(I)的輸出信號為數(shù)字信號和/或模擬信號，其中模擬信號為(T5V電壓信號或者OlOmA電流信號?！?br> 專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電容式自適應(yīng)液位傳感器，它應(yīng)用于測量領(lǐng)域。電容式自適應(yīng)液位傳感器，包括電容式液位傳感器本體以及通過安裝法蘭設(shè)置在電容式液位傳感器本體頂端的變送器，電容式液位傳感器本體由測量內(nèi)筒和不銹鋼外筒組成，測量內(nèi)筒外壁設(shè)置一通過導(dǎo)線與變送器連接的、用于檢測被測液體實(shí)際介電常數(shù)值變化的液面感知器。本實(shí)用新型通過液面感知器向變送器傳送信號，變送器可以實(shí)現(xiàn)對測量參數(shù)的校準(zhǔn)，消除了因被測液體介電常數(shù)的改變而帶來的測量誤差，確保精確測量液位高度。
文檔編號G01F23/26GK203148514SQ20132003945
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者李曉剛, 張素輝, 蘇麗芳, 李曉欣 申請人:李曉剛