適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種液位傳感器，特別設(shè)及一種適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式 液位傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國內(nèi)外工業(yè)級電容式液位傳感器主要分為二類結(jié)構(gòu)，桿式結(jié)構(gòu)和繩式結(jié)構(gòu)。 桿式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器測量電極為剛性，測量長度《2. 5米。繩式結(jié)構(gòu)電容式液位傳 感器測量電極為柔性，測量長度《30米。無論桿式結(jié)構(gòu)和繩式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器，測 量電容范圍均在30pF~2000pF，并且要求被測水槽與電容式液位傳感器在靜止的環(huán)境中 使用。
[0003] 桿式結(jié)構(gòu)和繩式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器的電極密封均采用填料密封方式，填料材 料多為聚四氣乙締，耐水/氣壓強度0~6. 4MPa，使用壽命一般為2年(填料密封方式在環(huán) 境惡劣的條件下使用壽命更短)。
[0004] 如圖1所示桿式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)圖，桿式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器電極 采用04~〇 10mm不誘鋼園棒外套1mm壁厚聚四氣乙締套管制作巧同軸結(jié)構(gòu)形式)，剛性 強不能彎曲，當(dāng)長度超過2. 5米后，在運動的測量環(huán)境中電極無法固定，會隨外部運動而運 動，從而測量精度大幅下降使用壽命縮短。
[0005] 如圖2所示繩式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)圖，繩式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器電極 忍線采用。1. 0~。2. 0mm聚四氣乙締高溫柔性導(dǎo)線制作（沒有同軸結(jié)構(gòu)形式)，由于電極 忍線是銅線材料其抗拉強度不高，在運動的測量環(huán)境中電極無法固定，會隨外部運動而運 動，從而測量精度大幅下降使用壽命縮短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型是針對工業(yè)級電容式液位傳感器在擴大測量容量存在瓶頸及無法適 應(yīng)動態(tài)環(huán)境的問題，提出了一種適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器，突破傳統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，采用半柔性同軸結(jié)構(gòu)，解決測試容量的局限性，同時可適應(yīng)動態(tài)環(huán)境使用，大大提升了 電容式液位傳感器的使用范圍。
[0007] 本實用新型的技術(shù)方案為：一種適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器，包 括法蘭、金屬陶瓷絕緣子，龍骨支架、電極忍線和金屬軟管，電極忍線采用。0. 5mm不誘鋼 絲外敷聚四氣乙締柔性絕緣層的電極忍線，龍骨支架包括兩根龍骨和數(shù)個固定支撐環(huán)，兩 根龍骨上固定焊接數(shù)個等距離固定支撐環(huán)，焊接固定后兩根龍骨形成的平面過每個固定支 撐環(huán)中屯、，形成沿著兩根龍骨平面方向上可W彎曲的框架結(jié)構(gòu)，將數(shù)根并聯(lián)連接的電極忍 線置于龍骨支架中，并且通過排線機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)使所有電極忍線與龍骨支架平行排列， 金屬陶瓷絕緣子中間層為陶瓷材質(zhì)，電極忍線兩組端線通過連接至陶瓷中屯、線，在法蘭的 另一側(cè)引出，陶瓷外層為金屬結(jié)構(gòu)與法蘭固定連接，電極忍線、金屬陶瓷絕緣子、法蘭的連 接部分填充環(huán)氧樹脂構(gòu)成絕緣密封，金屬軟管作為外電極套在龍骨支架外面，金屬軟管一 頭與法蘭固定連接，金屬軟管另一頭與龍骨支架末端固定連接。
[0008] 所述龍骨支架選用輕質(zhì)鐵金屬，龍骨支架長度不限。
[0009] 所述適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器，還包括調(diào)節(jié)彈黃、排線端子、U 形彎管、固定架、中屯、調(diào)節(jié)鋼絲繩、排線器、排線盤，數(shù)根電極忍線對稱直線排列，從金屬陶 瓷絕緣子的中屯、線位置穿出排線盤，穿過間隔排列的數(shù)個排線器內(nèi)側(cè)孔后，繞穿過排線端 子，排線端子上有兩排平行的直線穿線孔，一排進一排出，繞過排線端子出的電極忍線再穿 過原來的數(shù)個排線器內(nèi)側(cè)孔返回排線盤中屯、位置，連接金屬陶瓷絕緣子中屯、線在法蘭的另 一側(cè)引出；中屯、調(diào)節(jié)鋼絲繩從法蘭一個固定柱上穿出排線盤外側(cè)，穿過數(shù)個排線器外側(cè)孔 和數(shù)個固定支撐環(huán)上的孔，再穿過U形彎管，再穿過間隔排列的數(shù)個固定支撐環(huán)和排線器 外側(cè)上的孔，返回排線盤外側(cè)，固定在法蘭的另一個固定柱上，每個排線器位于相鄰兩個固 定支撐環(huán)間，中屯、調(diào)節(jié)鋼絲繩的連接方式使數(shù)個排線器連接保持與固定支撐環(huán)連接同軸； 固定架由兩個圓環(huán)前后平行排列組成，兩個圓環(huán)通過龍骨焊接固定相對位置，排線端子通 過兩個調(diào)節(jié)彈黃與一圓環(huán)連接，U形彎管的兩端通過兩個調(diào)節(jié)彈黃與另一圓環(huán)連接，排線端 子和U形彎管分別調(diào)節(jié)電極忍線的張力和排線器的中屯、位置，兩根龍骨的末端與固定架的 圓環(huán)焊接固定。
[0010] 本實用新型的有益效果在于：本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳 感器，可滿足測量電容大于2000pF的需求，保證測試壽命和測試精度的情況下，半柔性結(jié) 構(gòu)可在動態(tài)環(huán)境中測試，例如船用、地下水位等復(fù)雜環(huán)境或狹小環(huán)境的檢測。
【附圖說明】
[0011] 圖1為桿式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2為繩式結(jié)構(gòu)電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖3為電容法測量液位示意圖；
[0014] 圖4為本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖5為本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器中龍骨支架結(jié)構(gòu) 圖；
[0016] 圖6為本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器裝配后示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 如圖3所示電容法測量液位示意圖，圖中指出了具有絕緣套管的檢測電極及其等 效電路圖，由圖3可見，液面上部為。和C2電容的串聯(lián)，而液面下部為C3和C4電容的串聯(lián)， C.胃的輸出電容為液面上、下兩部分串聯(lián)電容的并聯(lián)值。
[0018] 下邊分別計算各電容值的大?。?br>[0019]
[0020] 在測量導(dǎo)電電介質(zhì)液體時，e1緣e2 ;e1嫌e3電容C4為短路狀態(tài)，液面下部電 容僅決定于C3的電容值。
[0021]
[0022] 假定金屬儲液罐是直徑為D的圓柱型，同軸柱狀電容傳感器探頭內(nèi)金屬電極直徑 為山總長度為L電極浸入液體和空氣中的長度分別為Hi、L-Hi，金屬電極外敷絕緣層為聚 四氣乙締，外電極內(nèi)表面直徑為化抽于測量的是導(dǎo)電電介質(zhì)液體，所W金屬儲液罐表面的 電荷通過導(dǎo)電電介質(zhì)液體施加在聚四氣乙締絕緣層表面形（C4為短路狀態(tài))，成外電極內(nèi)表 面化）。液體、空氣和絕緣層的介電常數(shù)分別為e2、e3和e1。
[0023] 將公式（1)代入公式（2)，由于e1、￡2、^3、〇、化、d、L為定值，經(jīng)化解可W得到圓 柱形單傳感器電容量如下形式：C.胃=Q+KHi。旬為沒有被測液體時的空氣電容值(稱作傳 感器初始電容值)。K=2II ￡i/lnDl/d，因為￡i、Di、tn為定值，所WK為常數(shù)。Hi為被測 液體高度。
[0024]所W測量電極與金屬儲液罐壁之間形成的電容量C,胃隨被測介質(zhì)浸沒電極的液位 Hi呈線性變化，電容式液位傳感器利用當(dāng)液體介電常數(shù)恒定時，極間電容正比于液位的原 理進行設(shè)計。
[00巧]解決大電容量問題要減小電極忍線的直徑，因為根據(jù)公式（1)中第=項，要增大C3 的電容值，就要減小分母部分，也就是外套絕緣層D1與電極忍d的直徑比越小，分母越小， C3越大，檢測范圍越大。另要增加總的電容量可W采用多電極并聯(lián)的方式。根據(jù)圓柱形單 傳感器電容量的計算公式：C,営=C〇+KHi,可W計算出：Cn,営=(C〇+KHi)N(式中N為電極數(shù) 量），電極數(shù)N的增加總的電容量同比增加。
[0026]要求電極忍線直徑更小，普通聚四氣乙