基于計算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應用

        近日，*發明一項授權專利--基于計算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應用。本發明屬于計算測試技術領域，涉及一種基于計算電容原理的電容式液位傳感器。該專利由中國計量學院申請，于2016年10月19日獲得此授權公告。

        據了解，液位測量遍及生產、生活等各個領域，尤其在航空、航天、生物等高新技術領域，*測量液位具有重要意義。這些領域常需要測量低溫液體，如液氫、液氧、液態甲烷等，這些液體沸點低、密度小、易汽化等特點，由于使用環境和要求具有特殊性，對液位傳感器不但要求精度高，還要求能夠承受惡劣環境。

        目前對低溫液體進行液位監測和測量的手段很多，常用的有電容法、壓差法及浮筒法，新方法有射頻導納法、超聲波法、光纖法、熱式測量法及核輻射法，市場上按照上述原理研制成型的液位計工作溫度只能達到220K，而用作液氫、液氧等溫度*低可達22K。

        電容式液位傳感器是通過測量電容變化量來實現液位測量，它的基本原理是被測液體液位變化時，相應的傳感器電極間介電常數發生改變，從而引發電容量變化。電容式液位傳感器由于具有動態范圍大、高阻抗、小功率、響應速度快等優點，在超低溫液位測量中得到廣泛應用。但目前的電容式液位傳感器由于受加工、裝配等誤差影響，精度*高可達0 .1%，在超低溫環境中精度會有所降低。

        創意無極限，儀表大發明。*針對于現有設計的不足，本發明采用的技術方案是包括屏蔽罩、絕緣主體、金屬層、上封裝、電路板、專用金屬銷和下封裝。其中絕緣主體呈桶裝，在其外表面鍍有金屬層；屏蔽罩與絕緣主體同軸設置，位于絕緣主體的外圍，絕緣主體與屏蔽罩間通過上封裝與下封裝裝配在一起，上封裝外部有定位裝夾面，定位裝夾面內部裝有信號處理電路板，屏蔽罩上均勻分布可供液體流動的小孔。所述的金屬層在高度方向上分割成多段，除去首尾段的其它金屬段在高度方向上刻出四條微小間隙，每條微小間隙寬度相等，且圍繞軸心對稱，微小間隙寬度所對應的圓心角為ri，ri＜＜90°，兩兩微小間隙所夾的金屬段形成電極，電極通過專用金屬銷與信號處理電路板，所述的專用金屬銷為帶導線的銷。

        基于計算電容原理設計的新型電容式液位傳感器的主視圖

        該新型電容式液位傳感器基于計算電容原理，其總電容量只取決于被測液體的相對介電常數εr，空氣的相對介電常數ε0和液位高度。絕緣主體采用石英管、聚四氟乙烯或陶瓷，金屬層所鍍的金屬為鉻、金或銀。本實施例主體部分3采用經精密加工的熔融石英圓管，被測液體1位于主體部分內部；外表面用真空噴鍍法鍍上堅固、且導電良好的鍍層4。鍍層在軸向用刻線法分成多段，兩端是保護電極，起到支撐與消除邊緣效應的作用，每段鍍層在圓周方向用刻線分成近似90°的四部分，每部分之間為微小間隙ri( i=1，2，3，4 )，ri＜＜90°,以保證被分割成的四部分ak( k=1，2，3，4 )均近似為90°。相鄰的兩部分作為零電極，另兩個相鄰的電極為高壓電極，將每段相對的兩個電極的所產生的電容量分別引出并處理，則可計算出相應的液位，主體外層是屏蔽罩2。

        該發明所突出的優異效果給予了一種新型電容式液位傳感器，該電容式液位傳感器基于計算電容原理，使傳感器的精度僅取決被測液體的相對介電常數，空氣的相對介電常數這兩個參數，較傳統電容式液位傳感器的精度有望提高，同時適于超低溫液位的測量，另外也適用于高溫液體的測量。

        因此，新型電容式液位傳感器可在測量超低溫液體時應用，所述超低溫液體為液氧、液氮或液氫。