本實(shí)用新型涉及一種傳感器裝置，尤其涉及一種用于LNG車載瓶?jī)?nèi)液位測(cè)量的三電容式傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

LNG儲(chǔ)存于低溫絕熱儲(chǔ)罐中，為了能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)到儲(chǔ)罐中的液位，通常還配備有液位檢測(cè)儀。目前常用的液位檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)包括：電容傳感器、變送器和液位顯示器。其中常用的傳感器裝置為單電容式，電容傳感器安裝于儲(chǔ)罐內(nèi)用來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)罐中LNG液位，外接變送器，變送器又與液位顯示器相連接。LNG的品質(zhì)會(huì)因其產(chǎn)地、成分、溫度以及壓力等因素的不同而有差異，上述因素均會(huì)導(dǎo)致LNG的介電常數(shù)發(fā)生不同程度的改變，從而對(duì)所測(cè)電容量產(chǎn)生較大影響。而隨著LNG的氣化使用，罐中液態(tài)介質(zhì)的組成成分所占比例會(huì)不斷地發(fā)生變化，從而導(dǎo)致液態(tài)介質(zhì)的介電常數(shù)也會(huì)不斷發(fā)生不同程度上的改變，對(duì)所測(cè)電容量會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。

現(xiàn)有的電容式傳感器的結(jié)構(gòu)均為圓柱形，分別利用了雙電容或主輔電容進(jìn)行液位的測(cè)量，其原理為利用參考電容所測(cè)的液體的介電常數(shù)來(lái)修正大電容的介電常數(shù)，以此來(lái)提高液位測(cè)量的精度。但是隨著LNG的氣化使用，儲(chǔ)罐內(nèi)的剩余液態(tài)介質(zhì)和氣態(tài)介質(zhì)的成分均會(huì)不斷地發(fā)生變化，從而導(dǎo)致氣液兩相的介電常數(shù)隨著液位變化會(huì)發(fā)生較大改變。上述的改進(jìn)的單電容式或雙電容式傳感器，無(wú)法對(duì)氣態(tài)介質(zhì)的介電常數(shù)進(jìn)行修正，僅能通過(guò)對(duì)液體介質(zhì)介電常數(shù)的修正來(lái)使得測(cè)量結(jié)果的精度比未經(jīng)修正的單電容式傳感器有所改進(jìn)，但其精度仍然不高，故需尋找使得測(cè)量結(jié)果精度更高的改進(jìn)方法，進(jìn)一步減小氣液兩相介電常數(shù)的變化帶來(lái)的測(cè)量誤差。同時(shí)，LNG車載瓶在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生浪涌，也對(duì)獲取液體介電常數(shù)產(chǎn)生了巨大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而提供一種用于LNG車載瓶?jī)?nèi)液位測(cè)量的三電容式傳感器，可精精確定液體介電常數(shù)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：

一種用于LNG車載瓶?jī)?nèi)液位測(cè)量的三電容式傳感器，包括：LNG車載瓶、一號(hào)基準(zhǔn)電容、二號(hào)基準(zhǔn)電容、測(cè)量電容、防浪涌擋板、變送器和顯示器，

所述LNG車載瓶?jī)?nèi)部設(shè)置有測(cè)量電容，所述測(cè)量電容上下兩端均與LNG車載瓶相連接；

所述測(cè)量電容右側(cè)安裝有一號(hào)基準(zhǔn)電容，所述一號(hào)基準(zhǔn)電容安裝在LNG車載瓶的底部，一號(hào)基準(zhǔn)電容豎直安裝；

所述LNG車載瓶?jī)?nèi)安裝有二號(hào)基準(zhǔn)電容，二號(hào)基準(zhǔn)電容水平放置在LNG車載瓶的頂部；

所述二號(hào)基準(zhǔn)電容右側(cè)安裝有防浪涌擋板，防浪涌擋板上具有多個(gè)通孔；

所述一號(hào)基準(zhǔn)電容、二號(hào)基準(zhǔn)電容和測(cè)量電容通過(guò)導(dǎo)束線與置于LNG車載瓶外部的變送器相連，所述變送器與顯示器相連。

進(jìn)一步，所述防浪涌擋板傾斜設(shè)置，防浪涌擋板且與一號(hào)基準(zhǔn)電容2的中心線所成角度為45度。

進(jìn)一步，所述防浪涌擋板上的多個(gè)通孔均勻分布。

進(jìn)一步，所述一號(hào)基準(zhǔn)電容高度為測(cè)量電容高度的三分之一。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)電容進(jìn)行改進(jìn)，在LNG罐頂部與底部各安裝一個(gè)基準(zhǔn)電容，再在LNG罐底部安裝一個(gè)測(cè)量電容。這樣在LNG的使用過(guò)程中分別對(duì)液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)的介電常數(shù)進(jìn)行修正，當(dāng)罐內(nèi)LNG剛充裝完畢時(shí)，頂部基準(zhǔn)電容橫向放置可保證其一直處于氣態(tài)介質(zhì)中，在LNG使用過(guò)程中，橫向的基準(zhǔn)電容可較為準(zhǔn)確地測(cè)量出氣體介質(zhì)實(shí)際的介電常數(shù)；而底部的豎直基準(zhǔn)電容高度較小可保證其一直處于液態(tài)介質(zhì)中，豎直基準(zhǔn)電容可較為準(zhǔn)確地測(cè)量出液體介質(zhì)實(shí)際的介電常數(shù)。將所測(cè)液體介質(zhì)的介電常數(shù)傳輸至運(yùn)算器并計(jì)算得到較為精確的結(jié)果。同時(shí)，在車載瓶?jī)?nèi)設(shè)置防浪涌擋板，進(jìn)一步提高了對(duì)介電常數(shù)的修正。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中測(cè)量電容的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中一號(hào)基準(zhǔn)電容的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中二號(hào)基準(zhǔn)電容的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中防浪涌擋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

一種用于LNG車載瓶?jī)?nèi)液位測(cè)量的三電容式傳感器，包括：LNG車載瓶1、一號(hào)基準(zhǔn)電容2、二號(hào)基準(zhǔn)電容3、測(cè)量電容4、防浪涌擋板7、變送器5和顯示器6，

所述LNG車載瓶1內(nèi)部設(shè)置有測(cè)量電容4，所述測(cè)量電容4上下兩端均與LNG車載瓶1相連接；

所述測(cè)量電容4右側(cè)安裝有一號(hào)基準(zhǔn)電容2，所述一號(hào)基準(zhǔn)電容2安裝在LNG車載瓶1的底部，一號(hào)基準(zhǔn)電容2豎直安裝；

所述LNG車載瓶1內(nèi)安裝有二號(hào)基準(zhǔn)電容3，二號(hào)基準(zhǔn)電容3水平放置在LNG車載瓶1的頂部；

所述二號(hào)基準(zhǔn)電容3右側(cè)安裝有防浪涌擋板7，防浪涌擋板7上具有多個(gè)通孔；

所述一號(hào)基準(zhǔn)電容2、二號(hào)基準(zhǔn)電容3和測(cè)量電容4通過(guò)導(dǎo)束線與置于LNG車載瓶1外部的變送器5相連，所述變送器5與顯示器6相連。

所述防浪涌擋板7傾斜設(shè)置，防浪涌擋板7且與一號(hào)基準(zhǔn)電容2的中心線所成角度為45度。所述防浪涌擋板7上的多個(gè)通孔均勻分布。所述一號(hào)基準(zhǔn)電容2高度為測(cè)量電容4高度的三分之一。

在LNG罐頂部安裝一個(gè)橫向二號(hào)基準(zhǔn)電容3，底部安裝一個(gè)豎直一號(hào)基準(zhǔn)電容2，然后在LNG罐底部安裝一個(gè)測(cè)量電容4。當(dāng)罐內(nèi)LNG剛充裝完畢時(shí)，頂部基準(zhǔn)電容橫向放置可保證其一直處于氣態(tài)介質(zhì)中，在LNG使用過(guò)程中，橫向的二號(hào)基準(zhǔn)電容3可較為準(zhǔn)確地測(cè)量出氣體介質(zhì)實(shí)際的介電常數(shù)；而底部的豎直一號(hào)基準(zhǔn)電容2高度較小可保證其一直處于液態(tài)介質(zhì)中，豎直一號(hào)基準(zhǔn)電容2可較為準(zhǔn)確地測(cè)量出液體介質(zhì)實(shí)際的介電常數(shù)。

每個(gè)傳感器的內(nèi)外圓筒分別為電容的兩極。從原來(lái)的僅有液相的基準(zhǔn)電容修正變?yōu)闅庖簝上嗷鶞?zhǔn)電容修正，分別對(duì)液態(tài)介質(zhì)和氣態(tài)介質(zhì)的電容值進(jìn)行測(cè)量；然后通過(guò)測(cè)量電容4測(cè)得罐內(nèi)介質(zhì)的實(shí)時(shí)電容。與基準(zhǔn)電容和測(cè)量電容相連接的是變送器5，變送器將LNG車載瓶中傳輸來(lái)的電容信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓信號(hào)，再通過(guò)程序運(yùn)算將基準(zhǔn)電容的電壓信號(hào)處理得到液體介質(zhì)的實(shí)際介電常數(shù)，最后結(jié)合從測(cè)量電容傳來(lái)的電壓信號(hào)處理得到LNG罐內(nèi)實(shí)際的液位高度。與變送器5相連的是液位指示器6，液位指示器6將LNG車載瓶的液位進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

本發(fā)明所述的液位計(jì)準(zhǔn)確檢測(cè)LNG液位的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：令基準(zhǔn)電容2的內(nèi)筒的外徑和外筒的內(nèi)徑分別為r₁和r₂，二號(hào)基準(zhǔn)電容3的內(nèi)筒的外徑和外筒的內(nèi)徑分別為r₃和r₄，測(cè)量電容4的內(nèi)筒的外徑和外筒的內(nèi)徑分別為r₅和r₆，空氣的介電常數(shù)為ε₀，基準(zhǔn)電容的長(zhǎng)度分別為h₁和h₂，其預(yù)設(shè)的LNG的介電常數(shù)分別為ε₁、ε₂，其預(yù)設(shè)電容值分別為C₁和C₂。在測(cè)量過(guò)程中，利用一號(hào)基準(zhǔn)電容2進(jìn)行液態(tài)介質(zhì)介電常數(shù)的修正，其所測(cè)的電容值為C₁’，利用二號(hào)基準(zhǔn)電容3進(jìn)行氣態(tài)介質(zhì)介電常數(shù)的修正，其所測(cè)的電容值為C₂’。測(cè)量電容所測(cè)電容值為C測(cè)，LNG車載瓶的液位實(shí)時(shí)高度為hx。

在LNG使用過(guò)程中，采用一號(hào)基準(zhǔn)電容2來(lái)進(jìn)行液體介質(zhì)介電常數(shù)的修正。根據(jù)圓柱形電容器的電容值計(jì)算公式可得出，一號(hào)基準(zhǔn)電容2的預(yù)設(shè)電容值與預(yù)設(shè)介電常數(shù)的關(guān)系如下：

汽車在行駛過(guò)程中，LNG的介電常數(shù)和液位高度會(huì)因時(shí)間和環(huán)境條件的改變而產(chǎn)生變化，同時(shí)當(dāng)LNG的產(chǎn)地不同時(shí)，其介電常數(shù)更會(huì)有很大的差異。修正后的液體介電常數(shù)公式如下：

在LNG使用過(guò)程中，采用二號(hào)基準(zhǔn)電容3來(lái)進(jìn)行氣體介質(zhì)介電常數(shù)的修正。根據(jù)圓柱形電容器的電容值計(jì)算公式可得出，二號(hào)基準(zhǔn)電容3的預(yù)設(shè)電容值與預(yù)設(shè)介電常數(shù)的關(guān)系如下：

修正后的氣體介電常數(shù)與基準(zhǔn)電容所測(cè)電容值關(guān)系如下：

測(cè)量電容所測(cè)得電容值C測(cè)與液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)介電常數(shù)的關(guān)系如下：

根據(jù)上述公式可得測(cè)量液位高度h_x的計(jì)算公式如下：

通過(guò)對(duì)LNG罐中液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)介電常數(shù)的修正，我們不僅能夠減小LNG因產(chǎn)地、溫度等因素造成的液體介質(zhì)介電常數(shù)差異帶來(lái)的影響，而且能夠從很大程度上減小LNG因氣化使用而造成罐中剩余液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)的介電常數(shù)變化所導(dǎo)致的誤差。

實(shí)際使用過(guò)程中，LNG車載瓶1液位測(cè)量的誤差基本來(lái)源于其中液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)介電常數(shù)的測(cè)量誤差，對(duì)其進(jìn)行氣液兩相介電常數(shù)的修正對(duì)于LNG車載瓶1中的液位測(cè)量非常適用。