專利名稱：一種分節電容式連續液位傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于測量液位的裝置，尤其涉及一種電容式測量連續液位的傳感 器，屬于傳感器技術領域。
背景技術：
液位參數是航空、航天等多個領域中的重要參數之一。對于液體火箭而言，在火箭 推進系統中，推進劑液位高度的變化情況是火箭飛行過程中推進劑管理和調控的基礎。在 試驗或加注過程中需對推進劑貯箱的液位參數進行實時測量。液位參數關系到火箭推進劑 加注量的測量、推進劑剩余量的測量及火箭推進劑耗盡關機的控制；同時，液位參數也是火 箭利用系統工作的基礎參數。因此，必須對火箭推進劑的液位高度進行測量。目前，國內液體火箭的液位測量方法主要有三種，一種是基于光電原理的液位測 量；另一種是基于干簧原理的點式液位測量；第三種是基于電容原理的連續液位測量。由 于測量方法和測量對象的不同及原材料的限制，上述的前兩種方法適用于常規推進劑的液 位測量，對于火箭中低溫推進劑的液位測量適合采用第三種方法。電容式液位測量法是根 據不同的介質具有不同的介電常數，當液面變化時，介電常數發生變化，引起電容量變化， 從而引起傳感器沉入介質的高度的比例變化，以此實現液位高度的測量。隨著新一代運載火箭研制工作的開展，新一代運載火箭低溫推進劑的耗量大，燃 料箱的量程大；而且火箭上推進劑有著環境惡劣，振動強烈，溫度低等特點。這樣就大大提 高了液位測量的難度，所以必須提出一種能在低溫下工作、工作可靠、測量精度高的測量裝 置。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種分節電容式連續液位傳感 器，該傳感器適用于低溫液體測量、并且可靠性高、穩定性好，分辨率高，適用于液位連續測量。本發明的上述優點是通過如下技術方案予以實現的—種分節電容式連續液位傳感器，包括內電極、外電極、連接襯套、焊片和電纜線， 外電極分為奇數組電極和偶數組電極，將奇數組電極并聯作為奇電極，將偶數組電極并聯 作為偶電極，奇電極、偶電極與內電極共同構成一個三端電容，其中奇電極與內電極形成奇 數電容組，偶電極與內電極形成偶數電容組，外電極中的各個電極通過焊片與電纜線連接， 且外電極中的各個電極之間通過連接襯套連接。在上述分節電容式連續液位傳感器中，連接襯套為中間空腔中帶有臺階的圓柱形 結構，在圓柱側壁上沿圓周分布多個通孔，且圓柱側壁的徑向呈90°均勻分布四個螺紋孔， 其中螺紋孔為上下兩層共八個。在上述分節電容式連續液位傳感器中，上下兩層螺紋孔中各取一個螺紋孔通過螺 釘分別與相鄰兩個外電極固定連接，其余六個螺紋孔用于導流。
在上述分節電容式連續液位傳感器中，外電極的數目與傳感器量程的關系如下S = [2N · L+ δ · (2Ν-1)]其中S為傳感器的量程，2Ν為外電極的數目，L為單個外電極的長度，δ為外電 極節間死區長度。在上述分節電容式連續液位傳感器中，多根傳感器串聯相接進行測量，實現大量 程液位的測量，測量范圍為η · S+(n-l) · H，其中η為傳感器的根數，H為傳感器根間測量 死區，S為傳感器的量程。在上述分節電容式連續液位傳感器中，單個外電極的上下兩端分別呈90°均勻分 布有四個通孔，其中上下兩端各取一個通孔用于與連接襯套固定連接，其余六個通孔用于 導流。本發明與現有技術相比具有如下優點(1)本發明傳感器中的外電極分為奇數組電極和偶數組電極，將奇數組電極并聯 作為奇電極，將偶數組電極并聯作為偶電極，奇電極、偶電極與內電極共同構成一個三端電 容，該分節電容的結構設計大大提高液位測量范圍，同時根據需要還可以在測量時將多根 傳感器串聯使用以增大有效量程；(2)本發明傳感器中的分節設計能夠自校準、免調零，由于奇、偶數電容組工作環 境完全一致，所以傳感器本身可以自校，當每組奇、偶數電容節工作完成后，前一段的誤差 就會得到一次消除，不會累計至下一階段從而產生較大的累計誤差；(3)本發明傳感器采用了 2Ν節分節電容進行測試，對全量程而言，其分辨率為原 先的2Ν倍，大大提高了測量分辨率；(4)本發明傳感器為結構式傳感器，無任何電子器件，適用于低溫液體高度的測 量；(5)本發明傳感器的連接襯套設有導流孔進行液體導流，實現液位測量的快速響 應，并且連接襯套的空腔內設有臺階，用于實現外電極與內電極之間電極間隙的保證，提高 了測量精度；(6)本發明傳感器的連接襯套側壁設有連接螺釘，用于緊固外電極，防止外電極轉 動，適用于箭體激烈振動、液面變化速度快等特點的液位高度測量。
圖1為本發明傳感器的結構示意2為本發明傳感器連接襯套的局部放大圖 圖3為本發明傳感器的剖面4為本發明傳感器原理5為本發明傳感器中連接襯套示意圖 圖6為本發明傳感器中連接襯套A-A剖面7為本發明傳感器中連接襯套B-B剖面8為本發明傳感器中外電極示意9為本發明多根傳感器串聯測量示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明如圖1所示為本發明傳感器的結構示意圖，由圖可知本發明中傳感器包括內電極 1、外電極2、連接襯套4、焊片5和電纜線6，內電極1與外電極2為同種金屬材料，外電極2 內徑比較大、長度比較短，而內電極1外徑比較小、長度比較長。內電極1與外電極2同心 安裝形成，二者之間的環形形成環形電容。分節電容傳感器的外電極2數母為偶數，數目設 為2N，本實施例中令N為5，共10個外電極2。分節電容傳感器把其中的第1、3、5…9節并 聯引出一個電極，為奇電極，把2、4、6··· 10節并聯引出另一極，為偶電極，這兩個電極和公 共的內電極1共同構成一個三端電容，奇電極與內電極1形成奇數電容組，偶電極與內電極 1形成偶數電容組。如圖3所示為本發明傳感器的剖面圖。外電極2中的各個電極通過焊片5與電纜線6連接，且外電極2中的各個電極之 間通過連接襯套4連接，如圖2所示為本發明傳感器連接襯套的局部放大圖。如圖4所示為本發明傳感器原理圖，分節電容式連續液位傳感器工作原理如下 奇數電容組或偶數電容組間的環形間隙的液面變化時，隨介電常數發生變化，引起電容量 變化，從而引起傳感器沉入介質的高度的比例變化，以此實現液位高度的測量。如圖5所示為本發明傳感器中連接襯套示意圖，圖6所示為本發明傳感器中連接 襯套A-A剖面圖，圖7所示為本發明傳感器中連接襯套B-B剖面圖，由圖可知連接襯套4為 中間空腔11中帶有臺階10的圓柱形結構，在圓柱側壁上沿圓周分布多個通孔9，本實施例 中為12個通孔，且圓柱側壁的徑向呈90°均勻分布四個螺紋孔8，其中螺紋孔8為上下兩 層共八個，其中上下兩層螺紋孔8中各取一個螺紋孔通過螺釘3分別與相鄰兩個外電極2 固定連接，其余六個螺紋孔8用于導流。如圖2所示，連接襯套4的空腔內的臺階10頂住內電極1，防止長度較大的內電 極1在使用過程中發生晃動，保證外電極2與內電極1之間的電極間隙，提高了測量精度， 外電極2中的各個電極通過焊片5與電纜線6連接。如圖8所示為本發明傳感器中外電極示意圖，單個外電極2的上下兩端分別呈 90°均勻分布有四個通孔12，其中上下兩端各取一個通孔12用于與連接襯套4的螺紋孔8 固定連接，其余六個通孔12與連接襯套4的六個螺紋孔8相連通用于導流。本實施例中外電極2為2N個，取N為5，則外電極的節數10，若外電極2的每節長 度為200mm，節間死區長度為δ (mm)。則本實施例中分節電容式連續液位傳感器的測量范 圍為 200X 10+ δ X (10-1) = (2000+9 δ )mm。如圖9所示為本發明多根傳感器串聯測量示意圖，實際測量中，若推進劑貯箱的 量程太大，由于制造工藝，單根傳感器不能滿足被測介質液位大量程的需求，可以通過多根 本發明的分節電容傳感器串聯相接進行測量，以實現任意高度、大量程液位的測量。按照每 根傳感器的量程為(2000+9 S)mm，若是3根傳感器串聯測量，則總量程為(6000+27 δ+2H) mm，其中H為傳感器根間測量死區長度。如圖1所示，傳感器還包括與電纜線6連接的數字處理器7，數字處理器7通過分 節電容傳感器的電容信號判斷被測介質液位高度所處的外電極節數，進而將節數轉換為液 位高度。根據分節式電容液位傳感器自身的特點，液位上升或下降時，奇、偶分節單元交替 接觸介質，其電容量交替發生變化，為此奇、偶電容差值可生成三角波特性輸出，經過信號變換裝置后，產生具有三角波特性的電壓變化，利用三角波液位計算方法計算液位高度，實 現液位高度的連續測量。這種方法液位計算精度較高，三角波代表了真實液位的絕對位置， 且不同的三角波代表了不同位置，液位計算誤差不累積，因此具有自校功能。另外，輸出三 角波的拐點正好是相鄰兩節電容的分界面，這些拐點成為液位計本身的校準點，因此分節 電容式液位傳感器的測量精度非常高，不受量程影響。以上所述，僅為本發明的一個實例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉 本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋 在本發明的保護范圍之內。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種分節電容式連續液位傳感器，其特征在于包括內電極(1)、外電極O)、連接襯 套、焊片( 和電纜線(6)，外電極( 分為奇數組電極和偶數組電極，將所述奇數組電 極并聯作為奇電極，將所述偶數組電極并聯作為偶電極，所述奇電極、偶電極與內電極(1) 共同構成一個三端電容，其中奇電極與內電極(1)形成奇數電容組，偶電極與內電極(1)形 成偶數電容組，外電極⑵中的各個電極通過焊片(5)與電纜線(6)連接，且外電極(2)中 的各個電極之間通過連接襯套(4)連接。
2.根據權利要求1所述的一種分節電容式連續液位傳感器，其特征在于所述連接襯 套(4)為中間空腔(11)中帶有臺階(10)的圓柱形結構，在圓柱側壁上沿圓周分布多個通 孔(9)，且圓柱側壁的徑向呈90°均勻分布四個螺紋孔(8)，其中螺紋孔(8)為上下兩層共 八個。
3.根據權利要求2所述的一種分節電容式連續液位傳感器，其特征在于所述上下兩 層螺紋孔⑶中各取一個螺紋孔通過螺釘⑶分別與相鄰兩個外電極⑵固定連接，其余 六個螺紋孔(8)用于導流。
4.根據權利要求1所述的一種分節電容式連續液位傳感器，其特征在于所述外電極 (2)的數目與傳感器量程的關系如下S = [2N · L+ δ · (2Ν-1)]其中S為傳感器的量程，2Ν為外電極的數目，L為單個外電極的長度，δ為外電極節 間死區長度。
5.權利要求1所述的一種分節電容式連續液位傳感器，其特征在于所述多根傳感器 串聯相接進行測量，實現大量程液位的測量，測量范圍為m · S+(n-l) · H，其中η為傳感器 的根數，H為傳感器根間測量死區，S為傳感器的量程。
6.根據權利要求1所述的一種分節電容式連續液位傳感器，其特征在于所述單個外 電極O)的上下兩端分別呈90°均勻分布有四個通孔(12)，其中上下兩端各取一個通孔 (12)用于與連接襯套固定連接，其余六個通孔用于導流。
全文摘要
本發明涉及一種分節電容式連續液位傳感器，尤其涉及一種電容式測量連續液位的傳感器，該傳感器設有內電極、外電極、連接襯套、連接螺釘、焊片、電纜線、數字處理器，外電極分為奇數組和偶數組，焊片通過鉚釘鉚接于外電極上，用于連接電纜線，分別串聯奇數組和偶數組，外電極之間通過連接襯套有序地連接在一起，并采用連接螺釘固定，內電極與外電極同心安裝形成環形電容，即分節電容，分節電容傳感器的信號由數字處理器處理輸出液位高度，本發明傳感器具有自行校準、免調零、測量分辨率高、測量范圍寬、動態響應快等優點。
文檔編號G01F23/26GK102128662SQ201010623808
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者馮紅亮, 扈曉斌, 朱永爐, 楊志紅, 羅先義 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長征火箭技術有限公司