一種利用三角形電容式傳感器進行液位測量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及液化天然氣技術，尤其涉及一種利用三角形電容式傳感器進行液位測 量的方法。
【背景技術】
[0002] 2016年1月1日起，乘用車燃料消耗量第四階段強制性國家標準將被實施，首 次將天然氣乘用車納入核算。按"碳平衡法"核算，天然氣汽車能耗較傳統汽油車具有 15% -20 %的優勢，將進一步提升車企研發應用天然氣汽車積極性。未來十年，我國將迎來 車用天然氣發展的黃金時期。據國家規劃，到2020年，我國天然氣汽車（液化天然氣（LNG) 汽車與壓縮天然氣（CNG)汽車）產量可達到220萬輛/年的規模，其中客車和載貨汽車達 到20萬臺（LNG汽車約占50% )，乘用車100萬臺（LNG汽車約占20% )。
[0003] LNG車載瓶是LNG汽車燃料系統的重要組成部分，其液位的測量技術受到了社會 各界的廣泛關注。在測量過程中，必須安裝各種安全器件才能夠保證LNG車載瓶在各種容 量下均可安全可靠的工作，因此設計一種高性能的液位測量系統實現對低溫液體的精準測 量與實時檢測是十分有必要的。
[0004] 傳統的液位測量系統主要包括安裝于LNG車載瓶內的傳感器裝置，該傳感器裝置 外接信號變送器，信號變送器與液位顯示器相連接，其中LNG車載瓶所用的傳感器通常為 單個的圓筒形三角形電容式傳感器，位于車載瓶內；信號變送器對所采集的信號進行傳遞 與處理，位于車載瓶封頭處；液位顯示器主要是信號變送器傳遞過來的液位信號實時顯示， 位于駕駛室。通過這三個部件，LNG車載瓶內的液位就會實時顯示出來，被司機所掌握。
[0005] 然而，這種傳統的LNG車載瓶液位測量系統是基于被測介質及空氣的介電常數恒 定不變的假設為理論基礎的，其檢測方法存在如下缺點：液化天然氣的品質會因產地、溫 度、壓力等因素的不同而有差異，這些差異會導致液化天然氣的介電常數發生改變，從而對 三角形電容式傳感器電容量產生較大影響，進而造成傳統的檢測方法無法準確地檢測出 LNG車載瓶中液化天然氣的液位，給LNG車載瓶的正常灌液、運輸和使用帶來諸多不便。此 外，目前在傳統圓柱形三角形電容式傳感器的基礎上消除介電常數的影響，常用的方法有 兩種，即不定期標定被測介質和引入參比電容求得被測介質的介電常數。這兩種方法不僅 大大增大了運算量，且占有更多的容器空間。
【發明內容】
[0006] 在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本 理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的 關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概 念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0007] 鑒于此，本發明提供了一種利用三角形電容式傳感器進行液位測量的方法，以至 少解決現有的液位測量技術無法準確檢測LNG車載瓶中液化天然氣的液位的問題。
[0008] 根據本發明的一個方面，提供了一種利用三角形電容式傳感器進行液位測量的方 法，其特征在于，所述三角形電容式傳感器包括：第一三角形極板、第二三角形極板以及矩 形極板，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的有效面積相等且對稱布置；所述利 用三角形電容式傳感器進行液位測量的方法包括：預先將所述三角形電容式傳感器按如下 方式安裝于LNG車載瓶內腔中：所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面位于同 一平面內，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板各自的最長邊相對并且平行設置， 所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的最短邊分別與所述LNG車載瓶內腔中的液 面平行，所述矩形極板的板面與所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面平行布 置，并且所述矩形極板的板面與所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面相對； 利用兩個測試探頭分別對所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的電容值進行實時 同步測量，并計算所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的電容值的微變之比；根據 所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的電容值的微變之比以及所述第一三角形極 板與所述第二三角形極板的極板板面的高，獲得所述LNG車載瓶的液位高度。
[0009] 進一步地，所述LNG車載瓶的液位高度根據如下公式獲得：I = ，其中，hx 表示所述LNG車載瓶的液位高度，H表示所述第一三角形極板與所述第二三角形極板的極 板板面的高，AC表示所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的電容值的微變之比，且 Δ('= 7十，其中C1為所述第一三角形極板的電容值，而C2為所述第二三角形極板的電容值。
[0010] 進一步地，該方法還包括：預先在所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的 外壁上設置絕緣層。
[0011] 進一步地，將所述第一三角形極板和所述第二三角形極板各自的板面以垂直所述 LNG車載瓶內腔中的液面的方式設置。
[0012] 進一步地，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的極板形狀均為相同的直 角三角形，該直角三角型的直角邊的長度分別為H和D ;在使用時，長度為H的直角邊垂直 液面設置，而長度為D的直角邊平行液面設置，H和D分別為正數。
[0013] 進一步地，所述第一三角形極板和第二三角形極板各自的最長邊之間的距離的取 值范圍為（〇mm，5mm] 〇
[0014] 進一步地，H等于LNG車載瓶內膽圓形截面的直徑。
[0015] 進一步地，D等于80mm ;H的數值為以下之一 ：500mm ;600mm ;650mm。
[0016] 由此，應用本發明的利用三角形電容式傳感器進行液位測量的方法，能夠通過兩 個測試探頭分別對兩三角形極板（即第一三角形極板210和第二三角形極板220)的電容 值進行同步測量，并通過對測得的電容信號進行微分處理，使液位的高度僅與兩電容的微 變之比相關，而與LNG的介電常數大小無關，從原理上消除了被測介質的影響。由此，針對 于不同介電常數的情況，本發明的三角形電容式傳感器均可準確測量出LNG車載瓶內的液 位，由此實現不受LNG介電常數的影響下對液位高度的準確測量。
[0017] 此外，通過在三角形極板外壁上設置一層諸如聚四氟乙烯的絕緣層，能夠有效避 免因 LNG中含有雜質而造成的掛壁影響，從而提高了三角形電容式傳感器的測量準確率， 并減小了傳感器失效現象的發生概率。
[0018] 通過以下結合附圖對本發明的最佳實施例的詳細說明，本發明的這些以及其他優 點將更加明顯。
【附圖說明】
[0019] 本發明可以通過參考下文中結合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的 詳細說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進一步舉例說明本 發明的優選實施例和解釋本發明的原理和優點。在附圖中：
[0020] 圖1是示出本發明的利用三角形電容式傳感器進行液位測量的方法的示意性處 理流程圖。
[0021] 圖2A是示出三角形電容式傳感器以及包含該三角形電容式傳感器的液位測量系 統的結構示意圖；
[0022] 圖2B是圖1所示的三角形電容式傳感器沿A-A'方向的視圖；
[0023] 圖2C是示出圖1所示的三角形電容式傳感器一種結構的示意圖；
[0024] 圖2D是示出圖1所示的三角形電容式傳感器另一種結構的示意圖。
[0025] 本領域技術人員應當理解，附圖中的元件僅僅是為了簡單和清楚起見而示出的， 而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對于其他元件放大了，以 便有助于提高對本發明實施例的理解。
【具體實施方式】
[0026] 在下文中將結合附圖對本發明的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見， 在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施 例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符 合與系統及業務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有 所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本公開 內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。
[0027] 在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中 僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發明 關系不大的其他細節。
[0028] 本發明的實施例提供了一種利用三角形