一種利用板式電容式傳感器進行液位測量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及液化天然氣技術，尤其設及一種利用板式電容式傳感器進行液位測量 的方法。
【背景技術】
[0002] 液化天然氣(簡稱LNG)汽車發展迅速，為了保證汽車安全可靠地行駛，司機需要實 時掌握LNG的使用狀況，避免一些意外情況的發生。為能實時顯示LNG車載瓶中的液位高度， 通常還配備有液位檢測儀。目前所用的液位檢測儀包括:安裝于LNG車載瓶內的傳感器裝 置，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 傳感器作為檢測儀中的主要組成部件，安裝于車載瓶中。現在有一種新型液位傳感器，采用 矩形板式，其中一塊電容板從對角線割開，形成兩塊有效面積大小相等、對稱布置的Ξ角形 極板，利用兩個被測探頭分別對兩Ξ角形極板的電容值進行同步測量，而且兩塊電容板上 均有一層絕緣層。
[0003] 應用運種新型液位傳感器，當LNG車載瓶中的液體高度發生變化時，兩Ξ角形傳感 器同時將LNG的液位高度信號轉換為電容信號經兩被測探頭傳至信號變送器中，其測量結 果變化趨勢相反。在信號變送器中通過對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，從而實現與LNG無關的液位測量。
[0004] 然而，由于運種傳感器是在平行板電容器的基礎上進行改進的，而平行板電容器 存在的最大缺陷就是邊緣效應的影響。平行板電容器邊緣效應的存在，使其實際電容比忽 略邊緣效應時的理想電容大，運是由于平行板電容的邊緣效應造成了電容附加值的不同而 產生的。由于邊緣效應而產生的附加電容使實際電容值大于理想電容值，若直接用忽略邊 緣效應時的理想平行板電容公式去進行計算，其結果就會存在誤差，所W邊緣效應的影響 不可忽略。斜對角線式平行板的邊緣效應會對液位測量造成較大影響，尤其當液位高度處 于最高或最低位置時，平行板的邊緣效應會對測量精度造成更大的影響。
【發明內容】
[0005] 在下文中給出了關于本發明的簡要概述，W便提供關于本發明的某些方面的基本 理解。應當理解，運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W簡化的形式給出某些概念， W此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006] 鑒于此，本發明提供了一種利用板式電容式傳感器進行液位測量的方法，W消除 板式電容邊緣效應所帶來的測量誤差。
[0007] 根據本發明的一個方面，提供了一種利用板式電容式傳感器進行液位測量的方 法，其特征在于，所述板式電容式傳感器包括:第一直角梯形極板、第二直角梯形極板W及 矩形極板，所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的形狀相同且對稱布置;所述 利用板式電容式傳感器進行液位測量的方法包括:預先將所述板式電容式傳感器按如下方 式安裝于LNG車載瓶內腔中：所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的板面位于 同一平面內，所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板各自的斜邊相對并且平行設 置，所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的上、下底邊分別與所述LNG車載瓶內 腔中的液面平行;所述第一直角梯形極板的上底邊與所述第二直角梯形極板的下底邊位于 同一直線上，所述第一直角梯形極板的下底邊與所述第二直角梯形極板的上底邊位于同一 直線上;所述矩形極板的板面與所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的板面平 行布置，并且所述矩形極板的板面與所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的板 面相對;利用兩個測試探頭分別對所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的電容 值進行實時同步測量;根據所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的電容值W及 所述第一直角梯形極板與所述第二直角梯形極板的極板板面的高，獲得所述LNG車載瓶的 液位高度。
[0008] 進一步地，所述第一直角梯形極板的板面與所述矩形極板的板面之間的距離為d; 所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的上底邊的長度均為d/2,所述第一直角 梯形極板和所述第二直角梯形極板的高均為H，第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極 板的下底邊均為D+d/2;所述矩形極板的長邊的長度為D+d，所述矩形極板的短邊的長度為 H，且所述矩形極板的短邊與所述LNG車載瓶內腔中的液面垂直;其中，D、HW及d均為正數。
[0009] 進一步地，所述L N G車載瓶的液位高度根據如下公式獲得：
[0010] 其中：
D為所述第一直角梯形極板的下底與上底之差， 所述第一直角梯形極板和所述第二直角梯形極板的外壁上均設置有絕緣層，do為第一直角 梯形極板外壁上的絕緣層表面到矩形極板板面間的距離，cb為絕緣層的厚度，ε〇為空氣的介 電常數，62為絕緣層的介電常數;所述矩形極板的長邊的長度為D+d，所述矩形極板的短邊 的長度為H，且所述矩形極板的短邊與所述LNG車載瓶內腔中的液面垂直。
[0011] 進一步地，所述第一直角梯形極板和第二直角梯形極板各自的斜邊之間的距離的 取值范圍為(〇mm，5mm]。
[0012] 進一步地，Η等于LNG車載瓶內膽圓形截面的直徑。
[0013] 進一步地，D 等于 80mm; Η 的數值為 W 下之 一:500mm; 600mm; 650mm。
[0014] 由此，應用本發明的利用板式電容式傳感器進行液位測量的方法，能夠通過兩個 測試探頭分別對兩梯形極板（即第一直角梯形極板210和第二直角梯形極板220)的電容值 進行同步測量，能夠消除邊緣效應所帶來的測量誤差，由此能夠提高LNG車載瓶液位檢測儀 的測量精度。
[0015] 此外，通過在梯形極板外壁上設置一層諸如聚四氣乙締的絕緣層，能夠有效避免 因 LNG中含有雜質而造成的掛壁影響，從而提高了板式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。
[0016] 通過W下結合附圖對本發明的最佳實施例的詳細說明，本發明的運些W及其他優 點將更加明顯。
【附圖說明】
[0017] 本發明可W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：
[0018] 圖1是示出本發明的利用板式電容式傳感器進行液位測量的方法的示意性處理流 程圖。
[0019] 圖2A是示出板式電容式傳感器W及包含該板式電容式傳感器的液位測量系統的 結構示意圖；
[0020] 圖2B是圖1所示的板式電容式傳感器沿A-A'方向的視圖；
[0021] 圖2C是示出圖1所示的板式電容式傳感器一種結構的示意圖；
[0022] 圖3是板式電容式傳感器的靜電場示意圖；
[0023] 圖4是平行板擴展邊緣示意圖。
[0024] 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，W 便有助于提高對本發明實施例的理解。
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