一种电容式液位传感器的免标定测量方法和装置与流程

本发明涉及非腐蚀性液体的高精度液位测量，尤其涉及一种航空器燃油液位传感器的免标定方法和装置。

背景技术：

航空器燃油油量测量系统关系到飞机的安全运行，而燃油液位测量传感器又是油量测量系统中的重要组成部分。为此对燃油液位测量传感器提出了高可靠性要求和技术指标要求，可靠性要求在0.9999以上，地面测量精度优于1％，空中测量精度优于2％。目前航空器燃油液位测量方法主要有超声波液位测量方法、磁致伸缩液位测量方法、光纤液位测量方法和电容液位测量方法等。尽管测量方法有多种，但各有优缺点。超声波燃油液位传感器精度较高，可达到±0.2％水平，但存在5cm以上测量盲区、姿态误差、气泡干扰等缺点。磁致伸缩燃油液位传感器具有精度高、安全性好等优点，但存在磁浮子卡死等可靠性失效问题。光纤燃油液位传感器具有本质安全、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，但存在姿态误差、耐环境振动能力差等缺点。电容燃油液位传感器是当今应用最广泛的燃油液位测量传感器，具有可靠性高、测值稳定等优点，但存在温度误差、换油误差、校准困难等缺点，需要经常标定以减少误差。

在检索到的专利中，有不少专利也提出了能实时、在线补偿，减少测量误差。

专利CN103528642A“一种实时修正介电常数的电容式液位计及其液位测量方法”，提出了能够排除温度、压力等环境影响导致的液位测量误差，但是在该专利中指出首次使用该电容式液位计前，在校准介质中对所述电容式液位计进行校准，获得校准数据，也即在首次使用前需要校准、标定。

专利CN1441232A“具有实现液位测量自动补偿的三探头电容式液位计测量筒”，提出了能实现在线自动补偿被测介质介电常数变化、被测介质对探极粘附率的变化及气或汽态介质介电常数的变化对测测量带来影响的一种电容式液位计测量筒，但是该专利也同时指出在使用前需要先用任一种液体介质如水，在相对稳定的环境下对三探头电容式液位计测量筒的三个测量筒的空筒、满筒时电容测量值及三个测量筒满电容变化各自对应的被测介质液位变化的高度分别进行一两次标定，得到一组相关参数，之后在实地测量时，用三个测量筒电容测量结果对相关标定测量值进行修正计算，也即在首次使用前需要空筒、满筒标定。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中存在的安全问题，提供一种电容式液位传感器的免标定测量方法和装置，能够在燃油液位测量过程中消除温度误差、换油误差、并且无需校准，具体由以下技术方案实现：

所述电容式液位传感器的免标定测量方法，包括如下步骤：

1)将由三个电容c₁、c₂、c₃组成的传感器部分置入被测介质中，使得电容c₁未没入被测介质中；电容c₃完全没入被测介质中，并测得电容c₁、c₂、c₃对应的电容量C₁、C₂、C₃，所述三个电容拥有一个公共电极板与三个独立的电极板，形成所述传感器；

2)根据式(1)测得电容c₂在未没入被测介质时的电容量记作C_2空，其中h₁、h₂分别对应为电容C₁、C₂的极板长度；

3)当所述传感器测量被测介质的液位时，C₂发生变化，并根据式(2)得出Δε,Δε表示被测液体的介电常数与未浸入液体部分电容的介电常数的差值，最终根据式(3)、式(4)得到最终液位h，其中，ε_测表示被测液体的介电常数，ε_空气表示未浸入液体部分电容的介电常数，

所述电容式液位传感器的免标定测量方法的进一步设计在于，所述电容c₁、c₃的极板长度相等。

所述电容式液位传感器的免标定测量方法的进一步设计在于，所述步骤1)中通过充电时间测量功能单元测取电容c₁、c₂、c₃对应的实时电容值。

采用所述的电容式液位传感器的免标定测量方法的装置，该装置包括传感器与测量电路，所述传感器由电容c₁、c₂、c₃组成，所述测量电路与传感器通信连接。

所述电容式液位传感器的免标定测量装置的进一步设计在于，三个电容c₁、c₂、c₃拥有公共的极板H，电容c₁、c₂、c₃分别还拥有对应的另一极板h₁、h₂、h₃，极板h₁、h₂、h₃分别引出有导线。

所述电容式液位传感器的免标定测量装置的进一步设计在于，所述电容c₁、c₃的极板h₁、h₃长度相等。

所述电容式液位传感器的免标定测量装置的进一步设计在于，所述测量电路包括带有充电时间测量功能单元的单片机PIC24F16KM204。

本发明优点

本发明的电容式液位传感器的免标定测量方法在测量液位过程中与介质常数无关，只与电容差比值有关，而三个电容在使用过程中可以直接测量得到，通过程序算法可以换算出被测液位，因此无需对传感器进行标定。

附图说明

图1是电容式液位传感器结构示意图。

图2是电容式液位传感器测量电路图。

图3是软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方案进行详细说明。

如图3，本实施例提供的电容式液位传感器的免标定测量方法，包括如下步骤：

1)将由三个电容c₁、c₂、c₃组成的传感器部分置入被测介质中，使得电容c₁未没入被测介质中；电容c₃完全没入被测介质中，并测得电容c₁、c₂、c₃对应的电容量C₁、C₂、C₃，所述三个电容拥有一个公共电极板与三个独立的电极板，形成所述传感器；

2)根据式(1)测得电容c₂在未没入被测介质时的电容量记作C_2空，其中h₁、h₂分别对应为电容C₁、C₂的极板长度；

3)当所述传感器测量被测介质的液位时，C₂发生变化，并根据式(2)得出Δε,Δε表示被测液体的介电常数与未浸入液体部分电容的介电常数的差值)，最终根据式(3)、式(4)得到最终液位h，其中，ε_测表示被测液体的介电常数，ε_空气表示未浸入液体部分电容的介电常数，

进一步的，步骤1)中通过充电时间测量功能单元测取电容c₁、c₂、c₃对应的实时电容值。

如上述电容式液位传感器的免标定测量方法，本实施例提供一种电容式液位传感器的免标定测量装置，该装置包括传感器与测量电路。传感器在结构上由三部分传感器组成，第一部分为参考电容传感器c₁，第二部分为测量电容传感器c₂，第三部分为参考电容传感器c₃，三者材料一致。

如图1，三个电容c₁、c₂、c₃拥有公共的极板H，电容c₁、c₂、c₃分别还拥有对应的另一极板h₁、h₂、h₃，极板h₁、h₂、h₃分别引出有导线。电容c₁、c₃的极板h₁、h₃长度相等。

测量电路主要由带有充电时间测量功能单元(CTMU)的单片机PIC24F16KM204组成，参见图2。测量时，通过后续测量电路即自带充电时间测量单元(CTMU)功能的单片机PIC24F16KM204，将当前的三路电容c₁、c₂、c₃转换为时间，程序中获取到实时电容值之后，按照换算得到第二部分测量电容传感器的液位高度，再根据h＝h_待测+h₁换算得到需要的液位值，并可将该值直接送到OLED显示。其中h₁、h₂为已知常数，传感器结构确定后，该两个参数即为确定值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都涵盖在本发明的保护范围之内。