一种利用三角形电容式传感器进行液位测量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液化天然气技术，尤其涉及一种利用三角形电容式传感器进行液位测 量的方法。
【背景技术】
[0002] 2016年1月1日起，乘用车燃料消耗量第四阶段强制性国家标准将被实施，首 次将天然气乘用车纳入核算。按"碳平衡法"核算，天然气汽车能耗较传统汽油车具有 15% -20 %的优势，将进一步提升车企研发应用天然气汽车积极性。未来十年，我国将迎来 车用天然气发展的黄金时期。据国家规划，到2020年，我国天然气汽车（液化天然气（LNG) 汽车与压缩天然气（CNG)汽车）产量可达到220万辆/年的规模，其中客车和载货汽车达 到20万台（LNG汽车约占50% )，乘用车100万台（LNG汽车约占20% )。
[0003] LNG车载瓶是LNG汽车燃料系统的重要组成部分，其液位的测量技术受到了社会 各界的广泛关注。在测量过程中，必须安装各种安全器件才能够保证LNG车载瓶在各种容 量下均可安全可靠的工作，因此设计一种高性能的液位测量系统实现对低温液体的精准测 量与实时检测是十分有必要的。
[0004] 传统的液位测量系统主要包括安装于LNG车载瓶内的传感器装置，该传感器装置 外接信号变送器，信号变送器与液位显示器相连接，其中LNG车载瓶所用的传感器通常为 单个的圆筒形三角形电容式传感器，位于车载瓶内；信号变送器对所采集的信号进行传递 与处理，位于车载瓶封头处；液位显示器主要是信号变送器传递过来的液位信号实时显示， 位于驾驶室。通过这三个部件，LNG车载瓶内的液位就会实时显示出来，被司机所掌握。
[0005] 然而，这种传统的LNG车载瓶液位测量系统是基于被测介质及空气的介电常数恒 定不变的假设为理论基础的，其检测方法存在如下缺点：液化天然气的品质会因产地、温 度、压力等因素的不同而有差异，这些差异会导致液化天然气的介电常数发生改变，从而对 三角形电容式传感器电容量产生较大影响，进而造成传统的检测方法无法准确地检测出 LNG车载瓶中液化天然气的液位，给LNG车载瓶的正常灌液、运输和使用带来诸多不便。此 外，目前在传统圆柱形三角形电容式传感器的基础上消除介电常数的影响，常用的方法有 两种，即不定期标定被测介质和引入参比电容求得被测介质的介电常数。这两种方法不仅 大大增大了运算量，且占有更多的容器空间。
【发明内容】
[0006] 在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本 理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的 关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概 念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0007] 鉴于此，本发明提供了一种利用三角形电容式传感器进行液位测量的方法，以至 少解决现有的液位测量技术无法准确检测LNG车载瓶中液化天然气的液位的问题。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种利用三角形电容式传感器进行液位测量的方 法，其特征在于，所述三角形电容式传感器包括：第一三角形极板、第二三角形极板以及矩 形极板，所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的有效面积相等且对称布置；所述利 用三角形电容式传感器进行液位测量的方法包括：预先将所述三角形电容式传感器按如下 方式安装于LNG车载瓶内腔中：所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的板面位于同 一平面内，所述第一三角形极板和所述第二三角形极板各自的最长边相对并且平行设置， 所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的最短边分别与所述LNG车载瓶内腔中的液 面平行，所述矩形极板的板面与所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的板面平行布 置，并且所述矩形极板的板面与所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的板面相对； 利用两个测试探头分别对所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的电容值进行实时 同步测量，并计算所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的电容值的微变之比；根据 所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的电容值的微变之比以及所述第一三角形极 板与所述第二三角形极板的极板板面的高，获得所述LNG车载瓶的液位高度。
[0009] 进一步地，所述LNG车载瓶的液位高度根据如下公式获得：I = ，其中，hx 表示所述LNG车载瓶的液位高度，H表示所述第一三角形极板与所述第二三角形极板的极 板板面的高，AC表示所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的电容值的微变之比，且 Δ('= 7十，其中C1为所述第一三角形极板的电容值，而C2为所述第二三角形极板的电容值。
[0010] 进一步地，该方法还包括：预先在所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的 外壁上设置绝缘层。
[0011] 进一步地，将所述第一三角形极板和所述第二三角形极板各自的板面以垂直所述 LNG车载瓶内腔中的液面的方式设置。
[0012] 进一步地，所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的极板形状均为相同的直 角三角形，该直角三角型的直角边的长度分别为H和D ;在使用时，长度为H的直角边垂直 液面设置，而长度为D的直角边平行液面设置，H和D分别为正数。
[0013] 进一步地，所述第一三角形极板和第二三角形极板各自的最长边之间的距离的取 值范围为（〇mm，5mm] 〇
[0014] 进一步地，H等于LNG车载瓶内胆圆形截面的直径。
[0015] 进一步地，D等于80mm ;H的数值为以下之一 ：500mm ;600mm ;650mm。
[0016] 由此，应用本发明的利用三角形电容式传感器进行液位测量的方法，能够通过两 个测试探头分别对两三角形极板（即第一三角形极板210和第二三角形极板220)的电容 值进行同步测量，并通过对测得的电容信号进行微分处理，使液位的高度仅与两电容的微 变之比相关，而与LNG的介电常数大小无关，从原理上消除了被测介质的影响。由此，针对 于不同介电常数的情况，本发明的三角形电容式传感器均可准确测量出LNG车载瓶内的液 位，由此实现不受LNG介电常数的影响下对液位高度的准确测量。
[0017] 此外，通过在三角形极板外壁上设置一层诸如聚四氟乙烯的绝缘层，能够有效避 免因 LNG中含有杂质而造成的挂壁影响，从而提高了三角形电容式传感器的测量准确率， 并减小了传感器失效现象的发生概率。
[0018] 通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优 点将更加明显。
【附图说明】
[0019] 本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的 详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本 发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：
[0020] 图1是示出本发明的利用三角形电容式传感器进行液位测量的方法的示意性处 理流程图。
[0021] 图2A是示出三角形电容式传感器以及包含该三角形电容式传感器的液位测量系 统的结构示意图；
[0022] 图2B是图1所示的三角形电容式传感器沿A-A'方向的视图；
[0023] 图2C是示出图1所示的三角形电容式传感器一种结构的示意图；
[0024] 图2D是示出图1所示的三角形电容式传感器另一种结构的示意图。
[0025] 本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的， 而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以 便有助于提高对本发明实施例的理解。
【具体实施方式】
[0026] 在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见， 在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施 例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符 合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有 所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开 内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
[0027] 在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中 仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明 关系不大的其他细节。
[0028] 本发明的实施例提供了一种利用三角形