一种利用板式电容式传感器进行液位测量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及液化天然气技术，尤其设及一种利用板式电容式传感器进行液位测量 的方法。
【背景技术】
[0002] 液化天然气(简称LNG)汽车发展迅速，为了保证汽车安全可靠地行驶，司机需要实 时掌握LNG的使用状况，避免一些意外情况的发生。为能实时显示LNG车载瓶中的液位高度， 通常还配备有液位检测仪。目前所用的液位检测仪包括:安装于LNG车载瓶内的传感器装 置，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 传感器作为检测仪中的主要组成部件，安装于车载瓶中。现在有一种新型液位传感器，采用 矩形板式，其中一块电容板从对角线割开，形成两块有效面积大小相等、对称布置的Ξ角形 极板，利用两个被测探头分别对两Ξ角形极板的电容值进行同步测量，而且两块电容板上 均有一层绝缘层。
[0003] 应用运种新型液位传感器，当LNG车载瓶中的液体高度发生变化时，两Ξ角形传感 器同时将LNG的液位高度信号转换为电容信号经两被测探头传至信号变送器中，其测量结 果变化趋势相反。在信号变送器中通过对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，从而实现与LNG无关的液位测量。
[0004] 然而，由于运种传感器是在平行板电容器的基础上进行改进的，而平行板电容器 存在的最大缺陷就是边缘效应的影响。平行板电容器边缘效应的存在，使其实际电容比忽 略边缘效应时的理想电容大，运是由于平行板电容的边缘效应造成了电容附加值的不同而 产生的。由于边缘效应而产生的附加电容使实际电容值大于理想电容值，若直接用忽略边 缘效应时的理想平行板电容公式去进行计算，其结果就会存在误差，所W边缘效应的影响 不可忽略。斜对角线式平行板的边缘效应会对液位测量造成较大影响，尤其当液位高度处 于最高或最低位置时，平行板的边缘效应会对测量精度造成更大的影响。
【发明内容】
[0005] 在下文中给出了关于本发明的简要概述，W便提供关于本发明的某些方面的基本 理解。应当理解，运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W简化的形式给出某些概念， W此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006] 鉴于此，本发明提供了一种利用板式电容式传感器进行液位测量的方法，W消除 板式电容边缘效应所带来的测量误差。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种利用板式电容式传感器进行液位测量的方 法，其特征在于，所述板式电容式传感器包括:第一直角梯形极板、第二直角梯形极板W及 矩形极板，所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的形状相同且对称布置;所述 利用板式电容式传感器进行液位测量的方法包括:预先将所述板式电容式传感器按如下方 式安装于LNG车载瓶内腔中：所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的板面位于 同一平面内，所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板各自的斜边相对并且平行设 置，所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的上、下底边分别与所述LNG车载瓶内 腔中的液面平行;所述第一直角梯形极板的上底边与所述第二直角梯形极板的下底边位于 同一直线上，所述第一直角梯形极板的下底边与所述第二直角梯形极板的上底边位于同一 直线上;所述矩形极板的板面与所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的板面平 行布置，并且所述矩形极板的板面与所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的板 面相对;利用两个测试探头分别对所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的电容 值进行实时同步测量;根据所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的电容值W及 所述第一直角梯形极板与所述第二直角梯形极板的极板板面的高，获得所述LNG车载瓶的 液位高度。
[0008] 进一步地，所述第一直角梯形极板的板面与所述矩形极板的板面之间的距离为d; 所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的上底边的长度均为d/2,所述第一直角 梯形极板和所述第二直角梯形极板的高均为H，第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极 板的下底边均为D+d/2;所述矩形极板的长边的长度为D+d，所述矩形极板的短边的长度为 H，且所述矩形极板的短边与所述LNG车载瓶内腔中的液面垂直;其中，D、HW及d均为正数。
[0009] 进一步地，所述L N G车载瓶的液位高度根据如下公式获得：
[0010] 其中：
D为所述第一直角梯形极板的下底与上底之差， 所述第一直角梯形极板和所述第二直角梯形极板的外壁上均设置有绝缘层，do为第一直角 梯形极板外壁上的绝缘层表面到矩形极板板面间的距离，cb为绝缘层的厚度，ε〇为空气的介 电常数，62为绝缘层的介电常数;所述矩形极板的长边的长度为D+d，所述矩形极板的短边 的长度为H，且所述矩形极板的短边与所述LNG车载瓶内腔中的液面垂直。
[0011] 进一步地，所述第一直角梯形极板和第二直角梯形极板各自的斜边之间的距离的 取值范围为(〇mm，5mm]。
[0012] 进一步地，Η等于LNG车载瓶内胆圆形截面的直径。
[0013] 进一步地，D 等于 80mm; Η 的数值为 W 下之 一:500mm; 600mm; 650mm。
[0014] 由此，应用本发明的利用板式电容式传感器进行液位测量的方法，能够通过两个 测试探头分别对两梯形极板（即第一直角梯形极板210和第二直角梯形极板220)的电容值 进行同步测量，能够消除边缘效应所带来的测量误差，由此能够提高LNG车载瓶液位检测仪 的测量精度。
[0015] 此外，通过在梯形极板外壁上设置一层诸如聚四氣乙締的绝缘层，能够有效避免 因 LNG中含有杂质而造成的挂壁影响，从而提高了板式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。
[0016] 通过W下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的运些W及其他优 点将更加明显。
【附图说明】
[0017] 本发明可W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：
[0018] 图1是示出本发明的利用板式电容式传感器进行液位测量的方法的示意性处理流 程图。
[0019] 图2A是示出板式电容式传感器W及包含该板式电容式传感器的液位测量系统的 结构示意图；
[0020] 图2B是图1所示的板式电容式传感器沿A-A'方向的视图；
[0021] 图2C是示出图1所示的板式电容式传感器一种结构的示意图；
[0022] 图3是板式电容式传感器的静电场示意图；
[0023] 图4是平行板扩展边缘示意图。
[0024] 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，W 便有助于提高对本发明实施例的理解。
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