三角形电容式传感器和液位测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液化天然气技术，尤其涉及一种用于在液化天然气车载瓶内进行液位 测量的三角形电容式传感器和液位测量系统。
【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，本发明提供了一种用于LNG车载瓶内液位测量的三角形电容式传感器和 液位测量系统，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，提供了一种用于LNG车载瓶内液位测量的三角形电容式 传感器，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；在使用时，所述 第一三角形极板、所述第二三角形极板以及所述矩形极板按如下方式安装于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，并且矩形极板的板面与 第一三角形极板和第二三角形极板的板面相对。
[0009] 进一步地，所述第一三角形极板和所述第二三角形极板的外壁上均设置有绝缘 层。
[0010] 进一步地，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。
[0011] 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。
[0012] 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
[0013] 进一步地，H等于LNG车载瓶内胆圆形截面的直径。
[0014] 进一步地，D等于80mm ;H的数值为以下之一 ：500mm ;600mm ;650mm。
[0015] 此外，根据本发明的另一方面，还提供了一种用于LNG车载瓶内液位测量的液位 测量系统，所述液位测量系统包括：LNG车载瓶内腔、设置于所述LNG车载瓶内腔中的三角 形电容式传感器、与所述三角形电容式传感器相连接的信号变送器以及与所述信号变送器 相连接的液位指示器；其中，所述三角形电容式传感器为权利要求1-6中任一项所述的三 角形电容式传感器；所述三角形电容式传感器中的第一三角形极板和第二三角形极板通过 两个测试探头与所述信号变送器相连接，所述两个测试探头测量得到所述第一三角形极板 和所述第二三角形极板各自的电容信号，所述信号变送器将所述两个测试探头传输来的电 容信号转换为直流电压信号，通过设置于信号变送器中的信号处理模块计算液位高度，并 通过所述液位显示器对所计算的液位高度进行实时显示。
[0016] 进一步地，所述信号处理模块用于：所述第一三角形极板的电容值记为C1，所述第 二三角形极板220的电容值记为C 2，计算所述第一三角形极板的电容值与所述第二三角形 极板的电容值的微变之比AC，其中，
；根据所述第一三角形极板的电容值与所述 第二三角形极板的电容值的微变之比A C，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H，确定液位高度hx:
[0017] 由此，应用本发明的用于LNG车载瓶内液位测量的三角形电容式传感器，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。
[0018] 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。
[0019] 本发明的液位测量系统具有本发明的三角形电容式传感器的以上效果。
[0020] 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】
[0021] 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：
[0022] 图IA是示出在LNG车载瓶内应用本发明的三角形电容式传感器的一个示例的结 构示意图；
[0023] 图IB是图IA所示的三角形电容式传感器沿A-A'方向的视图；
[0024] 图2A是示出图IA所示的三角形电容式传感器一种结构的示意图，图2B是示出图 IA所示的三角形电容式传感器另一种结构的示意图；
[0025] 图3是示出利用图IA所示的三角形电容式传感器进行液位测量的处理流程。
[0026] 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】
[0027] 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