一种用于LNG车载瓶内液位测量的三电容式传感器的制作方法

本实用新型涉及一种传感器装置，尤其涉及一种用于LNG车载瓶内液位测量的三电容式传感器，属于传感器技术领域。

背景技术：

LNG储存于低温绝热储罐中，为了能够实时检测到储罐中的液位，通常还配备有液位检测仪。目前常用的液位检测仪的结构包括：电容传感器、变送器和液位显示器。其中常用的传感器装置为单电容式，电容传感器安装于储罐内用来检测储罐中LNG液位，外接变送器，变送器又与液位显示器相连接。LNG的品质会因其产地、成分、温度以及压力等因素的不同而有差异，上述因素均会导致LNG的介电常数发生不同程度的改变，从而对所测电容量产生较大影响。而随着LNG的气化使用，罐中液态介质的组成成分所占比例会不断地发生变化，从而导致液态介质的介电常数也会不断发生不同程度上的改变，对所测电容量会产生比较大的影响。

现有的电容式传感器的结构均为圆柱形，分别利用了双电容或主辅电容进行液位的测量，其原理为利用参考电容所测的液体的介电常数来修正大电容的介电常数，以此来提高液位测量的精度。但是随着LNG的气化使用，储罐内的剩余液态介质和气态介质的成分均会不断地发生变化，从而导致气液两相的介电常数随着液位变化会发生较大改变。上述的改进的单电容式或双电容式传感器，无法对气态介质的介电常数进行修正，仅能通过对液体介质介电常数的修正来使得测量结果的精度比未经修正的单电容式传感器有所改进，但其精度仍然不高，故需寻找使得测量结果精度更高的改进方法，进一步减小气液两相介电常数的变化带来的测量误差。同时，LNG车载瓶在运动过程中由于运动会产生浪涌，也对获取液体介电常数产生了巨大影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，进而提供一种用于LNG车载瓶内液位测量的三电容式传感器，可精精确定液体介电常数。

本实用新型的技术方案：

一种用于LNG车载瓶内液位测量的三电容式传感器，包括：LNG车载瓶、一号基准电容、二号基准电容、测量电容、防浪涌挡板、变送器和显示器，

所述LNG车载瓶内部设置有测量电容，所述测量电容上下两端均与LNG车载瓶相连接；

所述测量电容右侧安装有一号基准电容，所述一号基准电容安装在LNG车载瓶的底部，一号基准电容竖直安装；

所述LNG车载瓶内安装有二号基准电容，二号基准电容水平放置在LNG车载瓶的顶部；

所述二号基准电容右侧安装有防浪涌挡板，防浪涌挡板上具有多个通孔；

所述一号基准电容、二号基准电容和测量电容通过导束线与置于LNG车载瓶外部的变送器相连，所述变送器与显示器相连。

进一步，所述防浪涌挡板倾斜设置，防浪涌挡板且与一号基准电容2的中心线所成角度为45度。

进一步，所述防浪涌挡板上的多个通孔均匀分布。

进一步，所述一号基准电容高度为测量电容高度的三分之一。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过对基准电容进行改进，在LNG罐顶部与底部各安装一个基准电容，再在LNG罐底部安装一个测量电容。这样在LNG的使用过程中分别对液体介质和气体介质的介电常数进行修正，当罐内LNG刚充装完毕时，顶部基准电容横向放置可保证其一直处于气态介质中，在LNG使用过程中，横向的基准电容可较为准确地测量出气体介质实际的介电常数；而底部的竖直基准电容高度较小可保证其一直处于液态介质中，竖直基准电容可较为准确地测量出液体介质实际的介电常数。将所测液体介质的介电常数传输至运算器并计算得到较为精确的结果。同时，在车载瓶内设置防浪涌挡板，进一步提高了对介电常数的修正。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中测量电容的结构示意图；

图3为图1中一号基准电容的结构示意图；

图4为图1中二号基准电容的结构示意图；

图5为图1中防浪涌挡板的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

一种用于LNG车载瓶内液位测量的三电容式传感器，包括：LNG车载瓶1、一号基准电容2、二号基准电容3、测量电容4、防浪涌挡板7、变送器5和显示器6，

所述LNG车载瓶1内部设置有测量电容4，所述测量电容4上下两端均与LNG车载瓶1相连接；

所述测量电容4右侧安装有一号基准电容2，所述一号基准电容2安装在LNG车载瓶1的底部，一号基准电容2竖直安装；

所述LNG车载瓶1内安装有二号基准电容3，二号基准电容3水平放置在LNG车载瓶1的顶部；

所述二号基准电容3右侧安装有防浪涌挡板7，防浪涌挡板7上具有多个通孔；

所述一号基准电容2、二号基准电容3和测量电容4通过导束线与置于LNG车载瓶1外部的变送器5相连，所述变送器5与显示器6相连。

所述防浪涌挡板7倾斜设置，防浪涌挡板7且与一号基准电容2的中心线所成角度为45度。所述防浪涌挡板7上的多个通孔均匀分布。所述一号基准电容2高度为测量电容4高度的三分之一。

在LNG罐顶部安装一个横向二号基准电容3，底部安装一个竖直一号基准电容2，然后在LNG罐底部安装一个测量电容4。当罐内LNG刚充装完毕时，顶部基准电容横向放置可保证其一直处于气态介质中，在LNG使用过程中，横向的二号基准电容3可较为准确地测量出气体介质实际的介电常数；而底部的竖直一号基准电容2高度较小可保证其一直处于液态介质中，竖直一号基准电容2可较为准确地测量出液体介质实际的介电常数。

每个传感器的内外圆筒分别为电容的两极。从原来的仅有液相的基准电容修正变为气液两相基准电容修正，分别对液态介质和气态介质的电容值进行测量；然后通过测量电容4测得罐内介质的实时电容。与基准电容和测量电容相连接的是变送器5，变送器将LNG车载瓶中传输来的电容信号转换为所需的直流电压信号，再通过程序运算将基准电容的电压信号处理得到液体介质的实际介电常数，最后结合从测量电容传来的电压信号处理得到LNG罐内实际的液位高度。与变送器5相连的是液位指示器6，液位指示器6将LNG车载瓶的液位进行实时显示。

本发明所述的液位计准确检测LNG液位的具体实现过程为：令基准电容2的内筒的外径和外筒的内径分别为r₁和r₂，二号基准电容3的内筒的外径和外筒的内径分别为r₃和r₄，测量电容4的内筒的外径和外筒的内径分别为r₅和r₆，空气的介电常数为ε₀，基准电容的长度分别为h₁和h₂，其预设的LNG的介电常数分别为ε₁、ε₂，其预设电容值分别为C₁和C₂。在测量过程中，利用一号基准电容2进行液态介质介电常数的修正，其所测的电容值为C₁’，利用二号基准电容3进行气态介质介电常数的修正，其所测的电容值为C₂’。测量电容所测电容值为C测，LNG车载瓶的液位实时高度为hx。

在LNG使用过程中，采用一号基准电容2来进行液体介质介电常数的修正。根据圆柱形电容器的电容值计算公式可得出，一号基准电容2的预设电容值与预设介电常数的关系如下：

汽车在行驶过程中，LNG的介电常数和液位高度会因时间和环境条件的改变而产生变化，同时当LNG的产地不同时，其介电常数更会有很大的差异。修正后的液体介电常数公式如下：

在LNG使用过程中，采用二号基准电容3来进行气体介质介电常数的修正。根据圆柱形电容器的电容值计算公式可得出，二号基准电容3的预设电容值与预设介电常数的关系如下：

修正后的气体介电常数与基准电容所测电容值关系如下：

测量电容所测得电容值C测与液体介质和气体介质介电常数的关系如下：

根据上述公式可得测量液位高度h_x的计算公式如下：

通过对LNG罐中液体介质和气体介质介电常数的修正，我们不仅能够减小LNG因产地、温度等因素造成的液体介质介电常数差异带来的影响，而且能够从很大程度上减小LNG因气化使用而造成罐中剩余液体介质和气体介质的介电常数变化所导致的误差。

实际使用过程中，LNG车载瓶1液位测量的误差基本来源于其中液体介质和气体介质介电常数的测量误差，对其进行气液两相介电常数的修正对于LNG车载瓶1中的液位测量非常适用。