LNG车载瓶内剩余液体量直接测量的板式电容传感器的制作方法

本申请涉及一种板式电容传感器，特别涉及一种LNG车载瓶内剩余液体量直接测量的板式电容传感器。

背景技术：

液化天然气(简称LNG)汽车发展迅猛，为了保证汽车可靠安全地行驶，驾驶员需要实时掌握LNG的使用情况，避免一些突发状况的发生。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、对称布置的三角形极板，利用两个被测探头分别对两三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。当LNG车载瓶中的液体高度发生变化时，两三角形传感器同时将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。

以对角线为切割线的电容板液位计测量出来的数值为液位高度，而在驾驶舱内液位显示器上显示出来的信号却是车载瓶内剩余LNG的体积。对于卧式圆柱形LNG车载瓶，液体体积与液位高度并不是简单的成正比，需要进行复杂的换算，这会给软件部分带来额外的负担。将高度信号转变为体积过程中，需要进行复杂的二次运算，如果交给软件进行处理会增大信号处理的难度，不仅增加了计算难度，对相关设备提出了更多要求，而且给实现精确的电容信号转换带来困难。

为了减轻软件计算的负担，降低相关设备需求以求降低成本，可以从极板切割线入手，对极板的切割线进行优化。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种LNG车载瓶内剩余液体量直接测量的板式电容传感器，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案。

本申请实施例公开了一种LNG车载瓶内剩余液体量直接测量的板式电容传感器，所述车载瓶为圆柱形卧式结构，所述板式电容传感器包括两块相同的矩形电容板，其中一块所述矩形电容板沿曲线分割，所述曲线方程满足：

以矩形电容板左下角为原点建立直角坐标系，矩形电容板宽度方向为x轴正方向，矩形电容板高度方向为y轴正方向，式中D为矩形电容板宽度，r为圆柱形车载瓶半径。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于可直接求得车载瓶内剩余液体的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本实用新型具体实施例中优化分割后的电极板示意图；

图2所示为本实用新型具体实施例中LNG车载瓶截面图；

图3所示为本实用新型具体实施例中优化后的分割曲线图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的目的是对LNG车载瓶内的板式电容传感器结构进行改进，提供一种能直接测出卧式圆柱形LNG车载瓶中液体体积的液位检测方法，达到在不同情况下LNG车载瓶中的液位均可准确实时显示的效果。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案。

为了简化计算，先不考虑电极板边缘的延伸部分所带来的影响。设平行板电容高为H，宽为D的矩形，以电容板左下角为原点建立直角坐标系。其中，一块电极板被一条经过原点的对角曲线f(y)切割为面积相等的两部分，如图1所示。

假设当液位高度为h时，左半部分极板电容值为C₂，浸没在液体中的部分面积为S₂；右半部分极板电容值为C₁，浸没在液体中的部分面积为S₁。平行平板到绝缘介质表面间的距离为d₀，绝缘介质的厚度为d₂，空气、LNG和绝缘层的介电常数分别为ε₀、ε₁和ε₂，根据平行板电容器的电容计算公式可推导出：

设已知S₁+S₂＝h·D，那么式(1)、(2)可化简整理为：

C₁+C₂＝A₁+A₂·(S₁+S₂) (3)

C₁-C₂＝A₂·(S₁-S₂) (4)

在上两式中，只有A₂中包含了LNG介电常数这一不确定量，需要消除A2的影响，可以对式(3)与式(4)进行如下变换：

为简化计算，假设对极板的分割线进行优化后，液体体积V_x与车载瓶体积V关系如下：

车载瓶为圆柱形卧式结构，内直径近似为2r＝H，整体长度为L，其截面图如图2所示。

则求出LNG车载瓶的容积为当液位高度为h时，车载瓶内液体的体积为：

根据积分关系可求出两个半极板浸入液体的那一部分的面积为：

S₁＝hD-S₂ (8)

则由式(8)、(9)可以计算出：

由式(5)和(6)可知

将式(7)带入式(11)可得：

最后通过式(12)对f(y)进行求解，可以得出一条优化后的曲线，即：

只要将其中一块矩形电容板按上述曲线切割，如图3，可直接求得车载瓶内剩余液体的体积，即得到公式(6)，从而大大降低了测量系统对相关软件的需求，并且提高了液位测量的准确程度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。