一种电容式油位计的制作方法

本发明涉及液位测量技术领域，尤其涉及一种电容式油位计。

背景技术：

现市场上的电容式油位计，一般包括表头及与表头固定的电容传感器，表头内部设置有测控模块，测控模块一般包含电源、测量电路、mcu、信号输出电路等。电源为整机提供电能量，测量电路与测量电极信号连接。测量电路中的信号发生部分产生电容测量激励信号，并通过测量电路中的电桥测量、采样保持、信号滤波等不同电子器件将电容变化转换为能被mcu识别的电平信号。mcu监测电平信号的变化，经过计算将电容值转换为油液的液位高度值，信号输出电路将液位高度值转换为标准的通讯信号输出至上位机。

现有技术的产品的功能控制需要配备测量电路和单独的mcu，且测量电路由分立器件组成，导致产品具有难以克服的局限性：一方面是电路结构复杂导致硬件级间匹配设计难度大、软件设计复杂，另一方面是器件性能容易受到外界环境影响，测量电路的抗干扰能力差，不利于提高测量精度。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电容式油位计，其测控模块采用一体化封装的电容数字转换芯片，省去了传统测量电路的分立器件，大幅度简化了电路结构，可提高抗干扰能力并降低了硬件和软件的设计难度，有利于提高产品的测量精度。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种电容式油位计，包括表头、过程连接件及电容传感器，所述电容传感器通过所述过程连接件与所述表头固定，所述表头包括外壳及内置于所述外壳的测控模块，所述测控模块包括电容数字转换芯片，所述电容传感器包括测量筒及内置于测量筒的两根测量杆，且所述测量杆与所述测量筒的相对位置固定，所述测量筒分别与两根测量杆构成有两路测量电容，所述两路测量电容分别连接于所述电容数字转换芯片的不同测量脚管，所述测量筒侧壁的底端设置有进液孔，所述测量筒侧壁的顶端设置有排气孔。

进一步地，所述测量电容通过电缆与所述电容数字转换芯片的测量脚管连接。

进一步地，所述测量筒呈圆筒状，所述测量杆包括呈圆柱状的金属内芯及套设于所述金属内芯外部的绝缘层。

进一步地，所述测控模块还包括电源电路、温度传感器、信号输出电路、按键输入电路及显示输出电路，所述电源电路分别与所述电容数字转换芯片、所述信号输出电路、所述按键输入电路及所述显示输出电路连接，所述电容数字转换芯片分别与所述温度传感器、所述信号输出电路、所述按键输入电路及所述显示输出电路连接。

进一步地，所述外壳安装有按键模块及显示模块，两者分别与所述按键输入电路和所述显示输出电路连接。

进一步地，所述电容数字转换芯片为芯片pcap02或芯片pcap04。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明所提供的一种电容式油位计，一方面，其测控模块采用一体化封装的电容数字转换芯片元，省去了传统测量电路的分立器件，大幅度简化了电路结构，可提高抗干扰能力并降低了硬件和软件的设计难度，有利于提高产品的测量精度；

另一方面，其电容传感器包括测量筒及内置于测量筒的两根测量杆，测量筒分别与两根测量杆构成有两路测量电容，这两路测量电容分别与电容数字转换芯片的不同脚管连接，通过两路测量电容进行液位测量，这两路测量电容可采取不同的测量模式，快速锁定电容变化区间以提高响应速度，并且能进行测量结果的交叉检验，提高了产品的测量精度、响应速度和可靠性。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的电容式油位计的结构示意图；

图2为图1所示电容式油位计的电容传感器的侧视方向的截面图；

图3为图1所示电容式油位计的电容传感器的仰视方向的截面图；

图4为图1所示电容式油位计的测控模块的工作原理图。

图中：1、表头；2、过程连接件；3、电容传感器；31、测量筒；32、测量杆；321、金属内芯；322、绝缘层；311、进液孔；312、排气孔。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

参考图1、图2、图3和图4，其中图1为本发明较佳实施例的电容式油位计的结构示意图，该电容式油位计包括有表头1、过程连接件2及电容传感器3，电容传感器3通过该过程连接件2与表头1固定，表头1包括有外壳及内置于外壳的测控模块；

图2展示了电容传感器3的侧视方向的截面图，图3展示了电容传感器3仰视方向的截面图，该电容传感器3包括测量筒31和内置于测量筒31的两根测量杆32，且每一测量杆32与测量筒31的相对位置固定；具体来说，测量筒31呈圆筒状，测量杆32包括有呈圆柱状的金属内芯321及套设于金属内芯321外部的绝缘层322，该绝缘层322可以是ptfe管，测量筒31侧壁的底端设置有进液孔311，测量筒31侧壁的顶端设置有排气孔312；

进液孔311与排气孔312构成流体通路，当被测介质从进液孔311流入时，测量筒31内的空气会从排气孔312排出，以使被测介质形成稳定的液面高度，并使测量筒31内外的液面高度保持一致；

图4为本实施例电容式油位计的测控模块的工作原理图，该测控模块包括有电容数字转换芯片、电源电路、温度传感器、信号输出电路、按键输入电路及显示输出电路，其中电容数字转换芯片具体可以为芯片pcap02或芯片pcap04等；电源电路分别与电容数字转换芯片、信号输出电路、按键输入电路、显示输出电路形成电连接，电容数字转换芯片分别与温度传感器、信号输出电路、按键输入电路和显示输出电路形成信号连接；具体来说，表头1的外壳安装有按键模块和显示模块，两者分别与按键输入电路及显示输出电路连接，按键模块指的是键盘之类的硬件，显示模块指的是显示器之类的硬件；

在本实例中，测控模块的电容数字转换芯片与电容传感器3信号连接，在电容传感器3中，测量筒31分别与两根测量杆32构成有两路不同的测量电容，即测量筒31与其中一根测量杆32构成一路测量电容，测量筒31与其中另一测量杆32构成另一路测量电容，这两路测量电容均与电容数字转换芯片信号连接，具体来说，这两路测量电容可通过电缆分别连接于电容数字转换芯片的不同测量脚管；

具体来说每一测量杆32的金属内芯321，能够与测量筒31构成圆柱电容器模型（即上述测量电容），即两根金属内芯321分别与测量筒31构成有两个圆柱电容器模型，根据圆柱电容器模型的相关理论知识，将被测介质的液位变化转化为测量电容的电容值变化；

在本实施例中，电源电路用于将外部电网输入的电压转化为电容式油位计各电路模块所需要的电压；电容数字转换芯片一方面用于控制液位计的整个电路，另一方面用于将电容传感器采集到的电容值转换为标准的数字量并计算出液位值；信号输出电路用于将液位值转换为标准的通讯信号并输出至上位机；温度传感器用于将温度信息转化为相应的电信号；按键输入电路用于将按键模块的输入信息传输至电容数字转换芯片；显示输出电路用于将电容数字转换芯片的输出信息传输至显示模块。

本实施例的电容式油位计的主要工作过程为：

（1）将电容式油位计安装在介质容器的合适位置上，被测介质从进液孔311进入测量筒31内，从而改变两路测量电容的电容值，为了方面描述，分别将这两路测量电容的电容值命名为ca和cb；

（2）电容数字转换芯片分别采集ca和cb的变化量，并进行初步数据比对，对超比对范围和超液位变化速度的数据进行滤除，同时ca和cb两者采用不同的测量模式，快速锁定电容变化区间以提高响应速度；此时根据有效的ca和cb值、采集的温度变化量、芯片内存储的设置值和温度补偿算法，利用圆柱形电容模的理论知识计算出被测介质相对电容传感器3的高度，即被测介质的液位值；

（3）电容数字转换芯片，一方面通过信号输出电路将液位值转换成标准的通讯信号输出至上位机，另一方面通过显示输出电路将液位值输出至本地的显示模块显示。

本实施例的电容式油位计相对现有技术的优点包括：

（1）测控模块采用一体化封装的电容数字转换芯片元，省去了传统测量电路的分立器件，大幅度简化了电路结构，可提高抗干扰能力并降低了硬件和软件的设计难度，有利于提高产品的测量精度；

（2）高度集成化能提高产品的一致性，减少出厂标定时间，甚至同批次产品无需标定，从而提高生产效率；

（3）产品采用双路电容测量模式，其中两路测量电容可采取不同的测量模式，快速锁定电容变化区间以提高响应速度，并且能进行测量结果的交叉检验，提高了产品的测量精度、响应速度和可靠性；

（4）智能化的芯片带温度传感接口和自动阻容补偿机制，能自动对环境温度进行采集，实现温度补偿和阻容补偿；

（5）电路高度集成化，能实现低功耗测量，提高产品性价比。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。