适用于动态环境的大电容电容式液位传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种液位传感器，特别设及一种适用于动态环境的大电容电容式 液位传感器。
【背景技术】
[0002] 目前国内外工业级电容式液位传感器主要分为二类结构，杆式结构和绳式结构。 杆式结构电容式液位传感器测量电极为刚性，测量长度《2. 5米。绳式结构电容式液位传 感器测量电极为柔性，测量长度《30米。无论杆式结构和绳式结构电容式液位传感器，测 量电容范围均在30pF~2000pF，并且要求被测水槽与电容式液位传感器在静止的环境中 使用。
[0003] 杆式结构和绳式结构电容式液位传感器的电极密封均采用填料密封方式，填料材 料多为聚四氣乙締，耐水/气压强度0~6. 4MPa，使用寿命一般为2年(填料密封方式在环 境恶劣的条件下使用寿命更短)。
[0004] 如图1所示杆式结构电容式液位传感器结构图，杆式结构电容式液位传感器电极 采用04~〇 10mm不诱钢园棒外套1mm壁厚聚四氣乙締套管制作巧同轴结构形式)，刚性 强不能弯曲，当长度超过2. 5米后，在运动的测量环境中电极无法固定，会随外部运动而运 动，从而测量精度大幅下降使用寿命缩短。
[0005] 如图2所示绳式结构电容式液位传感器结构图，绳式结构电容式液位传感器电极 忍线采用。1. 0~。2. 0mm聚四氣乙締高溫柔性导线制作（没有同轴结构形式)，由于电极 忍线是铜线材料其抗拉强度不高，在运动的测量环境中电极无法固定，会随外部运动而运 动，从而测量精度大幅下降使用寿命缩短。
【发明内容】
[0006] 本实用新型是针对工业级电容式液位传感器在扩大测量容量存在瓶颈及无法适 应动态环境的问题，提出了一种适用于动态环境的大电容电容式液位传感器，突破传统结 构，采用半柔性同轴结构，解决测试容量的局限性，同时可适应动态环境使用，大大提升了 电容式液位传感器的使用范围。
[0007] 本实用新型的技术方案为：一种适用于动态环境的大电容电容式液位传感器，包 括法兰、金属陶瓷绝缘子，龙骨支架、电极忍线和金属软管，电极忍线采用。0. 5mm不诱钢 丝外敷聚四氣乙締柔性绝缘层的电极忍线，龙骨支架包括两根龙骨和数个固定支撑环，两 根龙骨上固定焊接数个等距离固定支撑环，焊接固定后两根龙骨形成的平面过每个固定支 撑环中屯、，形成沿着两根龙骨平面方向上可W弯曲的框架结构，将数根并联连接的电极忍 线置于龙骨支架中，并且通过排线机构和调节机构使所有电极忍线与龙骨支架平行排列， 金属陶瓷绝缘子中间层为陶瓷材质，电极忍线两组端线通过连接至陶瓷中屯、线，在法兰的 另一侧引出，陶瓷外层为金属结构与法兰固定连接，电极忍线、金属陶瓷绝缘子、法兰的连 接部分填充环氧树脂构成绝缘密封，金属软管作为外电极套在龙骨支架外面，金属软管一 头与法兰固定连接，金属软管另一头与龙骨支架末端固定连接。
[0008] 所述龙骨支架选用轻质铁金属，龙骨支架长度不限。
[0009] 所述适用于动态环境的大电容电容式液位传感器，还包括调节弹黃、排线端子、U 形弯管、固定架、中屯、调节钢丝绳、排线器、排线盘，数根电极忍线对称直线排列，从金属陶 瓷绝缘子的中屯、线位置穿出排线盘，穿过间隔排列的数个排线器内侧孔后，绕穿过排线端 子，排线端子上有两排平行的直线穿线孔，一排进一排出，绕过排线端子出的电极忍线再穿 过原来的数个排线器内侧孔返回排线盘中屯、位置，连接金属陶瓷绝缘子中屯、线在法兰的另 一侧引出；中屯、调节钢丝绳从法兰一个固定柱上穿出排线盘外侧，穿过数个排线器外侧孔 和数个固定支撑环上的孔，再穿过U形弯管，再穿过间隔排列的数个固定支撑环和排线器 外侧上的孔，返回排线盘外侧，固定在法兰的另一个固定柱上，每个排线器位于相邻两个固 定支撑环间，中屯、调节钢丝绳的连接方式使数个排线器连接保持与固定支撑环连接同轴； 固定架由两个圆环前后平行排列组成，两个圆环通过龙骨焊接固定相对位置，排线端子通 过两个调节弹黃与一圆环连接，U形弯管的两端通过两个调节弹黃与另一圆环连接，排线端 子和U形弯管分别调节电极忍线的张力和排线器的中屯、位置，两根龙骨的末端与固定架的 圆环焊接固定。
[0010] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型适用于动态环境的大电容电容式液位传 感器，可满足测量电容大于2000pF的需求，保证测试寿命和测试精度的情况下，半柔性结 构可在动态环境中测试，例如船用、地下水位等复杂环境或狭小环境的检测。
【附图说明】
[0011] 图1为杆式结构电容式液位传感器结构图；
[0012] 图2为绳式结构电容式液位传感器结构图；
[0013] 图3为电容法测量液位示意图；
[0014] 图4为本实用新型适用于动态环境的大电容电容式液位传感器结构示意图；
[0015] 图5为本实用新型适用于动态环境的大电容电容式液位传感器中龙骨支架结构 图；
[0016] 图6为本实用新型适用于动态环境的大电容电容式液位传感器装配后示意图。
【具体实施方式】
[0017] 如图3所示电容法测量液位示意图，图中指出了具有绝缘套管的检测电极及其等 效电路图，由图3可见，液面上部为。和C2电容的串联，而液面下部为C3和C4电容的串联， C.胃的输出电容为液面上、下两部分串联电容的并联值。
[0018] 下边分别计算各电容值的大小：
[0019]
[0020] 在测量导电电介质液体时，e1緣e2 ;e1嫌e3电容C4为短路状态，液面下部电 容仅决定于C3的电容值。
[0021]
[0022] 假定金属储液罐是直径为D的圆柱型，同轴柱状电容传感器探头内金属电极直径 为山总长度为L电极浸入液体和空气中的长度分别为Hi、L-Hi，金属电极外敷绝缘层为聚 四氣乙締，外电极内表面直径为化抽于测量的是导电电介质液体，所W金属储液罐表面的 电荷通过导电电介质液体施加在聚四氣乙締绝缘层表面形（C4为短路状态)，成外电极内表 面化）。液体、空气和绝缘层的介电常数分别为e2、e3和e1。
[0023] 将公式（1)代入公式（2)，由于e1、￡2、^3、〇、化、d、L为定值，经化解可W得到圆 柱形单传感器电容量如下形式：C.胃=Q+KHi。旬为没有被测液体时的空气电容值(称作传 感器初始电容值)。K=2II ￡i/lnDl/d，因为￡i、Di、tn为定值，所WK为常数。Hi为被测 液体高度。
[0024]所W测量电极与金属储液罐壁之间形成的电容量C,胃随被测介质浸没电极的液位 Hi呈线性变化，电容式液位传感器利用当液体介电常数恒定时，极间电容正比于液位的原 理进行设计。
[00巧]解决大电容量问题要减小电极忍线的直径，因为根据公式（1)中第=项，要增大C3 的电容值，就要减小分母部分，也就是外套绝缘层D1与电极忍d的直径比越小，分母越小， C3越大，检测范围越大。另要增加总的电容量可W采用多电极并联的方式。根据圆柱形单 传感器电容量的计算公式：C,営=C〇+KHi,可W计算出：Cn,営=(C〇+KHi)N(式中N为电极数 量），电极数N的增加总的电容量同比增加。
[0026]要求电极忍线直径更小，普通聚四氣乙