CN203148514U - 电容式自适应液位传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电容式自适应液位传感器，它应用于测量领域。电容式自适应液位传感器，包括电容式液位传感器本体以及通过安装法兰设置在电容式液位传感器本体顶端的变送器，电容式液位传感器本体由测量内筒和不锈钢外筒组成，测量内筒外壁设置一通过导线与变送器连接的、用于检测被测液体实际介电常数值变化的液面感知器。本实用新型通过液面感知器向变送器传送信号，变送器可以实现对测量参数的校准，消除了因被测液体介电常数的改变而带来的测量误差，确保精确测量液位高度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种液位传感器，具体的说是一种电容式液位传感器。
背景技术
在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速高效优质的生产，经常需要对液位进行精确测量，继而进行自动调节、智能控制，使生产过程控制更趋完善。电容式液位传感器由于适用面广、安装方便、无可动或弹性部件等优点，得到了广泛应用。
电容式液位传感器的电容检测元件是根据圆筒形电容器的原理进行工作的，电容式液位传感器以电容器作为传感元件，通过电容器容量的变化来反应液位的高低变化。电容式液位传感器的电容器是由两个绝缘且同轴的圆柱形内电极板和外电极板组成，在外电极板上开有流通孔使被测液体流入内、外极板间。当两个电极之间充以介电常数为e的被测液体时，两电极之间的电容量为C=2πeL/lnD/d,公式中，L为被测液体的液位高度，D为外电极板的直径，d为内电极板的直径。电容式液位传感器的电容器在测量过程中参数D、d和e是基本不变的，因此通过测量出的电容值C即可计算出液位高度L。
在实际应用中，电容式液位传感器用一根细长的金属棒作成电容器的内电极板，与内电极绝缘并且同轴的金属外筒构成电容器的外电极板，因此测量公式中的D和d是在电容式液位传感器制作时固定的，在实际应用中不会发生变化。但介电常数e是由被测液体的特性所决定的，当被测液体在使用过程中的性能和所处环境的温度发生变化时，介电常数e往往会随之发生变化，此时如果仍使用原来的介电常数e进行计算，那么计算得出的被测液体的液位高度L值就会与实际液位高度产生偏差，造成测量结果不准确，进一步引起自动控制系统调节错误，影响工业生产的质量，造成损失。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是提供一种电容式自适应液位传感器，以消除因被测液体介电常数的改变而带来的测量误差，达到精确测量液位变化的目的。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
电容式自适应液位传感器，包括底端设置有进液孔、上端设置有出气孔的电容式液位传感器本体以及通过安装法兰设置在电容式液位传感器本体顶端用于根据电容式液位传感器本体传输的信号计算实时液位的变送器，所述电容式液位传感器本体由测量内筒和与测量内筒绝缘且同轴设置的不锈钢外筒组成，测量内筒的外壁固定设置至少一个通过导线与变送器连接的、用于检测被测液体实际介电常数值变化的液面感知器。
液面感知器可以是采用电容式、光电式、超声波等不同形式测量原理的传感器。当液面感知器采用电容式测量原理的时候，除进行液面感知的功能以外，还能具有液面测量的功能。
本实用新型的进一步改进在于：测量内筒通过固定设置在测量内筒外壁上的内筒支架与不锈钢外筒定位，测量内筒的底部通过设置在电容式液位传感器本体下方的底部托架与不锈钢外筒的底部定位；进液孔设置在底部托架的轴向方向上对应测量内筒和不锈钢外筒的部位。
本实用新型的进一步改进在于：底部托架的径向方向上对应测量内筒和不锈钢外筒之间设置加强筋。
本实用新型的进一步改进在于：变送器采用PSOC3处理器。
本实用新型的进一步改进在于：变送器的输出信号为数字信号和/或模拟信号，其中模拟信号为0-5V电压信号或者0-20mA电流信号。
由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：
电容式自适应液位传感器，在电容式液位传感器本体的测量内筒上安装的液面感知器，用于实时检测被测液体的介电常数的变化。此液面感知器可以安装在电容式液位传感器的任意位置，当被测液体的液位到达液面感知器所在的位置时，变送器可以实现对检测被测液体的介电常数进行校准；当安装多个时，可以多次对测量参数进行校准。消除了因被测液体介电常数的改变而带来的测量误差，保证了精确测量液位变化。
测量内筒与不锈钢外筒之间通过采用内筒支架和底部托架进行定位，并且底部托架设置加强筋，从根本上保证了测量内筒和不锈钢外筒之间绝缘以及两者的同轴设置。
进液孔设置在底部托架的轴向方向上对应测量内筒和不锈钢外筒的部位，被测液体从进液孔进入电容式液位传感器本体，增加了传感器的测量范围，精确测量出最低液位的位置。
变送器采用PSOC3高性能处理器，在一个专有的MCU微控制单元周围集成配置模拟和数字外围器件阵列的PSOC单元。把信号处理电路、接口电路、功率器件等电路集成在一个芯片上，集数字可编程阵列、模拟可编程阵列、单片机为一体，有效的解决了数字电路与模拟电路的接口问题，功能强大，所需外部资源少，电路稳定可靠，成本低、效率高。
变送器输出信号包括模拟信号和/或数字信号，模拟信号为0-5V电压信号或0-20mA电流信号，数字信号通过RS485,RS232,CAN总线输出，可以直接和集成化控制系统或液位显示单元相连，无需进行二次转换，使用方便，适用范围广。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的底面示意图。
其中，1、变送器，2、进液孔，3、底部托架，4、安装法兰，5、出气孔，6、不锈钢外筒，7、测量内筒，8、内筒支架，9、液面感知器，10、加强筋。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：
电容式自适应液位传感器，如图1所示，包括电容式液位传感器本体、安装法兰4和变送器1，电容式液位传感器本体的底端设置进液孔2，上端设置有出气孔5，变送器1在电容式液位传感器本体的顶端，变送器1根据电容式液位传感器本体传输的信号计算实时液位，安装法兰4不仅用于连接电容式液位传感器本体和变送器1，还用于将电容式自适应液位传感器固定安装到盛装被测液体的容器壁上。电容式液位传感器本体由测量内筒7和不锈钢外筒6组成，测量内筒7构成电容器的内电极板，不锈钢外筒6构成电容器的外电极板，测量内筒7和不锈钢外筒6都有导线和变送器连接，测量内筒7的外壁上固定设置液面感知器9，液面感知器9通过导线与变送器1连接，用于检测被测液体介电常数值的变化，液面感知器9可以设置一个或者多个。在本实施例中，测量内筒7的外壁上设置一个液面感知器9。
电容式液位传感器本体的内筒支架8固定安装在测量内筒7和不锈钢外筒6之间，有一个或者多个，底部托架3固定安装在测量内筒7和不锈钢外筒6之间的底部，对测量内筒7和不锈钢外筒6进行定位，确保了测量内筒7和不锈钢外筒6之间绝缘并且同轴。底部托架3的轴向方向上开有进液孔2，进液孔2与测量内筒7和不锈钢外筒6的位置对应。底部托架3的径向方向上对应测量内筒7和不锈钢外筒6之间的间隔设置加强筋10。
变送器1采用PSOC3高性能处理器。在一个MCU微控制单元周围集成配置模拟和数字外围器件阵列的PSOC单元。解决了数字电路与模拟电路的接口问题。
变送器1的输出信号为数字信号和/或模拟信号，其中模拟信号为0~5V电压信号或者0~20mA电流信号。
本实用新型的工作原理如下所述。
使用时，首先将电容式液位传感器本体放置在被检测液体内，通过安装法兰4将电容式液位传感器本体固定安装在被测液体的容器壁上，被测液体由进液孔2进入到电容式液位传感器本体，电容式液位传感器本体内的空气由出气孔5排出。变送器1中预置有被测液体的基本介电常数e1。
当被测液体的液面到达液面感知器9的安装位置时，液面感知器9向变送器1传送液面到达开关信号，因此变送器1可以根据预置的被测液体基本介电常数e1和测量出的电容值C，进一步通过计算得出被测液体液位的高度L。
但是由于介电常数可能发生的变化，因此测得的被测液体液位的高度L与液面感知器9的安装高度存在一定的偏差。
由公式C=2πeL/lnD/d，可得e=2πCL/lnD/d，由于液面感知器9的安装高度是已知的，因此变送器1可以根据测量出的电容值C以及液面感知器9的安装高度计算出此时的介电常数e2。
进一步得出被测液体的介电修正系数α＝e2/e1。
变送器1在后续的测量计算中将此介电修正系数α补入公式中，消除了因被测液体介电常数的改变而带来的测量误差，保证了精确计算出实际的液位高度。
同时，变送器1还可将被测液体的液位高度信息转换为数字信号和/或模拟信号输送到控制系统，便于控制系统参考。
当液面感知器9在测量内筒7的不同位置安装多个时，变送器1在工作过程中，实现对介电系数的多次修正，保证整个测量过程的准确性。
Claims (5)
1.电容式自适应液位传感器，包括底端设置有进液孔（2）、上端设置有出气孔（5）的电容式液位传感器本体以及通过安装法兰（4）设置在电容式液位传感器本体顶端用于根据电容式液位传感器本体传输的信号计算实时液位的变送器（1），所述电容式液位传感器本体由测量内筒（7）和与测量内筒（7）绝缘且同轴设置的不锈钢外筒（6）组成，其特征在于：所述测量内筒（7）的外壁固定设置至少一个通过导线与变送器（1）连接的、用于检测被测液体实际介电常数值变化的液面感知器（9）。
2.根据权利要求1所述的电容式自适应液位传感器，其特征在于：所述测量内筒（7）通过固定设置在测量内筒（7）外壁上的内筒支架（8）与不锈钢外筒（6）定位，测量内筒（7）的底部通过设置在电容式液位传感器本体下方的底部托架（3）与不锈钢外筒（6）的底部定位；所述进液孔（2）设置在底部托架（3）的轴向方向上对应测量内筒（7）和不锈钢外筒（6）的部位。
3.根据权利要求2所述的电容式自适应液位传感器，其特征在于：所述底部托架（3）的径向方向上对应测量内筒（7）和不锈钢外筒（6）之间设置加强筋（10）。
4.根据权利要求1或2任一项所述的电容式自适应液位传感器，其特征在于：所述变送器（1）采用PSOC3处理器。
5.根据权利要求3所述的电容式自适应液位传感器，其特征在于：所述变送器（1）的输出信号为数字信号和/或模拟信号，其中模拟信号为0~5V电压信号或者0~20mA电流信号。
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