CN2622681Y - 新型自标定式电容式液位计 - Google Patents

Abstract

一种新型自标定式电容式液位计，采用双液位电容传感器设计和顶部安装方案，在一个同轴圆筒形电容式液位测量传感器基础上再增设一组即增加一路放置在容器底部区域始终浸没在液体介质内的标定用辅助电容式测量传感器，标定传感器采用与测量传感器平行、直接从容器顶部安装孔向下安装至容器底部区域始终浸没在液体介质内。本实用新型无需人工参与标定校准，便能以在线自标定方式定时自动辨识、自动测量被测液体介电系数，自动测量、计算及显示输出容器中被测液体连续变化的液位量值。

Description

新型自标定式电容式液位计

所属技术领域

本实用新型涉及一种测量非导电液体液位的新型自标定式电容式液位计。

背景技术

电容式液位计利用液体和空气介电系数不一样的原理，依据液位高低变化影响电容量大小的原理进行测量。依此原理它还应用于诸如粉状和颗粒状固体物位测量。电容式液位计的结构形式很多，有平极板式、同轴圆筒式、圆筒圆柱式等等。它的适用范围非常广泛，对介质本身性质的要求不象其它方法那样严格，对导电介质和非导电介质都能测量，此外还能测量有倾斜、晃动及高速运动的容器的液位。不仅可作液位控制器、还能用于连续液位测量；且生产成本和销售价格相对低廉。电容式液位计的这些特点决定了它在液位测量中的重要地位。

目前公知的几类电容式液位计的不足之处是必须每时每刻准确知道被测液体和液面上部介质的介电系数，在许多应用场合要真正做到这一点将非常困难与麻烦。以石化行业为例，由于不同地区生产原油和成品油的介电系数最多可相差百分之二十几，且同一物质有介电系数随温度变化，而我国绝大部分地区一年四季、白天黑夜的温差通常很大；因此，为保证液位测量的准确性必须经常把被测油品及时送到有条件的计量部门做油品物理性能分析，快速测出送检油品样品在各工作温度下的介电系数，再由分管技术人员修订电容式液位计示值与油品(液体)介电系数对照表后，交一线仪表工实际使用；整个过程要经过多个部门合作，通常需好几个工作日才能完成，因此，常规电容式液位计实际上均不能满足生产现场实时准确测量液位要求。

为此，有的电容式液位计设计成人工和仪器结合标定和校正方式；初次安装或再次标定和校正时主管技术人员到现场用其它方法精确测出上、下两个标称位置液位数值，再对照电容式液位计在这两个位置的示值之差，按该类仪器使用说明重新输入进行标定和校正。

石化生产和储运企业的储油罐都是密闭容器，而不少成品油易挥发、易燃、易爆；如采用以上常见类型电容式液位计，为保证测量精度要经常性进行上述标定和校正不仅困难、费事而且危险，影响正常生产。

正是由于上述公知电容式液位测试仪(计)在初次安装和被测液体发生介电系数变化时，为保证测量精度而需要经常进行上述困难、费事甚至危险的标定和校正问题严重影响了这些常规电容式液位测试仪(计)推广应用。

德国E+H公司一点式自标定式电容物位计，同济大学唐九妹在《化工自动化及仪表》1995.22(3)p40-43发表题目为“带自动标定和自动校正的(两点式)智能化连续式电容物位计”，这两类自标定式电容物位计产品分别需在容器侧壁打一个和两个孔安装辅助电容传感器(电容开关极棒)，其工作原理是由仪器根据增设的电容开关信号分别进行一点和两点自标定，即实现仪器自动对被测物质介电系数对比测量；达到大大减小因温度和成分而变化造成被测物质介电系数波动而产生的物位测量误差。

对石化行业而言，为安装德国E+H公司和唐老师提出的带自标定电容式液位计需清空罐内所有储油，再对通常采用大型钢结构大储油罐打一或两个大通孔，再安装辅助电容传感器，而且必须绝对保证储油罐今后不渗漏、不影响罐体耐压，而这些现实起来均较困难与麻烦。

其次，这种一点和两点式标定必须使被测物位缓慢经过辅助电容传感器(电容开关极棒)，仪器才可能进行“自标定”；这将造成：1、这两类自标定电容物位计在许多需定物位(液位)控制场合完全无法进行“自标定”；2、辅助电容传感器(电容开关极棒)安装(即标定点)位置一旦选定，不能更改，即容器中物(液)位正常波动位置要确定，否则仪器难以实现“自标定”；这显然不能适应许多企业一条生产线要开展多品种生产的需要。

另外，这两类以辅助电容传感器(电容开关极棒)信号实现基准点自标定，在原理上易于理解，但从其辅助电容传感器(电容开关极棒)设计与安装分析这两类仪器在测量和判断出物料(液体)通过基准点时难以实现定量意义上的高精度测量，从而必将影响这两类“定点式自标定电容式物位计”自动标定和自动校正的效果与精度。

发明内容

为克服公知电容式液位测试仪(计)和“定点式自标定电容式物位计”存在的问题与不足，本实用新型提供一种新型自标定式电容式液位，在初次安装或当容器中被测液体介质(因成分改变或温度变化造成)介电系数改变时，本实用新型无需人工(重新)参与标定与校准，便能以在线自标定方式实时自动辨识、自动测量被测液体介质介电系数，自动测量、计算及显示、输出容器中被测液体连续变化的液位量值。

本实用新型解决公知电容液位测试仪(计)和“定点式自标定电容式物位计”存在的问题与不足的技术方案是：采用双液位电容传感器设计和顶部安装方案；在公知常规电容式液位测试仪(计)一个同轴圆筒形电容式液位传感器基础上再增设一组即增加一路通过连接杆直接从容器顶部放置在容器底部区域始终浸没在液体介质内的标定用辅助电容式测量传感器；该标定电容传感器和连接杆之间采用绝缘联结与固定，直接从容器顶部放置在容器底部区域，始终浸没在液体中。传感器两极板信号引线为外绝缘的导线，通过连接杆至传感器接线盒引出。

由于我们把增加的标定用辅助电容式测量传感器设计成同轴圆筒形状，其为极板面积固定、两极板间距固定的标准部件，因此，其电容值C仅随充满两极板之间被测液体介电系数的改变而变化。

该自标定辅助基准电容测量传感器的电容值C任何时刻仅取决于被测液体介质的介电系数这唯一变量。通过实时测量自标定辅助基准电容测量传感的电容值，就可在线随时获得被测液体当前的介电系数；然后再由仪器通过测量另一个部分浸入液体中部分暴露在气体(一般为空气)中常规同轴圆筒形电容式液位传感器的电容值C，由单片机或微处理器按公式计算得到液位值。

本实用新型的有益效果是：仪器可以由程序根据需要定时测量标定电容传感器电容值，从而能随时准确地获得被测液体介质的介电系数，从根本上解决了目前各种已知电容式液位计无法自动实时获得被测液体介质的介电系数而大大影响液位测量精度的问题；本实用新型新增的标定电容传感器通过绝缘材料连接杆直接从容器顶部安装在容器底部区域(安装孔不会造成液体渗漏)，科学合理、施工方便。

附图说明

图1为本实用新型安装示意图

图2为本实用新型总体组成原理框图

图中：1测量电容传感器、2标定电容传感器、3连接杆、4信号引线、5接线盒、6安装孔、7、8电容频率转换电路、9模拟开关、10高精度测频电路、11单片机、12显示器、13输出电路、14串行通信接电路

具体实施方式

在图1中，测量电容传感器1采用为部分浸入被测液体、部分在液面之上(一般为空气介质)的常见安装方式；标定电容传感器2和连接杆3之间采用绝缘联结与固定，标定传感器两极板信号引线4为外绝缘的导线，通过连接杆至传感器接线盒5引出；标定传感器直接从容器顶部安装孔6放置到容器底部区域，采用始终全部浸没在被测液体中的安装方式；测量电容传感器和标定电容传感器均设计成同轴圆筒形状，两极板间距固定的结构。

测量和标定电容传感器的信号引线4分别连到各自的电容/频率(即C/f)转换电路7、8上，两个C/f转换电路输出的频率信号由多路模拟开9选择、控制进入高精度测频电路10。单片机11接高精度测频电路10、显示器12、输出电路13和串行通信接口电路14与单片机11连接。

单片机11按程序设定每间隔一分钟(可根据需要选定间隔时间)控制模拟多路开关切换至标定电容传感器通道，通过高精度测频电路测量一次标定电容传感器电容值，据此，由单片机根据公式准确计算得到并存储被测液体的(实时)介电系数；然后单片机选择、控制多路模拟开关测量测量电容传感器电容值。并按公式计算得到液位值。

本实用新型增加了自标定(自校准)电容测量传感器，采用在容器顶部安装方式，不需在容器侧壁打安装孔，在真正实现液位自动测量、自动辩识和自动标定和校准的同时克服了侧面安装困难和对容器的损害。

Claims (2)

1、一种新型自标定式电容式液位计，其特征是：测量电容传感器(1)采用部分浸入被测液体、部分在液面之上的常见安装方式；标定传感器(2)从容器顶部安装孔(6)放置到容器底部区域，采用始终全部浸没在被测液体中的安装方式；标定电容传感器(2)和连接杆(3)之间采用绝缘联结与固定，标定传感器两极板信号引线(4)为外绝缘的导线，通过连接杆至传感器接线盒(5)引出。

2、根据权利要求1所述的一种新型自标定式电容式液位计，其特征是：测量电容传感器(1)和标定电容传感器(2)的信号引线分别连到各自的电容/频率转换电路(7、8)上，两个转换电路输出的频率信号由多路模拟开关(9)选择、控制进入高精度测频电路(10)，单片机(11)接高精度测频电路(10)，显示器(12)、输出电路(13)和串行通信接口电路(14)与单片机(11)连接。

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