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來源：中國儀表網

創意無極限，儀表大發明。今天為大家介紹一項國家發明授權專利——基于計算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應用。該專利由中國計量學院申請，并于2016年10月19日獲得授權公告。

內容說明

本發明屬于計量測試技術領域，涉及一種基于計算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應用。

發明背景

液位測量遍及生產、生活等各個領域，尤其在航空、航天、生物等高新技術領域，精確測量液位具有重要意義。這些領域常需要測量低溫液體，如液氫、液氧、液態甲烷等，這些液體沸點低、密度小、易汽化等特點，由于使用環境和要求具有特殊性，對液位傳感器不但要求精度高，還要求能夠承受惡劣環境。

目前對低溫液體進行液位監測和測量的手段很多，常用的有電容法、壓差法及浮筒法，新方法有射頻導納法、超聲波法、光纖法、熱式測量法及核輻射法，市場上按照上述原理研制成型的液位計工作溫度只能達到220K，而用作液氫、液氧等溫度最低可達22K。

電容式液位傳感器是通過測量電容變化量來實現液位測量，它的基本原理是被測液體液位變化時，相應的傳感器電極間介電常數發生改變，從而引發電容量變化。電容式液位傳感器由于具有動態范圍大、高阻抗、小功率、響應速度快等優點，在超低溫液位測量中得到廣泛應用。但目前的電容式液位傳感器由于受加工、裝配等誤差影響，精度最高可達0 .1%，在超低溫環境中精度會有所降低。

發明內容

針對現有設計的不足，本發明提供了一種基于計算電容原理的新型電容式液位傳感器及其應用。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括屏蔽罩、絕緣主體、金屬層、上封裝、電路板、專用金屬銷和下封裝。其中絕緣主體呈桶裝，在其外表面鍍有金屬層；屏蔽罩與絕緣主體同軸設置，位于絕緣主體的外圍，絕緣主體與屏蔽罩間通過上封裝與下封裝裝配在一起，上封裝外部有定位裝夾面，定位裝夾面內部裝有信號處理電路板，屏蔽罩上均勻分布可供液體流動的小孔。所述的金屬層在高度方向上分割成多段，除去首尾段的其它金屬段在高度方向上刻出四條微小間隙，每條微小間隙寬度相等，且圍繞軸心對稱，微小間隙寬度所對應的圓心角為ri，ri＜＜90°，兩兩微小間隙所夾的金屬段形成電極，電極通過專用金屬銷與信號處理電路板，所述的專用金屬銷為帶導線的銷。

圖為基于計算電容原理設計的新型電容式液位傳感器的主視圖

該新型電容式液位傳感器基于計算電容原理，其總電容量只取決于被測液體的相對介電常數εr，空氣的相對介電常數ε0和液位高度。絕緣主體采用石英管、聚四氟乙烯或陶瓷，金屬層所鍍的金屬為鉻、金或銀。本實施例主體部分3采用經精密加工的熔融石英圓管，被測液體1位于主體部分內部；外表面用真空噴鍍法鍍上堅固、且導電良好的鍍層4。鍍層在軸向用刻線法分成多段，兩端是保護電極，起到支撐與消除邊緣效應的作用，每段鍍層在圓周方向用刻線分成近似90°的四部分，每部分之間為微小間隙ri( i=1，2，3，4 )，ri＜＜90°,以保證被分割成的四部分ak( k=1，2，3，4 )均近似為90°。相鄰的兩部分作為零電極，另兩個相鄰的電極為高壓電極，將每段相對的兩個電極的所產生的電容量分別引出并處理，則可計算出相應的液位，主體外層是屏蔽罩2。

該新型電容式液位傳感器可在測量超低溫液體時應用，所述超低溫液體為液氧、液氮或液氫。

本發明具有的有益效果是：本發明給出了一種新型電容式液位傳感器，該電容式液位傳感器基于計算電容原理，使傳感器的精度僅取決被測液體的相對介電常數，空氣的相對介電常數這兩個參數，較傳統電容式液位傳感器的精度有望提高，同時適于超低溫液位的測量，另外也適用于高溫液體的測量。