[发明专利]一种数字式电容液位测量系统

说明书

一种数字式电容液位测量系统。在液体火箭发动机试验中，低温推进剂(如液氢、液氧、液态甲烷等)的稳态流量是发动机设计的重要参数。目前，我所使用自主研制的分节式电容液面计和配套电容变换仪加上采集设备和计算机来构成流量测量系统，可实现在氢氧发动机高空模拟试验和校准试验中的高精度稳态流量测量和实时液位监测。为了提高电容式液位计的精度及可靠性，我们对变送仪表的性能进行了改进，研制了基于FPGA的数字式液位测量仪，使得仅由分节式液位传感器、数字式液位测量仪和计算机就可构成一套完整的解决方案，实现了仪器的智能化和数字化。

技术领域

发明涉及一种液位测量仪器和上位机采集软件，具体涉及一种可用于低温介质的液位测量系统，属于仪器仪表技术领域。

背景技术

在液体火箭发动机试验中，低温推进剂(如液氢、液氧、液态甲烷等)的稳态流量是发动机设计的重要参数。目前，北京航天试验技术研究所使用自主研制的分节式电容液面计和配套电容变换仪加上采集设备和计算机来构成流量测量系统，可实现在氢氧发动机高空模拟试验和校准试验中的高精度稳态流量测量和实时液位监测。

就传感器(分节式电容液面计)而言技术已经成熟，但配套电容变换仪却存在稳定性不高、精度不高、和智能化程度不高的缺陷，由于其内部是纯模拟电路，其中每一个信号处理环节都需通过调节电位器来实现，电路中电位器多达几十个，一旦不小心触碰某一电位器会使事先调试好的电路发生变化，导致输出信号失真。这种模拟电路加调节电位器实现的方法比较原始，在北京航天试验技术研究所试验台的应用中已暴露出一些问题。

为了提高电容式液位计的精度及可靠性，我们对变送仪表的性能进行了改进，研制了基于FPGA(现场可编程逻辑门阵列)的数字式液位测量仪，该仪器内部电路高度集成，对信号的处理通过在FPGA中用Verilog HDL(硬件描述语言)语言编程实现，载波稳定度高，仪器抗电磁干扰性强。另外，该仪器集采集和通信于一体，输出信号为数字信号，可通过串口直接与计算机通信，使得仅由分节式液位传感器、数字式液位测量仪和计算机就可构成一套完整的解决方案，实现了仪器的智能化和数字化。

发明内容

该测量系统由分节式电容液位传感器、基于FPGA的数字式电容液位测量仪、LabVIEW上位机采集软件组成。

根据实际测量需要，研制的数字式电容液位测量仪具有如下功能与特性：

(1)可实时测量显示传感器的总电容值，并可根据电容值的变化通过硬件程序中的公式自动计算并显示出液位容积；

(2)可显示三角波电压值，并可根据需要调节三角波的零位和幅度，系统的阻尼时间小，实时跟踪能力强；

(3)采用电容三端测量技术，消除前后端可数百米传输线缆带来的约几万pF的随机分布电容、电磁干扰和共模干扰影响。

(4)对传感器电容变化有极高的变换灵敏度，分辨率为1pF，系统工作稳定性高。

(5)输出信号为数字信号，可通过串口直接与上位机通信。

附图说明

图1为数字式电容液位测量仪前面板；

图2为数字式电容液位测量仪后面板。

具体实施方式