[实用新型]一种基于叉指电容的液位测量传感器

说明书

本实用新型公开一种基于叉指电容的液位测量传感器，包括绝缘壳体、分别设置于绝缘壳体内的叉指电容和电容检测电路，叉指电容的数量为多个，多个叉指电容在绝缘壳体内分段式分布，多个叉指电容通过叉指电容引线连接至电容检测电路，电容检测电路通过电源及通信总线引出至传感器外部，绝缘壳体两端密封。本实用新型接线方便，利于密封，提高产品的一致性，降低成本。

技术领域

本实用新型涉及液位（固体料位）以及含水量测量技术领域，具体涉及一种基于叉指电容的液位测量传感器。

背景技术

电容式液位传感器是利用被测介质面的变化引起电容变化的一种变介质型电容器。这种传感器一般垂直安装在被测容器内。电容式液位传感器动态范围大、响应速度快、零漂小、结构简单、适应性强等优点。

电容式传感器液位传感器一般具有平行板式和同轴电容式两种。其结构如图1所示，包括平行板式和同轴电容式两种，如图1a和1b所示，其中最为常用的是同轴电容传感器，一般采用两个同轴但是直径不同的内外金属管构成电容器的两个极板，两个金属管之间要保持一定空隙，液位界面的变化引起电容值的线性变化，根据电容值可以计算出液位的液面。

由于单个电容无法分辨多相界面，在多相界面测量时受到限制。比如从油田开采出来的石油是油、气、水的三相混合物，开采过程还伴有泥沙的存在。通常情况下，从罐顶到罐底，依次为原油、油水乳化液、水、污泥层。在石油开采环节中，中转罐、沉降罐、原油脱水器、电脱出器、缓冲罐、储运罐等各个环节等都需要多相液位测量，便于进行油、水分离控制，并为掌握开采过程中原油的含水、原油产量提供数据。

针对多相界面的测量主要采用分段式电容传感器，分段电容式传感器能根据每个电容的数值分辨出每个电容处于某一层内，进而计算分辨出多相界面。分段电容传感器具有较高的测量精度，而且成本低，研究最广泛。

常用的分段电容电极的布置形式主要有3种，如图2所示。图2a为对称的双极板分段电容结构，每个电容的两个极板都是对称的，参数相同。图2b为含有公共电极的分段电容结构。图2c是一种单极分段电容结构，这种方案采用容器壁作为分段电容的公共电极，只能用于金属容器。

对于一些较长的容器，往往需要较多的分段电容。比如原油集输过程中某些罐的高度通常在10米以上，为了尽可能提高液位测量精度，采用分段电容测量的测量方案，电容数量一般在几十个，甚至可能多达上百个。目前，基于图2中的几种分段电容测量方案面临的主要问题如下：

电容测量电路一般置于罐外。大量引线引出到测量电路，对测量系统的安装、维护带来困难。电容引线较长，寄生电容值较大，不同电容引线长度不同，给测量及数据处理带来较大不便。

图2a)和图2 b)中的传感器因为电极和引线较多，对传感器的密封和加工带来很大困难。

图2 c)因为采用了单极式方案，容易密封，但是需要用容器壁作为电容的电极，测量精度较差，也只能用于金属容器。这类传感器有两个弊端：

其一，罐体形状、传感器位置都会影响传感器参数，因此这种结构的传感器参数需要现场标定，给安装调试带来不便。

其二，因为储罐直径较大，采用罐体作为电极，传感器的精度受到影响，罐体内壁如果为非金属材料更是无法实现准确测量。

容器内度变化容易影响液体和电容传感器内介质的介电常数，造成较大的温漂，影响测量精度。

在原油等比较污浊的液体测量过程中，如果不采用聚四氟乙烯材料，分段电容传感器表面容易挂油，导致电容数值逐渐产生偏移，影响测量精度。聚四氟乙烯具有良好的抗粘性能，作为绝缘材料，能够较好地解决挂油问题。但几乎所有的胶水在粘结都无法牢固粘结聚四氟乙烯，这给基于聚四氟乙烯材料的分段电容传感器带来密封难题。

实用新型内容