[发明专利]一种多电极电容传感器测量液位高度的计算方法

说明书

本发明提供了一种多电极电容传感器测量液位高度的计算方法，首先通过计算将各段传感器的物理高度值换算成虚拟高度值，消除因为段传感器制作工艺造成的误差因素，其次利用真值计算，得出各段液位的物理真值，通过真值判断液位所在的段，再利用真值计算出液位高度值，最后将包含物理真值的液位高度换算回真实的高度值。本发明的有益效果是：通过设置多段同轴排列的分段电容传感器，可以缩短整个传感器的测量量程，提高液位传感器的测量精度,将各段传感器的实时物理真值与物理长度进行比较，避免了因测量环境或测量液体介质变化引起的测量电容误差，特别是能避免因测量量程的变化，引起的判断电容阙值无法适应的现象。

技术领域

本发明涉及传感器测量技术领域，具体为一种多电极电容传感器测量液位高度的计算方法。

背景技术

当前利用电容技术进行液位测量一般采用两种方式，一种是由单电极组成的电容传感器进行测量，另一种是多电极电容传感器组成的分段测量技术。传统的电容传感器采用单电极测量方式，通过测量传感器间单电极电容信号的变化进而得到液面的高度，该测量方式适合被测介质介电常数相对恒定状况。当被测介质和空气的介电常数恒定不变的情况下，其检测电容C_x相当于介质为空气部分的电容C_o与介质为液体部分的电容C_m并联组成，且检测电容C_x与液体的液位高度H_x成线性比例关系，因此根据检测出的电容值就可以计算出被测介质的液位H_x。这种单段式液位传感器需要事先知道不同液体的介电常数，并且要求设置成常数。单段电容传感器液位计算方法如下；

电容传感器内充满空气时的电容值C_o充满液体时的电容值C_m分别为：

当电容传感器内充满液体介质高度为H_x，充满空气介质高度为H-H_x时的电容值C_x为：

由上式得到：

由(2)式得出：

其中：为电容传感器由空到满时单位高度电容的变化值。

H_x为测量时的液位高度值

C_x：探极测量时的测量电容值

C_o：标定状态下电容传感器充满空气时的电容测量值

C_m：标定状态下电容传感器充满被测介质时电容测量值

H：现场标定状态下，电容测量值从C_o到C_m变化对应的被测介质液位变化值

这种测量方法仅适合于被测介质介电常数ε相对恒定，被测介质对探极粘附率相对恒定，测量时电容测量探极内气(汽)态介质介电常数相对恒定场合。有些液位测量现场环境变化非常复杂，存在同一被测介质的介电常数及被测介质对探极的粘附率等参数随温度、压力变化而变化，这些变化将导致实测的单位电容变化值对应的液位高度变化值与标定值产生差异，再加上气(汽)态介质介电常数变化对同轴套筒探极测量空值的影响。这些影响将导致测量误差，当这种误差超过测量现场测量最大误差允许值时，传统的单探头电容式液位计因自身没有补充这种影响的能力，就不能应用在此类测量场合了。

这种单电极电容传感器需要事先知道不同液体的介电常数，并且要求设置成常数，在实际测量中介电常数不是恒定的，因此，单电极电容测量误差较大。为了解决这个问题，目前很多电容式传感器采用分段多电极方式。分段电容式液位测量是将传统电容式液位测量中的一段圆柱形电容传感器分成了多段相互独立的圆柱形电容传感器，每一段相互并联，相互绝缘并独立引线，相当于从上至下形成了n个小量程电容传感器。各段电容同时检测，利用多个电容传感器的测量结果得到液位整体的测量结果。由于采用了多段式结构，相当于缩短了检测量程，提高了检测分辨率和精度，并且不需要手动进行零刻度和满刻度校准，能够实现自动校准和自动适应介质变化，克服了液体的介电常数的变化而引起的误差，大大提高了电容液位计的测量精度和适用性。