[发明专利]LNG液位计及液位测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LNG液位计及液位测量方法，更具体的说，尤其涉及一种电容式并根据电容的充电时间来计算液位的LNG液位计及液位测量方法。

背景技术

目前市面上的LNG液位计及液位测量方法主要由电容传感器、变送器及专用的显示仪表组成，无法与汽车本身自带的燃油表配套，通用性差，显示仪表安装不便，影响驾驶室美观。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种电容式并根据电容的充电时间来计算液位的LNG液位计及液位测量方法。

本发明的LNG液位计，包括电容传感器部分和电路部分，电容传感器部分包括组成电容两极板的内管和外管，内管和外管连接有用于进行信号采集的电缆；其特别之处在于：所述电路部分包括与电缆相连接的信号采集处理电路以及起运算和控制作用的微控制器，信号采集处理电路的输出端与微控制器的输入端相连接，所述微控制器还连接有时钟电路、复位电路和电源模块；微控制器运算的数字量经串行通讯模块后输入到16位串入并处移位寄存器中，该16位串入并处移位寄存器经数模转换电路与燃油表相连接。微控制器可以选用单片机芯片，信号采集处理电路用于将内管和外管输入的电容值转化为微控制器可以读取的模拟信号；微控制器将读取的电容值进行计算，转化为对应的液位高度值，并通过16位串入并处移位寄存器和数模转换电路输出，以供燃油表进行液位显示。

本发明的LNG液位计，所述燃油表为汽车组合仪表中的电磁式燃油表。

本发明的LNG液位计，所述16位串入并处移位寄存器由两个型号为74HC164的8位移位寄存器组成。8位移位寄存器易于组成16位串入并处移位寄存器。

本发明的LNG液位计，所述微控制器内置有模拟比较器，信号采集处理电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5；电阻R2和R3串联后接于电源两端，模拟比较器的负输入端连接于电阻R2和R3的连接处；电阻R1和R4相串联后一端接于电阻R2和R3的连接处，另一端与模拟比较器的正输入端相连接；模拟比较器的正输入端经电阻R5后与LNG液位计的信号输入端相连接。电阻R2和R3实现分压作用，以便输入到模拟比较器的负输入端的电压低于电源电压；电源通过电阻R1、R3、R4、R5对LNG液位计进行充电。

本发明的LNG液位计，所述电阻R2与R3的阻值相等，电阻R1、R2、R3、R4均大于电阻R5的阻值。

一种基于所述的LNG液位计的液位测量方法，设内管与外管之间的距离为L，内管的外径和高度分别为D和H，则内管与外管作为电容两极板的对应面积S=π（D+L）；R5远小于R1、R2、R3、R4的阻值，R5可忽略；电源电压为E，设空气的介电常数为                                                ，LNG的介电常数为；其特征在于包括以下步骤：a.首先将模拟比较器的正输入端接地，以便将LNG液位计两极板上的电荷均释放掉；b.电源通过电阻R3、R1、R4、R5对LNG液位计的内管与外管进行充电，在充电的同时开始计时；c.充电到一定程度时，模拟比较器的正输入端电压会与负输入端电压相等，从而触发模拟比较器输出计时停止信号，设LNG液位计充电到与负输入端电压相等所用时间为t；

d.设液化天然气的液位高度为h，可得出如下公式；

             （1）

                     （2）

将S=π（D+L）带入公式（2），通过公式（1）和（2）的结合可以计算出气瓶中LNG的液位高度h。

本发明的有益效果是：本发明通过利用相互绝缘且相对稳定的内管与外管作为电容式LNG液位计的两极板，内管与外管之间形成的环形空腔作为容纳液体天然气电介质的空腔，有效地实现了内管与外管之间的电容值随环形空腔中液体天然气高度值的变化而变化；通过测量内管与外管之间的电容值即可获取液体天然气罐中液位的精确值。本发明的液位计具有结构简洁合理、制造方便和测量准确的优点。本发明的LNG液位计的电路部分，通过将内管与外管之间模拟量电容值输入到微控制器中，再通过微控制器转化为对应的液位高度值进行数字量输出，经由模拟转换后通过燃油表进行显示，准确、及时和直观地将油管内的液位高度显示出来；经模拟转换后的液位值通过汽车上的现有燃油表进行显示，无需单独专用的显示装置，使用极为方便。

附图说明

图1为本发明的LNG液位计电容传感器部分的结构示意图；

图2为本发明的LNG液位计的俯视结构示意图；