專利名稱：Lng液位計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LNG液位計，更具體的說，尤其涉及一種電容式并根據電容的充電時間來計算液位的LNG液位計。
背景技術：
目前市面上的LNG液位計主要由電容傳感器、變送器及專用的顯示儀表組成，無法與汽車本身自帶的燃油表配套，通用性差，顯示儀表安裝不便，影響駕駛室美觀。
發(fā)明內容本實用新型為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種電容式并根據電容的充電時間來計算液位的LNG液位計。本實用新型的LNG液位計，包括電容傳感器部分和電路部分，電容傳感器部分包括組成電容兩極板的內管和外管，內管和外管連接有用于進行信號采集的電纜；其特別之處在于所述電路部分包括與電纜相連接的信號采集處理電路以及起運算和控制作用的微控制器，信號采集處理電路的輸出端與微控制器的輸入端相連接，所述微控制器還連接有時鐘電路、復位電路和電源模塊；微控制器運算的數字量經串行通訊模塊后輸入到16位串入并處移位寄存器中，該16位串入并處移位寄存器經數模轉換電路與燃油表相連接。微控制器可以選用單片機芯片，信號采集處理電路用于將內管和外管輸入的電容值轉化為微控制器可以讀取的模擬信號；微控制器將讀取的電容值進行計算，轉化為對應的液位高度值，并通過16位串入并處移位寄存器和數模轉換電路輸出，以供燃油表進行液位顯示。本實用新型的LNG液位計，所述燃油表為汽車組合儀表中的電磁式燃油表。本實用新型的LNG液位計，所述16位串入并處移位寄存器由兩個型號為74HC164的8位移位寄存器組成。8位移位寄存器易于組成16位串入并處移位寄存器。本實用新型的LNG液位計，所述微控制器內置有模擬比較器，信號采集處理電路包括電阻R1、R2、R3、R4、R5 ;電阻R2和R3串聯(lián)后接于電源兩端，模擬比較器的負輸入端連接于電阻R2和R3的連接處；電阻Rl和R4相串聯(lián)后一端接于電阻R2和R3的連接處，另一端與模擬比較器的正輸入端相連接；模擬比較器的正輸入端經電阻R5后與LNG液位計的信號輸入端相連接。電阻R2和R3實現分壓作用，以便輸入到模擬比較器的負輸入端的電壓低于電源電壓；電源通過電阻Rl、R3、R4、R5對LNG液位計進行充電。本實用新型的LNG液位計，所述電阻R2與R3的阻值相等，電阻Rl、R2、R3、R4均大于電阻R5的阻值。本實用新型的有益效果是本實用新型通過利用相互絕緣且相對穩(wěn)定的內管與外管作為電容式LNG液位計的兩極板，內管與外管之間形成的環(huán)形空腔作為容納液體天然氣電介質的空腔，有效地實現了內管與外管之間的電容值隨環(huán)形空腔中液體天然氣高度值的變化而變化；通過測量內管與外管之間的電容值即可獲取液體天然氣罐中液位的精確值。本實用新型的液位計具有結構簡潔合理、制造方便和測量準確的優(yōu)點。本實用新型的LNG液位計的電路部分，通過將內管與外管之間模擬量電容值輸入到微控制器中，再通過微控制器轉化為對應的液位高度值進行數字量輸出，經由模擬轉換后通過燃油表進行顯示，準確、及時和直觀地將油管內的液位高度顯示出來；經模擬轉換后的液位值通過汽車上的現有燃油表進行顯示，無需單獨專用的顯示裝置，使用極為方便。

圖I為本實用新型的LNG液位計電容傳感器部分的結構示意圖；圖2為本實用新型的LNG液位計的俯視結構示意圖；圖3為本實用新型的LNG液位計中電路部分的原理圖；圖4為本實用新型中微控制器與信號采集處理電路的電路圖；圖5為本實用新型中電源模塊的電路圖；圖6為本實用新型中16位串入并處移位寄存器的電路圖；圖7為本實用新型中數模轉換電路的電路圖。圖中1內管下支架，2下固定座，3絕緣支撐，4內管，5外管，6接線板，7同軸電纜，8內管上支架，9上固定座，10楔形銷，11絕緣穿線管，12同軸電纜外線，13錐形銷，14過板護套，15進液口，16固定孔，17固定螺栓，18微控制器，19時鐘電路，20復位電路，21電源模塊，22 LNG液位計，23信號采集處理電路，24 16位串入并處移位寄存器，25數模轉換電路，26燃油表。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1，給出了本實用新型的LNG液位計電容傳感器部分的結構示意圖，其包括下固定座2、上固定座9、內管4、外管5、內管下支架I、內管上支架8、絕緣支撐3、接線板6、同軸電纜7、進液口 15 ;所示的內管4與外管5均為兩端開口的筒狀結構，且均由導電材料構成，內管4位于外管5之中且它們同軸線設置；內管4的外徑小于外管5的內徑，這樣在內管4與外管5之間就形成了容納LNG的環(huán)形空腔，內管4與外管5作為電容的兩極板。絕緣支撐3為由絕緣材料構成的圓筒形狀，所示的兩絕緣支撐3分別固定在內管4的上端和下端空腔中，內管下支架I和內管上支架8分別固定在兩絕緣支撐3的空腔中；內管下支架I和內管上支架8均固定在外管5的內壁上。這樣通過絕緣支撐3、內管下支架I和內管上支架8的共同作用，既有效地保持了內管4與外管5之間的穩(wěn)定性，也實現了內管4與外管5之間的絕緣；使得由內管4與外管5構成的電容不會因內管4與外管5的相對移動而發(fā)生改變。為了便于LNG液位計的安裝，在外管5的上端和下端分別設置有上固定座9和下固定座2 ;圖2中所示的固定座(2或9)由兩半圓形固定片組合而成，固定座(2或9)上開設有固定孔16，固定孔16通過固定螺栓17相連接。在內管下支架I上開設有進液口 15，這樣內管4與外管5之間的環(huán)形空腔就與外界相連通，以便LNG瓶中的LNG通過進液口進入到環(huán)形空腔，進入到內管4與外管5之間的LNG就形成了電容兩極板之間的電介質。進入到環(huán)形空腔中的LNG高度不同，由內管4、外管5和LNG構成的電容的電容值就會不同，通過測量內管4與外管5之間的電容值，就可準確反應出氣瓶中LNG的高度，這是本實用新型中LNG液位計的測量原理。為了使液位計具有很好的電磁場屏蔽功能，內管4和外管5采用圓筒形設計；為了保證LNG液體能順利進入環(huán)形空腔中，可在內管下支架I上開一個十字槽。為了對內管4與外管5之間的電容值進行準確的測量，通過同軸電纜7進行電容信號采集。在內管4的上部設置有接線板6，接線板6固定于內管4的內壁上的。絕緣穿線管11貫穿于內管上支架8 ;外管5的上端設置有與同軸電纜7相配合的過板護套14，這樣同軸電纜7就可依次穿過過板護套14和絕緣穿線管11。同軸電纜7與接線板6和內管上支架8均電連接，為了保證連接質量，在接線板6和內管上支架8的連接處分別設置有楔形銷10和錐形銷13 ;這樣就有效地實現了內管4和外管5電容信號的輸出。如圖3所示，給出了本實用新型的液位計電路部分的原理圖，其包括微控制器18、時鐘電路19、復位電路20、電源模塊21、信號采集處理電路23、16位串入并出移位寄存器24、數模轉換電路25、燃油表26 ;時鐘電路19、復位電路20和電源模塊21分別為微控制器18提供工作脈沖、產生復位信號以及提供工作電源。微控制器18為可進行數據采集、運算 和處理的芯片，其選用單片機。如圖5所示，給出了電源模塊21的電路圖，其由7805芯片以及外圍電路組成，以便給整個液位計提供穩(wěn)定的電壓。LNG液位計22的輸入信號采集處理電路23中進行處理，如圖4所示，給出了信號采集處理電路的電路圖，其中微控制器18的引腳15和16分別為同一模擬比較器的正輸入端和負輸入端，LNG液位計22的輸入端經過電阻R5后與引腳15相連接，電阻R2與R3相串聯(lián)后接于電源正極與地之間，引腳16接于電阻R2與R3的連接處；引腳15還通過電阻R4和Rl與接于電阻R2與R3的連接處。這樣輸入到模擬比較器負輸入端的比較電壓會低于電源電壓，電源通過電阻R3、R1、R4、R5對LNG液位計兩極板進行充電。微控制器18通過計算LNG液位計22的充放電時間，即可計算出LNG的液位高度。微控制器18將運算后的液位數字量輸入到16位串入并處移位寄存器中進行暫存，由于輸出的是18位數字量，其高兩位由微控制器18的兩個引腳輸出。圖6給出了 16位串入并處移位寄存器24的結構示意圖，其由兩個8位移位寄存器組成；圖7給出了數模轉換電路25的電路圖，可知其輸出的信號是分段變化的電阻值。上述LNG液位計的液位測量方法為設內管與外管之間的距離為L，內管的外徑和高度分別為D和H，則內管與外管作為電容兩極板的對應面積S= (D+L)；R5遠小于Rl、R2、R3、R4的阻值，R5可忽略；電源電壓為E，設空氣的介電常數為
% , LNG的介電常數為^其特征在于包括以下步驟a.首先將模擬比較器的正輸入端接地，以便將LNG液位計兩極攸上的電荷均釋放掉；b.電源通過電阻R3、Rl、R4、R5對LNG液位計的內管與外管進行充電，在充電的同時開始計時；c.充電到一定程度時，模擬比較器的正輸入端電壓會與負輸入端電壓相等，從而觸發(fā)模擬比較器輸出計時停止信號，設LNG液位計充電到與負輸入端電壓相等所用時間為t ；d.設液化天然氣的液位高度為h，可得出如下公式；
C-,上rwirkriJF)…E——-~= S;(I)
^ + R5[0027]
權利要求1.一種LNG液位計，包括電容傳感器部分和電路部分，電容傳感器部分包括組成電容兩極板的內管(4)和外管(5)，內管和外管連接有用于進行信號采集的電纜；其特征在于所述電路部分包括與電纜相連接的信號采集處理電路(23)以及起運算和控制作用的微控制器(18)，信號采集處理電路的輸出端與微控制器的輸入端相連接，所述微控制器還連接有時鐘電路(19 )、復位電路(20 )和電源模塊(21);微控制器運算的數字量經串行通訊模塊后輸入到16位串入并處移位寄存器(24)中，該16位串入并處移位寄存器經數模轉換電路(25)與燃油表(26)相連接。
2.根據權利要求I所述的LNG液位計，其特征在于所述燃油表(26)為汽車組合儀表中的電磁式燃油表。
3.根據權利要求I所述的LNG液位計，其特征在于所述16位串入并處移位寄存器(24)由兩個型號為74HC164的8位移位寄存器組成。
4.根據權利要求I所述的LNG液位計，其特征在于所述微控制器(18)內置有模擬比較器，信號采集處理電路包括電阻Rl、R2、R3、R4、R5 ;電阻R2和R3串聯(lián)后接于電源兩端，模擬比較器的負輸入端連接于電阻R2和R3的連接處；電阻Rl和R4相串聯(lián)后一端接于電阻R2和R3的連接處，另一端與模擬比較器的正輸入端相連接；模擬比較器的正輸入端經電阻R5后與LNG液位計的信號輸入端相連接。
5.根據權利要求4所述的LNG液位計，其特征在于所述電阻R2與R3的阻值相等，電阻Rl、R2、R3、R4均大于電阻R5的阻值。
專利摘要本實用新型的LNG液位計，包括電容傳感器部分和電路部分，電容傳感器部分包括組成電容兩極板的內管和外管，特征在于電路部分包括信號采集處理電路、微控制器和燃油表顯示電路，信號采集處理電路的輸出端與微控制器的輸入端相連接，微控制器還連接有時鐘電路、復位電路和電源模塊；微控制器運算的數字量經串行通訊模塊后輸入到16位串入并處移位寄存器中，16位串入并處移位寄存器經數模轉換電路與燃油表顯示電路相連接。本實用新型的液位計，利用內管與外管作為電容兩極板，LNG作為兩極板之間的電介質，通過計算極板的放電時間，有效地計算出了LNG液面高度，然后通過現有的電磁式燃油表進行顯示，無需在駕駛室內另外安置專用的液位顯示儀表，使用極為方便。
文檔編號G01F23/26GK202453035SQ201220097450
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權日2012年3月15日
發(fā)明者劉常虹, 姜亮亮, 崔健, 秦榮健 申請人:濟南中森機械制造有限公司