專利名稱：電容式液位變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種電容式液位變送器。
背景技術(shù)：
液位變送器是對(duì)壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成線性關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)水、油及糊狀物的體積、液高、重量的準(zhǔn)確測(cè)量和傳送。由于適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測(cè)，電容式液位變送器在液位測(cè)量方面發(fā)揮著重要的作用。電容式液位變送器基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，即將兩個(gè)金屬桿在液體中產(chǎn)生的電容變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。電容式液位變送器廣泛適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保領(lǐng)域的多種介質(zhì)的液位測(cè)量。然而，現(xiàn)有的電容式液位變送器測(cè)量的容器較大，并且測(cè)量深度均在0.5米以上，無(wú)法滿足低于0.5米的液位(即淺液位)的測(cè)量。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一些設(shè)備的介質(zhì)容量較小、并且液位較淺并且急需測(cè)量。因而研究并開(kāi)發(fā)一種適用于小容量和淺液位的電容式液位變送器具有十分重要的意義。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的電容式液位變送器無(wú)法實(shí)現(xiàn)小容量和淺液位測(cè)量的缺陷，提供一種能夠測(cè)量小容量和淺液位的電容式液位變送器。本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題:—種電容式液位變送器，其特點(diǎn)在于，該液位變送器包括有一測(cè)量桿、一補(bǔ)償電路板和一放大電路板，該測(cè)量桿包括一金屬外桿和一套接于該金屬外桿內(nèi)的金屬內(nèi)桿，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的長(zhǎng)度為50mm至450mm,該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的截面積為IOmm2至700_2，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿間形成有一液體容置腔，該補(bǔ)償電路板的線性度范圍為±1%FS且溫度補(bǔ)償范圍為0°C至80°C，該放大電路板的放大倍數(shù)高于1000。較佳地、該金屬外桿具有一進(jìn)液端和一第一采集端，該進(jìn)液端上開(kāi)設(shè)有多個(gè)進(jìn)液孔，該第一采集端上開(kāi)設(shè)有多個(gè)排氣孔，該些進(jìn)液孔和該些排氣孔均與該液體容置腔相連通。該些排氣孔用于減小該液體容置腔內(nèi)的氣壓，以方便后續(xù)待測(cè)液體的繼續(xù)灌入。較佳地、該金屬內(nèi)桿具有一固定端和一第二采集端，該固定端通過(guò)一絕緣底座與該進(jìn)液端相互分隔，并且該進(jìn)液端處密封有一絕緣端板。該絕緣底座的作用是隔離開(kāi)該固定端和該進(jìn)液端，以便兩者間形成電容，另外還能夠?qū)⒃摴潭ǘ撕驮撨M(jìn)液端的相對(duì)位置加以固定。該絕緣端板具有防止該絕緣底座滑脫和阻止灰塵進(jìn)入該液體容置腔的雙重作用。較佳地、該第一采集端與一金屬基座相連接，該金屬基座內(nèi)具有一通槽，該通槽內(nèi)設(shè)置有一金屬端板，該金屬端板通過(guò)一絕緣墊圈與該通槽內(nèi)壁面相固定，該第二采集端穿過(guò)該絕緣墊圈孔且與該金屬端板電連接。該絕緣墊圈的能夠阻止該金屬端板與該金屬基座相互放電，以便于將該金屬內(nèi)桿懸置于該金屬外桿的通槽中，保持該第一采集端和該第二采集端的電隔離。較佳地、該金屬基座的端部固定有一容置基座，該補(bǔ)償電路板和該放大電路板設(shè)置于該容置基座內(nèi)，該補(bǔ)償電路板通過(guò)一第一電極銷與該金屬基座電連接，該補(bǔ)償電路板還通過(guò)一第二電極銷與該第二采集端電連接。該補(bǔ)償電路板和該放大電路板的作用是對(duì)電信號(hào)放大、濾波和消除振蕩，并且排除外界溫度變化對(duì)電信號(hào)的影響。在淺液位和小容量的情況下，電容的數(shù)值很小，因而高精度的補(bǔ)償電路板和高放大倍數(shù)的放大電路板尤為必要。較佳地、該容置基座的端部密封有一密封蓋，該密封蓋上固定有一個(gè)插接件，該插接件與該放大電路板的輸出線路電連接。該插接件用于與顯示屏或者儀表電連接，以便顯示液位測(cè)量值。較佳地、該絕緣墊圈內(nèi)設(shè)置有一限位槽，該金屬端板安裝于該限位槽內(nèi)，并且通過(guò)一絕緣板和多個(gè)緊固螺母固定。較佳地、該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿均為空心圓柱形，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的外徑均為4mm至20mm。較佳地、該放大電路板包括依次電連接的一電容檢測(cè)芯片、一控制器和一環(huán)路供電芯片。本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于:該金屬外桿的長(zhǎng)度和截面均較小，因此十分適合測(cè)量淺液位和小容量的設(shè)備。另外， 通過(guò)將該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿制作成相互套接的結(jié)構(gòu)形式，使得電容數(shù)值的變化范圍增大，同時(shí)結(jié)合高精度的該補(bǔ)償電路板和高放大倍數(shù)的該放大電路板，該電容式液位變送器能夠?qū)⑽⑷醯碾娙葑兓盘?hào)放大并輸出。

圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的電容式液位變送器的剖視圖。圖2為圖1中電容式液位變送器的A部放大圖。圖3為圖1中電容式液位變送器的B部放大圖。圖4為圖1中電容式液位變送器的放大電路板的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明:插接件:1螺釘:2密封蓋:3放大電路板:4螺釘:5補(bǔ)償電路板:6柱形墊圈:7容置基座:8第一電極銷:9緊固螺母:10絕緣板:11金屬端板:12絕緣墊圈:13第二電極銷:14金屬基座:15金屬內(nèi)桿:16絕緣熱縮管:17金屬外桿:18絕緣底座:19絕緣端板:20進(jìn)液孔:21排氣孔:22液體容置腔:23進(jìn)液端:24第一采集端:25固定端:26[0035]第二采集端:27通槽:28電容檢測(cè)芯片:41控制器:42環(huán)路供電芯片:4具體實(shí)施方式
下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來(lái)更清楚完整地說(shuō)明本實(shí)用新型。如圖1所示,本實(shí)施例的電容式液位變送器包括有一測(cè)量桿,該測(cè)量桿包括一空心圓柱形的金屬外桿18和一空心圓柱形的金屬內(nèi)桿16,該金屬內(nèi)桿16套接于該金屬外桿18內(nèi)，并且兩者間形成有一液體容置腔23,該金屬外桿18具有一進(jìn)液端24和一第一米集端25，該進(jìn)液端24上開(kāi)設(shè)有四個(gè)進(jìn)液孔21，該第一采集端25上開(kāi)設(shè)有四個(gè)排氣孔22，該些進(jìn)液孔21和該些排氣孔22均與該液體容置腔23相連通。使用時(shí)，將測(cè)量桿垂直插入待測(cè)液體中，待測(cè)液體從該些進(jìn)液孔21流入至該液體容置腔23，此時(shí)該些排氣孔22排出等于灌入液體體積的空氣，以減小該液體容置腔23內(nèi)的氣壓而方便后續(xù)待測(cè)液體的繼續(xù)灌入。由于該金屬外桿18的長(zhǎng)度和外徑分別為140mm和16mm,因此特別適合小容量和淺液位的設(shè)備的測(cè)量。該金屬內(nèi)桿16的長(zhǎng)度和外徑分別為160mm和4_。生產(chǎn)時(shí),還可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量工況適當(dāng)?shù)募娱L(zhǎng)或縮短該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的長(zhǎng)度。該金屬內(nèi)桿16具有一固定端26和一第二采集端27。如圖2所示，該 固定端26通過(guò)一絕緣底座19與該進(jìn)液端24相互分隔，并且該進(jìn)液端24處密封有一絕緣端板20。該絕緣底座19用于將該固定端26和該進(jìn)液端24隔離開(kāi)，阻止兩者電連通以便形成電容。該絕緣端板20用于密封該液體容置腔23，具有防止該絕緣底座19滑脫和阻止灰塵進(jìn)入該液體容置腔23的作用。請(qǐng)結(jié)合圖1，該絕緣底座19和該絕緣端板20能夠更好的固定該金屬內(nèi)桿16和該金屬外桿18，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，該絕緣底座19和該絕緣端板20均可以省去。如圖3所示，該第一采集端25與一金屬基座15相連接，該金屬基座15內(nèi)具有一通槽28，該通槽28內(nèi)設(shè)置有一金屬端板12，該金屬端板12通過(guò)一絕緣墊圈13與該通槽28內(nèi)壁面相固定，該第二采集端27穿過(guò)該絕緣墊圈13的孔且與該金屬端板12電連接。該絕緣墊圈13內(nèi)設(shè)置有一限位槽，該金屬端板12安裝于該限位槽內(nèi)，并且通過(guò)一絕緣板11和多個(gè)緊固螺母10固定。該金屬基座15的端部固定有一容置基座8，一補(bǔ)償電路板6和一放大電路板4通過(guò)一螺釘5和一柱形墊圈7設(shè)置于該容置基座8內(nèi)，該補(bǔ)償電路板6通過(guò)一第一電極銷9與該金屬基座15電連接,該補(bǔ)償電路板6還通過(guò)一第二電極銷14與該第二采集端27電連接。該容置基座8的端部密封有一密封蓋3，該密封蓋3上通過(guò)兩枚螺釘2固定有一個(gè)插接件I，該插接件I與該放大電路板4的輸出線路電連接。該插接件I用于與顯示屏或者儀表電連接，以便顯示液位測(cè)量值。為了保護(hù)該金屬內(nèi)桿16，該金屬內(nèi)桿16外覆蓋一層絕緣熱縮管17，該絕緣熱縮管17的材質(zhì)可以為聚四氟乙烯。如圖3-4所示，該補(bǔ)償電路板6的線性度范圍為±0.05%FS(Full Scale，滿量程)，且溫度補(bǔ)償范圍為0°c至80°C，該放大電路板4的放大倍數(shù)為1500。由于液位深度低于0.5米(即淺液位)，因而電容的數(shù)值較小，需要確保該補(bǔ)償電路板6和該放大電路板4的電學(xué)參數(shù)，以便對(duì)電信號(hào)放大、濾波和消除振蕩，并且排除外界溫度變化對(duì)電信號(hào)的影響。因此只有在測(cè)量桿的尺寸結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路精度匹配協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)淺液位和小容量?jī)x器的測(cè)量。該放大電路板4具體上包括依次電連接的一電容檢測(cè)芯片41、一控制器42和一環(huán)路供電芯片43，該環(huán)路供電芯片43用于為該控制器42供電，該電容檢測(cè)芯片41可以為ZMDI311210芯片，該控制器42可以為MSP430F14芯片，該環(huán)路供電芯片43可以為AD5421芯片。ZMDI311210芯片是德國(guó)ZMDI公司的市售產(chǎn)品，能夠測(cè)量2pF至260pF的電容，數(shù)據(jù)更新率為18mS(毫秒)，計(jì)量精度為14bit(比特)。MSP430F14芯片為德州儀器公司的市售產(chǎn)品。AD5421為美國(guó)AD公司的市售產(chǎn)品。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可以使用其它公司生產(chǎn)的同等或更高精度的芯片代替上述芯片，以便制作適合測(cè)試工況的放大電路板。使用時(shí)，如圖1-4所示，將測(cè)量桿垂直插入待測(cè)液體中，待測(cè)液體從該些進(jìn)液孔21流入至該液體容置腔23。由于待測(cè)液體的介電常數(shù)與液面以上氣體的介電常數(shù)不同，則當(dāng)液位升高時(shí)，該金屬內(nèi)桿16和該金屬外桿18之間的介電常數(shù)隨之增大，因而兩者之間的電容值也越大。同理，當(dāng)液位降低時(shí)，電容值逐漸減小。該測(cè)量桿用于將液體容置腔23內(nèi)的液位變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為電容變化信號(hào)；該補(bǔ)償電路板6用于將電容變化信號(hào)溫度補(bǔ)償和線性修正；該放大電路板4用于將該補(bǔ)償電路板處理后的信號(hào)放大并輸出。雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電容式液位變送器，其特征在于，該液位變送器包括有一測(cè)量桿、一補(bǔ)償電路板和一放大電路板，該測(cè)量桿包括一金屬外桿和一套接于該金屬外桿內(nèi)的金屬內(nèi)桿，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的長(zhǎng)度為50mm至450mm,該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的截面積為IOmm2至700mm2，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿間形成有一液體容置腔，該補(bǔ)償電路板的線性度范圍為±1%FS且溫度補(bǔ)償范圍為0°C至80°C，該放大電路板的放大倍數(shù)高于1000。
2.如權(quán)利要求1所述的電容式液位變送器，其特征在于，該金屬外桿具有一進(jìn)液端和一第一采集端，該進(jìn)液端上開(kāi)設(shè)有多個(gè)進(jìn)液孔，該第一采集端上開(kāi)設(shè)有多個(gè)排氣孔，該些進(jìn)液孔和該些排氣孔均與該液體容置腔相連通。
3.如權(quán)利要求2所述的電容式液位變送器，其特征在于，該金屬內(nèi)桿具有一固定端和一第二采集端，該固定端通過(guò)一絕緣底座與該進(jìn)液端相互分隔，并且該進(jìn)液端處密封有一絕緣端板。
4.如權(quán)利要求3所述的電容式液位變送器，其特征在于，該第一采集端與一金屬基座相連接，該金屬基座內(nèi)具有一通槽，該通槽內(nèi)設(shè)置有一金屬端板，該金屬端板通過(guò)一絕緣墊圈與該通槽內(nèi)壁面相固定，該第二采集端穿過(guò)該絕緣墊圈孔且與該金屬端板電連接。
5.如權(quán)利要求4所述的電容式液位變送器，其特征在于，該金屬基座的端部固定有一容置基座，該補(bǔ)償電路板和該放大電路板設(shè)置于該容置基座內(nèi)，該補(bǔ)償電路板通過(guò)一第一電極銷與該金屬基座電連接，該補(bǔ)償電路板還通過(guò)一第二電極銷與該第二采集端電連接。
6.如權(quán)利要求5所述的電容式液位變送器,其特征在于,該容置基座的端部密封有一密封蓋，該密封蓋上固定有一個(gè)插接件，該插接件與該放大電路板的輸出線路電連接。
7.如權(quán)利要求4所述的電容式液位變送器，其特征在于，該絕緣墊圈內(nèi)設(shè)置有一限位槽，該金屬端板安裝于該限位槽內(nèi)，并且通過(guò)一絕緣板和多個(gè)緊固螺母固定。
8.如權(quán)利要求1所述的電容式液位變送器，其特征在于，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿均為空心圓柱形,該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的外徑均為4mm至20mm。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的電容式液位變送器，其特征在于，該放大電路板包括依次電連接的一電容檢測(cè)芯片、一控制器和一環(huán)路供電芯片。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電容式液位變送器，該液位變送器包括有一測(cè)量桿、一補(bǔ)償電路板和一放大電路板，該測(cè)量桿包括一金屬外桿和一套接于該金屬外桿內(nèi)的金屬內(nèi)桿，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的長(zhǎng)度為50mm至450mm，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿的截面積為10mm2至700mm2，該金屬外桿和該金屬內(nèi)桿間形成有一液體容置腔，該補(bǔ)償電路板的線性度范圍為±1%FS且溫度補(bǔ)償范圍為0℃至80℃，該放大電路板的放大倍數(shù)高于1000。該電容式液位變送器能夠測(cè)量小容量和淺液位。
文檔編號(hào)G01F23/26GK202974385SQ20122069108
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者陳明, 伍正輝, 龍霞 申請(qǐng)人:上海朝輝壓力儀器有限公司