適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種液位傳感器，特別設及一種適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式 液位傳感器。
【背景技術】
[0002] 目前國內(nèi)外工業(yè)級電容式液位傳感器主要分為二類結構，桿式結構和繩式結構。 桿式結構電容式液位傳感器測量電極為剛性，測量長度《2. 5米。繩式結構電容式液位傳 感器測量電極為柔性，測量長度《30米。無論桿式結構和繩式結構電容式液位傳感器，測 量電容范圍均在30pF~2000pF，并且要求被測水槽與電容式液位傳感器在靜止的環(huán)境中 使用。
[0003] 桿式結構和繩式結構電容式液位傳感器的電極密封均采用填料密封方式，填料材 料多為聚四氣乙締，耐水/氣壓強度0~6. 4MPa，使用壽命一般為2年(填料密封方式在環(huán) 境惡劣的條件下使用壽命更短)。
[0004] 如圖1所示桿式結構電容式液位傳感器結構圖，桿式結構電容式液位傳感器電極 采用04~〇 10mm不誘鋼園棒外套1mm壁厚聚四氣乙締套管制作巧同軸結構形式)，剛性 強不能彎曲，當長度超過2. 5米后，在運動的測量環(huán)境中電極無法固定，會隨外部運動而運 動，從而測量精度大幅下降使用壽命縮短。
[0005] 如圖2所示繩式結構電容式液位傳感器結構圖，繩式結構電容式液位傳感器電極 忍線采用。1. 0~。2. 0mm聚四氣乙締高溫柔性導線制作（沒有同軸結構形式)，由于電極 忍線是銅線材料其抗拉強度不高，在運動的測量環(huán)境中電極無法固定，會隨外部運動而運 動，從而測量精度大幅下降使用壽命縮短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型是針對工業(yè)級電容式液位傳感器在擴大測量容量存在瓶頸及無法適 應動態(tài)環(huán)境的問題，提出了一種適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器，突破傳統(tǒng)結 構，采用半柔性同軸結構，解決測試容量的局限性，同時可適應動態(tài)環(huán)境使用，大大提升了 電容式液位傳感器的使用范圍。
[0007] 本實用新型的技術方案為：一種適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器，包 括法蘭、金屬陶瓷絕緣子，龍骨支架、電極忍線和金屬軟管，電極忍線采用。0. 5mm不誘鋼 絲外敷聚四氣乙締柔性絕緣層的電極忍線，龍骨支架包括兩根龍骨和數(shù)個固定支撐環(huán)，兩 根龍骨上固定焊接數(shù)個等距離固定支撐環(huán)，焊接固定后兩根龍骨形成的平面過每個固定支 撐環(huán)中屯、，形成沿著兩根龍骨平面方向上可W彎曲的框架結構，將數(shù)根并聯(lián)連接的電極忍 線置于龍骨支架中，并且通過排線機構和調(diào)節(jié)機構使所有電極忍線與龍骨支架平行排列， 金屬陶瓷絕緣子中間層為陶瓷材質，電極忍線兩組端線通過連接至陶瓷中屯、線，在法蘭的 另一側引出，陶瓷外層為金屬結構與法蘭固定連接，電極忍線、金屬陶瓷絕緣子、法蘭的連 接部分填充環(huán)氧樹脂構成絕緣密封，金屬軟管作為外電極套在龍骨支架外面，金屬軟管一 頭與法蘭固定連接，金屬軟管另一頭與龍骨支架末端固定連接。
[0008] 所述龍骨支架選用輕質鐵金屬，龍骨支架長度不限。
[0009] 所述適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器，還包括調(diào)節(jié)彈黃、排線端子、U 形彎管、固定架、中屯、調(diào)節(jié)鋼絲繩、排線器、排線盤，數(shù)根電極忍線對稱直線排列，從金屬陶 瓷絕緣子的中屯、線位置穿出排線盤，穿過間隔排列的數(shù)個排線器內(nèi)側孔后，繞穿過排線端 子，排線端子上有兩排平行的直線穿線孔，一排進一排出，繞過排線端子出的電極忍線再穿 過原來的數(shù)個排線器內(nèi)側孔返回排線盤中屯、位置，連接金屬陶瓷絕緣子中屯、線在法蘭的另 一側引出；中屯、調(diào)節(jié)鋼絲繩從法蘭一個固定柱上穿出排線盤外側，穿過數(shù)個排線器外側孔 和數(shù)個固定支撐環(huán)上的孔，再穿過U形彎管，再穿過間隔排列的數(shù)個固定支撐環(huán)和排線器 外側上的孔，返回排線盤外側，固定在法蘭的另一個固定柱上，每個排線器位于相鄰兩個固 定支撐環(huán)間，中屯、調(diào)節(jié)鋼絲繩的連接方式使數(shù)個排線器連接保持與固定支撐環(huán)連接同軸； 固定架由兩個圓環(huán)前后平行排列組成，兩個圓環(huán)通過龍骨焊接固定相對位置，排線端子通 過兩個調(diào)節(jié)彈黃與一圓環(huán)連接，U形彎管的兩端通過兩個調(diào)節(jié)彈黃與另一圓環(huán)連接，排線端 子和U形彎管分別調(diào)節(jié)電極忍線的張力和排線器的中屯、位置，兩根龍骨的末端與固定架的 圓環(huán)焊接固定。
[0010] 本實用新型的有益效果在于：本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳 感器，可滿足測量電容大于2000pF的需求，保證測試壽命和測試精度的情況下，半柔性結 構可在動態(tài)環(huán)境中測試，例如船用、地下水位等復雜環(huán)境或狹小環(huán)境的檢測。
【附圖說明】
[0011] 圖1為桿式結構電容式液位傳感器結構圖；
[0012] 圖2為繩式結構電容式液位傳感器結構圖；
[0013] 圖3為電容法測量液位示意圖；
[0014] 圖4為本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器結構示意圖；
[0015] 圖5為本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器中龍骨支架結構 圖；
[0016] 圖6為本實用新型適用于動態(tài)環(huán)境的大電容電容式液位傳感器裝配后示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 如圖3所示電容法測量液位示意圖，圖中指出了具有絕緣套管的檢測電極及其等 效電路圖，由圖3可見，液面上部為。和C2電容的串聯(lián)，而液面下部為C3和C4電容的串聯(lián)， C.胃的輸出電容為液面上、下兩部分串聯(lián)電容的并聯(lián)值。
[0018] 下邊分別計算各電容值的大?。?br>[0019]
[0020] 在測量導電電介質液體時，e1緣e2 ;e1嫌e3電容C4為短路狀態(tài)，液面下部電 容僅決定于C3的電容值。
[0021]
[0022] 假定金屬儲液罐是直徑為D的圓柱型，同軸柱狀電容傳感器探頭內(nèi)金屬電極直徑 為山總長度為L電極浸入液體和空氣中的長度分別為Hi、L-Hi，金屬電極外敷絕緣層為聚 四氣乙締，外電極內(nèi)表面直徑為化抽于測量的是導電電介質液體，所W金屬儲液罐表面的 電荷通過導電電介質液體施加在聚四氣乙締絕緣層表面形（C4為短路狀態(tài))，成外電極內(nèi)表 面化）。液體、空氣和絕緣層的介電常數(shù)分別為e2、e3和e1。
[0023] 將公式（1)代入公式（2)，由于e1、￡2、^3、〇、化、d、L為定值，經(jīng)化解可W得到圓 柱形單傳感器電容量如下形式：C.胃=Q+KHi。旬為沒有被測液體時的空氣電容值(稱作傳 感器初始電容值)。K=2II ￡i/lnDl/d，因為￡i、Di、tn為定值，所WK為常數(shù)。Hi為被測 液體高度。
[0024]所W測量電極與金屬儲液罐壁之間形成的電容量C,胃隨被測介質浸沒電極的液位 Hi呈線性變化，電容式液位傳感器利用當液體介電常數(shù)恒定時，極間電容正比于液位的原 理進行設計。
[00巧]解決大電容量問題要減小電極忍線的直徑，因為根據(jù)公式（1)中第=項，要增大C3 的電容值，就要減小分母部分，也就是外套絕緣層D1與電極忍d的直徑比越小，分母越小， C3越大，檢測范圍越大。另要增加總的電容量可W采用多電極并聯(lián)的方式。根據(jù)圓柱形單 傳感器電容量的計算公式：C,営=C〇+KHi,可W計算出：Cn,営=(C〇+KHi)N(式中N為電極數(shù) 量），電極數(shù)N的增加總的電容量同比增加。
[0026]要求電極忍線直徑更小，普通聚四氣乙