本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種三角形電容式傳感器和液位測(cè)量系統(tǒng)，用于LNG車載瓶內(nèi)的液位測(cè)量。該三角形電容式傳感器包括：安裝于LNG車載瓶內(nèi)腔中的第一三角形極板、第二三角形極板及矩形極板，第一三角形極板和第二三角形極板的有效面積相等且對(duì)稱布置；第一三角形極板和第二三角形極板的板面位于同一平面內(nèi)，第一三角形極板和第二三角形極板各自的最長邊相對(duì)且平行設(shè)置，第一三角形極板和第二三角形極板的最短邊分別與LNG車載瓶內(nèi)腔中的液面平行；矩形極板的板面與第一三角形極板的板面平行布置，并且矩形極板的板面與第一三角形極板和第二三角形極板的板面相對(duì)。本發(fā)明專利技術(shù)的上述技術(shù)能夠不受LNG介電常數(shù)的影響下對(duì)液位高度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及液化天然氣技術(shù)，尤其涉及一種用于在液化天然氣車載瓶內(nèi)進(jìn)行液位 測(cè)量的三角形電容式傳感器和液位測(cè)量系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
2016年1月1日起，乘用車燃料消耗量第四階段強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)將被實(shí)施，首 次將天然氣乘用車納入核算。按"碳平衡法"核算，天然氣汽車能耗較傳統(tǒng)汽油車具有 15% -20 %的優(yōu)勢(shì)，將進(jìn)一步提升車企研發(fā)應(yīng)用天然氣汽車積極性。未來十年，我國將迎來 車用天然氣發(fā)展的黃金時(shí)期。據(jù)國家規(guī)劃，到2020年，我國天然氣汽車（液化天然氣（LNG) 汽車與壓縮天然氣（CNG)汽車）產(chǎn)量可達(dá)到220萬輛/年的規(guī)模，其中客車和載貨汽車達(dá) 到20萬臺(tái)（LNG汽車約占50% )，乘用車100萬臺(tái)（LNG汽車約占20% )。 LNG車載瓶是LNG汽車燃料系統(tǒng)的重要組成部分，其液位的測(cè)量技術(shù)受到了社會(huì) 各界的廣泛關(guān)注。在測(cè)量過程中，必須安裝各種安全器件才能夠保證LNG車載瓶在各種容 量下均可安全可靠的工作，因此設(shè)計(jì)一種高性能的液位測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫液體的精準(zhǔn)測(cè) 量與實(shí)時(shí)檢測(cè)是十分有必要的。 傳統(tǒng)的液位測(cè)量系統(tǒng)主要包括安裝于LNG車載瓶內(nèi)的傳感器裝置，該傳感器裝置 外接信號(hào)變送器，信號(hào)變送器與液位顯示器相連接，其中LNG車載瓶所用的傳感器通常為 單個(gè)的圓筒形三角形電容式傳感器，位于車載瓶內(nèi)；信號(hào)變送器對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行傳遞 與處理，位于車載瓶封頭處；液位顯示器主要是信號(hào)變送器傳遞過來的液位信號(hào)實(shí)時(shí)顯示， 位于駕駛室。通過這三個(gè)部件，LNG車載瓶內(nèi)的液位就會(huì)實(shí)時(shí)顯示出來，被司機(jī)所掌握。 然而，這種傳統(tǒng)的LNG車載瓶液位測(cè)量系統(tǒng)是基于被測(cè)介質(zhì)及空氣的介電常數(shù)恒 定不變的假設(shè)為理論基礎(chǔ)的，其檢測(cè)方法存在如下缺點(diǎn)：液化天然氣的品質(zhì)會(huì)因產(chǎn)地、溫 度、壓力等因素的不同而有差異，這些差異會(huì)導(dǎo)致液化天然氣的介電常數(shù)發(fā)生改變，從而對(duì) 三角形電容式傳感器電容量產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而造成傳統(tǒng)的檢測(cè)方法無法準(zhǔn)確地檢測(cè)出 LNG車載瓶中液化天然氣的液位，給LNG車載瓶的正常灌液、運(yùn)輸和使用帶來諸多不便。此 外，目前在傳統(tǒng)圓柱形三角形電容式傳感器的基礎(chǔ)上消除介電常數(shù)的影響，常用的方法有 兩種，即不定期標(biāo)定被測(cè)介質(zhì)和引入?yún)⒈入娙萸蟮帽粶y(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)。這兩種方法不僅 大大增大了運(yùn)算量，且占有更多的容器空間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在下文中給出了關(guān)于本專利技術(shù)的簡要概述，以便提供關(guān)于本專利技術(shù)的某些方面的基本 理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本專利技術(shù)的窮舉性概述。它并不是意圖確定本專利技術(shù)的 關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本專利技術(shù)的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概 念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。 鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種用于LNG車載瓶內(nèi)液位測(cè)量的三角形電容式傳感器和 液位測(cè)量系統(tǒng)，以至少解決現(xiàn)有的液位測(cè)量技術(shù)無法準(zhǔn)確檢測(cè)LNG車載瓶中液化天然氣的 液位的問題。 根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種用于LNG車載瓶內(nèi)液位測(cè)量的三角形電容式 傳感器，所述三角形電容式傳感器包括：第一三角形極板、第二三角形極板以及矩形極板， 所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的有效面積相等且對(duì)稱布置；在使用時(shí)，所述 第一三角形極板、所述第二三角形極板以及所述矩形極板按如下方式安裝于LNG車載瓶內(nèi) 腔中：所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面位于同一平面內(nèi)，所述第一三角 形極板和所述第二三角形極板各自的最長邊相對(duì)并且平行設(shè)置，所述第一三角形極板和所 述第二三角形極板的最短邊分別與所述LNG車載瓶內(nèi)腔中的液面平行；所述矩形極板的板 面與所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面平行布置，并且矩形極板的板面與 第一三角形極板和第二三角形極板的板面相對(duì)。 進(jìn)一步地，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的外壁上均設(shè)置有絕緣 層。 進(jìn)一步地，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板各自的板面以垂直所述 LNG車載瓶內(nèi)腔中的液面的方式設(shè)置。 進(jìn)一步地，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的極板形狀均為相同的直 角三角形，該直角三角型的直角邊的長度分別為H和D ;在使用時(shí)，長度為H的直角邊垂直 液面設(shè)置，而長度為D的直角邊平行液面設(shè)置，H和D分別為正數(shù)。 進(jìn)一步地，所述第一三角形極板和第二三角形極板各自的最長邊之間的距離的取 值范圍為（〇mm，5mm] 〇 進(jìn)一步地，H等于LNG車載瓶內(nèi)膽圓形截面的直徑。 進(jìn)一步地，D等于80mm ;H的數(shù)值為以下之一 ：500mm ;600mm ;650mm。 此外，根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，還提供了一種用于LNG車載瓶內(nèi)液位測(cè)量的液位 測(cè)量系統(tǒng)，所述液位測(cè)量系統(tǒng)包括：LNG車載瓶內(nèi)腔、設(shè)置于所述LNG車載瓶內(nèi)腔中的三角 形電容式傳感器、與所述三角形電容式傳感器相連接的信號(hào)變送器以及與所述信號(hào)變送器 相連接的液位指示器；其中，所述三角形電容式傳感器為權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的三 角形電容式傳感器；所述三角形電容式傳感器中的第一三角形極板和第二三角形極板通過 兩個(gè)測(cè)試探頭與所述信號(hào)變送器相連接，所述兩個(gè)測(cè)試探頭測(cè)量得到所述第一三角形極板 和所述第二三角形極板各自的電容信號(hào)，所述信號(hào)變送器將所述兩個(gè)測(cè)試探頭傳輸來的電 容信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，通過設(shè)置于信號(hào)變送器中的信號(hào)處理模塊計(jì)算液位高度，并 通過所述液位顯示器對(duì)所計(jì)算的液位高度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理模塊用于：所述第一三角形極板的電容值記為C1，所述第 二三角形極板220的電容值記為C 2，計(jì)算所述第一三角形極板的電容值與所述第二三角形 極板的電容值的微變之比AC，其中，；根據(jù)所述第一三角形極板的電容值與所述 第二三角形極板的電容值的微變之比A C，以及所述第一三角形極板與所述第二三角形極 板的極板板面的高H，確定液位高度hx: 由此，應(yīng)用本專利技術(shù)的用于LNG車載瓶內(nèi)液位測(cè)量的三角形電容式傳感器，能夠通 過兩個(gè)測(cè)試探頭分別對(duì)兩三角形極板（即第一三角形極板210和第二三角形極板220)的 電容值進(jìn)行同步測(cè)量，并通過對(duì)測(cè)得的電容信號(hào)進(jìn)行微分處理，使液位的高度僅與兩電容 的微變之比相關(guān)，而與LNG的介電常數(shù)大小無關(guān)，從原理上消除了被測(cè)介質(zhì)的影響。由此， 針對(duì)于不同介電常數(shù)的情況，本專利技術(shù)的三角形電容式傳感器均可準(zhǔn)確測(cè)量出LNG車載瓶內(nèi) 的液位，由此實(shí)現(xiàn)不受LNG介電常數(shù)的影響下對(duì)液位高度的準(zhǔn)確測(cè)量。 此外，通過在三角形極板外壁上設(shè)置一層諸如聚四氟乙烯的絕緣層，能夠有效避 免因LNG中含有雜質(zhì)而造成的掛壁影響，從而提高了三角形電容式傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確率， 并減小了傳感器失效現(xiàn)象的發(fā)生概率。 本專利技術(shù)的液位測(cè)量系統(tǒng)具有本專利技術(shù)的三角形電容式傳感器的以上效果。 通過以下結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，本專利技術(shù)的這些以及其他優(yōu) 點(diǎn)將更加明顯?！靖綀D說明】 本專利技術(shù)可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的 詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進(jìn)一步舉例說明本 專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例和解釋本專利技術(shù)的原理和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中： 圖IA是示出在LNG車載瓶內(nèi)應(yīng)用本專利技術(shù)的三角形電容式傳感器的一個(gè)示例的結(jié) 構(gòu)示意圖； 圖IB是圖IA所示的三角形電容式傳感器沿A-A'方本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于LNG車載瓶內(nèi)液位測(cè)量的三角形電容式傳感器，其特征在于，所述三角形電容式傳感器包括：第一三角形極板、第二三角形極板以及矩形極板，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的有效面積相等且對(duì)稱布置；在使用時(shí)，所述第一三角形極板、所述第二三角形極板以及所述矩形極板按如下方式安裝于LNG車載瓶內(nèi)腔中：所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面位于同一平面內(nèi)，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板各自的最長邊相對(duì)并且平行設(shè)置，所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的最短邊分別與所述LNG車載瓶內(nèi)腔中的液面平行；所述矩形極板的板面與所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面平行布置，并且所述矩形極板的板面與所述第一三角形極板和所述第二三角形極板的板面相對(duì)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳樹軍，付越，夏莉，張海紅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國石油大學(xué)華東，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37
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