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专利名称：一种电容式液位计的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种用于测量液体体积的电容式液位计，特别是用于测量车辆汽油箱中的汽油储存量。

市场上的电容式液位计的读数往往会受到电介质介电常数变化的影响，从而产生误差。

本发明的目的在于提供一种电容式液位计，能够使电容式液位计的读数与电介质介电常数的变化无关，只与电容器浸入的面积有关。液体电容式液位计原理，从而准确测量液体储存量。

本发明的目的是这样实现的，电容式液位计包括传感器和显示仪表，其工作原理是设置两个传感器D，外接交变电信号，如测量导电物体，传感器的电容板上会覆盖一层绝缘材料，第一传感器D1的电容Cs1和第二传感器D2的电容Cs2作为电极浸入液体中，浸入液体的区域分别是S1和S2。 当被测液体的液位高于电容传感器电极变化时，相当于极板间介质发生变化，从而导致电容发生变化。 根据黄显武等主编的《传感器实际应用电路设计》第一版。 电子科技大学出版社出版，电容液位计传感器的输出电容为Cx=A+Bx，其中A、B为与传感器结构尺寸和被测介质有关的常数，x为液位高度。 根据这个公式，也可以换算成传感器输出电容Cs=A+BS，S为电容Cs浸入液体的面积，A、B为与电容结构大小及被测物有关的常数中等的。 电容Cs的等效电路可以是等效电容A与等效电容BS并联，等效电容A为定值，电容Cs与感抗XL并联（感抗XL与等效电容A谐振）构成由于感抗XL和等效电容A组成的谐振电路的电阻无穷大，所以从外电路流入谐振电路的电流为零。 这样，传感器D的输出电容Cs就变得与等效电容A无关，只与等效电容BS有关。 这一点也可以用数学公式来表示。 传感器D输出电容Cs=A+BS。 当电容Cs与感抗XL并联时，电抗为1jωCs+1jXL=1jω(BS+A)+1jXL=1jωBS+jωA-jXL]]> A与XL谐振时ωA=1XL]]>，传感器D的电抗等于。

因此，此时第一传感器D1的输出电容Cs1仅为B1S1，而第二传感器D2的输出电容Cs2此时仅为B2S2。 传感器输出电压或电流分别与 B1S1 和 B2S2 成正比。 在这里，设计了一种新设备来实现传感器电压或电流读数比值。 在第一传感器D1的电容Cs1底部挖出一块，剩下的电容为Cs1'，切出第二传感器D2的电容Cs2的形状和大小。 电容器是相同的，具有相同的底部和相同的高度。 将电容器Cs1、Cs1'、Cs2浸入液体中，面积分别为S1、S1'、S2。 这样，无论液位上升还是下降，总有S1'+S2=S1，根据Cs1'=B1's1'+A1'，Cs2=B2S2+A2，电容Cs1'和Cs2为分别与感抗XL1和XL2并联（感抗XL1和XL2分别与A1'和A2谐振）传感器D1和D2，由于谐振电路的阻值无穷大，此时输出电容Cs1'和传感器D1、D2的Cs2与A1'、A2无关，只与B1's1'、B2S2有关，设B1'=B2，测量电压比时，将传感器D1、D2串联（相当于电容B1's1'和B2S2串联），电压表并联在传感器D1上，将D1的电压设为V1，测量电流比时，将传感器D1和D2并联（相当于电容B1's1'和B2S2并联），电流表串联在传感器D2上，D2的电流为I2，可以看出，传感器最终输出的电容值只与浸入液体中的两个电容面积S1和S2的比值有关，而与A和B无关，A和B是相关的介电常数。

实现传感器电压或电流读数比值的装置，除上述外，还可以采用流量比值计、对数放大器等测量传感器，可实现电压或电流读数比值计、电流比值计、电磁汽油双线圈仪表L1、L2分别与传感器D1、D2并联，再串联到交流电源上，传感器D1、D2的电压分别为V1、D2、 V2,V2V1=B1s1B2s2]]>,利用流量比,电磁式汽油表测量电流比的装置是将双线圈表L1、L2分别与传感器D1、D2串联,然后连接它们并联到交流电源。 设传感器D1和D2的电流分别为I1和I2，I1I2=B1s1B2s2 ]]> 上面充分说明了两个传感器输出电压或电流的比值等于S1和S2的面积比两个电容Cs1和Cs2浸没在液体中。 这样，电容式液位计的读数不受影响。 电介质介电常数变化的影响只与浸入液体中的电容面积有关。

但由于该传感器输出电容较小，容抗较大，与市面上一般仪器的阻抗不匹配，影响测量精度。 为此，设计了一种新型的高阻抗电压表和低阻抗电流表。 高阻电压表是在表头上串联容抗或感抗，再并联容抗组成谐振电路。 由于谐振电路增加了阻抗，因此提高了测量精度。 串接的电抗不仅是谐振电路的组成部分，还起到调节表头电流和增加表头阻抗的作用。 如果电流大小满足电表的工作要求，这个电抗也可以省略。 低阻抗电流表与容抗串联，形成谐振电路，使阻抗变小，提高了测量精度。

在此，设计了一种用于双线圈高阻抗电压表的简化测量装置。 双线圈高阻电压表先与传感器并联，然后省去了传感器的感抗和高阻电压表的容抗。 电压表线圈输出的等效电容A与传感器直接构成谐振电路。 只用一个谐振电路就可以同时完成高阻电压表所需的谐振和传感器所需的谐振，完成了传感器和高阻电压表的原设计要求。 如果电流大小满足仪表工作要求，与仪表线圈串联的电抗可以不用。 如果此时等效电容A和仪表线圈L在数值上不能满足谐振要求，则取一个容抗或感抗X'。 在这里，我们为单线圈高阻抗电压表设计了一个简化的测量装置。 在“实现传感器电压读数比新装置”的基础上，将普通电压表改为高阻单线圈电压表并与传感器D1并联，然后将传感器的感抗XL1和高阻电压表的容抗Xc、高阻电压表的线圈L和传感器D1输出的等效电容A1直接组成一个谐振电路，只用一个谐振电路就可以完成所需的功能高阻抗电压表同时。 谐振和传感器所需的谐振完成了传感器和高阻电压表的原始设计要求。 如果电流大小满足仪表工作要求，与仪表线圈串联的电抗可以不用。 如果等效电容A1与仪表线圈L的值不满足谐振要求，可在电路中接入容抗或感抗X'。

由于本发明的电容式液位计的设计，传感器的输出电容仅与浸入液体中的两个电容的面积比有关，与其他因素无关。 变化影响造成误差的缺点，如果用在汽车等交通工具上，取代目前的汽车浮子传感器，可以省去机械传动机构，现有浮子传感器10-25%的误差可以减少被克服。 若与该传感器配套设计的高阻电压表和低阻电流表，可大大提高测量精度，且无需放大电路，结构简单、体积小。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

图 1. 传感器设置示意图。 (1)为容器，(2)为分针，Cs1、Cs2为电容，XL1、XL2为感抗，D1、D2为传感器。

图 2. 传感器等效电路图。 A1、A2、B1S1、B2S2为等效电容，XL1、XL2为感抗。 虚线框内的谐振电路。

图3.“实现传感器电压或电流读数比值的新装置”结构示意图。 XL1、XL2为感抗，D1、D2为传感器，Cs1、Cs2为电容，Cs1'为电容Cs1底部挖出的剩余电容，s1'、S2为电容Cs1'、Cs2浸入的面积液体分别。

图4(a)为“传感器电压读数比新实现装置”的电压测量示意图。 XL1、XL2为感抗，B1'S1'、A1'、A2、B2S2为等效电容、电压表。

(b)“实现传感器电流读数比值的新装置”的电流测量示意图。 XL1、XL2为感抗，B1'S1'、A1'、A2、B2S2为等效电容，电流表。

图5(a)双线圈高阻电压表示意图。 为双线圈仪表，L1、L2仪表线圈，XC1、XC2为电抗，X1、X2为电抗。

(b) 单线圈高阻抗电压表的示意图。 ○为单线圈仪表，L为仪表线圈，X为电抗，XC为容抗。

图6(a)，单线圈低阻抗电流表示意图。 L为仪表线圈，XC为容抗。 (b) 双线圈低阻抗电流表的示意图。 为双线圈仪表，L1、L2仪表线圈，XC1、XC2为容抗。

图7 双线圈低阻抗电流表测量用传感器装置示意图。 为双线圈仪表，L1、L2为仪表线路图，XC1、XC2为容抗，B1S1、A1、B2S2、A2为等效电容，XL1、XL2为感抗。

图 8. 双线圈高阻抗电压表传感器装置示意图。 为双线圈仪表，L1、L2仪表线圈，X1、X2为电抗，XC1、XC2为容抗，XL1、XL2为感抗，A1、A2、B1S1、B2S2为等效电容。

图 9. 双线圈高阻抗电压表的简化测量装置示意图。 为双线圈仪表，L1、L2仪表线圈，A1、A2、B1S1、B2S2为等效电容。 X1、X2为电抗，X1'、X2'为可用可删电抗。

图 10. 单线圈高阻抗电压表的简化测量设置示意图。 L仪表线圈，A1、A2、B1S1、B2S2等效电容，X电抗，X'可删去电抗。 XL2感抗。

图 11 显示了带有对数放大器的测量传感器的框图。

由图1和图2可知，该电容式液位计中设置了两个传感器，电容Cs1和Cs2的下端位于容器（1）的底部，上端由出线脚固定(2)、电容Cs1与感抗XL1并联(感抗XL1与等效电容A1谐振)，构成第一传感器D1，电容Cs2与感抗XL2并联(感抗XL2与等效谐振)电容A2)，组成第二个传感器D2，电容Cs1和Cs2作为传感器D1、D2的电极浸没在液体中，随着液体体积的变化，电极一部分在空气中，一部分浸没在液体中。 S1、S2分别为电容Cs1、Cs2浸入液体中的面积。 当被测液体的液位高度发生变化时，电容式传感器的电极发生变化，相当于电极间电介质发生变化，从而导致电容发生变化。 第一传感器D1的输出电容为Cs1＝A1+B1S1，第二传感器D2的输出电容为Cs2＝A2+B2S2。 A1、A2、B1、B2是与电容器结构尺寸和被测介质有关的常数。 电容Cs1等效电路为等效电容A1与等效电容B1S1并联，电容Cs2等效电路为等效电容A2等并联有效电容B2S2，等效电容A1和A2为固定值。 此时，感抗XL1、XL2分别与电容A1、A2组成谐振电路。 由于谐振电路的电阻无穷大，所以从外电路流入谐振电路的电流为零。 ，这样，传感器D1和D2分别输出的电容Cs1和Cs2就变得与等效电容A1和A2无关，而只与B1S1和B2S2相关，见图2。

两个传感器输出的电压或电流分别与 B1S1 和 B2S2 成正比。 这里我们设计一个“实现传感器电压或电流读数比值的新装置”，结合图3介绍。在底部挖出一块电容Cs1，电容的剩余部分为Cs1'。 电容器Cs2的形状和尺寸与电容器Cs1的相同。 那一块是一样的，有相同的底部和相同的高度。 设浸入液体中的电容Cs1、Cs1'、Cs2的面积分别为S1、S1'、S2。 这样，无论液面上升还是下降，总有S1'+S2=S1，根据，Cs1'=B1'S1'+A1'，Cs2=B2S2+A2，电容Cs1'，Cs2为分别与感抗XL1、XL2并联（感抗XL1、XL2分别与A1'、A2谐振），分别组成传感器D1、D2，由于振动电路的电阻无穷大，则输出电容Cs1'传感器D1和D2的Cs2与A1'和A2无关，只与B1'S1'和B2S2有关，所以B1'=B2，测量电压比时，将传感器D1和D2串联（相当于电容B1'S1'和B2S2串联），用电压表并联传感器D1，将D1的电压设为V1，见图4（a）测量电流比时，将传感器D1和D2并联（相当于电容B1'S1'和B2S2并联），传感器D2串联一个电流表，D2的电流设为I2，见图 ure 4(b) 从图中可以看出，传感器最终的输出电容只与浸入液体中的两个电容面积S1和S2的比值有关，与A和S无关B与介电常数有关。

除了上述实现传感器电压或电流读数比值的器件外，还可以用电流比值计、对数放大器等测量传感器，实现电压读数比值或电流。 电流比表和电磁式汽油表是用来测量电压比的装置。 仪器的双线圈L1、L2分别与传感器D1、D2并联，再串联到交流电源上。 传感器D1和D2的电压分别为V1和V2。 ,V2V1=B1s1B2s2]]>,用电流比表和电磁式汽油表测量电流比的装置是将仪表的双线圈L1和L2分别与传感器D1和D2串联,然后接将它们并联到交流电源上，并设置传感器D1和D2的电流为I1，I2I1I2=B1s1B2s2]]> 以上充分说明了两个传感器的输出电压或电流之比等于比值浸入液体中的两个电容器Cs1和Cs2的面积S1和S2。 这样，实现了电容式液位计的读数不受电介质介电常数变化的影响，而只与浸入液体中的电容面积有关。

但由于传感器输出电容小，容抗大，与市面上一般仪器的阻抗不匹配电容式液位计原理，影响测量精度。 因此设计了高阻抗电压表和低阻抗电流表。 高阻电压表有双线圈的，也有单线圈的。 现将双线圈表和单线圈表○改造为高阻电压表的方案介绍如下。 原双线圈仪表有汽车电磁汽油表、流量比表等，改成双线圈仪表。 线圈的高阻电压表如图5（a）所示。 线圈L1、L2分别串联电抗X1、X2，再分别并联容抗XC1、XC2。 它们一起形成谐振电路以增加阻抗并提高测量精度。 原来的单线圈仪表有一个电流表和一个电压表，改为单线圈高阻抗电压表，如图5(b)所示。 线圈L串联电抗X，再并联容抗Xc。 它们一起形成谐振电路，使阻抗发生变化。 较大，为提高测量精度，与上述单线圈、双线圈高阻电压表串联的电抗X（X1、X2），不仅是谐振电路的一个元件，还起着一定的作用。在调节表头电流，改善表头阻抗方面。 若电流已满足仪表工作要求，则电抗X（X1、X2）可省略。 至于电抗X（X1，X2），则为容抗或感抗，其大小由仪表的电感L决定。 当仪表电感大时，流入仪表的电流小。 为了增大电流，电抗X（X1，X2）应采用容抗。 当仪表的电感L较小时，流入仪表的电流可以满足要求，电抗X（X1，X2）应选用感抗，因为仪表线圈有内阻，而a的阻抗高阻抗仪器不可能无限大。 如果电抗X（X1，X2）为感抗，仪器的阻抗会大大增加。 如图6(a)所示，将单线圈电流表改为低阻抗电流表。 线圈L与容抗Xc串联谐振。 、L2分别与容抗Xc1、Xc2串联构成谐振电路，使阻抗变小，提高了测量精度。 单线圈低阻抗电流表测量传感器电流比的装置是将两个传感器D1和D2并联，单线圈低阻抗电流表与传感器D2串联。 双线圈低阻抗电流表测量传感器电流比的装置如图7所示，环分别与两个传感器串联。 用双线圈高阻电压表测量传感器电压比的装置如图8所示。双线圈高阻电压表分别与两个传感器并联。

传感器也可以用对数放大器测量。 参考图。 11、传感器1和传感器2的输出端连接对数放大器3的输入端，对数放大器3的输出端连接显示仪表4的输入端，组成传感器1和传感器2。将输出信号I1和I2相减(即反相相加)输入对数放大器3，对数放大器3将I1-I2的输入信号转换为I1/I2信号，输出到显示设备 4。

在此，设计了一种用于双线圈高阻抗电压表的简化测量装置。 先将高阻电压表与传感器并联，然后省略传感器的感抗XL1、XL2和高阻电压表的容抗Xc1、Xc2。 高阻电压表的线圈L1、L2与传感器输出的等效电容A1、A2直接组成谐振电路，如图9所示，只用一个谐振电路就可以同时完成原高电压所需的谐振-阻抗电压表和原装传感器。 完成了传感器的谐振和高阻电压表的原设计要求。 如果此时等效电路A1、A2和仪表线圈L1、L2在数值上不满足谐振要求，可在电路中分别加入容抗或感抗X1'、X2'，如图9所示。虚线。 如果在工作过程中电流已经满足了电表的工作要求，则原来与电表线圈L1、L2串联的电抗X1、X2可以省略。

这里我们设计一个单线圈高阻抗电压表的简化测量装置，如图10所示。它是基于“实现传感器电压读数比新装置”，参考图4（a），改变一般电压表成高阻单线圈电压表与传感器D1并联，省略传感器D1感抗Xc1和高阻电压表容抗Xc后，高阻电压表线圈L和等效电容A1传感器D1的输出直接组成一个谐振电路，如图10所示，只用一个谐振电路就可以同时完成高阻电压表需要的谐振和传感器需要的谐振，完成原来的传感器和高阻抗电压表的设计要求。 若等效电容A1与仪表线圈L在数值上不能满足谐振要求，可在电路中接入容抗或感抗X'，如图10中虚线所示。若电流已满足电表在工作过程中的工作要求，与原电表线圈L串联的电抗X也可以省略。

维权请求

1.一种电容式液位计传感器，包括电容Cs1、Cs2和感抗XL1、XL2，其特征在于电容式液位计上设有两个传感器D1、D2，电容Cs1与感抗XL1、XL2并联。电抗XL1、感抗XL1和等效电容A1谐振组成一个传感器D1，电容Cs2与感抗XL2并联，感抗XL2与等效电容A2谐振组成另一个传感器D2。

2.根据权利要求1所述的电容式液位计传感器，其特征在于，所述感抗XL可以采用电感L。

3、实现传感器电压或电流读数比值的新装置，包括传感器、电压表、电流表。 其特点是从传感器D1的电容Cs1的下端挖出一块，剩下的电容部分为Cs1'，而传感器D2的电容Cs2的形状和大小为与电容Cs1挖出的电容相同，同底同高。 测量电压比时，将传感器D1、D2串联，电压表与D1并联。 测量电流比时，将传感器D1、D2并联，电流表与D2串联。

四、单线圈高阻抗电压表，包括单线圈电压表、电流表、电抗、容抗，其特征在于： 在单线圈仪表L上串联一个电抗X，再并联一个容性电抗Xc组成谐振电路，若电流大小已满足仪表工作要求，串联电抗X即可被省略。

5、一种双线圈高阻抗电压表，包括电流比表、电磁汽油表、电抗和容抗，其特征在于，双线圈仪表L1、L2分别与电抗X1串联。和X2，然后分别并联起来。 性电抗 Xc1 和 Xc2 形成谐振电路。 若电流大小满足仪表工作要求，串联电抗X1、X2可省去。

六、一种低阻抗电流表，包括电流表和容抗，其特征在于单线圈仪表L串联容抗Xc构成谐振电路，双线圈仪表各自串联容抗Xc1和Xc2 L1和L2分别构成谐振电路。

七、一种双线圈高阻电压表的简化测量装置，包括传感器和双线圈高阻电压表，其特征在于双线圈高阻电压表分别与两个传感器并联，节省传感器原感抗XL1、XL2与高阻电压表原容抗Xc1、Xc2，然后仪表线圈L1与等效电容A1、线圈L2与等效电容A2分别直接组成谐振电路，若等效电容A1、A2和仪表线圈L1、L2在数值上不能满足谐振要求，可在电路中重新接入容抗或感抗X1'、X2'。

8、一种单线圈高阻电压表的简化测量装置，包括传感器、单线圈高阻电压表和“实现传感器电压读数比的新装置”，其特征在于：它是根据《实现传感器电压读数比的新装置》中，将普通电压表改成单线圈高阻电压表与传感器D1并联，然后省略传感器感抗XL1和高阻电压表容抗Xc，输出高阻电压表线圈L和传感器D1，等效电容A1直接构成谐振电路。 如果此时等效电容A1和仪表线圈L在数值上不能满足谐振要求，可在电路中接入容抗或感抗X'。

抽象的

一种电容式液位计，有两个传感器，两个传感器的输出电容分别为Cs

文件编号 G01F23/26GK1410743SQ01141099

公开日 2003 年 4 月 16 日 申请日 2001 年 10 月 1 日 优先权日 2001 年 10 月 1 日

发明人林进申请人：林进