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電容式液位計在車載LNG氣瓶中的應用

作時間：2014-10-08 09:05:42 來源：西安XXXXXXX有限公司作者：曹君，唐永科，王海剛，薛蘇濤，劉明星

摘要：簡要介紹了 LNG 電容式液位計的使用原理，總結(jié)分析了車載LNG 氣瓶電容式液位計實驗項目及實際應用中存在的問題，并對車載LNG 氣瓶電容式液位計的發(fā)展前景進行了展望。

電容式液位計以其使用方便、可靠、價格低廉的特點，普遍應用于工業(yè)及民用各種容器的液位測量，并得到好評。隨著近兩年LNG 卡車在物流中的批量應用，電容式液位計在車載LNG氣瓶中的應用也越來越普及。但是隨著大批量的推廣應用，電容式液位計在車載LNG 氣瓶中的應用也暴露出不少問題，還存在諸多需要改進和優(yōu)化的項目，例如針對低溫液體的相對介電系數(shù)比較小，容易導致電容式液位計靈敏度較差的問題等。

LNG電容式液位計使用原理

由于LNG 的儲存溫度為－162 ℃且內(nèi)容器受壓，常規(guī)度量方法不宜適用，所以一般工程中度量LNG 體積的方法是采用電容式液位計系統(tǒng)。電容式液位計是根據(jù)電容的變化來實現(xiàn)液位高度測量的液位儀表，電容式液位計的主要構(gòu)件包括容式物位傳感器和檢測電容的線路。電容式液位計在測量時是將一根金屬棒探入被測容器的溶液中，將金屬棒作為電容的一極，將容器壁作為電容的另一極。電容式液位計測量原理見圖1。

LNG 氣瓶內(nèi)容器由S30408 焊接而成，其為液位計的接地導體，測量時液位計的上部處于氣態(tài)天然氣中，下部處于液態(tài)天然氣中。

當可測量液位H＝0 時，不銹鋼管與同軸絕緣導線構(gòu)成的金屬圓柱形電容器之間存在電容C0，根據(jù)文獻得到電容量計算公式為：

式中：C0 為電容量，F(xiàn)；ε0 為容器內(nèi)氣態(tài)天然氣的等效介電常數(shù)，F(xiàn)/m；L 為LNG 液位#大高度；R1為不銹鋼管半徑，m；R0為絕緣導線半徑，m。

當可測量液位為H 時，不銹鋼管與同軸絕緣電線之間存在的電容CH 為：

式中：ε 為容器內(nèi)氣態(tài)天然氣的等效介電常數(shù)，F(xiàn)/m。因此，當傳感器內(nèi)液位由零增加到H 時，其電容的變化量ΔC 可由式（1）和式（2）得：

由式（3）可知，參數(shù)ε、ε0、R1、R0 均為定值，所以電容的變化量與液位變化量ΔC 呈近似線性關(guān)系。因為參數(shù)ε、ε0、R1、R0、L都是定值，由式（2）變形可得：

式中：A0和B0為常數(shù)。

可見，傳感器的電容量值CH 的大小與電容器浸入液體的深度H 呈線性關(guān)系。由此可知，只要測出電容值便能計算出LNG液位高度。

2、LNG電容式液位計的應用

在車載LNG 氣瓶中，常用的容積一般為500 L、450 L、375L、300 L、275 L、245 L、200 L、150 L 等，在LNG 氣瓶制造過程中需要預先測量LNG 氣瓶的空瓶電容值，再用手持式移動設備對氣瓶的滿瓶電容值進行設定。滿瓶電容等于實測空瓶電容加上相應規(guī)格氣瓶經(jīng)驗值。

例如：450 L 測量得空瓶電容值一般為330 PF～340 PF（每只氣瓶的初始電容略有不同），若450 L 經(jīng)驗值為80 PF，那么450L 滿瓶電容值應為410 PF～420 PF。

液位計變送器根據(jù)LNG 液位對應的電容值，將信號處理變?yōu)槟M信號通過電氣線束輸出給駕駛室的顯示儀表上，方便駕駛員隨時查看車輛液位信息。車載LNG 氣瓶中電容式液位計的應用見圖2。