摘要：簡(jiǎn)要介紹了 LNG 電容式液位計(jì)的使用原理，總結(jié)分析了車載LNG 氣瓶電容式液位計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并對(duì)車載LNG 氣瓶電容式液位計(jì)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。9wc壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
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電容式液位計(jì)以其使用方便、可靠、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，普遍應(yīng)用于工業(yè)及民用各種容器的液位測(cè)量，并得到好評(píng)。隨著近兩年LNG 卡車在物流中的批量應(yīng)用，電容式液位計(jì)在車載LNG氣瓶中的應(yīng)用也越來(lái)越普及。但是隨著大批量的推廣應(yīng)用，電容式液位計(jì)在車載LNG 氣瓶中的應(yīng)用也暴露出不少問(wèn)題，還存在諸多需要改進(jìn)和優(yōu)化的項(xiàng)目，例如針對(duì)低溫液體的相對(duì)介電系數(shù)比較小，容易導(dǎo)致電容式液位計(jì)靈敏度較差的問(wèn)題等。
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LNG電容式液位計(jì)使用原理
由于LNG 的儲(chǔ)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(jì)系統(tǒng)。電容式液位計(jì)是根據(jù)電容的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)液位高度測(cè)量的液位儀表，電容式液位計(jì)的主要構(gòu)件包括容式物位傳感器和檢測(cè)電容的線路。電容式液位計(jì)在測(cè)量時(shí)是將一根金屬棒探入被測(cè)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(jì)測(cè)量原理見(jiàn)圖1。
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LNG 氣瓶?jī)?nèi)容器由S30408 焊接而成，其為液位計(jì)的接地導(dǎo)體，測(cè)量時(shí)液位計(jì)的上部處于氣態(tài)天然氣中，下部處于液態(tài)天然氣中。
當(dāng)可測(cè)量液位H＝0 時(shí)，不銹鋼管與同軸絕緣導(dǎo)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(xiàn)得到電容量計(jì)算公式為：
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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L(zhǎng)NG 液位#大高度；R1為不銹鋼管半徑，m；R0為絕緣導(dǎo)線半徑，m。
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當(dāng)可測(cè)量液位為H 時(shí)，不銹鋼管與同軸絕緣電線之間存在的電容CH 為：
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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(dāng)傳感器內(nèi)液位由零增加到H 時(shí)，其電容的變化量ΔC 可由式（1）和式（2）得：
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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?yàn)閰?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(jiàn)，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(cè)出電容值便能計(jì)算出LNG液位高度。
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2、LNG電容式液位計(jì)的應(yīng)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(guò)程中需要預(yù)先測(cè)量LNG 氣瓶的空瓶電容值，再用手持式移動(dòng)設(shè)備對(duì)氣瓶的滿瓶電容值進(jìn)行設(shè)定。滿瓶電容等于實(shí)測(cè)空瓶電容加上相應(yīng)規(guī)格氣瓶經(jīng)驗(yàn)值。
例如：450 L 測(cè)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(yàn)值為80 PF，那么450L 滿瓶電容值應(yīng)為410 PF～420 PF。
液位計(jì)變送器根據(jù)LNG 液位對(duì)應(yīng)的電容值，將信號(hào)處理變?yōu)槟M信號(hào)通過(guò)電氣線束輸出給駕駛室的顯示儀表上，方便駕駛員隨時(shí)查看車輛液位信息。車載LNG 氣瓶中電容式液位計(jì)的應(yīng)用見(jiàn)圖2。
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3、車載LNG 電容式液位計(jì)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性能對(duì)比
根據(jù)車輛的實(shí)際使用的工況，模擬在極限工況下LNG電容式液位計(jì)的穩(wěn)定性及精que性。液位計(jì)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)包括以下一些項(xiàng)目。
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3.1 傳感器絕緣電阻測(cè)試
傳感器植入氣瓶前/后絕緣電阻測(cè)試：將電容式傳感器信號(hào)線的導(dǎo)體和屏蔽層分別與絕緣電阻測(cè)試儀的兩極相連接，將放電電壓調(diào)至DC 1 000 V，放電1 min，記錄此時(shí)絕緣電阻值。
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3.2 系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)恢復(fù)測(cè)試
利用顯示儀表進(jìn)入工程調(diào)試界面，讀取并記錄保存的相關(guān)參數(shù)，之后任意更換變送器或者顯示儀表，重新上電后，再次讀取參數(shù)，并與更換前參數(shù)進(jìn)行比較。
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3.3 電容測(cè)量值穩(wěn)定性測(cè)試
顯示儀表上電后，預(yù)熱1 min，利用顯示儀表進(jìn)入工程調(diào)試界面，查看并記錄當(dāng)前電容（每隔10 s 一次，共6 次）；斷電后重新上電，并重復(fù)以上操作。
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3.4 低液位安全預(yù)警和報(bào)警功能測(cè)試
在正常靜態(tài)精度測(cè)試的環(huán)境下，加滿液體后，打開(kāi)變送器外殼，人為斷開(kāi)傳感器引線，模擬傳感器斷路、短路、顯示儀表線未接入等故障，查看并記錄顯示儀表上有無(wú)文字提示或其他提醒報(bào)警功能。
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3.5 靜態(tài)精度測(cè)試
稱取并記錄氣瓶空瓶質(zhì)量，給氣瓶中加滿液氮并記錄滿瓶質(zhì)量。將氣瓶放置在磅秤上穩(wěn)定一段時(shí)間后開(kāi)始放液，質(zhì)量每減少一定單位抄寫對(duì)應(yīng)的顯示溶劑并進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。
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3.6 車輛行駛過(guò)程中顯示容積值瞬間波動(dòng)量測(cè)試
在實(shí)驗(yàn)車輛平路行駛過(guò)程中，汽車分別按照以下工況運(yùn)行：恒定的速度、加速、減速、爬坡、下坡，在各種工況時(shí)分別目測(cè)并記錄顯示儀表的瞬間波動(dòng)量。
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4、車載LNG 電容式液位計(jì)應(yīng)用中的不足和發(fā)展方向
