摘要：簡(jiǎn)要介紹了 LNG 電容式液位計的使用原理，總結分析了車(chē)載LNG 氣瓶電容式液位計實(shí)驗項目及實(shí)際應用中存在的問(wèn)題，并對車(chē)載LNG 氣瓶電容式液位計的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。4IT壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
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電容式液位計以其使用方便、可靠、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，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(zhù)近兩年LNG 卡車(chē)在物流中的批量應用，電容式液位計在車(chē)載LNG氣瓶中的應用也越來(lái)越普及。但是隨著(zhù)大批量的推廣應用，電容式液位計在車(chē)載LNG 氣瓶中的應用也暴露出不少問(wèn)題，還存在諸多需要改進(jìn)和優(yōu)化的項目，例如針對低溫液體的相對介電系數比較小，容易導致電容式液位計靈敏度較差的問(wèn)題等。
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LNG電容式液位計使用原理
由于LNG 的儲存溫度為－162 ℃且內容器受壓，常規度量方法不宜適用，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。電容式液位計是根據電容的變化來(lái)實(shí)現液位高度測量的液位儀表，電容式液位計的主要構件包括容式物位傳感器和檢測電容的線(xiàn)路。電容式液位計在測量時(shí)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(jiàn)圖1。
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LNG 氣瓶?jì)热萜饔蒘30408 焊接而成，其為液位計的接地導體，測量時(shí)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(shí)，不銹鋼管與同軸絕緣導線(xiàn)構成的金屬圓柱形電容器之間存在電容C0，根據文獻得到電容量計算公式為：
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式中：C0 為電容量，F；ε0 為容器內氣態(tài)天然氣的等效介電常數，F/m；L 為L(cháng)NG 液位#大高度；R1為不銹鋼管半徑，m；R0為絕緣導線(xiàn)半徑，m。
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當可測量液位為H 時(shí)，不銹鋼管與同軸絕緣電線(xiàn)之間存在的電容CH 為：
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式中：ε 為容器內氣態(tài)天然氣的等效介電常數，F/m。因此，當傳感器內液位由零增加到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(xiàn)性關(guān)系。因為參數ε、ε0、R1、R0、L都是定值，由式（2）變形可得：
式中：A0和B0為常數。
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(xiàn)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。
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2、LNG電容式液位計的應用
在車(chē)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)程中需要預先測量LNG 氣瓶的空瓶電容值，再用手持式移動(dòng)設備對氣瓶的滿(mǎn)瓶電容值進(jìn)行設定。滿(mǎn)瓶電容等于實(shí)測空瓶電容加上相應規格氣瓶經(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(mǎn)瓶電容值應為410 PF～420 PF。
液位計變送器根據LNG 液位對應的電容值，將信號處理變?yōu)槟M信號通過(guò)電氣線(xiàn)束輸出給駕駛室的顯示儀表上，方便駕駛員隨時(shí)查看車(chē)輛液位信息。車(chē)載LNG 氣瓶中電容式液位計的應用見(jiàn)圖2。
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3、車(chē)載LNG 電容式液位計系統的實(shí)驗性能對比
根據車(chē)輛的實(shí)際使用的工況，模擬在極限工況下LNG電容式液位計的穩定性及精que性。液位計系統實(shí)驗包括以下一些項目。
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3.1 傳感器絕緣電阻測試
傳感器植入氣瓶前/后絕緣電阻測試：將電容式傳感器信號線(xiàn)的導體和屏蔽層分別與絕緣電阻測試儀的兩極相連接，將放電電壓調至DC 1 000 V，放電1 min，記錄此時(shí)絕緣電阻值。
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3.2 系統參數存儲恢復測試
利用顯示儀表進(jìn)入工程調試界面，讀取并記錄保存的相關(guān)參數，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，并與更換前參數進(jìn)行比較。
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3.3 電容測量值穩定性測試
顯示儀表上電后，預熱1 min，利用顯示儀表進(jìn)入工程調試界面，查看并記錄當前電容（每隔10 s 一次，共6 次）；斷電后重新上電，并重復以上操作。
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3.4 低液位安全預警和報警功能測試
在正常靜態(tài)精度測試的環(huán)境下，加滿(mǎn)液體后，打開(kāi)變送器外殼，人為斷開(kāi)傳感器引線(xiàn)，模擬傳感器斷路、短路、顯示儀表線(xiàn)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警功能。
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3.5 靜態(tài)精度測試
稱(chēng)取并記錄氣瓶空瓶質(zhì)量，給氣瓶中加滿(mǎn)液氮并記錄滿(mǎn)瓶質(zhì)量。將氣瓶放置在磅秤上穩定一段時(shí)間后開(kāi)始放液，質(zhì)量每減少一定單位抄寫(xiě)對應的顯示溶劑并進(jìn)行數據計算。
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3.6 車(chē)輛行駛過(guò)程中顯示容積值瞬間波動(dòng)量測試
在實(shí)驗車(chē)輛平路行駛過(guò)程中，汽車(chē)分別按照以下工況運行：恒定的速度、加速、減速、爬坡、下坡，在各種工況時(shí)分別目測并記錄顯示儀表的瞬間波動(dòng)量。
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4、車(chē)載LNG 電容式液位計應用中的不足和發(fā)展方向
