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

 

 

1、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(shí)現(xiàn)液位測量的液位儀表，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(dǎo)體，測量時液位計的上部處于氣態(tài)氣中，下部處于液態(tài)氣中。

    當(dāng)可測量液位H＝0 時，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 液位較大高度；R1為不銹鋼管半徑，m；R0為絕緣導(dǎo)線半徑，m。

 

    當(dāng)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(dāng)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?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，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(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 氣瓶制造過程中需要預(yù)先測量LNG 氣瓶的空瓶電容值，再用手持式移動設(shè)備對氣瓶的滿瓶電容值進(jìn)行設(shè)定。滿瓶電容等于實(shí)測空瓶電容加上相應(yīng)規(guī)格氣瓶經(jīng)驗(yàn)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(yàn)值為80 PF，那么450L 滿瓶電容值應(yīng)為410 PF～420 PF。

    液位計變送器根據(jù)LNG 液位對應(yīng)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，方便駕駛員查看車輛液位信息。車載LNG 氣瓶中電容式液位計的應(yīng)用見圖2。

 

 

3、車載LNG 電容式液位計系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性能對比