一种低温介质下分节式电容液位变换器及液位测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种低温介质下分节式电容液位变换器及液位测量系统，属于变换器相关技术领域，所述的低温介质下分节式电容液位变换器包括壳体电路印制板、壳体、屏蔽罩、盖板、穿心电容、连接器和密封圈，还包括电容式液位传感器，壳体电路印制板设置有信号检测电路，所述信号检测电路包括文氏振荡电路、变压器电桥测量电路、交流两级放大电路、AC/DC整流滤波电路和电压跟随电路；本实用新型专利技术主要与分节式电容低温液位传感器配套使用对低温绝缘液体介质如液氧、液氢、液态甲烷、煤油何LNG等液位进行连续测量，这种低温介质下分节式电容液位变换器具有测量精度高、电路简单、响应速度快、抗干扰性好等特点。

A segmented capacitor liquid level converter and liquid level measurement system in low temperature medium

【技术实现步骤摘要】
一种低温介质下分节式电容液位变换器及液位测量系统
本技术涉及变换器相关
，具体是一种低温介质下分节式电容液位变换器及液位测量系统。
技术介绍
火箭飞行过程中，为保证贮箱内的推进剂的合理利用，推进剂液位点的准确测量非常重要。目前火箭系统中常用的液体推进剂为液氧、液氢、煤油、甲烷，它们都属于绝缘介质，其中：液氢、液氧、甲烷是低温介质，煤油是常温介质。由于它们的相对介电常数都比较小(标准大气压下，煤油2.2、液氧1.485、液氢1.22、甲烷1.675)，并且液氢、液氧、甲烷的工作温度低于-150℃，所以变换器无法工作在推进剂箱体内部，只能通过连接器以及线缆将传感器信号引出至变换器。而以下几方面会严重影响传感器电容的测量：1.信号引出线缆长度较长，其上的分布电容严重影响传感器电容的测量精度；2.由于该变换器工作环境比较恶劣，被检测电容及输入输出信号容易受到外界电磁环境干扰影响，影响测量的精度以及电路工作的稳定性；3.低温介质中，温差较大，而温度变化必然引起相对介电常数的变化，直接导致被测电容量的变化，而参考电容却不会变化，直接导致测量精度降低。综上所述，本技术提供一种低温介质下分节式电容液位变换器及液位测量系统，具有测量精度高、电路简单、响应速度快和抗干扰性好的优点。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种低温介质下分节式电容液位变换器及液位测量系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种低温介质下分节式电容液位变换器，包括壳体电路印制板、壳体、屏蔽罩、盖板、穿心电容、连接器和密封圈，所述壳体电路印制板和穿心电容设置在壳体内部，穿心电容有两组；还包括电容式液位传感器，壳体电路印制板包括第一电路印制板和第二电路印制板，连接器包括输入连接器和输出连接器，密封圈包括输出连接器密封圈、输入连接器密封圈和盖板密封圈；屏蔽罩设置在壳体的外表面，所述盖板盖合在屏蔽罩的外表面；屏蔽罩主要作用是屏蔽电磁干扰。作为本技术进一步的方案：所述第一电路印制板和第二电路印制板设置在两组穿心电容之间，第一电路印制板设置在第二电路印制板下方，所述输入连接器通过输入连接器密封圈设置在壳体的左端，所述输出连接器通过输出连接器密封圈设置在壳体的右端。输出连接器密封圈和输入连接器密封圈的作用是与壳体之间进行密封缓冲。作为本技术进一步的方案：所述密封圈的材料为导电橡胶，所述盖板密封圈设置在盖板与屏蔽罩之间；所述输入连接器、输出连接器、穿心电容、第一电路印制板和第二电路印制板之间电性连接。作为本技术进一步的方案：所述第一电路印制板和第二电路印制板上均设置有信号检测电路，所述信号检测电路包括文氏振荡电路、变压器电桥测量电路、交流两级放大电路、AC/DC整流滤波电路和电压跟随电路。作为本技术进一步的方案：所述电容式液位传感器的奇数电容组和偶数电容组通过连接器和同轴屏蔽电缆接入到信号检测电路的变压器电桥的两个桥臂上；所述同轴屏蔽电缆的屏蔽层接地，一方面，变压器电桥电路的平衡条件与同轴屏蔽电缆产生的分布电容无关，而变压器次级的中心抽头G接地，它可以把一切对地电容都排除在测量之外，提高了测量的准确性；另一方面，变压器电桥的桥臂引入的是同一个电容式液位传感器上的不同分节电容，互相具有温度补偿作用，减少了温度对测量精度的影响；H、L端是电容式液位传感器电容信号引入测量电路处，连接同轴屏蔽电缆上的分布电容C01、C02、C03和C04都成了对地电容，排除在了电路测量之外，保证了电路的测试精度。作为本技术进一步的方案：所述文氏振荡电路包括运算放大器、场效应管、精密电容、电阻、二极管和三极管，所述精密电容和电阻构成RC选频部分，用于产生一定频率的正弦信号，输出信号的频率稳定度到达0.5％；场效应管为压控电阻，利用二极管对交流电压进行整流、稳压，然后由场效应管和精密电阻分压实现文氏振荡电路输出信号的稳幅，并且信号的稳幅性能达到1％；三级管对信号进行功率放大，保证能够驱动变压器正常工作。作为本技术进一步的方案：所述变压器电桥测量电路包括变压器、奇数电容组和偶数电容组，当奇数电容组和偶数电容组相等时，电桥平衡，输出为0，当其中某一分节电容开始变化时，电桥不平衡，有电压输出信号，该电压输出信号与电容变化量成正比；所述交流两级放大电路包括两个单路运算放大器、精密电阻和钽电容，两个单路运算放大器和精密电阻构成同相放大电路，钽电容隔离直流信号，保证放大信号可靠稳定。作为本技术进一步的方案：所述AC/DC整流滤波电路包括运算放大器、二极管和电阻，用于将两级交流放大的信号整流成直流电压信号，经π滤波后输出稳定的直流信号；所述电压跟随电路包括运算放大器、限幅二极管、电阻和电容，用于对整流后的直流电压信号进行阻抗变换，具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，再经二极管限幅和RC低通滤波后输出。一种包括上述所述的低温介质下分节式电容液位变换器的液体推进剂液位测量系统。与现有技术相比，本技术的有益效果是：测量精度高、电路简单、响应速度快、抗干扰性好；对于其他电容检测的应用，同样具有以上优点。本技术中分节电容式液位传感器信号引入所用的电缆为同轴屏蔽电缆，其屏蔽层都接地，H、L端是传感器电容信号引入测量电路处，连接电缆上的分布电容C01、C02、C03和C04都成了对地电容，排除在了电路测量之外，保证了电路的测试精度。本技术中变压器电桥桥臂引入的同一个分节电容式液位传感器上的不同分节电容，互相具有温度补偿作用，减少了温度对测量精度的影响。本技术中防外界电磁干扰采取了两方面措施：从电气连接上，在输入连接器和输出连接器与电路连接之间都设计了穿心电容，对外界电磁波进行滤波处理，保证变换器引入信号和输出信号的稳定可靠。从结构上，连接器、盖板和壳体之间密封圈采用了导电橡胶材料，该材料既导磁又导电；另外在盖板密封前先加一层金属屏蔽罩，很好的屏蔽电磁干扰。附图说明图1为本技术的结构装配示意图。图2为本技术中信号检测电路的原理框图。图3为本技术中分布电容消除原理图。图4为本技术中分节电容式液位传感器的结构原理图。图5为本技术的输出特性图。图中：1-第一电路印制板、2-第二电路印制板、3-壳体、4-盖板、5-屏蔽罩、6-穿心电容、7-输出连接器密封圈、8-输入连接器密封圈、9-盖板密封圈、10-输入连接器、11-输出连接器、12-奇数电容组、13-公共端、14-偶数电容组。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例一...

【技术保护点】
1.一种低温介质下分节式电容液位变换器，包括壳体电路印制板、壳体(3)、屏蔽罩(5)、盖板(4)、穿心电容(6)、连接器和密封圈，所述壳体电路印制板和穿心电容(6)设置在壳体内部，穿心电容(6)有两组；其特征在于，还包括电容式液位传感器，壳体电路印制板包括第一电路印制板(1)和第二电路印制板(2)，连接器包括输入连接器(10)和输出连接器(11)，密封圈包括输出连接器密封圈(7)、输入连接器密封圈(8)和盖板密封圈(9)；屏蔽罩(5)设置在壳体(3)的外表面，所述盖板(4)盖合在屏蔽罩(5)的外表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温介质下分节式电容液位变换器，包括壳体电路印制板、壳体(3)、屏蔽罩(5)、盖板(4)、穿心电容(6)、连接器和密封圈，所述壳体电路印制板和穿心电容(6)设置在壳体内部，穿心电容(6)有两组；其特征在于，还包括电容式液位传感器，壳体电路印制板包括第一电路印制板(1)和第二电路印制板(2)，连接器包括输入连接器(10)和输出连接器(11)，密封圈包括输出连接器密封圈(7)、输入连接器密封圈(8)和盖板密封圈(9)；屏蔽罩(5)设置在壳体(3)的外表面，所述盖板(4)盖合在屏蔽罩(5)的外表面。


2.根据权利要求1所述的低温介质下分节式电容液位变换器，其特征在于，所述第一电路印制板(1)和第二电路印制板(2)设置在两组穿心电容(6)之间，第一电路印制板(1)设置在第二电路印制板(2)下方，所述输入连接器(10)通过输入连接器密封圈(8)设置在壳体(3)的左端，所述输出连接器(11)通过输出连接器密封圈(7)设置在壳体(3)的右端。


3.根据权利要求2所述的低温介质下分节式电容液位变换器，其特征在于，所述密封圈的材料为导电橡胶，所述盖板密封圈(9)设置在盖板(4)与屏蔽罩(5)之间；所述输入连接器(10)、输出连接器(11)、穿心电容(6)、第一电路印制板(1)和第二电路印制板(2)之间电性连接。


4.根据权利要求3所述的低温介质下分节式电容液位变换器，其特征在于，所述第一电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昌金，宋水泉，张艳红，段玉伟，
申请(专利权)人：北京金迈捷科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11