用于提高利用电容式传感器进行的测量的精度的装置和方法制造方法及图纸

公开了一种用于提高利用电容式传感器进行的测量的精度的装置和方法。该装置除了传感器以外还包括测量电路和微处理器。传感器或具有已知且固定的电容的校准电容器中的一个可通过开关连接于测量电路，该开关的位置由微处理器控制。微处理器将测量信号发送至测量电路并且从其接收数据。根据所公开的方法，测量电路被编程以确定所测量的校准数据与已知电容之间的误差并且利用该误差来计算校正值，该校正值被应用于所测量的传感器数据以计算被校正的传感器测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。该装置 和方法已经被证明对于利用电容式液位传感器确定存储容器中的液位特别有用。背景电容式传感器利用“电容”的电特性来进行测量。电容是在某一合理的接近度内 存在于任意两个导电表面之间的特性。电容是当电压被施加于极板中的一个时存储在每个 极板上的电荷的量的度量。可被存储的电荷的量取决于极板之间的距离、极板的表面积和 极板之间的也被称作电介质的非导电材料的介电常数。极板的表面积通常是恒定的。因 此，使用电容式传感器，如果两个其它因子中的一个保持恒定，那么电容的改变与非恒定因 子的改变相关。存在对电容式传感器的很多应用。例如，如果极板的面积是恒定的并且电 介质是恒定的，但是两个极板的位置相对于彼此是可变的，那么电容的改变与极板之间的 距离的改变相关，因此电容式传感器可被用作接近传感器或位置传感器。电容式液位传感 器通常包括彼此间隔开固定的距离并且在存储容器内垂直地定向的两个导电表面；当液位 改变时，极板之间的电介质的介电常数改变，并且这改变了电容。也就是说，使用电容式液 位传感器，极板的表面积和极板之间的距离保持恒定，以使电容的改变与液位的改变成比 例。因此，电容式液位传感器的两个导电表面之间的电容随着液位的上升而增加，并且电介 质的介电常数改变。当电容传感器的导电表面被完全沉浸在液体中时，最大电容被测量。当电容器被充电时，在电容器极板之间形成电场，在其间形成电压差。对于给定的 电容器，在电荷、电容和电压之间存在已知的关系。电压与电荷量成比例，并且当存在电压 的增加时电路检测到电容的增加。由于电容和电压之间的相关性，由电容式传感器测量的 参数可从在电容器处测量的电压来确定。在本公开中，作为例子描述了与电容式液位传感 器有关的装置和方法，但是技术人员将理解，相同的装置和方法可被应用于利用其它类型 的电容式传感器的其它应用，以提高所测量的参数的精度。对于所有类型的传感器，精确地测量容纳于存储容器中的低温液体的液位是有挑 战性的应用。利用电容式液位传感器来测量低温存储容器中的低温液位是已知的。然而， 使用低温液体和移动的存储容器例如用于存储液化天然气的汽车燃料箱，精确地测量液位 可能特别有挑战性。对于这样的应用精确地检测剩余的液体的液位是重要的，因为不精确 的液位测量的结果可能导致车辆在用完燃料时被搁浅，或者如果比必需的更频繁地给车辆 加燃料，即，当在燃料箱中仍然剩余有充足的燃料时给燃料箱加燃料时，则导致减小的操作 效率。此外，对于使用高压泵来将燃料输送到发动机的车辆，如果当燃料箱是空的时泵被频 繁地操作，那么可能有泵元件的加速磨损。用于存储液化气的期望温度取决于特定的气体。例如，在大气压下，天然气能以液 化的形式在零下160摄氏度的温度下被存储，并且更轻的气体例如氢可在大气压下以液化 的形式在零下253摄氏 度的温度下被存储。如同任何液体一样，通过使液化气保持在较高 压力下可提高液化气的沸点温度。术语“低温”在本文中被用于描述小于零下100摄氏度的温度，在该温度下，给定的气体能以液化的形式在小于2MPa(约300psig)的压力下被存 储。为了使液化气保持在低温下，存储容器限定了隔热的致冷空间。用于容纳液化气的存 储容器是已知的，并且已经发展了用于将液化气从这样的存储容器中移除的很多方法和相 关的装置。术语“低温流体”和“低温液体”在本文中被用于分别描述在低温下的流体和液 体。与其它液体相比，与测量低温液体的液位相关联的额外挑战在于，低温液体通常 在它们的沸点温度附近被存储，并且在容器内的液体空间和蒸汽空间之间可能不存在清楚 的划线。用于测量低温液位的电容式液位传感器在正常操作时可能错误高达20%至25%。传统的系统需要周期地再校准电容式传感器的测量电路，以防止精度的偏差，但 是可能很难知道何时需要再校准，因为电容式传感器具有本性上可变的电容，取决于传感 器测量的参数中的任何改变。作为例子，精度的偏差可由信号噪声、允许电路元件的性能的 一些可变性的这样的元件的制造公差、温度对元件性能的影响和随着时间的推移一些元件 在性能上的下降的影响引起。因此，对于电容式传感器被使用且所测量的参数的精度特别 重要的应用，存在对更精确和可靠的测量的需要。专利技术概述 提供了 一种用于提高从电容式传感器进行的测量的精度的装置。该装置包括用于 测量参数的电容式传感器、测量电路和微处理器。测量电路包括具有已知且固定的电容的 校准电容器以及用于选择性地将测量电路连接于电容式传感器或校准电容器中的一个的 开关。微处理器被连接于测量电路以给其发送命令并且从其接收数据。微处理器被编程以 控制开关的位置，当测量电路被连接于校准电容器时确定由测量电路采集的所测量的数据 和与已知电容相关联的预定数据之间的误差，基于该误差和当测量电路被连接于电容式传 感器时由测量电路采集的所测量的数据来计算校正值，以及通过将校正值应用于当测量电 路被连接于电容式传感器时由测量电路采集的所测量的数据来确定被校正的数据测量。在优选的实施方式中，校准电容器是至少两个校准电容器中的一个。一个校准电 容器优选地具有更接近于电容式传感器的电容的可测量范围的低端的固定电容，而第二个 校准电容器具有更接近于电容式传感器的电容的可测量范围的高端的固定电容。当期望提 高传感器测量在电容的可测量范围内的精度时，具有低侧和高侧校准电容器的这个配置是 有用的，因为所测量的电容中的误差的程度在该范围内是可变的。在所公开的装置的优选应用中，电容式传感器是被布置在存储容器中的电容式液 位传感器，并且所校正的液位测量从所校正的数据测量被确定。当存储在存储容器中的液 体是低温液体并且存储容器被绝热以减小蒸汽的沸点和蒸汽从存储容器的排出时，该装置 特别适合于该应用。在测量电路的优选实施方式中，校准电容器与测量电路的其它元件被安装在存储 容器外部的电路板上。用于低温液位传感应用的这个配置的优点在于，测量电路位于存储 容器的外部，在存储容器的外部测量电路是可接近的，用于维修或更换。这是优于在存储容 器内部需要较多仪表的其它液位传感器的优点，在存储容器内部测量电路更难以维修并且 被暴露于苛刻的操作条件。如果电容式传感器是液位传感器，那么存储容器可为多个存储容器中的一个，每 个存储容器可具有其自己的电容式液位传感器，并且测量电路可连接于每个电容式液位传感器以测量其电容。在优选的实施方式中，所测量的数据是当校准电容器或电容式传感器被充电时由 测量电路测量的电压。如本文所公开的，测量电路可包括用于提高分辨率并且将噪声从所测量的数据中 移除的其它元件。例如，测量电路还可包括模拟/数字参考电压发生器，该模拟/数字参考 电压发生器调节模拟/数字参考电压以给所测量的模拟信号提供增益。微处理器可专用于该测量电路，并且所校正的数据测量可由微处理器发送至主电 子控制单元，该主电子控制单元被编程以利用所校正的数据测量来控制与装置相关联的其 它设备。例如，如果传感器测 量存储容器中的液位，并且液体是发动机的燃料，那么电子控 制单元可将信号发送至将液位显示给发动机操作员的液位计，或者如果燃料液位低并且存 储容器是多个燃料箱中的一个，那么电子控制器可控制燃料供应系统，以当燃料箱是空的 时自动地隔离燃料箱并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：　　ａ．电容式传感器，其用于测量参数；　　ｂ．测量电路，其包括：　　ｉ）校准电容器，其具有已知且固定的电容；　　ｉｉ）开关，其用于选择性地将所述测量电路连接于所述电容式传感器或所述校准电容器中的一个；　　ｃ．微处理器，其被连接于所述测量电路以给所述测量电路发送命令或者从所述测量电路接收数据，其中所述微处理器被编程以：　　ｉ）控制所述开关的位置；　　ｉｉ）确定被测量的数据与预定数据之间的误差，当所述测量电路被连接于所述校准电容器时由所述测量电路采集所述被测量的数据，所述预定数据与所述已知电容相关联；　　ｉｉｉ）基于所述误差和当所述测量电路被连接于所述电容式传感器时由所述测量电路采集的被测量的数据来计算校正值；以及　　ｉｖ）通过将所述校正值应用于当所述测量电路被连接于所述电容式传感器时由所述测量电路采集的被测量的数据来确定经校正的数据测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾斯汀杜安，
申请(专利权)人：西港能源公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]