專利名稱：同時檢測電解液液位和濃度的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用電磁場技術(shù)的傳感器，用于對電解液液位和濃度的檢測。
背景技術(shù)：
液位傳感器和濃度傳感器在工業(yè)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。目前，液位和濃度都是分別 用兩個傳感器單獨(dú)檢測的，因此，當(dāng)需要同時檢測液位和濃度時，采用獨(dú)立的液位傳感器和 液位傳感器存在性價比低、維護(hù)費(fèi)用高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種性價比高、維護(hù)費(fèi)用低的多 功能傳感器，同時檢測電解液液位和濃度。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是最大直徑塑料管內(nèi)依次同軸套有中直徑塑料管和最 小直徑塑料，最大直徑塑料管外壁上密集纏繞的繞有一漆包銅線的鐵絲形成有相同匝數(shù)和 高度的一組線圈；另一漆包銅線密集纏繞于最小直徑塑料管外壁上，形成有相同匝數(shù)和高 度的另一組線圈，該另一組線圈與所述一組線圈在高度方向上的位置相對應(yīng)且匝數(shù)對應(yīng)相 同；直徑塑料管的內(nèi)壁與另一組線圈緊密接觸；在最小直徑塑料管內(nèi)及中直徑塑料管外壁 和最大直徑塑料管內(nèi)壁之間的空腔中注有一定高度的被測電解液。本發(fā)明具有電容檢測和電感檢測兩種檢測功能，通過電容檢測電解液的液位，通 過電感檢測電解液的濃度；結(jié)構(gòu)簡單、信息冗余性好、制造成本低、性價比高且維護(hù)費(fèi)用低， 具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中電容檢測電解液液位的原理圖。圖3和圖4是圖1中電感檢測電解液濃度的原理圖。圖中1、2、3、4、5、6、7、8、9、10·線圈；11.最小直徑塑料管；12.中直徑塑料管；
13.最大直徑塑料管；14.鐵絲；15.被測電解溶液；16.漆包銅線；17.漆包銅線；H.被測電解液高度；h.單個線圈高度；hx.電解液在電容C3中的高度；C1, C2, C3> C4, C5分別為線圈1和線圈6、線圈2和線圈7、線圈3和線圈8、線圈4 和線圈9、線圈5和線圈10之間的電容；L1, L2, L3> L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10 分別為線圈 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 的電感。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，最大直徑塑料管13內(nèi)同軸套有中直徑塑料管12，中直徑塑料管12內(nèi) 同軸套有最小直徑塑料11。一些漆包銅線16密集地纏繞于鐵絲14上，纏繞有漆包銅線16的鐵絲14緊密纏繞于最大直徑塑料管13外壁上，使最大直徑塑料管13外壁上形成有一組 相同匝數(shù)和高度的線圈1、2、3、4、5。另一些漆包銅線17密集纏繞于最小直徑塑料管11外 壁上，使最小直徑塑料管11外壁上形成另外一組相同匝數(shù)和高度的線圈6、7、8、9、10，該另 一組線圈6、7、8、9、10與上述的一組線圈1、2、3、4、5在高度方向上的位置相對應(yīng)，并且匝數(shù) 對應(yīng)相同。直徑塑料管12的內(nèi)壁與線圈6、7、8、9、10緊密接觸，即線圈6、7、8、9、10緊密外 套中直徑塑料管12。在最小直徑塑料管11內(nèi)、以及中直徑塑料管12外壁和最大直徑塑料 管13內(nèi)壁之間的空腔中注有高度為H的被測電解液15，中直徑塑料管12可避免被測電解 液15和線圈6、7、8、9、10直接接觸。檢測電解液液位采用電容檢測，兩組線圈1、2、3、4、5和6、7、8、9、10組成了分段式 電容器極板，被測電解液15位于中直徑塑料管12外壁和最大直徑塑料管13內(nèi)壁之間的空 腔時，電容器極板之間的電解質(zhì)介電常數(shù)的改變引起對應(yīng)線圈之間電容的變化，例如對應(yīng) 的線圈1和線圈6之間電容的變化，這種電容的變化與被測電解液15的液位H存在函數(shù)關(guān) 系式(1)，具體分析過程如下所述在圖1所示的被測電解液15的狀況下，首先需要判斷出液位在哪個線圈測量段 內(nèi)，由于被測電解液15和空氣的介電常數(shù)的差異，如圖2所示，線圈1和線圈6、線圈2和 線圈7、線圈3和線圈8、線圈4和線圈9、線圈5和線圈10之間的電容分別為出C1、C2、C3、C4、 C5，則各個線圈測量段的電容值關(guān)系為=C1 = C2 > C3 > C4 = C5，從而判斷出被測電解液15 處于C3中，則有如下函數(shù)關(guān)系式H(C) = 2h+hx = 2h+ (C3-C0) A1, (1)式中，H為被測電解液15的高度，C為電容C” C2、C3、C4、C5之和，h為單個線圈高 度，hx為被測電解液15在電容C3中的高度；C0 = C5 = (2 π ε 0 ε ah)/ln(D/d)(當(dāng)傳感器中沒有電解液時，C0 = C1 = C2 = C3 = C4 = C5)
上式中es、ea、ε。分別是被測電解液15、空氣、真空的介電常數(shù)，且、= [C1In(DZd)]/2 π ε 0h = Ic2C1 = k2C2 或 ε s = k2 (C^C2)/2, D、d 分別為最大直徑塑料管 13、 中直徑塑料管12的直徑。檢測電解液濃度采用電感檢測，由于被測電解液15具有導(dǎo)電性，每個線圈中均通 以交變的激勵電流時，在線圈的周圍就產(chǎn)生了交變磁場，當(dāng)該磁場范圍內(nèi)存在電解液時，電 解液中便產(chǎn)生了渦流，該渦流產(chǎn)生的反磁場又會抵削部分原磁場，從而造成線圈電感量發(fā) 生變化。線圈的電感會隨著被測電解液15濃度的變化而改變，電感和濃度之間的函數(shù)關(guān)系 可用實(shí)驗(yàn)的方法得到。由于可以從多個線圈分別得到多個電感值，且這些電感值均可用來 評價其和濃度之間的函數(shù)關(guān)系，所以最終的電感和濃度之間的函數(shù)關(guān)系也可以是它們的融 合，如式(2)所示。如圖3和圖4所示的電感用于檢測濃度，線圈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的電感分別J、j Li、L<2、Lg、L4、L^、Lg、L7、Lg、Lg、LIQ 丁' L^ L2 L^ ^^ L4 L5 ？ Lg L7 L§ Lg L^Q 所以就判斷出線圈1、2、6、7中充滿電解液，從而可利用電感1^丄6丄2丄7中的一個或多個來 評價被測電解液15的濃度N。下面給出利用電感k和L6來評價被測電解液15濃度N的 方法，濃度N和電感Lp L6之間的關(guān)系用如下的二次多項(xiàng)式來擬合
(2)式中，a0, a17 a2, a3, a4, a 5為系數(shù)，該系數(shù)可利用各種已知濃度的電解液及其 對應(yīng)被測電感值之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫回歸分析得到，具體由最小二乘法計算如下取n+1個濃度觀測點(diǎn)Ndi = 0,1,2,…，n)，將每個濃度觀測點(diǎn)上測得的線圈1的 電感Ln(i = 0，1，2，…，n)和線圈6的電感L6i(i = 0，1，2，…，n)帶入式(2)，用最小二 乘法計算如下，觀測數(shù)據(jù)與擬合曲線(2)偏差的平方和為F(a0,al,a2,a3,a4,a5) = ^j[N(Lli,L6i)-Nif
再由^M^^L^k^，。—代]^產(chǎn)0可解得a。外約兩而兩。 由于被測電解液15濃度信息可以通過多方式多通道測量，這樣可以極大地提高 測量的信息冗余性，改善其運(yùn)行的魯棒性。
權(quán)利要求
一種同時檢測電解液液位和濃度的傳感器，包括位于塑料管中的線圈，其特征是最大直徑塑料管(13)內(nèi)依次同軸套有中直徑塑料管(12)和最小直徑塑料(11)，最大直徑塑料管(13)外壁上密集纏繞的繞有一漆包銅線(16)的鐵絲(14)形成有相同匝數(shù)和高度的一組線圈(1、2、3、4、5)；另一漆包銅線(17)密集纏繞于最小直徑塑料管(11)外壁上，形成有相同匝數(shù)和高度的另一組線圈(6、7、8、9、10)，該另一組線圈(6、7、8、9、10)與所述一組線圈(1、2、3、4、5)在高度方向上的位置相對應(yīng)且匝數(shù)對應(yīng)相同；直徑塑料管(12)的內(nèi)壁與線圈(6、7、8、9、10)緊密接觸；在最小直徑塑料管(11)內(nèi)及中直徑塑料管(12)外壁和最大直徑塑料管(13)內(nèi)壁之間的空腔中注有一定高度的被測電解液(15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同時檢測電解液液位和濃度的傳感器，最大直徑塑料管內(nèi)依次同軸套有中直徑塑料管和最小直徑塑料，最大直徑塑料管外壁上密集纏繞的繞有一漆包銅線的鐵絲形成有相同匝數(shù)和高度的一組線圈；另一漆包銅線密集纏繞于最小直徑塑料管外壁上形成有相同匝數(shù)和高度的另一組線圈，該另一組線圈與所述一組線圈在高度方向上的位置相對應(yīng)且匝數(shù)對應(yīng)相同；在最小直徑塑料管內(nèi)及中直徑塑料管外壁和最大直徑塑料管內(nèi)壁之間的空腔中注有一定高度的被測電解液。本發(fā)明具有通過電容檢測電解液液位和電感檢測電解液濃度兩種功能，結(jié)構(gòu)簡單、信息冗余性好、制造成本低、性價比高且維護(hù)費(fèi)用低。
文檔編號G01F23/26GK101839742SQ20101017080
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者王洪元, 陸軍榮, 陸貴榮, 陳云 申請人:常州大學(xué)