本文论证了用电容式传感器测量容器内液氮液位的可行性。基本的传感器设计也可以很容易地适用于测量除氮以外的低温液体的水平。

电容传感器的一般概念并不是新的。该特定电容传感器的新颖方面在于使用液氮作为电容器电介质的一部分。两个垂直平行的导电板构成电容器的电极,并且部分地从顶部浸入液体中,使得液体的顶表面位于沿着板的某个地方。随着液体的水平变化,板之间的介电材料的量,因此电容也变化。可以将液体的水平从(1)计算在已知的方式和(2)液位与电容之间的已知关系中来计算电容的测量或与电容相关的量。

可提供用于测量低温液体水平的其他几种传感器。这些传感器中的传感器包括,各种,低温二极管,碳电阻器,热线传感器和简单的浮子。每种类型以一种或多种方式是不利的:

  • 低温二极管很贵(每个大约500美元),而且必须对通过它的电流进行调节,以便能够检测液体/蒸汽界面,从而正确测量液位。
  • 因为碳电阻对液体/蒸气界面不敏感,所以它们只提供低温液体水平的粗糙指示。
  • 当液体在电线旁沸腾时,热线传感器可以给出不准确的读数。
  • 简单的浮点数提供液位的良好视觉迹象,但它们的输出不能直接馈送到计算机数据采集系统。

本发明的电容传感器的开发的第一步是在标准大气压下建立液氮(≈1.454),气态氮(1.05480)和空气(1.0005480)和空气(1.0005364)的相对介质常数。该传感器的原型的电极由两个铜包覆电路板制成,厚度为0.010英寸(0.254毫米),长度为10英寸(25.4厘米),宽度为1英寸(2.54厘米)。电路板用五个尼龙螺钉,螺母和垫圈固定,垫圈间隔0.070英寸(1.78 mm)。将导线焊接到每个板的顶部,并且线并联连接到另一个电容器,该电容器构成了自由运行振荡器的一部分。将板结构置于露珠烧瓶内,倒入液氮中。随着液位增加,板结构同样增加的电容增加。在随后的演示中,该原型传感器一致地执行,因此其能力最终被证明。

这项工作是由Alliedsignal,Inc。的Tim E. Roth的完成约翰逊空间中心。欲了解更多信息,请致电(281)483-0474与约翰逊航天中心商业技术办公室联系。

MSC-22792.


NASA技yabovip16.com术简报杂志

这篇文章首次出现在2001年6月的NASA技yabovip16.com术简介杂志。

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