前言

液位是流量、压力、温度等重要工艺参数之一。其在许多应用中需要精确的测量和控制，例如在石油化学工业、制药工业和染料制造工业中。测量液位就是要找到储罐内部的表面痕迹。事实上，液位测量有助于找到液体表面或两种液体界面与参考点(通常是盛放容器底部)之间的准确距离。不同的传感器采用不同的技术测量液位。例如超声波传感器，其工作原理是通过计算超声波从液体表面反射后从发射器传播到接收器所需的时间来测量液位。电阻式传感器是一种电气方法，通过部分浸没的电气元件的电阻变化，将液位转换成检测液位的电信号。雷达传感器测量从发射器到液体表面的距离，通过测量传播无线电波的飞行时间来确定液位。

研究内容

电容水平传感器（CLS）被校准以产生与电容值变化相关的特定电压。因为传感器的电容主要取决于传感电极的表面积。这些电压被缩放以表示电平的特定变化。对于给定的电平变化量，电压变化量主要是由传感器输出的电容变化引起的，电容决定了传感器的灵敏度。各种类型的CLS已经与不同规格的电极一起使用，以通过改变电极的表面积来提高传感器的灵敏度并减少传感器的延迟。表面积与传感器的电容有关，这是一个重要的考虑因素，因为它影响CLS 的输出。尽管许多学术工作在CLS的电极设计领域提供了研究贡献，但是在增强传感器特性例如灵敏度和减少传感器延迟方面仍然存在挑战。因此，从液位测量系统的角度来看，需要提供有效的电极设计。印度的研究人员试图为增强传感器特性提供一种新的电极设计。他们还报道了通过选择最佳制造方法来制造电极。

实验方法

电容液位传感器的工作原理是，由于两个电极之间的介电介质发生变化，电容相对于液位的变化而变化。电容由电荷储存容量的电特性定义，通过在给定电压下储存的电荷量来测量。电容以法拉(F)为单位测量，可以定义为单位库仑每伏。液位传感器是通过将两个相同的传感电极浸入装有需要测量液位的液体的容器中来制造的。CLS输出基于电极之间的液位变化，因为液位变化，只有当电极与液体接触时，CLS的输出才会变化。一般来说，CLS致力于在罐中形成与液体和空气平行的电容器。罐内形成的电容器的数量相对于所使用的液体层的数量而增加。

电容式液位传感器的工作原理。

圆柱形CLS。

螺旋电极的3D模型。

三个CLS的输出。

结论

液位测量是过程工业中不可缺少的测量手段之一，重要的是传感器要有更好的精度、灵敏度、响应时间、分辨率等。电容型是所有液位传感器中最常用的一种。由于介电特性的变化导致液位变化，CLS是根据电容变化原理推导出来的。通过与其它两种CLS方法的灵敏度和准确度试验的分析和比较，得出了新螺旋CLS的特性。结果确定新CLS的表面积已经增加。增加表面积，传感器的电容增加。研究人员设计了一种用于储罐液位测量的电容式液位传感器的传感电极。在标准测试条件下，与平行杆和圆柱CLS相比，所提出的螺旋CLS产生了更好的灵敏度。通过将电极浸入最高水位(60厘米)的水箱中计算传感器延迟，并记录传感器输出信号随时间的变化，并对所有其他CLS进行实验以验证结果。结果表明，与其他两个标准可用CLS相比，螺旋CLS显示出更高的灵敏度和最低的传感器延迟。制造特性表明，所提出的设计制造是经济的，值得生产。未来的工作可以在传感器输出对储罐中不同液体层的影响上进行。

https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112283。