劉岳鵬,蔡 睿,敖春芳

(北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100074)

0 引言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展和人類對宇宙的探索不斷深入，確保航天器能夠長期在軌運(yùn)行顯得至關(guān)重要。尤其是在我國未來規(guī)劃中的載人登月、空間站建設(shè)、深空探索、天基補(bǔ)給站等長周期任務(wù)，對推進(jìn)劑和燃料的高效利用提出了較高的要求。目前，火箭和航天器所使用的低溫推進(jìn)劑(如液氫、液氧、液態(tài)甲烷等)在貯存、運(yùn)輸和使用過程中，會受其自身物理特性[1-2](如沸點(diǎn)低、易汽化)和絕熱條件等因素影響，且貯箱又會頻繁進(jìn)行增壓、泄壓等操作，這使得實(shí)時(shí)準(zhǔn)確了解貯箱內(nèi)推進(jìn)劑余量十分困難。因此，實(shí)現(xiàn)對低溫介質(zhì)的高精度液位測量，是對低溫推進(jìn)劑進(jìn)行管控，以及確保后續(xù)型號在軌應(yīng)用任務(wù)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)條件[3-4]。

在液位測量領(lǐng)域，國內(nèi)外最常用的技術(shù)有電容法、差壓法、浮子法、超聲波法、光纖法、雷達(dá)法、射頻導(dǎo)納法、熱式測量法等[5-8]。經(jīng)過對相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，每種方法都因各自的優(yōu)劣勢在不同領(lǐng)域中有較廣泛的應(yīng)用。但對于航天試驗(yàn)領(lǐng)域的低溫介質(zhì)液位測量，又都相對存在一定的問題。例如，壓差法在存在溫度分層情況時(shí)，測量誤差較大，需要其他數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償和修正；浮子法適用于靜態(tài)測量，在需要加注、泄出等過程時(shí)精度較差；電阻熱式測量僅適用于關(guān)鍵點(diǎn)位測量，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)液位監(jiān)測；超聲波測量技術(shù)受低溫推進(jìn)劑的溫度、密度等因素影響，測量精度不高，對溫度的響應(yīng)較差[5]。

本文針對低溫介質(zhì)的液位測量問題，提出一種新型結(jié)構(gòu)的電容液位傳感器，彌補(bǔ)連續(xù)式和分節(jié)式液位計(jì)的不足；并研制數(shù)字化的電容測量硬件，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，最終實(shí)現(xiàn)建立一套具有精度高、數(shù)字傳輸和遠(yuǎn)程可控等特點(diǎn)的電容液位測量系統(tǒng)樣機(jī)的目的。

1 電容液位計(jì)

根據(jù)電容器的特性，電容傳感器的測量原理包括變間距、變面積和變介電常數(shù)3種方式，根據(jù)應(yīng)用場景的差異，可以設(shè)計(jì)為各種不同結(jié)構(gòu)類型。在航天領(lǐng)域中對低溫介質(zhì)的液位測量領(lǐng)域，電容式液位計(jì)一般采用雙層圓筒式結(jié)構(gòu)，由內(nèi)管和外管作為電容的兩個(gè)電極，利用介質(zhì)在氣相和液相下介電常數(shù)不同的原理進(jìn)行測量。液位計(jì)的總長度為L，當(dāng)傳感器沒有進(jìn)入液體中時(shí)，傳感器的初始電容為C0，當(dāng)傳感器浸入液體中的高度為h時(shí)，液位計(jì)的電容為C，電容的變化量為ΔC，它們之間的關(guān)系如(1)式所示，電容的變化量ΔC與液位高度h成正比[10]。

(1)

式中，εl為介質(zhì)在液相時(shí)的介電常數(shù)，εg為介質(zhì)在氣相時(shí)的介電常數(shù)，D為電容傳感器的外管直徑，d為電容傳感器的內(nèi)管直徑。

但在實(shí)際應(yīng)用中，低溫介質(zhì)的液位測量會受到溫度、壓力等環(huán)境因素影響，電容值會產(chǎn)生一定的漂移，導(dǎo)致測量結(jié)果的精度不高，這也是連續(xù)式電容液位計(jì)在應(yīng)用中存在的主要問題。而分節(jié)式電容液位計(jì)可以通過奇數(shù)節(jié)和偶數(shù)節(jié)的差值較好地測量出動態(tài)的液位變化，但靜態(tài)測量過程存在無法準(zhǔn)確確定當(dāng)前液位處于哪一個(gè)小節(jié)的問題，因此，無法獲得靜態(tài)液位的精準(zhǔn)測量值。

本文研制的電容液位計(jì)的結(jié)構(gòu)結(jié)合了連續(xù)式和分節(jié)式電容液位計(jì)的特點(diǎn)，它在上、中、下位置設(shè)置了3個(gè)報(bào)警限位，各由兩個(gè)小節(jié)組成；并在中間設(shè)置兩個(gè)連續(xù)的大節(jié)，一共八個(gè)分節(jié)。在以往的分節(jié)式電容液位計(jì)上，所有奇數(shù)節(jié)并聯(lián)在一起，僅引出一組測量線，偶數(shù)節(jié)同理。而本文的研究中，每個(gè)分節(jié)的電容都單獨(dú)測量，并在后端的測控軟件中對八個(gè)電容值進(jìn)行融合與分析，這樣我們既可以分別取得上、中、下位置對應(yīng)的差分信號，同時(shí)又可以通過各分節(jié)電容的相互補(bǔ)償?shù)玫綔y量段的連續(xù)信號，為我們實(shí)現(xiàn)液位的準(zhǔn)確測量提供依據(jù)。電容液位計(jì)的尺寸如下：內(nèi)管直徑d和外管直徑D分別為32 mm和36 mm，每個(gè)小分節(jié)電容對應(yīng)液位變化為25 mm，連續(xù)節(jié)分別為299 mm和251 mm。電容液位傳感器的實(shí)物圖與結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 電容液位傳感器結(jié)構(gòu)

2 液位測量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的高精度電容測量系統(tǒng)的硬件包括模擬電路和數(shù)字電路兩部分，其中，模擬電路主要是將電容變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓腃/V(Capacitance to Voltage)變換電路，數(shù)字電路部分以嵌入式微控制器為核心，控制DDS(Direct Digital Synthesis直接數(shù)字合成)激勵模塊、高速A/D(Analog-Digital)轉(zhuǎn)換模塊和以太網(wǎng)通訊模塊3個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)集電容測量、處理和傳輸于一體的功能。硬件部分的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 電容測量硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.1 C/V變換電路

由于電容傳感器在低溫介質(zhì)的液位測量過程中的變化量很小，只有幾pF到幾十pF，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳輸線纜的分布電容，為避免線纜分布電容對被測電容值的影響，本文采用C/V變換電路將液位計(jì)電容值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，如圖3所示為電容變換電路，其能夠有效地抑制線纜分布電容的影響[11]。圖3中，被測電容Cx的兩個(gè)電極分別接激勵源Vs和運(yùn)算放大器的反相輸入端，Cn1和Cn2為傳感器線纜的分布電容，Cs為大小固定的參考電容。當(dāng)激勵的正弦信號源的內(nèi)阻與Cn1的容抗相比足夠小時(shí)，Cn1的影響可忽略不計(jì)，而運(yùn)算放大器的反響輸入端處于“虛地”狀態(tài)時(shí)，Cn2兩端電位相等，也可忽略，從而消除了線纜分布電容的影響。

圖3 C/V變換電路

2.2 數(shù)字電路模塊

采用模擬電路進(jìn)行電容測量時(shí)，需要通過信號放大、整流、濾波和AD轉(zhuǎn)換等過程，將激勵的正弦信號變成直流信號接入采集設(shè)備，這就存在某些器件自身的漂移造成最終結(jié)果的誤差。因此，本文的電容液位測量電路采用數(shù)字化的設(shè)計(jì)方案，以穩(wěn)定性和可靠性較高的數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)各種功能。同時(shí)降低模擬信號在電纜中的傳輸距離，避免電氣和振動噪聲等環(huán)境因素產(chǎn)生的干擾。電路的工作過程是由微控制器控制DDS模塊產(chǎn)生激勵信號，并加載到電容液位計(jì)的一個(gè)極板，傳感器的另一極板經(jīng)C/V變換電路后接入高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，微控制器讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果后，再通過以太網(wǎng)傳輸模塊以數(shù)字信號的方式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。

在綠色大豆中后期田間管理過程中，必須合理栽培大豆植株，保證大豆植株的生長，防止綠色食品大豆植株倒伏，從而提高大豆植株的整體生長效果。后期田間管理應(yīng)處理雜草，以確保大豆在生產(chǎn)過程中獲得足夠的肥料和養(yǎng)分。

微控制器采用意法半導(dǎo)體的單片機(jī)，型號選擇STM32F407VGT6，其采用ARM CortexTM-M4架構(gòu)，具有DSP指令與浮點(diǎn)運(yùn)算能力，80個(gè)可復(fù)用的GPIO管腳和1 024 kB的ROM空間，可滿足大部分控制與信號處理等方面的市場需求[12-13]。在本文電路設(shè)計(jì)中，通過STM32F407VGT6單片機(jī)的FSMC、中斷、定時(shí)器和通用IO等外設(shè)功能，實(shí)現(xiàn)對其他數(shù)字芯片模塊的控制和電容測量。

DDS信號激勵模塊選用ADI公司的AD9850芯片[14]，其采用先進(jìn)的CMOS技術(shù)，內(nèi)部通過可編程DDS系統(tǒng)、高性能DAC和高速比較器，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。為節(jié)約單片機(jī)的硬件資源，本文采用AD9850芯片的串行數(shù)據(jù)傳輸模式[15]，與單片機(jī)之間僅需4個(gè)IO口進(jìn)行連接，可降低布線密度，便于電路性能優(yōu)化。同時(shí)，作為被測電容的激勵源，單片機(jī)通過發(fā)送指令控制AD9850按要求輸出頻率為1 kHz的正弦信號。

本文選用的A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADI公司的8通道16位數(shù)字芯片AD7606，其通過單電源5 V供電，即可實(shí)現(xiàn)±10 V和±5 V兩種范圍的雙極性輸入，所有通道可實(shí)現(xiàn)最高200 kSPS的同步采集[16]。STM32F407VGT6單片機(jī)與AD7606芯片通過16位并口進(jìn)行連接，程序運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)可以將AD7606看作一個(gè)外部存儲器，通過FSMC(靈活的靜態(tài)存儲控制器)讀取數(shù)據(jù)。同時(shí)，為保證程序能夠按照既定的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用單片機(jī)的定時(shí)器功能產(chǎn)生頻率為100 kHz的PWM脈沖信號，連接到AD7606的CONVST引腳，用于控制啟動A/D轉(zhuǎn)換；單片機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的中斷信號，判斷轉(zhuǎn)換是否完成，再經(jīng)FSMC功能將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取到程序的內(nèi)存中。

以太網(wǎng)接口模塊采用DP83848芯片[17]和S16116G芯片，其中，DP83848支持100BASE-TX的以太網(wǎng)格式，兼容IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，可為嵌入式應(yīng)用提供高效、低引腳數(shù)、低成本和低功耗的以太網(wǎng)解決方案；S16116G芯片是以太網(wǎng)濾波器，通過電平耦合，達(dá)到信號增強(qiáng)、電壓隔離和阻抗匹配等作用。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，STM32F407VG單片機(jī)與DP83848芯片之間通過RMII接口規(guī)范進(jìn)行連接[18]，再經(jīng)以太網(wǎng)濾波器S16116G和RJ45網(wǎng)線接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。由于常規(guī)網(wǎng)線一般最長只能滿足70～80米的傳輸需求，而在航天測控領(lǐng)域中，測控間與試驗(yàn)前端之間距離通常會超過100米，無法保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠地傳輸，因此，需要在中間加設(shè)光纖收發(fā)器，確保信號通信不受影響。本文通過以太網(wǎng)光纖替代了傳統(tǒng)的同軸電纜傳輸方式，避免了大量鋪設(shè)電纜帶來的人力和經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)以數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)，也提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和可擴(kuò)展性。

圖4所示為電容測量系統(tǒng)的數(shù)字電路部分結(jié)構(gòu)圖，其中，2個(gè)8引腳的插座對應(yīng)液位計(jì)的8個(gè)分節(jié)電容的測量結(jié)果，與圖3所示的C/V變換電路進(jìn)行連接，RJ45網(wǎng)線接口負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通信。另外，電路中還預(yù)留了便于調(diào)試和程序優(yōu)化管理的SWD接口和UART接口，電路各元件的布局按功能劃分區(qū)域，既保證布線便捷簡短，又可避免各功能模塊之間的相互干擾。

圖4 電容測量系統(tǒng)的數(shù)字電路結(jié)構(gòu)圖

3 電容測量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文研究的電容測量系統(tǒng)軟件包括嵌入式程序和上位機(jī)檢測程序，前者負(fù)責(zé)電容值的采集和處理，并通過網(wǎng)口實(shí)時(shí)發(fā)送到上位機(jī)；后者實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，將電容值轉(zhuǎn)換為液位信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示和存儲，便于操作人員對測量結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測。

3.1 嵌入式軟件程序設(shè)計(jì)

作為嵌入式系統(tǒng)核心的STM32F407VG芯片需要控制和管理AD9850、AD7606、DP83848各部分模塊的功能，程序的代碼在Keil MDK5開發(fā)環(huán)境下，通過C語言進(jìn)行編寫，實(shí)現(xiàn)DDS激勵信號的輸出控制、高精度和高速A/D轉(zhuǎn)換控制、以太網(wǎng)輸入輸出控制等功能。嵌入式軟件的工作流程如圖5所示。

圖5 嵌入式軟件流程圖

嵌入式系統(tǒng)上電復(fù)位后，程序首先進(jìn)行設(shè)備初始化，包括STM32芯片的時(shí)鐘設(shè)置、UART配置、GPIO接口配置、定時(shí)器的PWM配置、FSMC外設(shè)配置等；待單片機(jī)的初始化完成后，程序調(diào)用AD9850、AD7606和DP83848芯片的驅(qū)動函數(shù)，初始化這3個(gè)芯片，并配置以太網(wǎng)的IP地址和端口號、并以UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)硬件與上位機(jī)之間的通信，之后系統(tǒng)就進(jìn)入循環(huán)等待階段。在循環(huán)過程中，首先等待上位機(jī)通過以太網(wǎng)發(fā)送來的控制命令，然后對接收到的指令進(jìn)行識別并執(zhí)行相應(yīng)程序：如果接收到的指令為DDS控制指令，程序則調(diào)用AD9850驅(qū)動函數(shù)，向其寫入相應(yīng)頻率相位控制字，并啟動正弦波形輸出；如果指令為采集頻率控制指令，則配置STM32定時(shí)器參數(shù)，控制PWM輸出信號的頻率；如果指令為數(shù)據(jù)采集指令，則須判斷該指令為開啟還是中止，然后相應(yīng)地控制定時(shí)器PWM波形產(chǎn)生與中止、中斷的使能與禁止。在電容數(shù)據(jù)的采集過程中，當(dāng)單片機(jī)的PWM上升沿到達(dá)AD7606的兩個(gè)CONVST引腳時(shí)，啟動一次AD轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)，AD7606會在BUSY端口產(chǎn)生一個(gè)下降沿，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，在中斷程序中，將數(shù)據(jù)通過FSMC功能經(jīng)并行接口讀取到STM32單片機(jī)的數(shù)據(jù)緩存區(qū)中[19]，同時(shí)，調(diào)用以太網(wǎng)發(fā)送函數(shù)，將8個(gè)通道的數(shù)據(jù)封裝后依次發(fā)送至上位機(jī)。其中，設(shè)置單片機(jī)的定時(shí)器周期為10 μs，則可產(chǎn)生頻率為100 kHz的PWM方波信號，即能夠滿足各通道100 kHz的同步采樣需求。

3.2 上位機(jī)液位測量軟件設(shè)計(jì)

電容液位測量的上位機(jī)測量軟件采用NI公司的LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā)，其源程序采用框圖和數(shù)據(jù)流結(jié)合的形式替代了傳統(tǒng)的文本編程方式，通過調(diào)用適當(dāng)?shù)目丶秃瘮?shù)，可方便快捷地設(shè)計(jì)出美觀規(guī)范的監(jiān)控軟件界面，能有效提高系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)的效率[20]。本文的電容液位測量軟件在設(shè)計(jì)時(shí)涵蓋了與嵌入式系統(tǒng)的通信功能、電容液位數(shù)據(jù)的采集和處理功能，液位測量軟件的流程如圖6所示。

圖6 上位機(jī)測量軟件流程圖

上位機(jī)軟件啟動后，先對UDP通信協(xié)議的端口等信息進(jìn)行配置，并等待操作人員的控制指令。若操作人員給出的指令為參數(shù)配置，即是對DDS激勵信號或A/D轉(zhuǎn)換速率進(jìn)行設(shè)置，上位機(jī)軟件則會通過以太網(wǎng)端口將控制信息發(fā)送給嵌入式系統(tǒng)硬件，待下位機(jī)設(shè)置完畢后，上位機(jī)會接收到反饋消息，并再次進(jìn)入等待操作指令的環(huán)節(jié)。若指令為啟動液位測量，則先向下位機(jī)發(fā)送指令，并通過網(wǎng)口將電容數(shù)據(jù)不斷采集到軟件中，根據(jù)數(shù)據(jù)包的封裝格式拆分成8個(gè)通道的電容測量信號，各通道的數(shù)據(jù)都是與DDS激勵信號頻率(1 kHz)相同而幅值不同的正弦信號。對液位計(jì)每個(gè)分節(jié)的電容測量數(shù)據(jù)，以電壓的峰-峰值作為衡量電容值大小的指標(biāo)，且每次取100組峰-峰值數(shù)據(jù)計(jì)算電壓的平均值，再根據(jù)設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)電容下測得的校準(zhǔn)系數(shù)，換算出電容值；最后，再把8個(gè)分節(jié)電容的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，主要思路是通過上、中、下三組分節(jié)電容各自的差值判斷液位所處的測量區(qū)間，并將連續(xù)段的電容測量值與校準(zhǔn)的初始電容值進(jìn)行對比，從而得到此時(shí)對應(yīng)的具體液位信息。同時(shí)，試驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)也通過軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示和存儲。按這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)對液位的變化的響應(yīng)時(shí)間約為0.1 s。

4 系統(tǒng)測試

本文通過對電容液位計(jì)和測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，研制了用于低溫介質(zhì)液位測量系統(tǒng)的樣機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)性能測試和試驗(yàn)驗(yàn)證工作。液位測量系統(tǒng)的性能標(biāo)定采用的儀器是AH2500A型電容電橋，該儀器具有極高精度，可作為其他電容標(biāo)定的基準(zhǔn)。

首先采用AH2500A型電容電橋?qū)訖C(jī)的測量狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)定，由于圖3所示的電容傳感器結(jié)構(gòu)共可分成2個(gè)連續(xù)節(jié)和6個(gè)小節(jié)，從上到下分別稱為上1、上2、連續(xù)1、中1、中2、連續(xù)2、下1和下2小節(jié)，測量出各分節(jié)電容在氣態(tài)和液氫介質(zhì)下的實(shí)際電容值，以及對應(yīng)的液位值；然后再通過系統(tǒng)樣機(jī)測量得到各分節(jié)電容對應(yīng)的8個(gè)通道的電壓值；最終計(jì)算出電容值、液位值和電壓值三者之間的比例關(guān)系，具體的測試結(jié)果見表1。

表1 傳感器的在液氫中的測量結(jié)果

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，兩個(gè)連續(xù)節(jié)的液位尺寸設(shè)計(jì)非完全一致，在液氫和氣態(tài)條件下的電容值的變化量分別為29.285 pF和25.347 pF，另外6個(gè)小節(jié)的液位尺寸均為25 mm，電容的變化量為3～4 pF之間。通過研制的液位采集系統(tǒng)對每個(gè)分節(jié)的電壓值進(jìn)行測量，并通過軟件算法提取每個(gè)通道信號的電壓值，計(jì)算出每1 mm液位對應(yīng)的電壓值最小為9.2 mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AD7606芯片的分辨率0.305 mV，因此，本文研制的系統(tǒng)完全可以滿足液位1 mm的測量精度。同時(shí)，系統(tǒng)測量的每pF電容對應(yīng)的電壓值最小為94 mV，據(jù)此分析，系統(tǒng)能滿足至少0.1 pF的電容測量精度。

在本文所研制的液位測量系統(tǒng)對某工況下的液氫儲箱蒸發(fā)試驗(yàn)的應(yīng)用中，截取其中某段時(shí)間的測試結(jié)果進(jìn)行分析，如圖7所示，經(jīng)上位機(jī)軟件計(jì)算出該區(qū)域的液位變化是從344.02 mm到319.33 mm，結(jié)合表1看出，該階段包含在下1小節(jié)內(nèi)。圖7中顯示的是儲箱蒸發(fā)試驗(yàn)過程中18個(gè)完整“憋壓-排放”周期的數(shù)據(jù)，觀察到液位的變化具有明顯的規(guī)律性，計(jì)算出平均每個(gè)周期的液位變化為1.37 mm。從圖7的結(jié)果可以分析出，本文研制的電容液位測量系統(tǒng)能夠滿足在液氫儲箱蒸發(fā)試驗(yàn)過程中至少1.37 mm的液位測量需求。

圖7 液氫蒸發(fā)試驗(yàn)中液位和箱壓的變化規(guī)律

5 結(jié)束語

本文針對航天領(lǐng)域的低溫介質(zhì)下的液位測量問題，研制了高精度的電容液位測量系統(tǒng)樣機(jī)。液位傳感器采用圓筒型的電容結(jié)構(gòu)，并結(jié)合了連續(xù)式和分節(jié)式電容液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，通過數(shù)字化的嵌入式測量設(shè)備研制和監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)方式的數(shù)據(jù)傳輸和高精度的液位測量。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容標(biāo)定儀對系統(tǒng)進(jìn)行性能測試，驗(yàn)證了電容測量精度優(yōu)于0.1 pF。在液氫蒸發(fā)試驗(yàn)中，通過對各分節(jié)電容數(shù)據(jù)的融合分析和補(bǔ)償算法，提高了液位測量的準(zhǔn)確性，通過對細(xì)節(jié)的分析，實(shí)現(xiàn)了對液氫儲箱蒸發(fā)試驗(yàn)中對每個(gè)“憋壓-排放”周期中液位1.37 mm的分辨能力，滿足試驗(yàn)過程對液位的測量需求。綜上所述，本文的研究為低溫介質(zhì)的液位測量提供了一種有效的解決方案。