具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其由測量電路和自補償電容式液位傳感器組成，自補償電容式液位傳感器包括有AA電極、AB電極、BB電極和CC電極；在測量過程中，AA電極接地，同時作為測量電容的外電極，而BB電極和CC電極作為內電極，飛機燃油介質能夠進入AA電極與AB電極之間的腔中。測量電路的處理芯片內嵌有電容補償比值關系通過電容補償比值K能夠計算出被測液位的高度h。本發明的電容液位傳感器可以消除由溫度以及介質變化引起的空氣、燃油介電常數變化帶來的影響，減少了重復標定的繁瑣過程。
【專利說明】具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及飛機燃油油量測控系統【技術領域】，更特別地說，是指一種具有自補償 電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統。采用自補償電容式液位傳感器采集飛機燃油 油量、能夠消除溫度W及被測液體介質（飛機燃油）變化對該傳感器測量帶來的影響。
【背景技術】
[0002] 飛機燃油油量測控系統是飛機燃油保障系統的一個重要裝置，它的測量結果是飛 行員決定飛機飛行航程的依據之一。燃油油量測量系統傳感器的功能是飛機在水平飛行 時，能夠準確地測量每組油箱的剩余油量W維持對飛機發動機的自動供油，使飛機能夠正 常的飛行。
[0003] 2007年10月第24卷第5期《沈陽航空工業學院學報》中公開了 "電容式傳感 器在飛機燃油測量系統中的應用"。當不考慮邊緣效應時，電容器的總電容量特性方程為
【權利要求】
1. 一種具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，該系統包括有測量電 路板（40)、上位機（10);其特征在于：還包括有電容式液位傳感器（30)、電容-液位轉換模 塊（20)、第一路引線電容干擾消除模塊（41)、第二路引線電容干擾消除模塊（42)、第三路 引線電容干擾消除模塊（43); 電容-液位轉換模塊（20)第一方面用于接收上位機（10)輸出的啟動測量指令F;第 二方面用于接收第一路去干擾電容信號A2b(h)、第二路去干擾電容信號A3(h)、第三路去干 擾電容信號A4(h)、接地電容信號C2A(h);第三方面將所述的去干擾電容信號A2b (h)、A3(h)、 A4Qi)分別與接地電容信號C2A (h)組成三路完整電容信號，即第一路完整電容信號為>(h)、 第二路完整電容信號(h)、第三路完整電容信號J4?（h)。 電容式液位傳感器（30)通過接口P3與第一路引線電容干擾消除模塊（41)、第二路引 線電容干擾消除模塊（42)和第三路引線電容干擾消除模塊（43)連接。 第一路引線電容干擾消除模塊（41) 一方面用于接收電容式液位傳感器（30)中AB電 極（2B)輸出的電容信號C2B(h);另一方面采用驅動電纜方式消除電容信號C2B(h)中的連接 電纜的寄生電容干擾信號，得到AB電極（2B)產生的去干擾電容信號A2b(h)。所述連接電 纜的寄生電容干擾信號是由AB電極（2B)與電路板之間的連接導線產生的。 第二路引線電容干擾消除模塊（42) -方面用于接收電容式液位傳感器（30)中BB電 極（3A)輸出的電容信號C3(h);另一方面采用驅動電纜方式消除電容信號C3(h)中的連接 電纜的寄生電容干擾信號，得到BB電極（3A)產生的去干擾電容信號A3(h)。所述連接電纜 的寄生電容干擾信號是由BB電極（3A)與電路板之間的連接導線產生的。 第三路引線電容干擾消除模塊（43) -方面用于接收電容式液位傳感器（30)中CC電 極（4A)輸出的電容信號C4(h);另一方面采用驅動電纜方式消除電容信號C4(h)中的連接 電纜的寄生電容干擾信號，得到CC電極（4A)產生的去干擾電容信號A4(h)。所述連接電纜 的寄生電容干擾信號是由CC電極（4A)與電路板之間的連接導線產生的。
2. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其 特征在于：電容式液位傳感器（30)包括有測量電容組件（2)、第一補償電容組件（3)、第二 補償電容組件（4)、底座（5)、安裝座（8)、法蘭（7)、第一堵頭9A、第二堵頭（9B)、軸套（9C)、 蓋板（1)和航空卡頭（6)。其中，第一補償電容組件（3)與第二補償電容組件（4)的結構相 同。 測量電容組件（2)由AA電極（2A)和AB電極（2B)組成，AA電極（2A)與AB電極（2B) 的長度相同，AB電極（2B)套接在AA電極（2A)內，且保持同軸。 AA電極（2A)為空心圓柱結構，AB電極（2B)為空心圓柱結構；AA電極（2A)的下端設 有供銷釘（51)穿過的AA通孔（2A2)。AA電極（2A)與AB電極（2B)同軸安裝，且AA電極 (2A)的內壁與AB電極（2B)的個壁之間有一介質流動腔（2C)。 第一補償電容組件（3)由BB電極（3A)、A連接件（3B)和B連接件（3C)組成，A連接 件（3B)和B連接件（3C)的結構相同。A連接件（3B)和B連接件（3C)套接在AA電極（2A) 上端的外壁上，A連接件（3B)置于BB電極（3A)的上端，B連接件（3C)置于BB電極（3A) 的下端，通過在BB電極（3A)的兩個凸耳上安裝螺釘螺母，實現將BB電極（3A)、A連接件 (3B)和B連接件（3C)固定安裝在AA電極（2A)上端的外壁。 A連接件（3B)為中空結構，A連接件（3B)的一端為圓環體（3B1)，A連接件（3B)的另一 端為間隔分布均勻的凸齒（3B2)，凸齒（3B2)與圓環體（3B1)的接觸處為限位端面（3B3)。 所述凸齒（3B2)用于套接BB電極（3A)的一端。 第二補償電容組件（4)由CC電極（4A)、C連接件（4B)和D連接件（4C)組成，A連接件 (3B)、B連接件（3C)、C連接件（4B)和D連接件（4C)的結構相同。C連接件（4B)和D連接 件（4C)套接在AA電極（2A)下端的外壁上，C連接件（4B)置于CC電極（4A)的上端，D連 接件（4C)置于CC電極（4A)的下端，通過在CC電極（4A)的兩個凸耳上安裝螺釘螺母，實 現將CC電極（4A)、C連接件（4B)和D連接件（4C)固定安裝在AA電極（2A)下端的外壁。 底座（5)的一端是上環體（5A)，底座（5)的另一端是下環體（5B)，上環體（5A)與下環 體（5B)之間是內凹環體（5C)，內凹環體（5C)上設有供銷釘（51)穿過的螺紋孔（5C1)，底 座（5)的中部設有電極支撐圓柱（5E)，電極支撐圓柱（5E)與上環體（5A)的內壁之間是內 環腔（5D)，電極支撐圓柱（5E)的中心是A沉頭通孔（5E1);下環體（5B)的端面上設有凹凸 槽，下環體（5B)的中部設有B沉頭通孔（5B1)。A沉頭通孔（5E1)、B沉頭通孔（5B1)用于 介質流過。AB電極（2B)的下端套接在電極支撐圓柱（5E)上。 法蘭（7)上設有上安裝環體（7A)、下安裝環體（7B)和法蘭盤體（7C)。 上安裝環體（7A)的中部為空腔（7A1)，空腔（7A1)內設有凸臺（7A2)和安裝板（7A5)， 凸臺（7A2)上安裝有用于支撐電路板（40)的凸圓柱（7A3);安裝板（7A5)上設有供安裝釘 (81) 穿過的CA通孔（7A6)、供導線、電纜穿過的CB通孔（7A7)，安裝板（7A5)上安裝有壓板 (82) ，通過安裝釘（81)實現法蘭（7)與壓板（82)、安裝座（8)、第一堵頭（9A)和第二堵頭 (9B)之間的固定；上安裝環體（7A)的外環上設有供安裝航空卡頭（6)的平切板面（7A4)。 下安裝環體（7B)的中部為放置安裝座（8)的空腔（7B1)，法蘭盤體（7C)的一端面上設 有多個沉頭通孔（7C1)、CC通孔（7C2)，通過沉頭通孔（7C1)或者CC通孔（7C2)與螺釘配 合實現電容式液位傳感器與油箱結構件的安裝； 蓋板（1)與法蘭（7)的上安裝環體（7A)之間安裝有E密封圈（IA)，蓋板（1)通過螺釘 (IB)固定在法蘭（7)的上安裝環體（7A)上。 上安裝環體（7A)的空腔（7A1)內安裝有電路板（40)、壓板（82)，電路板（40)通過電 路板安裝釘（40A)與凸臺（7A2)上的凸圓柱（7A3)配合，實現電路板（40)與法蘭（7)的固 定。 下安裝環體（7B)的空腔（7B1)內安裝有安裝座（8)、第一堵頭（9A)和第二堵頭（9B)， 安裝座⑶與安裝板（7A5)之間設置有A密封圈（83)，安裝座⑶的外環腔（8C)與第一堵 頭（9A)之間設置有B密封圈（91)和C密封圈（92)，安裝座（8)的內環腔（8D)與第二堵頭 (9B)之間設置有D密封圈（93)。 通過安裝釘（81)將法蘭（7)的安裝板（7A5)與壓板（82)、安裝座（8)、第一堵頭（9A) 和第二堵頭（9B)固定，第一堵頭（9A)置于安裝座（8)的外環腔（8C)中，第二堵頭（9B)置 于安裝座⑶的內環腔（8D)中；安裝座⑶套接在軸套（9C)上，軸套（9C)安裝在AA電極 (2A)上，AA電極（2A)的上端內壁與第一堵頭（9A)的外壁連接，AB電極（2B)的上端內壁 與第二堵頭（9B)的外壁連接。 安裝座（8)的底板（8A)上設有供安裝釘（81)穿過的CF通孔（8A1)和供導線、電纜穿 過的CG通孔（8A2)，安裝座（8)的環體（8B)上設有開口橢圓孔（8B1)、減重孔（8B2)，安裝 座（8)的內部設有用于放置AA電極（2A)上端的外環腔（8C)和用于放置AB電極（2B)上 端的內環腔（8D)。 第一堵頭（9A)上設有C圓柱段（9A1)、凸齒段（9A2)和B收縮段（9A3)，B收縮段（9A3) 設置在C圓柱段（9A1)與凸齒段（9A2)之間，凸齒段（9A2)上間隔分布設有凸齒（9A21)和 凹槽（9A22)。凸齒段（9A2)用于套接AA電極（2A)的上端，即凸齒段（9A2)的外壁與AA電 極（2A)上端的內壁套接。C圓柱段（9A1)的端面上設有用于放置安裝釘（81)的B螺紋盲 孔（9A11); 第二堵頭（9B)上設有A圓柱段（9B1)、B圓柱段（9B2)和A收縮段（9B3)，A收縮段 (9B3)設置在A圓柱段（9B1)與B圓柱段（9B2)之間，第二堵頭（9B)的中部是中心通孔 (9B4)，中心通孔（9B4)用于導線、電纜穿過，A圓柱段（9B1)上設有用于放置安裝釘（81)的 A螺紋盲孔（9B11)。
3. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其 特征在于：AA電極（2A)、AB電極（2B)、BB電極（3A)和CC電極（4A)選用金屬材料加工，如 錯。
4. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其 特征在于：AA電極（2A)、AB電極（2B)、BB電極（3A)和CC電極（4A)同軸安裝，且AB電極 (2B)的半徑記為r，AA電極（2A)的內壁與AB電極（2B)的外壁間距記為d，且d=r，AA電 極（2A)的外壁與BB電極（3A)的外壁間距記為w，
5. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其 特征在于：A連接件（3B)、B連接件（3C)、C連接件（4B)和D連接件（4C)采用不導電材料 加工，如聚四氟乙烯、橡膠、PVC等。
6. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其 特征在于：第一堵頭（9A)、第二堵頭（9B)材質為金屬，為了防止AA電極（2A)的上端從第 一堵頭（9A)的凸齒段（9A2)上滑落，AA電極（2A)的上端與第一堵頭（9A)的凸齒段（9A2) 為焊接在一起；為了防止AB電極（2B)的上端從第二堵頭（9B)的B圓柱段（9B2)上滑落， AB電極（2B)的上端與第二堵頭（9B)的B圓柱段（9B2)為焊接在一起。
7. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其 特征在于：電容-液位轉換模塊20的電路連接（如圖2所示）為：單片機Ul的1管腳接 3. 3V電源，且1管腳經電容C2接數字地，2管腳經電阻R4與雙向二極管U7的3管腳連接， 雙向二極管U7的2管腳接數字地，雙向二極管U7的1管腳接數字地；Ul的1管腳與2管 腳之間串聯有電阻R2、電阻R3和電阻R4,電阻R2與電阻R3之間連接復位電路；復位電路 經電容Cl接數字地，復位開關Sl的一端接數字地，復位開關Sl的另一端經二極管D4接 3. 3V電源，復位開關Sl的另一端經電阻R7接3. 3V電源，復位開關Sl的另一端經電容C8 接數字地，復位開關Sl的另一端經電容C9接數字地；Ul的6管腳接模擬地，7管腳經電解 電容C3接模擬地，8管腳經電容C4接模擬地，8管腳經電容C5接模擬地，8管腳接3. 3V電 源；9管腳經電容ClO接數字地，9管腳經電阻R6連接在有源晶振芯片Xl的3管腳，有源晶 振芯片Xl的4管腳經磁珠Ll接3. 3V電源；Ul的11管腳經電容C7接模擬地，Ul的11管 腳經電解電容C6接模擬地；Ul的17管腳、18管腳、19管腳、20管腳分別與U2的20管腳、 16管腳、23管腳、21管腳連接，Ul的21管腳、22管腳經RS422接口（MAX3488芯片）與上 位機10連接；Ul的32管腳經電阻Rl與雙向二極管U8的3管腳連接，雙向二極管U8的2 管腳接數字地，雙向二極管U8的1管腳接數字地。U2的1管腳經電解電容C12接模擬地， 6管腳接3. 3V電源，且6管腳經電解電容C13接數字地；9管腳經電容C14接模擬地，10管 腳經電容C24接模擬地，16管腳經電阻R15接3. 3V電源，17管腳接模擬地，18管腳經電阻 Rll接模擬地，19管腳接3. 3V電源，20管腳經電阻R31接3. 3V電源，21管腳經電阻Rl3接 3. 3V電源，23管腳經電阻R12接3. 3V電源，管腳24接模擬地，管腳25經電容C23接模擬 地，27管腳經參考電容Cref接模擬地。
8. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃油油量測控系統，其 特征在于：引線電容干擾消除模塊的電路連接為：接口P3的1管腳與運算放大器U9A的3 管腳連接，2管腳與運算放大器U9A的2管腳連接。接口P3的3管腳與運算放大器U9B的 5管腳連接，4管腳與運算放大器U9B的6管腳連接。接口P3的5管腳與運算放大器UlO 的3管腳連接，6管腳與運算放大器UlO的2管腳連接。運算放大器U9A的1管腳與U2的 28管腳連接，7管腳與U2的29管腳連接，且1管腳與2管腳連接，且6管腳與7管腳連接， 4管腳接模擬地，8管腳接3. 3V電源，且經電容C44接模擬地。運算放大器UlO的1管腳與 U2的30管腳連接，且1管腳與2管腳連接，4管腳接模擬地，8管腳接3. 3V電源，且經電容 C45接模擬地。
9. 根據權利要求1所述的具有自補償電容式液位傳感器的飛機燃 油油量測控系統，其特征在于：測量電容與補償電容之間的電容關系為
【文檔編號】G01F23/26GK104501907SQ201410670423
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】袁梅, 豆紅麗, 董韶鵬, 龐卓, 張蓓 申請人:北京航空航天大學