一種埋入式防爆燃油測量裝置的制作方法

本發明涉及一種埋入式防爆燃油測量裝置。

背景技術：

飛機燃油測量系統是飛機燃油系統的重要組成部分，其根本目標在于提供精確的燃油油量信息。早期的飛機采用耗表傳感器技術指示整機剩余油量，從20世紀70年代開始，以計算機為基礎的燃油測量系統采用線性傳感器技術使整體的精確度、可靠性等各方面得到了極大的提升，數字式燃油測量系統在b757、b767飛機上率先得到應用。隨著各方面技術的發展，數字化、智能化、集成化已然成為飛機燃油測量系統未來發展的主要趨勢。

當前在飛機燃油測量系統中常用的傳感器主要是電容式油位傳感器，例如在b757/b767飛機上使用的霍尼韋爾公司生產的基于電容燃油傳感器的數字式燃油測量系統。

電容式燃油傳感器由安裝在一起的一組同軸鋁合金管組成，保持一定間隙的兩個內外管相當于電容器的極板。它們相對飛機水平飛行狀態垂直于燃油油面安裝在油箱內，電容器有一部分浸入油中，浸入高度隨著油量的多少而變化。電容器的電容量與極板間的距離及極板面積有關，同時還與極板間的工作介質有關。

具體而言，圖1示出傳統的圓柱形電容式油量傳感器的工作原理圖。如圖1所示，電容器的一部分浸入油中，電容器浸入部分和伸出油面部分極板間的介質不同：其一是燃油；另一是空氣和燃油的混合氣體(近似于空氣)。當不考慮邊緣效應時，電容器的總電容量特性方程可由公式(1)來表示。

其中：c為兩個極板間的電容量(μf)；ε1為燃油的介電常數；ε0為燃油上方混合氣體的介電常數；r2為外管電極的半徑(mm)；r1為內管電極的半徑(mm)；h為內外管的總高度(mm)；x為液面與內外管底部的高度(mm)。

當油箱未加油時，以空氣為介質，加油后，則以燃油為介質。燃油的介電常數約為空氣的兩倍，所以當油箱內燃油液面高度發生變化時，會使傳感器電容量發生微小的變化，即，電容量隨著液面高度變化呈線性變化。測量到的電容增量δc為：

液面高度變化與傳感器電容變化具有對應關系，由此將對液面高度的測量，轉換成對傳感器電容量的測量。

在大型客機中由于載油量大、油箱分布范圍廣，為了精確地測量燃油油量，往往需要安裝多達幾十個的傳感器，如a737油箱內有32個油量傳感器，a340油箱內有90個油量傳感器，b747有67個油量傳感器。如果全部傳感器采用插入式安裝方式，則不僅增加了飛機自重，而且會對燃油箱的整體結構造成極大的破壞。另外，目前我國飛機燃油傳感器主要采用模擬信號傳輸方式，敏感電容部分和傳輸電纜置于油箱內部，測量電路固定在油箱外壁。亦即，在燃油傳感器的安裝過程中，需要對油箱進行諸如鉆孔的處理。這樣的傳感器布置不僅造成信號傳輸電纜的分布電容和雜散電容對于信號的干擾大，大大影響了測量的準確性和測量精度，而且對燃油箱的整體結構造成破壞。

技術實現要素：

鑒于上述問題，本發明通過改進傳感器結構，整合傳感器信號輸出流，實現電容式傳感器的整體埋入，從而使油箱整體結構得到優化。

具體地，根據本發明的一方面，提供了一種埋入式防爆燃油測量裝置，用于測量飛行器的油箱內的燃油量，所述埋入式防爆燃油測量裝置包括：

電容式油量傳感器，用于將所述油箱內燃油的液面高度轉換為電容量；以及

測量模塊，與所述電容式油量傳感器集成為一體，用于測量所述電容量并基于所測量的電容量來獲得所述油箱內的燃油量。

根據實施例，所述電容式油量傳感器包括：

內管電極和外管電極，其中所述內管電極和外管電極構成中空的同軸圓柱形電容器，用于感測進入所述內管電極與所述外管電極之間的空腔的燃油的液面變化造成的電容量變化。

根據實施例，在所述同軸圓柱形電容器的第一端處，所述內管電極的內腔中設置有本質安全型結構件，所述本質安全型結構件包括用于固定安裝所述測量模塊的本質安全型電路部分的第一腔體以及用于引導所述測量模塊的電路線路的第二腔體。

根據實施例，所述本質安全型結構件與所述內管電極的內腔螺紋連接并且進行密封處理。

根據實施例，在所述同軸圓柱形電容器的第一端處，所述外管電極的外側設置有第一固定結構件，用于確保所述內管電極與所述外管電極的同軸度，并且所述第一固定結構件包括第三腔體，用于容納并且引導經由所述第二腔體引導出的所述測量模塊的電路線路。

根據實施例，在所述同軸圓柱形電容器的第二端處，所述內管電極的內腔中設置有封堵結構件，用于防止所述燃油進入，并且所述封堵結構件與所述內管電極的內腔螺紋連接并且進行密封處理。

根據實施例，在所述同軸圓柱形電容器的第二端處，所述外管電極的外側設置有第二固定結構件，用于確保所述內管電極與所述外管電極的同軸度。

根據實施例，在所述同軸圓柱形電容器的任一端處設置有本質安全型結構件，用于固定安裝所述測量模塊的本質安全型電路。

根據實施例，所述內管電極和外管電極的長度與兩者之間的間距之比大于80。

附圖說明

圖1示出傳統的圓柱形電容式油量傳感器的工作原理圖。

圖2中的(a)圖和(b)圖分別示出根據本發明實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的總體結構示意圖和剖面圖。

圖3示出根據本發明實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的頂端的結構示意圖。

圖4示出根據本發明實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的底端的結構示意圖。

圖5示出根據本發明另一實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的結構示意圖。

具體實施方式

以下參照附圖具體描述根據本發明實施例的埋入式防爆燃油測量裝置。

圖2中的(a)圖和(b)圖分別示出根據本發明實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的總體結構示意圖和剖面圖。如圖2所示，根據本發明一實施例的埋入式防爆燃油測量裝置，用于測量飛行器的油箱內的燃油量，其包括：

電容式油量傳感器201，用于將油箱內燃油的液面高度轉換為電容量；以及

測量模塊202，與電容式油量傳感器201集成為一體，用于測量電容量并基于所測量的電容量來獲得油箱內的燃油量。

如圖2所示，在本實施例中，電容式油量傳感器201與測量模塊202整合為一體，有效地避免對燃油箱進行諸如鉆孔的破壞性處理，提高了燃油箱的結構完整性，同時縮短了測量電容與電路之間的引線距離，減少了寄生電容的產生，此外電路輸出的數字信號可以增強傳感器的抗干擾能力。

圖3示出根據本發明實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的頂端的結構。如圖3所示，在本實施例中，電容式油量傳感器包括：

內管電極301和外管電極302，其中內管電極301和外管電極302構成中空的同軸圓柱形電容器，用于感測進入內管電極301與外管電極302之間的空腔303的燃油的液面變化造成的電容量變化。

如上所述，在本實施例中，電容式油量傳感器采用諸如輕質鋁合金的材料的薄壁同軸圓柱形電容器作為測量元件，測量元件的內外管電極301、302長度相同，外管電極302接地。同時考慮到傳感器所處的復雜工作壞境，對內外管電極301、302的外壁進行防腐蝕和防氧化絕緣處理，以保證測量電容的可靠性和安全性。

進一步地，如圖3所示，內管電極301的內腔304中設置有本質安全型結構件305，其包括用于固定安裝測量模塊的本質安全型電路部分的第一腔體306以及用于引導測量模塊的電路線路的第二腔體307。

如上所述，在本實施例中，內管電極301采用中空結構，在大大降低油量傳感器重量和簡化整體結構的同時，為測量模塊的本質安全型電路部分的安裝預留了空間，便于電路結構部分的安裝。在本實施例中，本質安全型電路的硬件結構，諸如pcb板安裝于油量傳感器內極管內部的本質安全型結構件中，從而確保本質安全型電路部分在封閉的獨立環境下工作。

如圖3所示，在本實施例中，本質安全型結構件305與內管電極301的內腔304螺紋連接并且進行密封處理。在本發明中，可以使用本領域技術人員熟知的各種密封處理，諸如采用密封圈、諸如環氧樹脂等的密封材料進行密封處理。

如圖3所示，在本實施例中，外管電極302的外側設置有第一固定結構件308，用于確保內管電極301與外管電極302的同軸度，并且第一固定結構件308包括第三腔體309，用于容納并且引導經由第二腔體307引導出的測量模塊的電路線路。

如上所述，在本實施例中，第二腔體307設置有密封接頭，從而確保電路線路的安全隔離，并且通過第三腔體309集成電路束，以從第一固定結構件308的頂端引出。

圖4示出根據本發明實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的底端的結構。如圖4所示，內管電極401的內腔402中設置有封堵結構件403，用于防止燃油進入，并且封堵結構件403與內管電極401的內腔402螺紋連接并且進行密封處理。在本發明中，可以使用本領域技術人員熟知的各種密封處理，諸如采用密封圈、諸如環氧樹脂、聚四氟乙烯等的密封材料進行密封處理。

進一步地，如圖4所示，在本實施例中，外管電極404的外側設置有第二固定結構件405，用于確保內管電極401與外管電極404的同軸度。

如上所述，在內外管電極的兩端分別各裝有一個非導體結構固定件，用于保證測量電容的同軸度，以防止因內外管電極同軸度發生變化而引起的測量誤差。

在實施例中，本質安全型結構件和封堵結構件均采用非金屬材料，并且通過諸如螺紋連接等方式與內管固定連接；在螺紋固定時，可以使用諸如密封材料進行處理，以避免燃油溢漏。此外，在本質安全型結構件和封堵結構件與內管的接觸曲面處，可以設置密封圈安裝槽，并在結構件的接觸縫隙通過具有良好化學穩定性和密封性的聚四氟乙烯等密封材料來隔絕外界工作環境。電路的引線通過本質安全型結構件上固定的密封接頭與外界導線連接。

進一步地，為了減小測量電容器兩端的邊緣效應對于液位測量精度的影響，在本實施例中，內管電極和外管電極的長度與兩者之間的間距之比(以下稱為，結構比率)大于80。同時，高結構比率的測量電容器設計，使待測液位在大部分測量范圍內變化時具有良好的線性度，便于后續的數據處理，從而能夠獲得更為準確的液位高度。

綜上所述，依據電容式油量傳感器的測量原理，本發明的埋入式防爆燃油測量裝置結構緊湊、簡便，便于安裝，能夠盡可能降低邊緣效應對測量精度的影響，同時能夠協調本質安全型電路的安裝要求，確保測量裝置的設計安全性。

圖5示出根據本發明另一實施例的埋入式防爆燃油測量裝置的結構。如圖5所示，在本實施例中，在由內管電極501和外管電極502構成的同軸圓柱形電容器的任一端處設置有本質安全型結構件503，用于固定安裝測量模塊的本質安全電路504。換言之，用于安裝測量模塊的本質安全型結構件可以設置在電容式油量傳感器的任意合適位置，只要能夠實現上述一體化功能，實現本質安全型電路埋入式設計即可。

綜上所述，本發明通過將本質安全型測量模塊與電容式油量傳感器集成為一體，可以有效地避免由于傳統燃油傳感器在安裝過程中測量電容、傳輸電纜和測量電路分列油箱內外側，導致分布電容和雜散電容對信號的干擾，可以極大地提高飛機燃油箱的結構整體性，避免了常規飛機燃油傳感器安裝過程中對油箱多處開孔處理，并且可以直接數字信號輸出。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。