具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统，其由测量电路和自补偿电容式液位传感器组成，自补偿电容式液位传感器包括有AA电极、AB电极、BB电极和CC电极；在测量过程中，AA电极接地，同时作为测量电容的外电极，而BB电极和CC电极作为内电极，飞机燃油介质能够进入AA电极与AB电极之间的腔中。测量电路的处理芯片内嵌有电容补偿比值关系通过电容补偿比值K能够计算出被测液位的高度h。本发明专利技术的电容液位传感器可以消除由温度以及介质变化引起的空气、燃油介电常数变化带来的影响，减少了重复标定的繁琐过程。

【技术实现步骤摘要】
具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统
本专利技术涉及飞机燃油油量测控系统
，更特别地说，是指一种具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统。采用自补偿电容式液位传感器采集飞机燃油油量、能够消除温度以及被测液体介质(飞机燃油)变化对该传感器测量带来的影响。
技术介绍
飞机燃油油量测控系统是飞机燃油保障系统的一个重要装置，它的测量结果是飞行员决定飞机飞行航程的依据之一。燃油油量测量系统传感器的功能是飞机在水平飞行时，能够准确地测量每组油箱的剩余油量以维持对飞机发动机的自动供油，使飞机能够正常的飞行。2007年10月第24卷第5期《沈阳航空工业学院学报》中公开了“电容式传感器在飞机燃油测量系统中的应用”。当不考虑边缘效应时，电容器的总电容量特性方程为从电容值C与液面高度x的关系可知，若在测量过程中外界环境温度发生变化，或使用不同燃油牌号的燃油时，会引起燃油的介电常数ε1、燃油上方混合气的介电常数ε0的变化，从而使电容值C与液面高度x之间不再呈线性变化，该变化带来的影响无法从飞机燃油油量测控系统上或者标定校准试验中进行补偿。因此，在每次测量之前都要对传感器分别进行标定和校准，工作量繁琐且实现难度较大。
技术实现思路
为了实现一次传感器标定和校准就能对不同环境温度、不同液体介质进行测量，本专利技术设计了一种具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统。其由测量电路和自补偿电容式液位传感器组成，自补偿电容式液位传感器包括有AA电极、AB电极、BB电极和CC电极；在测量过程中，AA电极接地，同时作为测量电容的外电极，而BB电极和CC电极作为内电极，飞机燃油介质流动于AA电极与AB电极之间的腔中。测量电路的处理芯片内嵌有电容补偿比值关系通过电容补偿比值K能够计算出被测液位h的高度。本专利技术的电容液位传感器可以消除由温度以及介质变化引起的空气、燃油介电常数变化带来的影响，减少了重复标定的繁琐过程。本专利技术设计的一种具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统，该系统包括有测量电路板(40)、上位机(10)、电容式液位传感器(30)、电容-液位转换模块(20)、第一路引线电容干扰消除模块(41)、第二路引线电容干扰消除模块(42)、第三路引线电容干扰消除模块(43)；电容-液位转换模块(20)第一方面用于接收上位机(10)输出的启动测量指令F；第二方面用于接收第一路去干扰电容信号A2B(h)、第二路去干扰电容信号A3(h)、第三路去干扰电容信号A4(h)、接地电容信号C2A(h)；第三方面将所述的去干扰电容信号A2B(h)、A3(h)、A4(h)分别与接地电容信号C2A(h)组成三路完整电容信号，即第一路完整电容信号第二路完整电容信号第三路完整电容信号电容式液位传感器(30)通过接口P3与第一路引线电容干扰消除模块(41)、第二路引线电容干扰消除模块(42)和第三路引线电容干扰消除模块(43)连接。第一路引线电容干扰消除模块(41)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中AB电极(2B)输出的电容信号C2B(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C2B(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到AB电极(2B)产生的去干扰电容信号A2B(h)。所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由AB电极(2B)与电路板之间的连接导线产生的。第二路引线电容干扰消除模块(42)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中BB电极(3A)输出的电容信号C3(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C3(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到BB电极(3A)产生的去干扰电容信号A3(h)。所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由BB电极(3A)与电路板之间的连接导线产生的。第三路引线电容干扰消除模块(43)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中CC电极(4A)输出的电容信号C4(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C4(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到CC电极(4A)产生的去干扰电容信号A4(h)。所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由CC电极(4A)与电路板之间的连接导线产生的。本专利技术具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统的优点在于：(1)无需再考虑温度以及介质变化对液位测量的影响，即不需要在不同温度或介质下对传感器进行重新标定校准，提高了测量传感器在实际测量的自适应性。(2)传感器的机械结构牢固；公用的外电极可以大大简化传感器的机械结构。(3)为了提高传感器的测量量程且保证补偿传感器的初始值大小，可以减小补偿电容内外电极之间的距离w，增大上下补偿电容的初始电容值，缩短补偿电极的长度以在较大液位测量范围内实现传感器的自补偿功能。(4)自补偿电容式传感器可以补偿温度和介质变化带来的影响，且测量精度可以达到0.5％FS。附图说明图1是本专利技术具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统的结构框图。图2是本专利技术电容-液位转换模块的电路原理图。图3是本专利技术引线电容干扰消除模块的电路原理图。图4是本专利技术具有自补偿电容式液位传感器的外部结构图。图4A是本专利技术具有自补偿电容式液位传感器的剖示结构图。图4B是本专利技术具有自补偿电容式液位传感器的分解图。图5是本专利技术电容式液位传感器中电极的结构图。图5A是本专利技术电容式液位传感器中连接件的结构图。图6是本专利技术电容式液位传感器中底座的结构图。图6A是本专利技术电容式液位传感器中底座的另一视角结构图。图7是本专利技术电容式液位传感器中法兰的结构图。图7A是本专利技术电容式液位传感器中法兰的另一视角结构图。图7B是本专利技术电容式液位传感器中法兰的剖面结构图。图8是本专利技术电容式液位传感器中安装座的结构图。图8A是本专利技术电容式液位传感器中安装座的另一视角结构图。图9是本专利技术电容式液位传感器中第一堵头的结构图。图10是本专利技术电容式液位传感器中第二堵头的结构图。图10A是本专利技术电容式液位传感器中第二堵头的另一视角结构图。图11是本专利技术电容式液位传感器中AA电极、AB电极、BB电极之间的俯视布局结构图。图11A是本专利技术电容式液位传感器中AA电极、AB电极、BB电极之间的前视布局结构图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1所示，本专利技术设计了一种具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统，该系统包括有测量电路板40、电容式液位传感器30、电容-液位转换模块20、第一路引线电容干扰消除模块41、第二路引线电容干扰消除模块42、第三路引线电容干扰消除模块43和上位机10。所述电容式液位传感器30的结构如图4～图10所示。在本专利技术中，上位机10是由计算机和飞机燃油油量测控软件组成，所述飞机燃油油量测控软件一方面用于向电容-液位转换模块20下发启动测量指令F；所述飞机燃油油量测控软件另一方面用于接收电容-液位转换模块20输出的飞机燃油油量的液面高度h。计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。最低配置为CPU2GHz，内存2GB，硬盘180GB；操作系统为windows2000/2003/XP。参见图2所示，电容-液位转换模块20第一方面用于接收上位机10输出的启动测量指令F；第二方面用于接收第一路去干扰电容信号A2B(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统，该系统包括有测量电路板(40)、上位机(10)；其特征在于：还包括有电容式液位传感器(30)、电容‑液位转换模块(20)、第一路引线电容干扰消除模块(41)、第二路引线电容干扰消除模块(42)、第三路引线电容干扰消除模块(43)；电容‑液位转换模块(20)第一方面用于接收上位机(10)输出的启动测量指令F；第二方面用于接收第一路去干扰电容信号A2B(h)、第二路去干扰电容信号A3(h)、第三路去干扰电容信号A4(h)、接地电容信号C2A(h)；第三方面将所述的去干扰电容信号A2B(h)、A3(h)、A4(h)分别与接地电容信号C2A(h)组成三路完整电容信号，即第一路完整电容信号(h)、第二路完整电容信号(h)、第三路完整电容信号(h)。电容式液位传感器(30)通过接口P3与第一路引线电容干扰消除模块(41)、第二路引线电容干扰消除模块(42)和第三路引线电容干扰消除模块(43)连接。第一路引线电容干扰消除模块(41)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中AB电极(2B)输出的电容信号C2B(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C2B(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到AB电极(2B)产生的去干扰电容信号A2B(h)。所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由AB电极(2B)与电路板之间的连接导线产生的。第二路引线电容干扰消除模块(42)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中BB电极(3A)输出的电容信号C3(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C3(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到BB电极(3A)产生的去干扰电容信号A3(h)。所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由BB电极(3A)与电路板之间的连接导线产生的。第三路引线电容干扰消除模块(43)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中CC电极(4A)输出的电容信号C4(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C4(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到CC电极(4A)产生的去干扰电容信号A4(h)。所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由CC电极(4A)与电路板之间的连接导线产生的。...

【技术特征摘要】
1.一种具有自补偿电容式液位传感器的飞机燃油油量测控系统，该系统包括有测量电路板(40)、上位机(10)；其特征在于：还包括有电容式液位传感器(30)、电容-液位转换模块(20)、第一路引线电容干扰消除模块(41)、第二路引线电容干扰消除模块(42)、第三路引线电容干扰消除模块(43)；电容-液位转换模块(20)第一方面用于接收上位机(10)输出的启动测量指令F；第二方面用于接收第一路去干扰电容信号A2B(h)、第二路去干扰电容信号A3(h)、第三路去干扰电容信号A4(h)、接地电容信号C2A(h)；第三方面将所述的去干扰电容信号A2B(h)、A3(h)、A4(h)分别与接地电容信号C2A(h)组成三路完整电容信号，即第一路完整电容信号第二路完整电容信号第三路完整电容信号电容式液位传感器(30)通过接口P3与第一路引线电容干扰消除模块(41)、第二路引线电容干扰消除模块(42)和第三路引线电容干扰消除模块(43)连接；第一路引线电容干扰消除模块(41)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中AB电极(2B)输出的电容信号C2B(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C2B(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到AB电极(2B)产生的去干扰电容信号A2B(h)；所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由AB电极(2B)与电路板之间的连接导线产生的；第二路引线电容干扰消除模块(42)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中BB电极(3A)输出的电容信号C3(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C3(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到BB电极(3A)产生的去干扰电容信号A3(h)；所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由BB电极(3A)与电路板之间的连接导线产生的；第三路引线电容干扰消除模块(43)一方面用于接收电容式液位传感器(30)中CC电极(4A)输出的电容信号C4(h)；另一方面采用驱动电缆方式消除电容信号C4(h)中的连接电缆的寄生电容干扰信号，得到CC电极(4A)产生的去干扰电容信号A4(h)；所述连接电缆的寄生电容干扰信号是由CC电极(4A)与电路板之间的连接导线产生的；电容式液位传感器(30)包括有测量电容组件(2)、第一补偿电容组件(3)、第二补偿电容组件(4)、底座(5)、安装座(8)、法兰(7)、第一堵头9A、第二堵头(9B)、轴套(9C)、盖板(1)和航空卡头(6)；其中，第一补偿电容组件(3)与第二补偿电容组件(4)的结构相同；测量电容组件(2)由AA电极(2A)和AB电极(2B)组成，AA电极(2A)与AB电极(2B)的长度相同，AB电极(2B)套接在AA电极(2A)内，且保持同轴；AA电极(2A)为空心圆柱结构，AB电极(2B)为空心圆柱结构；AA电极(2A)的下端设有供销钉(51)穿过的AA通孔(2A2)；AA电极(2A)与AB电极(2B)同轴安装，且AA电极(2A)的内壁与AB电极(2B)的个壁之间有一介质流动腔(2C)；第一补偿电容组件(3)由BB电极(3A)、A连接件(3B)和B连接件(3C)组成，A连接件(3B)和B连接件(3C)的结构相同；A连接件(3B)和B连接件(3C)套接在AA电极(2A)上端的外壁上，A连接件(3B)置于BB电极(3A)的上端，B连接件(3C)置于BB电极(3A)的下端，通过在BB电极(3A)的两个凸耳上安装螺钉螺母，实现将BB电极(3A)、A连接件(3B)和B连接件(3C)固定安装在AA电极(2A)上端的外壁；A连接件(3B)为中空结构，A连接件(3B)的一端为圆环体(3B1)，A连接件(3B)的另一端为间隔分布均匀的凸齿(3B2)，凸齿(3B2)与圆环体(3B1)的接触处为限位端面(3B3)；所述凸齿(3B2)用于套接BB电极(3A)的一端；第二补偿电容组件(4)由CC电极(4A)、C连接件(4B)和D连接件(4C)组成，A连接件(3B)、B连接件(3C)、C连接件(4B)和D连接件(4C)的结构相同；C连接件(4B)和D连接件(4C)套接在AA电极(2A)下端的外壁上，C连接件(4B)置于CC电极(4A)的上端，D连接件(4C)置于CC电极(4A)的下端，通过在CC电极(4A)的两个凸耳上安装螺钉螺母，实现将CC电极(4A)、C连接件(4B)和D连接件(4C)固定安装在AA电极(2A)下端的外壁；底座(5)的一端是上环体(5A)，底座(5)的另一端是下环体(5B)，上环体(5A)与下环体(5B)之间是内凹环体(5C)，内凹环体(5C)上设有供销钉(51)穿过的螺纹孔(5C1)，底座(5)的中部设有电极支撑圆柱(5E)，电极支撑圆柱(5E)与上环体(5A)的内壁之间是内环腔(5D)，电极支撑圆柱(5E)的中心是A沉头通孔(5E1)；下环体(5B)的端面上设有凹凸槽，下环体(5B)的中部设有B沉头通孔(5B1)；A沉头通孔(5E1)、B沉头通孔(5B1)用于介质流过；AB电极(2B)的下端套接在电极支撑圆柱(5E)上；法兰(7)上设有上安装环体(7A)、下安装环体(7B)和法兰盘体(7C)；上安装环体(7A)的中部为空腔(7A1)，空腔(7A1)内设有凸台(7A2)和安装板(7A5)，凸台(7A2)上安装有用于支撑电路板(40)的凸圆柱(7A3)；安装板(7A5)上设有供安装钉(81)穿过的CA通孔(7A6)、供导线、电缆穿过的CB通孔(7A7)，安装板(7A5)上安装有压板(82)，通过安装钉(81)实现法兰(7)与压板(82)、安装座(8)、第一堵头(9A)和第二堵头(9B)之间的固定；上安装环体(7A)的外环上设有供安装航空卡头(6)的平切板面(7A4)；下安装环体(7B)的中部为放置安装座(8)的空腔(7B1)，法兰盘体(7C)的一端面上设有多个沉头通孔(7C1)、CC通孔(7C2)，通过沉头通孔(7C1)或者CC通孔(7C2)与螺钉配合实现电容式液位传感器与油箱结构件的安装；盖板(1)与法兰(7)的上安装环体(7A)之间安装有E密封圈(1A)，盖板(1)通过螺钉(1B)固定在法兰(7)的上安装环体(7A)上；上安装环体(7A)的空腔(7A1)内安装有电路板(40)、压板(82)，电路板(40)通过电路板安装钉(40A)与凸台(7A2)上的凸圆柱(7A3)配合，实现电路板(40)与法兰(7)的固定；下安装环体(7B)的空腔(7B1)内安装有安装座(8)、第一堵头(9A)和第二堵头(9B)，安装座(8)与安装板(7A5)之间设置有A密封圈(83)，安装座(8)的外环腔(8C)与第一堵头(9A)之间设置有B密封圈(91)和C密封圈(92)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁梅，豆红丽，董韶鹏，庞卓，张蓓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11