專利名稱：電容式油位測(cè)量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要用于測(cè)量飛行器燃油油位高度和燃油介電常數(shù)的新型電容式油位測(cè)量傳感器。
背景技術(shù)：
通常一般的電容式油位測(cè)量傳感器的傳感部分是一個(gè)同軸的容器，當(dāng)油進(jìn)入容器后引起傳感器殼體和感應(yīng)電極之間電容量的變化，這個(gè)變化量通過(guò)電路的轉(zhuǎn)換并進(jìn)行精確的線性和溫度補(bǔ)償，輸出4 20mA或0-5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)供給顯示儀表。現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量飛行器燃油油位的電容式傳感器的不足之處在于:
(I)傳感器不具有燃油介電常數(shù)測(cè)量部件，因此不能補(bǔ)償由于燃油溫度變化而給燃油油位測(cè)量帶來(lái)的誤差。(2)傳感器管間定位方式一般采用空間垂直的多根同心定位銷組成，存在工序工藝性較差，定位精確度較低的問(wèn)題。(3)傳感器的接線盒是采用多個(gè)零件逐步安裝的方式進(jìn)行的，在接線盒內(nèi)的接線螺栓中間的填充環(huán)氧樹(shù)脂或彈性橡膠固定各分離零件，導(dǎo)致傳感器的信號(hào)引出導(dǎo)線在接線盒部位產(chǎn)生的寄生電容很難控制，在高、低溫狀態(tài)下，產(chǎn)品干電容值超差現(xiàn)象嚴(yán)重。(4)燃油污染物經(jīng)常沉積在安裝于傳感器兩端的護(hù)套片上，導(dǎo)致傳感器的電容值
嚴(yán)重超差。(5)燃油箱內(nèi)的電纜在連接到傳感器的信號(hào)引出端之后，沒(méi)有有效的應(yīng)力緩沖裝置，在飛機(jī)使用環(huán)境中，導(dǎo)線的擺動(dòng)對(duì)接線端子連接的接線片或接線環(huán)產(chǎn)生較大的沖擊力，有時(shí)導(dǎo)致連接松動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種同心定位精度高，能夠降低傳感器干電容值中寄生電容值，并能補(bǔ)償燃油介電常數(shù)變化引起的燃油油位測(cè)量誤差，在結(jié)構(gòu)上能夠解決以上問(wèn)題的電容式油位測(cè)量傳感器。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種電容式油位測(cè)量傳感器，包括,一個(gè)由兩根同心金屬管體構(gòu)成的油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23和同軸連接在上述油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23頭部的燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22，其特征在于，三根同軸裝配為一體的金屬管體組成了三個(gè)測(cè)量燃油介電常數(shù)ε _的同軸并聯(lián)式電容器，并同心套繞在上述油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23中心管4頭部上，該并聯(lián)式電容器由兩根空間上互為垂直，上下位相隔的補(bǔ)償管軸銷8徑向定位，并通過(guò)屏蔽導(dǎo)線電連屏蔽板；油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23通過(guò)固聯(lián)在中心管4管體上的熱塑壓式屏蔽盒，接收來(lái)自油量測(cè)量控制系統(tǒng)的正弦電壓信號(hào)V，將三個(gè)同軸并聯(lián)式電容器的電容值C1和同心主感應(yīng)體的電容Cx，轉(zhuǎn)變成與Cx和C1成比例關(guān)系的電流信號(hào)Ix和Ij，Ix和Ij分別通過(guò)內(nèi)管3、第一補(bǔ)償管5與第三補(bǔ)償管7的連接線，輸出給燃油測(cè)量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油油位和燃油介電常數(shù)的測(cè)量。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
本發(fā)明用于民用飛機(jī)燃油測(cè)量控制系統(tǒng)，同時(shí)具有燃油油位高度信號(hào)測(cè)量和燃油介電常數(shù)測(cè)量等兩個(gè)功能。三根套繞主感應(yīng)體頭部中心管(4)的同心金屬管體組成的并聯(lián)式燃油介電常數(shù)測(cè)量結(jié)構(gòu)，形成的與燃油介電常數(shù)ε 成比例關(guān)系的電容信號(hào)Cp能夠測(cè)量燃油介電常數(shù)，對(duì)由于燃油介電常數(shù)變化而引起的燃油油位測(cè)量誤差起到補(bǔ)償作用。精確的補(bǔ)償，消除了燃油介質(zhì)因熱脹冷縮引起的誤差。傳感器體兩端護(hù)套設(shè)計(jì)具有抗燃油污染阻塞傳感器感應(yīng)部件及良好的閃電防護(hù)作用，接線屏蔽盒組件的屏蔽設(shè)計(jì)，極大降低了傳感器本身的寄生電容值，保證傳感器干電容值良好一致性，傳感器內(nèi)、中心管的同心定位方式，有效保證了傳感器的機(jī)械強(qiáng)度，提高了傳感器對(duì)振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)能力。傳感器的同心定位方式采用新結(jié)構(gòu)的組件定位方式，工藝性良好，能夠解決以往傳感器器同心定位精度不高的問(wèn)題。傳感器的接線盒采用了將零件以塑壓方式集成于一體的方式，降低了傳感器干電容值中的寄生電容值，提高了傳感器干電容值精度，同時(shí)接線盒上設(shè)計(jì)的應(yīng)力緩沖裝置有效防止了由于飛機(jī)振動(dòng)環(huán)境下飛機(jī)電纜與傳感器接線柱之間的連接不穩(wěn)現(xiàn)象。兩根空間垂直的定位銷8對(duì)燃油介電常數(shù)感應(yīng)體進(jìn)行的同心定位和分別采用同心定位組件對(duì)主電容管相對(duì)位置進(jìn)行的定位，保證了內(nèi)管3和中心管4的同心安裝。提高了耐震特性。安裝于燃油油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23端部的鋼芯19，空心襯套20有效防止了飛機(jī)上振動(dòng)條件下內(nèi)管3和中心管4之間產(chǎn)生的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，
采用增強(qiáng)尼龍制成的補(bǔ)償管護(hù)套片I及油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23測(cè)量部分的護(hù)套片18分別開(kāi)有長(zhǎng)圓弧孔和圓孔，能夠使進(jìn)入傳感器感應(yīng)體內(nèi)的燃油污染物迅速流出，防止了燃油污染物沉積或阻塞燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22和燃油油位高度信號(hào)測(cè)量部分，同時(shí)能夠起到閃電防護(hù)的作用，從而消除了燃油污染物對(duì)傳感器有效電容值的影響。

本發(fā)明還可以用于汽車油箱、油罐車、鐵路機(jī)車、油庫(kù)等油位的精確測(cè)量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)任何可動(dòng)或彈性元部件，耐沖擊、精度高、性能穩(wěn)定；安裝方便、可靠性高、維護(hù)量極少，一般情況下，不必進(jìn)行維修?？砂惭b在各種場(chǎng)合對(duì)汽油、柴油、液壓油等油位進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，也可用于高溫油位測(cè)量，且測(cè)量值不受被測(cè)液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響。輸出信號(hào)具有一定的阻尼時(shí)間，可消除因振動(dòng)、顛簸引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)。


圖1本發(fā)明電容式油位傳感器主視圖。圖2是圖1接線屏蔽盒的俯視圖。圖3是圖1的使用狀態(tài)參考示意圖。圖中:1補(bǔ)償管護(hù)套片，2鉚釘，3內(nèi)管，4中心管，5第一補(bǔ)償管，6第二補(bǔ)償管，7第三補(bǔ)償管，8補(bǔ)償管軸銷，9接線套管，10接線柱，11護(hù)套，12定位銷，13活動(dòng)安裝支架，14壓線片，15.接線屏蔽盒組件，16固定安裝支架，17定位組件，18護(hù)套片，19鋼芯，20空心襯套，21圓形鋼帶卡環(huán)，22燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器，23油位高度信號(hào)主感應(yīng)體，24止動(dòng)墊圈，25螺栓，26中心管接線端子，27內(nèi)管信號(hào)接線端子，28補(bǔ)償管信號(hào)接線端子，29屏蔽接線端子，30應(yīng)力緩沖壓線片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。參加圖1。本發(fā)明提供的電容式油位傳感器，包括，一個(gè)由兩根同心金屬管體構(gòu)成的油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23和同軸連接在上述油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23頭部的燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22。燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22由三根同心套繞在上述油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23中心管4頭部上的金屬管體組成，并組成了測(cè)量燃油介電常數(shù)ε 的三個(gè)同軸并聯(lián)式電容器，該并聯(lián)式電容器由兩根在空間上互為垂直，上下位相隔的補(bǔ)償管軸銷8徑向定位，并通過(guò)屏蔽導(dǎo)線電連屏蔽板。位于最內(nèi)層的中心管4通過(guò)燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22臺(tái)階頭部端面向軸向延伸，形成輔助油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23。三根同軸裝配為一體的金屬管體組成了三個(gè)測(cè)量燃油介電常數(shù)ε 的同軸并聯(lián)式電容器，三個(gè)形電容器的電容值之和C1= CJCfC3，該電容值C1與燃油介電常數(shù)ε 成正比關(guān)系，式中=C1是中心管4與補(bǔ)償管5之間形成的電容，C2是第一補(bǔ)償管5與第二補(bǔ)償管6之間形成的電容，C3是第二補(bǔ)償管6與第三補(bǔ)償管7之間形成的電容。同心主感應(yīng)體油位高度信號(hào)形成了比例關(guān)系的電容值Cx。每個(gè)等距間隔的電容管體之間均制有用于通過(guò)屏蔽導(dǎo)線的接線套管9。燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22的感應(yīng)體與燃油油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23的信號(hào)感應(yīng)體將中心管4做為公用管，通過(guò)中心管4與第一補(bǔ)償管5、第二補(bǔ)償管6和第三補(bǔ)償管7組成燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22。燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22的圓柱管體圓周上設(shè)有通過(guò)鉚釘2固定在第三補(bǔ)償管7上的補(bǔ)償管護(hù)套片1，補(bǔ)償管護(hù)套片I包裹在燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22端口。兩根用于同心定位中心管4、第一補(bǔ)償管5、第二補(bǔ)償管6、第三補(bǔ)償管7的補(bǔ)償管軸銷8在空間上互為垂直，上下位相隔一定距離進(jìn)行徑向定位。中心管4與第二補(bǔ)償管6，第一補(bǔ)償管5與第三補(bǔ)償管7之間的屏蔽連接導(dǎo)線通過(guò)接線套管9后連接在一起。第一補(bǔ)償管5與第三補(bǔ)償管7引出的信號(hào)線通過(guò)接線套管進(jìn)入內(nèi)管，并連接到接線屏蔽盒15的銀白色焊接處，構(gòu)成燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22的信號(hào)返回端。在油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23中心管4的筒體上，分段設(shè)有通過(guò)定位銷12徑向穿越管體的包裹護(hù)套11，并由圓形鋼帶卡環(huán) 2 1固定，與定位組件17 —起共同保持燃油油位感應(yīng)部件內(nèi)管3和中心管4之間的同心定位。在油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23的尾端設(shè)有用穿過(guò)內(nèi)管3和中心管4的鋼芯19和空心襯套20，經(jīng)護(hù)套片11的限位作用，保證剛芯和空心襯套不徑向脫出，而后通過(guò)柳釘將護(hù)套片18固定在傳感器中心管4的端部。以此保證內(nèi)管3和中心管4軸向相對(duì)位置固定。參閱圖2。接線屏蔽組合件15以鉚釘固定在中心管4的中部，燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22通過(guò)屏蔽導(dǎo)線電連屏蔽板，與設(shè)置在接線盒組合件15內(nèi)的屏蔽板、接線柱、應(yīng)力緩沖裝置集成于一體。接線盒組合件15為熱塑壓式屏蔽盒。油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23和油位燃油介電常數(shù)感應(yīng)器22共用電壓輸入信號(hào)V，電壓輸入信號(hào)V由接線盒屏蔽組合件15的中心管4接線端子26引入。內(nèi)管3與接線盒屏蔽組合件15的端子，內(nèi)管信號(hào)接線端子27相連，返回油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23的電流信號(hào)Ix。第一補(bǔ)償管5和第二補(bǔ)償管6連接后引線通過(guò)內(nèi)管3內(nèi)部后與接線盒屏蔽組合件15的補(bǔ)償管信號(hào)接線端子28相連，返回燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22的電流信號(hào)I”
接線盒屏蔽組合件15屏蔽接線端子29與集成在接線盒內(nèi)部的電容屏蔽板相連，電容屏蔽板是用于連接傳感器所有屏蔽導(dǎo)線的屏蔽層。為防止插錯(cuò)，中心管接線端子26，內(nèi)管信號(hào)接線端子27，補(bǔ)償管信號(hào)接線端子28，屏蔽接線端子29外徑尺寸不同。集成在接線盒屏蔽組合件15上的止動(dòng)墊圈24通過(guò)螺栓25固聯(lián)組成的應(yīng)力緩沖裝置用于固定外部的連接導(dǎo)線，以緩沖應(yīng)力。中心管信號(hào)接線端子26、內(nèi)管信號(hào)接線端子27、補(bǔ)償管信號(hào)接線端子28，屏蔽接線端子29等零件采用模具熱塑壓成型的方式集成固定于接線盒屏蔽組合件之中。參閱圖3。電容式油位傳感器裝于油箱之中，通過(guò)活動(dòng)安裝支架13和固定安裝支架16安裝在油箱中，固定安裝支架16通過(guò)鉚釘2固定在中心管4上，兩個(gè)鉚釘將活動(dòng)安裝支架13限定在可活動(dòng)的范圍之內(nèi)，以便于安裝在油箱接口上。燃油燃油介電常數(shù)測(cè)量感應(yīng)器22位于油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23的下端，并始終淹沒(méi)在燃油之中。燃油油位傳感器的工作方式為，傳感器中心管4通過(guò)中心管接線端子26接收來(lái)自燃油油量測(cè)量控制系統(tǒng)的正弦電壓信號(hào)V，正弦電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)Cx和C1后，轉(zhuǎn)變成與Cx和Cj成比例關(guān)系的電流信號(hào)込和。，込和Ij分別通過(guò)內(nèi)管信號(hào)接線端子27、補(bǔ)償管信號(hào)接線端子28，輸出給燃油測(cè)量控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃油油位和燃油介電常數(shù)的測(cè)量。分別位于接線屏蔽盒兩邊，固聯(lián)在油位高度信號(hào)主感應(yīng)體23上的同心定位組件的護(hù)套11的材料是增強(qiáng)尼龍，定位銷12的材料是聚全氟乙丙烯樹(shù)脂。
權(quán)利要求
1.一種耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，包括被厚模集成在一個(gè)模塊內(nèi)的激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生電路、檢測(cè)電路、調(diào)制解調(diào)電路和脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征在于，在激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生電路中，控制端設(shè)有開(kāi)關(guān)K4和電容C15的RC橋式正弦波振蕩電路，串聯(lián)功率放大電路，RC橋式正弦波振蕩電路通過(guò)功率放大電路產(chǎn)生的兩個(gè)交流激勵(lì)信號(hào)，分別通過(guò)正、負(fù)相電壓跟隨電路激勵(lì)耗量傳感器兩端，使耗量傳感器在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中形成一個(gè)調(diào)制載波信號(hào)，該調(diào)制載波信號(hào)經(jīng)上述調(diào)制解調(diào)電路濾波、檢波、放大、比較后，送入脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路，生成一個(gè)供微處理器識(shí)別的脈沖信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生電路包括:依次串聯(lián)的RC橋式正弦波振蕩電路、功率放大電路和雙相電壓跟隨電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述RC橋式正弦波振蕩電路包括，由串聯(lián)在電阻R39與電阻R37之間的電容Cl3和串聯(lián)在運(yùn)算放大器U23C反向端的電容C23構(gòu)成的RC振蕩橋。
4.如權(quán)利要求3所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述振蕩橋具有選頻作用，高頻信號(hào)被電容C23吸收，低頻信號(hào)被電容C13吸收，且只能輸出固定頻率的信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述雙相電壓跟隨電路，包括并聯(lián)在功率放大電路和耗量傳感器之間正相放大電路和負(fù)相放大電路。
6.如權(quán)利要求1所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:檢測(cè)電路并聯(lián)在RC橋式正弦波振蕩電路和所述負(fù)相放大電路之間。
7.如權(quán)利要求1所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:調(diào)制解調(diào)電路包括:依次與串聯(lián)脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的耗量傳感器、濾波電路、檢波電路、放大電路和比較電路。
8.如權(quán)利要求1所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生電路中的RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)固定頻率為4KHZ的正弦波，經(jīng)功率放大電路放大和雙相電壓跟隨電路后，形成頻率都為4KHZ，幅值為10V，13V，相位相差180°的2個(gè)交流激勵(lì)信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:在RC橋式正弦波振蕩電路中，串聯(lián)在運(yùn)算放大器U23C正向端接點(diǎn)兩邊的電阻R44、電阻R45與接地電容C15構(gòu)成了一個(gè)電壓型負(fù)反饋放大電路。
10.如權(quán)利要求9所述的耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述電壓型負(fù)反饋放大電路是上述RC振蕩橋的起振電路，當(dāng)起振電路中的電阻R44>2R45時(shí)，RC振蕩橋起振，產(chǎn)生正弦振蕩波信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)R44、R45構(gòu)成的電壓負(fù)反饋達(dá)到輸出電壓平衡。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種耗量信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，包括被厚模集成在一個(gè)模塊內(nèi)的激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生電路、檢測(cè)電路、調(diào)制解調(diào)電路和脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路。在激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生電路中，串聯(lián)功率放大電路的RC橋式正弦波振蕩電路，控制端設(shè)有開(kāi)關(guān)K4和電容C15 ，RC橋式正弦波振蕩電路通過(guò)功率放大電路產(chǎn)生的兩個(gè)交流激勵(lì)信號(hào)，分別通過(guò)正、負(fù)相電壓跟隨電路激勵(lì)耗量傳感器兩端，使耗量傳感器在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中形成一個(gè)調(diào)制載波信號(hào)，該調(diào)制載波信號(hào)經(jīng)上述調(diào)制解調(diào)電路濾波、檢波、放大、比較后，送入脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路，生成一個(gè)供微處理器識(shí)別的脈沖信號(hào)。本發(fā)明體積小，功耗低，可靠性高，避免了現(xiàn)有技術(shù)PCB板占據(jù)大量裝配空間的缺陷，能檢測(cè)飛機(jī)上耗量傳感器的故障信息。
文檔編號(hào)G01F23/26GK103148914SQ20131005189
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月18日
發(fā)明者姜樂(lè), 莊曉瑋, 黃華輝, 唐文龍 申請(qǐng)人:成都泛華航空儀表電器有限公司