具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，其由測(cè)量電路和自補(bǔ)償電容式液位傳感器組成，自補(bǔ)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(cè)量過(guò)程中，AA電極接地，同時(shí)作為測(cè)量電容的外電極，而B(niǎo)B電極和CC電極作為內(nèi)電極，飛機(jī)燃油介質(zhì)能夠進(jìn)入AA電極與AB電極之間的腔中。測(cè)量電路的處理芯片內(nèi)嵌有電容補(bǔ)償比值關(guān)系通過(guò)電容補(bǔ)償比值K能夠計(jì)算出被測(cè)液位的高度h。本發(fā)明的電容液位傳感器可以消除由溫度以及介質(zhì)變化引起的空氣、燃油介電常數(shù)變化帶來(lái)的影響，減少了重復(fù)標(biāo)定的繁瑣過(guò)程。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，更特別地說(shuō)，是指一種具有自補(bǔ)償 電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)。采用自補(bǔ)償電容式液位傳感器采集飛機(jī)燃油 油量、能夠消除溫度W及被測(cè)液體介質(zhì)（飛機(jī)燃油）變化對(duì)該傳感器測(cè)量帶來(lái)的影響。

【背景技術(shù)】
[0002] 飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)是飛機(jī)燃油保障系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置，它的測(cè)量結(jié)果是飛 行員決定飛機(jī)飛行航程的依據(jù)之一。燃油油量測(cè)量系統(tǒng)傳感器的功能是飛機(jī)在水平飛行 時(shí)，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量每組油箱的剩余油量W維持對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)供油，使飛機(jī)能夠正 常的飛行。
[0003] 2007年10月第24卷第5期《沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)》中公開(kāi)了 "電容式傳感 器在飛機(jī)燃油測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用"。當(dāng)不考慮邊緣效應(yīng)時(shí)，電容器的總電容量特性方程為

【權(quán)利要求】
1. 一種具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有測(cè)量電 路板（40)、上位機(jī)（10);其特征在于：還包括有電容式液位傳感器（30)、電容-液位轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊（20)第一方面用于接收上位機(jī)（10)輸出的啟動(dòng)測(cè)量指令F;第 二方面用于接收第一路去干擾電容信號(hào)A2b(h)、第二路去干擾電容信號(hào)A3(h)、第三路去干 擾電容信號(hào)A4(h)、接地電容信號(hào)C2A(h);第三方面將所述的去干擾電容信號(hào)A2b (h)、A3(h)、 A4Qi)分別與接地電容信號(hào)C2A (h)組成三路完整電容信號(hào)，即第一路完整電容信號(hào)為>(h)、 第二路完整電容信號(hào)(h)、第三路完整電容信號(hào)J4?（h)。 電容式液位傳感器（30)通過(guò)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(hào)C2B(h);另一方面采用驅(qū)動(dòng)電纜方式消除電容信號(hào)C2B(h)中的連接 電纜的寄生電容干擾信號(hào)，得到AB電極（2B)產(chǎn)生的去干擾電容信號(hào)A2b(h)。所述連接電 纜的寄生電容干擾信號(hào)是由AB電極（2B)與電路板之間的連接導(dǎo)線產(chǎn)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(hào)C3(h);另一方面采用驅(qū)動(dòng)電纜方式消除電容信號(hào)C3(h)中的連接 電纜的寄生電容干擾信號(hào)，得到BB電極（3A)產(chǎn)生的去干擾電容信號(hào)A3(h)。所述連接電纜 的寄生電容干擾信號(hào)是由BB電極（3A)與電路板之間的連接導(dǎo)線產(chǎn)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(hào)C4(h);另一方面采用驅(qū)動(dòng)電纜方式消除電容信號(hào)C4(h)中的連接 電纜的寄生電容干擾信號(hào)，得到CC電極（4A)產(chǎn)生的去干擾電容信號(hào)A4(h)。所述連接電纜 的寄生電容干擾信號(hào)是由CC電極（4A)與電路板之間的連接導(dǎo)線產(chǎn)生的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，其 特征在于：電容式液位傳感器（30)包括有測(cè)量電容組件（2)、第一補(bǔ)償電容組件（3)、第二 補(bǔ)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(bǔ)償電容組件（3)與第二補(bǔ)償電容組件（4)的結(jié)構(gòu)相 同。 測(cè)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(zhǎng)度相同，AB電極（2B)套接在AA電極（2A)內(nèi)，且保持同軸。 AA電極（2A)為空心圓柱結(jié)構(gòu)，AB電極（2B)為空心圓柱結(jié)構(gòu)；AA電極（2A)的下端設(shè) 有供銷(xiāo)釘（51)穿過(guò)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(nèi)壁與AB電極（2B)的個(gè)壁之間有一介質(zhì)流動(dòng)腔（2C)。 第一補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(guò)在BB電極（3A)的兩個(gè)凸耳上安裝螺釘螺母，實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，A連接件（3B)的一端為圓環(huán)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(huán)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(bǔ)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(jié)構(gòu)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(guò)在CC電極（4A)的兩個(gè)凸耳上安裝螺釘螺母，實(shí) 現(xiàn)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(huán)體（5A)，底座（5)的另一端是下環(huán)體（5B)，上環(huán)體（5A)與下環(huán) 體（5B)之間是內(nèi)凹環(huán)體（5C)，內(nèi)凹環(huán)體（5C)上設(shè)有供銷(xiāo)釘（51)穿過(guò)的螺紋孔（5C1)，底 座（5)的中部設(shè)有電極支撐圓柱（5E)，電極支撐圓柱（5E)與上環(huán)體（5A)的內(nèi)壁之間是內(nèi) 環(huán)腔（5D)，電極支撐圓柱（5E)的中心是A沉頭通孔（5E1);下環(huán)體（5B)的端面上設(shè)有凹凸 槽，下環(huán)體（5B)的中部設(shè)有B沉頭通孔（5B1)。A沉頭通孔（5E1)、B沉頭通孔（5B1)用于 介質(zhì)流過(guò)。AB電極（2B)的下端套接在電極支撐圓柱（5E)上。 法蘭（7)上設(shè)有上安裝環(huán)體（7A)、下安裝環(huán)體（7B)和法蘭盤(pán)體（7C)。 上安裝環(huán)體（7A)的中部為空腔（7A1)，空腔（7A1)內(nèi)設(shè)有凸臺(tái)（7A2)和安裝板（7A5)， 凸臺(tái)（7A2)上安裝有用于支撐電路板（40)的凸圓柱（7A3);安裝板（7A5)上設(shè)有供安裝釘 (81) 穿過(guò)的CA通孔（7A6)、供導(dǎo)線、電纜穿過(guò)的CB通孔（7A7)，安裝板（7A5)上安裝有壓板 (82) ，通過(guò)安裝釘（81)實(shí)現(xiàn)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(huán)體（7A)的外環(huán)上設(shè)有供安裝航空卡頭（6)的平切板面（7A4)。 下安裝環(huán)體（7B)的中部為放置安裝座（8)的空腔（7B1)，法蘭盤(pán)體（7C)的一端面上設(shè) 有多個(gè)沉頭通孔（7C1)、CC通孔（7C2)，通過(guò)沉頭通孔（7C1)或者CC通孔（7C2)與螺釘配 合實(shí)現(xiàn)電容式液位傳感器與油箱結(jié)構(gòu)件的安裝； 蓋板（1)與法蘭（7)的上安裝環(huán)體（7A)之間安裝有E密封圈（IA)，蓋板（1)通過(guò)螺釘 (IB)固定在法蘭（7)的上安裝環(huán)體（7A)上。 上安裝環(huán)體（7A)的空腔（7A1)內(nèi)安裝有電路板（40)、壓板（82)，電路板（40)通過(guò)電 路板安裝釘（40A)與凸臺(tái)（7A2)上的凸圓柱（7A3)配合，實(shí)現(xiàn)電路板（40)與法蘭（7)的固 定。 下安裝環(huán)體（7B)的空腔（7B1)內(nèi)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(shè)置有A密封圈（83)，安裝座⑶的外環(huán)腔（8C)與第一堵 頭（9A)之間設(shè)置有B密封圈（91)和C密封圈（92)，安裝座（8)的內(nèi)環(huán)腔（8D)與第二堵頭 (9B)之間設(shè)置有D密封圈（93)。 通過(guò)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(huán)腔（8C)中，第二堵頭（9B)置 于安裝座⑶的內(nèi)環(huán)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(nèi)壁與第一堵頭（9A)的外壁連接，AB電極（2B)的上端內(nèi)壁 與第二堵頭（9B)的外壁連接。 安裝座（8)的底板（8A)上設(shè)有供安裝釘（81)穿過(guò)的CF通孔（8A1)和供導(dǎo)線、電纜穿 過(guò)的CG通孔（8A2)，安裝座（8)的環(huán)體（8B)上設(shè)有開(kāi)口橢圓孔（8B1)、減重孔（8B2)，安裝 座（8)的內(nèi)部設(shè)有用于放置AA電極（2A)上端的外環(huán)腔（8C)和用于放置AB電極（2B)上 端的內(nèi)環(huán)腔（8D)。 第一堵頭（9A)上設(shè)有C圓柱段（9A1)、凸齒段（9A2)和B收縮段（9A3)，B收縮段（9A3) 設(shè)置在C圓柱段（9A1)與凸齒段（9A2)之間，凸齒段（9A2)上間隔分布設(shè)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(nèi)壁套接。C圓柱段（9A1)的端面上設(shè)有用于放置安裝釘（81)的B螺紋盲 孔（9A11); 第二堵頭（9B)上設(shè)有A圓柱段（9B1)、B圓柱段（9B2)和A收縮段（9B3)，A收縮段 (9B3)設(shè)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(dǎo)線、電纜穿過(guò)，A圓柱段（9B1)上設(shè)有用于放置安裝釘（81)的 A螺紋盲孔（9B11)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，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(cuò)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，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(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，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(dǎo)電材料 加工，如聚四氟乙烯、橡膠、PVC等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，其 特征在于：第一堵頭（9A)、第二堵頭（9B)材質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，其 特征在于：電容-液位轉(zhuǎn)換模塊20的電路連接（如圖2所示）為：?jiǎn)纹瑱C(jī)Ul的1管腳接 3. 3V電源，且1管腳經(jīng)電容C2接數(shù)字地，2管腳經(jīng)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(shù)字地，雙向二極管U7的1管腳接數(shù)字地；Ul的1管腳與2管 腳之間串聯(lián)有電阻R2、電阻R3和電阻R4,電阻R2與電阻R3之間連接復(fù)位電路；復(fù)位電路 經(jīng)電容Cl接數(shù)字地，復(fù)位開(kāi)關(guān)Sl的一端接數(shù)字地，復(fù)位開(kāi)關(guān)Sl的另一端經(jīng)二極管D4接 3. 3V電源，復(fù)位開(kāi)關(guān)Sl的另一端經(jīng)電阻R7接3. 3V電源，復(fù)位開(kāi)關(guān)Sl的另一端經(jīng)電容C8 接數(shù)字地，復(fù)位開(kāi)關(guān)Sl的另一端經(jīng)電容C9接數(shù)字地；Ul的6管腳接模擬地，7管腳經(jīng)電解 電容C3接模擬地，8管腳經(jīng)電容C4接模擬地，8管腳經(jīng)電容C5接模擬地，8管腳接3. 3V電 源；9管腳經(jīng)電容ClO接數(shù)字地，9管腳經(jīng)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(jīng)磁珠L(zhǎng)l接3. 3V電源；Ul的11管腳經(jīng)電容C7接模擬地，Ul的11管 腳經(jīng)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(jīng)RS422接口（MAX3488芯片）與上 位機(jī)10連接；Ul的32管腳經(jīng)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(shù)字地，雙向二極管U8的1管腳接數(shù)字地。U2的1管腳經(jīng)電解電容C12接模擬地， 6管腳接3. 3V電源，且6管腳經(jīng)電解電容C13接數(shù)字地；9管腳經(jīng)電容C14接模擬地，10管 腳經(jīng)電容C24接模擬地，16管腳經(jīng)電阻R15接3. 3V電源，17管腳接模擬地，18管腳經(jīng)電阻 Rll接模擬地，19管腳接3. 3V電源，20管腳經(jīng)電阻R31接3. 3V電源，21管腳經(jīng)電阻Rl3接 3. 3V電源，23管腳經(jīng)電阻R12接3. 3V電源，管腳24接模擬地，管腳25經(jīng)電容C23接模擬 地，27管腳經(jīng)參考電容Cref接模擬地。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃油油量測(cè)控系統(tǒng)，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(yùn)算放大器U9A的3 管腳連接，2管腳與運(yùn)算放大器U9A的2管腳連接。接口P3的3管腳與運(yùn)算放大器U9B的 5管腳連接，4管腳與運(yùn)算放大器U9B的6管腳連接。接口P3的5管腳與運(yùn)算放大器UlO 的3管腳連接，6管腳與運(yùn)算放大器UlO的2管腳連接。運(yùn)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(jīng)電容C44接模擬地。運(yùn)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(jīng)電容 C45接模擬地。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自補(bǔ)償電容式液位傳感器的飛機(jī)燃 油油量測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于：測(cè)量電容與補(bǔ)償電容之間的電容關(guān)系為
【文檔編號(hào)】G01F23/26GK104501907SQ201410670423
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】袁梅, 豆紅麗, 董韶鵬, 龐卓, 張蓓 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)