本發(fā)明涉及非腐蝕性液體的高精度液位測(cè)量，尤其涉及一種航空器燃油液位傳感器的免標(biāo)定方法和裝置。

背景技術(shù)：

航空器燃油油量測(cè)量系統(tǒng)關(guān)系到飛機(jī)的安全運(yùn)行，而燃油液位測(cè)量傳感器又是油量測(cè)量系統(tǒng)中的重要組成部分。為此對(duì)燃油液位測(cè)量傳感器提出了高可靠性要求和技術(shù)指標(biāo)要求，可靠性要求在0.9999以上，地面測(cè)量精度優(yōu)于1％，空中測(cè)量精度優(yōu)于2％。目前航空器燃油液位測(cè)量方法主要有超聲波液位測(cè)量方法、磁致伸縮液位測(cè)量方法、光纖液位測(cè)量方法和電容液位測(cè)量方法等。盡管測(cè)量方法有多種，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。超聲波燃油液位傳感器精度較高，可達(dá)到±0.2％水平，但存在5cm以上測(cè)量盲區(qū)、姿態(tài)誤差、氣泡干擾等缺點(diǎn)。磁致伸縮燃油液位傳感器具有精度高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但存在磁浮子卡死等可靠性失效問(wèn)題。光纖燃油液位傳感器具有本質(zhì)安全、抗電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但存在姿態(tài)誤差、耐環(huán)境振動(dòng)能力差等缺點(diǎn)。電容燃油液位傳感器是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的燃油液位測(cè)量傳感器，具有可靠性高、測(cè)值穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但存在溫度誤差、換油誤差、校準(zhǔn)困難等缺點(diǎn)，需要經(jīng)常標(biāo)定以減少誤差。

在檢索到的專利中，有不少專利也提出了能實(shí)時(shí)、在線補(bǔ)償，減少測(cè)量誤差。

專利CN103528642A“一種實(shí)時(shí)修正介電常數(shù)的電容式液位計(jì)及其液位測(cè)量方法”，提出了能夠排除溫度、壓力等環(huán)境影響導(dǎo)致的液位測(cè)量誤差，但是在該專利中指出首次使用該電容式液位計(jì)前，在校準(zhǔn)介質(zhì)中對(duì)所述電容式液位計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，也即在首次使用前需要校準(zhǔn)、標(biāo)定。

專利CN1441232A“具有實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量自動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜筋^電容式液位計(jì)測(cè)量筒”，提出了能實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)補(bǔ)償被測(cè)介質(zhì)介電常數(shù)變化、被測(cè)介質(zhì)對(duì)探極粘附率的變化及氣或汽態(tài)介質(zhì)介電常數(shù)的變化對(duì)測(cè)測(cè)量帶來(lái)影響的一種電容式液位計(jì)測(cè)量筒，但是該專利也同時(shí)指出在使用前需要先用任一種液體介質(zhì)如水，在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下對(duì)三探頭電容式液位計(jì)測(cè)量筒的三個(gè)測(cè)量筒的空筒、滿筒時(shí)電容測(cè)量值及三個(gè)測(cè)量筒滿電容變化各自對(duì)應(yīng)的被測(cè)介質(zhì)液位變化的高度分別進(jìn)行一兩次標(biāo)定，得到一組相關(guān)參數(shù)，之后在實(shí)地測(cè)量時(shí)，用三個(gè)測(cè)量筒電容測(cè)量結(jié)果對(duì)相關(guān)標(biāo)定測(cè)量值進(jìn)行修正計(jì)算，也即在首次使用前需要空筒、滿筒標(biāo)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的安全問(wèn)題，提供一種電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法和裝置，能夠在燃油液位測(cè)量過(guò)程中消除溫度誤差、換油誤差、并且無(wú)需校準(zhǔn)，具體由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

所述電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法，包括如下步驟：

1)將由三個(gè)電容c₁、c₂、c₃組成的傳感器部分置入被測(cè)介質(zhì)中，使得電容c₁未沒(méi)入被測(cè)介質(zhì)中；電容c₃完全沒(méi)入被測(cè)介質(zhì)中，并測(cè)得電容c₁、c₂、c₃對(duì)應(yīng)的電容量C₁、C₂、C₃，所述三個(gè)電容擁有一個(gè)公共電極板與三個(gè)獨(dú)立的電極板，形成所述傳感器；

2)根據(jù)式(1)測(cè)得電容c₂在未沒(méi)入被測(cè)介質(zhì)時(shí)的電容量記作C_2空，其中h₁、h₂分別對(duì)應(yīng)為電容C₁、C₂的極板長(zhǎng)度；

3)當(dāng)所述傳感器測(cè)量被測(cè)介質(zhì)的液位時(shí)，C₂發(fā)生變化，并根據(jù)式(2)得出Δε,Δε表示被測(cè)液體的介電常數(shù)與未浸入液體部分電容的介電常數(shù)的差值，最終根據(jù)式(3)、式(4)得到最終液位h，其中，ε_測(cè)表示被測(cè)液體的介電常數(shù)，ε_空氣表示未浸入液體部分電容的介電常數(shù)，

所述電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述電容c₁、c₃的極板長(zhǎng)度相等。

所述電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟1)中通過(guò)充電時(shí)間測(cè)量功能單元測(cè)取電容c₁、c₂、c₃對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)電容值。

采用所述的電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法的裝置，該裝置包括傳感器與測(cè)量電路，所述傳感器由電容c₁、c₂、c₃組成，所述測(cè)量電路與傳感器通信連接。

所述電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量裝置的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，三個(gè)電容c₁、c₂、c₃擁有公共的極板H，電容c₁、c₂、c₃分別還擁有對(duì)應(yīng)的另一極板h₁、h₂、h₃，極板h₁、h₂、h₃分別引出有導(dǎo)線。

所述電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量裝置的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述電容c₁、c₃的極板h₁、h₃長(zhǎng)度相等。

所述電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量裝置的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述測(cè)量電路包括帶有充電時(shí)間測(cè)量功能單元的單片機(jī)PIC24F16KM204。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明的電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法在測(cè)量液位過(guò)程中與介質(zhì)常數(shù)無(wú)關(guān)，只與電容差比值有關(guān)，而三個(gè)電容在使用過(guò)程中可以直接測(cè)量得到，通過(guò)程序算法可以換算出被測(cè)液位，因此無(wú)需對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。

附圖說(shuō)明

圖1是電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是電容式液位傳感器測(cè)量電路圖。

圖3是軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖3，本實(shí)施例提供的電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法，包括如下步驟：

1)將由三個(gè)電容c₁、c₂、c₃組成的傳感器部分置入被測(cè)介質(zhì)中，使得電容c₁未沒(méi)入被測(cè)介質(zhì)中；電容c₃完全沒(méi)入被測(cè)介質(zhì)中，并測(cè)得電容c₁、c₂、c₃對(duì)應(yīng)的電容量C₁、C₂、C₃，所述三個(gè)電容擁有一個(gè)公共電極板與三個(gè)獨(dú)立的電極板，形成所述傳感器；

2)根據(jù)式(1)測(cè)得電容c₂在未沒(méi)入被測(cè)介質(zhì)時(shí)的電容量記作C_2空，其中h₁、h₂分別對(duì)應(yīng)為電容C₁、C₂的極板長(zhǎng)度；

3)當(dāng)所述傳感器測(cè)量被測(cè)介質(zhì)的液位時(shí)，C₂發(fā)生變化，并根據(jù)式(2)得出Δε,Δε表示被測(cè)液體的介電常數(shù)與未浸入液體部分電容的介電常數(shù)的差值)，最終根據(jù)式(3)、式(4)得到最終液位h，其中，ε_測(cè)表示被測(cè)液體的介電常數(shù)，ε_空氣表示未浸入液體部分電容的介電常數(shù)，

進(jìn)一步的，步驟1)中通過(guò)充電時(shí)間測(cè)量功能單元測(cè)取電容c₁、c₂、c₃對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)電容值。

如上述電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量方法，本實(shí)施例提供一種電容式液位傳感器的免標(biāo)定測(cè)量裝置，該裝置包括傳感器與測(cè)量電路。傳感器在結(jié)構(gòu)上由三部分傳感器組成，第一部分為參考電容傳感器c₁，第二部分為測(cè)量電容傳感器c₂，第三部分為參考電容傳感器c₃，三者材料一致。

如圖1，三個(gè)電容c₁、c₂、c₃擁有公共的極板H，電容c₁、c₂、c₃分別還擁有對(duì)應(yīng)的另一極板h₁、h₂、h₃，極板h₁、h₂、h₃分別引出有導(dǎo)線。電容c₁、c₃的極板h₁、h₃長(zhǎng)度相等。

測(cè)量電路主要由帶有充電時(shí)間測(cè)量功能單元(CTMU)的單片機(jī)PIC24F16KM204組成，參見(jiàn)圖2。測(cè)量時(shí)，通過(guò)后續(xù)測(cè)量電路即自帶充電時(shí)間測(cè)量單元(CTMU)功能的單片機(jī)PIC24F16KM204，將當(dāng)前的三路電容c₁、c₂、c₃轉(zhuǎn)換為時(shí)間，程序中獲取到實(shí)時(shí)電容值之后，按照換算得到第二部分測(cè)量電容傳感器的液位高度，再根據(jù)h＝h_待測(cè)+h₁換算得到需要的液位值，并可將該值直接送到OLED顯示。其中h₁、h₂為已知常數(shù)，傳感器結(jié)構(gòu)確定后，該兩個(gè)參數(shù)即為確定值。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。