接觸式油位測量變送器的工作原理及設計

今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權專利——接觸式油位測量變送器。該專利由四川泛華航空儀表電器有限公司申請，并于2017年3月22日獲得授權公告。

內容說明

本實用新型涉及一種主要用于測量飛行器燃油油位高度和燃油溫度的接觸式油位測量變送器。

發(fā)明背景

電容式油位傳感器是利用正負探極間充入液體介質形成的電容隨著液位呈線性變化，將電容的變化量（即液位的變化量）轉換成標準的電信號輸出。通常一般的電容式油位測量傳感器的傳感部分是一個同軸的容器，當油進入容器后引起傳感器管體和感應電極之間電容量的變化，這個變化量通過溫度補償電路的轉換來進行線性和溫度補償，輸出4～20mA或0～5V標準信號供給顯示儀表。由于電路中的雙向開關和運算放大器等模擬元件容易受到工作環(huán)境溫度變化的影響，致使電路的輸出有較大的溫度漂移。這樣的溫度漂移值對測量飛行器燃油油位質量檢測精度的影響比較大，因此，需要對其進行補償。一般情況是由試驗得到電容測量電路的輸出電壓隨溫度變化的規(guī)律，采用單片機技術對電路進行溫度補償來減小溫度漂移。

現有技術中測量飛行器燃油油位的電容式傳感器，存在不足之處在于：（1）傳感器不具有燃油溫度測量部件，因此無法補償由于燃油溫度變化而給燃油油位測量帶來的誤差。（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題。（3）燃油污染物經常沉積在安裝于傳感器兩端的護套片上，導致傳感器的電容值嚴重超差，產生較大的寄生電容值。（4）燃油箱內的電纜在連接到傳感器的信號引出端之后，沒有有效的應力緩沖裝置，在飛機使用環(huán)境中，導線的擺動對接線端子連接的接線片或接線環(huán)產生較大的沖擊力，容易導致連接松動。

發(fā)明內容

本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足之處，提供一種同心定位精度高，耐震特性強，能夠降低傳感器干電容值中的寄生電容值，并能補償燃油的溫度變化引起的燃油油位測量誤差，在結構和功能上解決以上問題的接觸式油位測量變送器。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種接觸式油位測量變送器，包括，三根同軸裝配為一體的金屬管體組成的油位高度測量模塊4和固定在油位高度測量模塊底端的溫度補償模塊9，其特征在于，外層金屬管體10作為整個傳感器的屏蔽外管以及固定支撐作用，中層金屬管體11和內層金屬管體12輸出與浸油高度成比例的油位高度信號電容值C，且三根金屬管體由三個在空間上均布分布，上下位相隔的內襯墊13、外襯墊15和銷子14徑向定位，底端通過導桿5和鋁托盤7同軸固定有溫度補償模塊9，溫度補償模塊9通過鋁托盤7和導桿5固定在金屬管體的底端正中央，接線套管16將油位高度測量模塊4的電容值C和溫度補償模塊9的電阻值R通過管體中的導桿5輸出，將轉變成與電容C和電阻值R成比例關系的電流信號IC和IR，通過屏蔽導線（17）連接的插座（19）傳輸到燃油測量控制系統(tǒng)。

本實用新型相比于現有技術具有如下有益效果：同心定位精度高。本實用新型三根金屬管體由三個在空間上均布分布，上下位相隔的內襯墊13、外襯墊15和銷子14徑向定位；各三個在同一徑向平面均布分布的內襯墊13、外襯墊15和銷子14，沿軸向在相隔一定間距裝配另外兩組，共九組用以確保金屬管體的同心安裝。在底端通過導桿5和鋁托盤7固定上同軸的溫度補償模塊9。結構簡單，同心定位精度高，傳感器的管間定位方式采用新結構的組件定位方式，工藝性良好，能夠解決以往傳感器同心定位精度不高的問題。無任何可動或彈性元部件，耐沖擊、精度高、性能穩(wěn)定；安裝方便、可靠性高、維護量極少，一般情況下，不必進行維修。溫度補償模塊9通過鋁托盤7和導桿5。

能夠降低傳感器干電容值中的寄生電容值。本實用新型將溫度補償模塊9固定金屬管體的正中央底端，精確的補償輸出的溫度漂移，同時使用鋁襯套8、兩管襯套3和三根同心金屬管體對溫度補償模塊9做保護，同時能夠起到閃電防護的作用，從而消除了燃油污染物對傳感器有效電容值的影響。內部兩根金屬管體11和12測量油位高度信號，最外層金屬管體10用以屏蔽外界干擾信號，并且將油位高度測量模塊4的電容值C和溫度補償模塊9的電阻值R通過管體中的導桿5輸出，轉變成與C和R成比例關系的電流信號IC和IR到燃油測量控制系統(tǒng)，通過溫度補償模塊9對燃油油位測量誤差起到補償作用，降低了傳感器干電容值中的寄生電容值，能有效測量燃油油箱的溫度變化，消除了燃油介質因熱脹冷縮引起的誤差。傳感器增加溫度補償功能，自動修正由于溫度不同帶來的誤差。經過精確的溫度補償和線性修正，具有高精度、高穩(wěn)定性和持續(xù)測量等優(yōu)點，直接通過測量油箱油量來取得油耗值，不對油路系統(tǒng)/管道造成任何作用和影響。且測量值不受被測液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響。溫度補償模塊采用高度集成的專用IC芯片，經過精確的溫度補償和線性修正，轉換成標準可被計算機等識別的信號，電容式液位傳感器具有現場校準功能，用戶可進行零點、任意截斷長度、量程自動校準，以適應各種惡劣或者復雜場所的應用。

提高了耐震特性。本實用新型用三個相互絕緣的同軸金屬管體組成油位高度測量模塊4，其中最外層作為屏蔽管阻止外界干擾信號，內部兩層管測量油位信號，底端固定上同軸的溫度補償模塊9，依靠測量傳感器中介質的變化，獲取油位的高度和油量，并實施溫度補償和傾角補償，實驗結果表明，能夠準確的以全量程線性化測量和顯示，而且抗干擾能力極強，能耐受2萬伏的高壓電火花干擾30秒鐘，變頻器、高功率電臺以及其他強干擾設備對其測量結果。通過安裝于金屬管體兩端的兩管襯套3和調節(jié)墊圈1有效防止了飛機上振動條件下三根同心金屬管體10、11和12之間產生的軸向相對運動。在導桿5與內金屬管體12之間采用密封處理，同時將兩管襯套3和鋁襯套8采用中間開圓孔，能夠使浸入傳感器體內的燃油污染物迅速流出，防止了燃油污染物沉積或阻塞溫度測量模塊，輸出信號具有一定的阻尼時間，可消除因振動、顛簸引起的數據波動。

本實用新型用于飛機燃油測量控制系統(tǒng)，同時具有燃油油位高度信號測量和燃油溫度測量等兩個功能。還可以用于汽車油箱、油罐車、鐵路機車、油庫等油位的精確測量?？砂惭b在各種場合對汽油、柴油、液壓油等油位進行準確的測量，也可用于高溫油位測量。