接觸式油位測(cè)量變送器的工作原理及設(shè)計(jì)

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

內(nèi)容說(shuō)明

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

發(fā)明背景

電容式油位傳感器是利用正負(fù)探極間充入液體介質(zhì)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(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)輸出。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管體和感應(yīng)電極之間電容量的變化，這個(gè)變化量通過(guò)溫度補(bǔ)償電路的轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行線性和溫度補(bǔ)償，輸出4～20mA或0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)供給顯示儀表。由于電路中的雙向開(kāi)關(guān)和運(yùn)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(duì)測(cè)量飛行器燃油油位質(zhì)量檢測(cè)精度的影響比較大，因此，需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。一般情況是由試驗(yàn)得到電容測(cè)量電路的輸出電壓隨溫度變化的規(guī)律，采用單片機(jī)技術(shù)對(duì)電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償來(lái)減小溫度漂移。

現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)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(cè)量部件，因此無(wú)法補(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）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，產(chǎn)生較大的寄生電容值。（4）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，容易導(dǎo)致連接松動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種同心定位精度高，耐震特性強(qiáng)，能夠降低傳感器干電容值中的寄生電容值，并能補(bǔ)償燃油的溫度變化引起的燃油油位測(cè)量誤差，在結(jié)構(gòu)和功能上解決以上問(wèn)題的接觸式油位測(cè)量變送器。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種接觸式油位測(cè)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(cè)量模塊4和固定在油位高度測(cè)量模塊底端的溫度補(bǔ)償模塊9，其特征在于，外層金屬管體10作為整個(gè)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(nèi)層金屬管體12輸出與浸油高度成比例的油位高度信號(hào)電容值C，且三根金屬管體由三個(gè)在空間上均布分布，上下位相隔的內(nèi)襯墊13、外襯墊15和銷子14徑向定位，底端通過(guò)導(dǎo)桿5和鋁托盤7同軸固定有溫度補(bǔ)償模塊9，溫度補(bǔ)償模塊9通過(guò)鋁托盤7和導(dǎo)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(cè)量模塊4的電容值C和溫度補(bǔ)償模塊9的電阻值R通過(guò)管體中的導(dǎo)桿5輸出，將轉(zhuǎn)變成與電容C和電阻值R成比例關(guān)系的電流信號(hào)IC和IR，通過(guò)屏蔽導(dǎo)線（17）連接的插座（19）傳輸?shù)饺加蜏y(cè)量控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：同心定位精度高。本實(shí)用新型三根金屬管體由三個(gè)在空間上均布分布，上下位相隔的內(nèi)襯墊13、外襯墊15和銷子14徑向定位；各三個(gè)在同一徑向平面均布分布的內(nèi)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(guò)導(dǎo)桿5和鋁托盤7固定上同軸的溫度補(bǔ)償模塊9。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同心定位精度高，傳感器的管間定位方式采用新結(jié)構(gòu)的組件定位方式，工藝性良好，能夠解決以往傳感器同心定位精度不高的問(wèn)題。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。溫度補(bǔ)償模塊9通過(guò)鋁托盤7和導(dǎo)桿5。

能夠降低傳感器干電容值中的寄生電容值。本實(shí)用新型將溫度補(bǔ)償模塊9固定金屬管體的正中央底端，精確的補(bǔ)償輸出的溫度漂移，同時(shí)使用鋁襯套8、兩管襯套3和三根同心金屬管體對(duì)溫度補(bǔ)償模塊9做保護(hù)，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。內(nèi)部?jī)筛饘俟荏w11和12測(cè)量油位高度信號(hào)，最外層金屬管體10用以屏蔽外界干擾信號(hào)，并且將油位高度測(cè)量模塊4的電容值C和溫度補(bǔ)償模塊9的電阻值R通過(guò)管體中的導(dǎo)桿5輸出，轉(zhuǎn)變成與C和R成比例關(guān)系的電流信號(hào)IC和IR到燃油測(cè)量控制系統(tǒng)，通過(guò)溫度補(bǔ)償模塊9對(duì)燃油油位測(cè)量誤差起到補(bǔ)償作用，降低了傳感器干電容值中的寄生電容值，能有效測(cè)量燃油油箱的溫度變化，消除了燃油介質(zhì)因熱脹冷縮引起的誤差。傳感器增加溫度補(bǔ)償功能，自動(dòng)修正由于溫度不同帶來(lái)的誤差。經(jīng)過(guò)精確的溫度補(bǔ)償和線性修正，具有高精度、高穩(wěn)定性和持續(xù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，直接通過(guò)測(cè)量油箱油量來(lái)取得油耗值，不對(duì)油路系統(tǒng)/管道造成任何作用和影響。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。溫度補(bǔ)償模塊采用高度集成的專用IC芯片，經(jīng)過(guò)精確的溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)可被計(jì)算機(jī)等識(shí)別的信號(hào)，電容式液位傳感器具有現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)功能，用戶可進(jìn)行零點(diǎn)、任意截?cái)嚅L(zhǎng)度、量程自動(dòng)校準(zhǔn)，以適應(yīng)各種惡劣或者復(fù)雜場(chǎng)所的應(yīng)用。

提高了耐震特性。本實(shí)用新型用三個(gè)相互絕緣的同軸金屬管體組成油位高度測(cè)量模塊4，其中最外層作為屏蔽管阻止外界干擾信號(hào)，內(nèi)部?jī)蓪庸軠y(cè)量油位信號(hào)，底端固定上同軸的溫度補(bǔ)償模塊9，依靠測(cè)量傳感器中介質(zhì)的變化，獲取油位的高度和油量，并實(shí)施溫度補(bǔ)償和傾角補(bǔ)償，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，能夠準(zhǔn)確的以全量程線性化測(cè)量和顯示，而且抗干擾能力極強(qiáng)，能耐受2萬(wàn)伏的高壓電火花干擾30秒鐘，變頻器、高功率電臺(tái)以及其他強(qiáng)干擾設(shè)備對(duì)其測(cè)量結(jié)果。通過(guò)安裝于金屬管體兩端的兩管襯套3和調(diào)節(jié)墊圈1有效防止了飛機(jī)上振動(dòng)條件下三根同心金屬管體10、11和12之間產(chǎn)生的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)桿5與內(nèi)金屬管體12之間采用密封處理，同時(shí)將兩管襯套3和鋁襯套8采用中間開(kāi)圓孔，能夠使浸入傳感器體內(nèi)的燃油污染物迅速流出，防止了燃油污染物沉積或阻塞溫度測(cè)量模塊，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)。

本實(shí)用新型用于飛機(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)量和燃油溫度測(cè)量等兩個(gè)功能。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?？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。