飛機油箱燃油介電常數測量傳感器及其測量儀的製作方法

2023-07-04 15:26:36 1

專利名稱：飛機油箱燃油介電常數測量傳感器及其測量儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種飛機油箱燃油介電常數測量傳感器及其測量儀，屬於測量傳感器及儀器技術領域。
背景技術：
利用電容式傳感器測量油罐車、運油船舶的載油量以及飛機油箱中燃油量時必須測量被測燃油的介電常數。目前的電容式燃油介質測量傳感器的製作採用金屬管電極，其密度均大於2.7Kg/m3。為了保證在動態應用中的穩定和可靠性，要求整體的附加支撐結構具有足夠的重量，以便達到傳感器穩定應用的強度和剛度要求。因此，用於測量油罐車、運油船舶的載油量以及飛機油箱中燃油量時，現有的金屬型電容式燃油介質的測量傳感器體積大、重量重、而且精度低。

發明內容
本發明的目的在於提供一種飛機油箱燃油介電常數測量傳感器及其測量儀，該傳感器及其測量儀具有重量輕、結構簡單、使用可靠的特點。
為達到上述目的，本發明採用下述技術方案加以實現的。一種飛機油箱燃油介電常數測量傳感器，其特徵在於，包括底座3，在底座3的兩端設有安裝螺釘1，該安裝螺釘1上設有接線卡2，接線卡2固定電纜10，在底座3的四個角設有固定螺栓4，該固定螺栓固定連接至少2塊複合板電極5，相鄰的兩塊複合板電極之間通過設在固定螺栓4上的絕緣墊圈8等距離隔開，在奇數的複合板電極的一端上設有電纜接線片7，與接線卡2固定的電纜10連接；在偶數的複合板電極的一端上也設有電纜接線片7，該電纜接線片7與另外的安裝螺釘上的接線卡2固定的電纜10連接；在底座3的中心還設有鉚釘6，該鉚釘將防護罩9固定於複合板電極5之外。
上述的複合板電極為敷銅玻璃纖維複合板電極或碳纖維複合電板極。
包括上述的測量傳感器的飛機油箱燃油介電常數測量儀，其特徵在於，還包括與測量傳感器連接的頻率發生器11，頻率發生器輸出與電容測量變換電路12相接，溫度測量與補償電路13和電容測量變換電路12並聯接於單片機數據採集處理電路14，單片機數據採集處理電路14與顯示器15相連接。
上述的頻率發生器電路包括單片機控制電路、DAC電路、相位移調節電路、濾波電路。
上述的電容測量變換電路包括傳感器測量電容、標準電容、運算放大器電路、濾波電路、相位調節電路、ADC模擬數字變換電路、溫度測量電路、單片機數據處理電路。
本發明的優點在於所採用的敷銅玻璃纖維複合板電極或碳纖維複合電極板重量輕、溫度係數小。因此，傳感器的結構簡單、體積小、重量輕和測量性能得到了提高。所採用的測量電路不僅集成化程度高，而且性能更穩定可靠。


圖1為本發明燃油介電常數測量傳感器結構示意圖。
圖2為本發明燃油介電常數測量儀的結構框圖。
圖中，1為安裝螺釘，2為接線卡，3為底座，4為固定螺栓，5為複合板電極，6為鉚釘，7為電纜夾線片，8為絕緣墊圈，9為防護罩，10為電纜，11為頻率發生器，12為電容測量變換電路，13為溫度測量與補償電路，14為單片機數據採集處理電路，15顯示器。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明加以進一步說明本發明中所採用的燃油介電常數測量傳感器及其測量儀克服了現有的金屬介質測量傳感器的缺點。本發明燃油介電常數測量傳感器所採用的敷銅玻璃纖維板或碳纖維複合電極板材為複合材料(composite materials；composite)。該複合材料是由兩種或兩種以上材料經一定的複合工藝製造出來的一種新型材料。它優點是承載能力強、剛性大，密度值小，約為鋁的60％～40％，其比強度和比模量都比鋁合金高，而且耐腐蝕、抗疲勞、減振性能好、自潤滑性好、具有良好的導電性，構件製造工藝簡單，成型工藝好，取材方便、價格便宜。
圖1所示的燃油介電常數測量傳感器中複合板電極5，採用四塊敷銅玻璃纖維板，它為半徑R為85mm的圓形，厚H為1mm，極板之間的間距為6mm。由測量原理可知，該複合板電極浸入液體介質後，隨著燃油介質在兩個電極間的覆蓋，測量傳感器的電容量就會隨著油介質的不同成比例地變化。介質測量傳感器的電容量與介質之間關係為C=0Sh;]]>式中ε0-介電常數，8.8540F/m；ε-燃油介質的相對介電常數，2.08；S-複合板電極的面積，S＝πR2，mm2；R-電極板半徑；h-電極板間距。有此公式可以得到由四塊相同極板構成的介質測量傳感器的電容量為209pf。其傳感器的高度為22mm，整體高度小於30mm。
在一般的電容式燃油介質傳感器中所採用的電極是金屬密度中較為小的合金鋁，它的密度一般為2.7左右。因此，這種金屬材料所製造的電容式液位傳感器重量大、結構複雜、溫度係數大、測量精度受到限制。
測量儀器由單片機控制一塊集成化的DAC電路再經過相位調節和濾波電路產生穩定的5V交流信號加載到燃油介電常數傳感器上，傳感器的測量電容輸出接到運算放大器的反向輸入端，同時運算放大器的反向端和輸出端跨接一個標準電容。運算放大器的輸出經過濾波器和ADC模擬數字變換電路送到單片機進行數據處理。同時測量電路中的溫度測量電路也將測量過程中的溫度送到單片機進行數據處理，並由顯示器指示被測燃油介電常數的數據。
將本發明所設計四塊相同極板構成的燃油介電常數測量傳感器和鋁合金圓筒式電容介質測量傳感器兩隻傳感器放進同一飛機燃油介質RP-2的箱體內，並置於在溫控箱中，進行比較。設定溫度從-55℃～125℃之間變化，進行同時測量燃油介電常數RP-2的輸出變化。其燃油介電常數的測量結果表明本發明的燃油介電常數測量傳感器與測量儀輸出最大誤差為0.0031，其測量精度小於0.15％；而鋁合金圓筒式電容燃油介電常數測量傳感器的測量精度為0.29％；並且當油箱中的測量燃油下降到250mm時，300mm長度的鋁合金圓筒式電容測量燃油介電常數傳感器已經難於測量；當燃油在油箱中再次下降到100mm時，鋁合金圓筒式燃油介電常數傳感器已無法測量；然而當燃油液位下降到50mm時，對高度為30mm的本發明的燃油介電常數測量傳感器測量介電常數毫無影響。由此說明本發明的的燃油介電常數測量傳感器及其測量儀在飛機燃油介電常數的測量中其性能優於原有的鋁合金圓筒式燃油介電常數測量傳感器。
由於傳感器的材料在國內已經有大量生產的材料，取材方便，價格便宜，性能良好。所製作的傳感器性能穩定可靠。因此，該傳感器可以廣泛地用於國民經濟的工廠、企業以及軍用中測量油品的燃油介電常數的測量之中。
權利要求
1.一種飛機油箱燃油介電常數測量傳感器，其特徵在於，包括底座(3)，在底座(3)的兩端設有安裝螺釘(1)，該安裝螺釘(1)上設有接線卡(2)，接線卡(2)固定電纜(10)，在底座(3)的四個角設有固定螺栓(4)，該固定螺栓固定連接至少2塊複合板電極(5)，相鄰的兩塊複合板電極之間通過設在固定螺栓(4)上的絕緣墊圈(8)等距離隔開，在奇數的複合板電極的一端上設有電纜接線片(7)，與接線卡(2)固定的電纜(10)連接；在偶數的複合板電極的一端上也設有電纜接線片(7)，該電纜接線片(7)與另外的安裝螺釘上的接線卡(2)固定的電纜(10)連接；在底座(3)的中心還設有鉚釘(6)，該鉚釘將防護罩(9)固定於複合板電極(5)之外。
2.按權利要求1所述的飛機油箱燃油介電常數測量傳感器，其特徵在於，複合板電極為敷銅玻璃纖維複合板電極或碳纖維複合電板極。
3.一種包括按權利要求1所述的測量傳感器的飛機油箱燃油介電常數測量儀，其特徵在於，還包括與測量傳感器連接的頻率發生器(11)，頻率發生器輸出與電容測量變換電路(12)相接，溫度測量與補償電路(13)和電容測量變換電路(12)並聯接於單片機數據採集處理電路(14)，單片機數據採集處理電路(14)與顯示器(15)相連接。
全文摘要
本發明公開了一種飛機油箱燃油介電常數測量傳感器及其測量儀。所述的傳感器包括底座，底座設有安裝螺釘，安裝螺釘上設有接線卡，接線卡固定電纜，底座的四個角設有固定螺栓，固定螺栓固定連接複合板電極，複合板電極之間通過設在固定螺栓上的絕緣墊圈等距離隔開，複合板電極上設有電纜接線片，與電纜連接；底座的中心設有鉚釘，將防護罩固定於複合板電極之外。包括傳感器的測量儀，還包括與傳感器連接的頻率發生器，頻率發生器輸出與電容測量變換電路相接，溫度測量與補償電路和電容測量變換電路並聯接於單片機數據採集處理電路，單片機數據採集處理電路與顯示器相連接。本發明的優點在於，結構簡單、體積小、重量輕，測試性穩定可靠。
文檔編號G01N33/28GK101034074SQ20071005701
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月27日 優先權日2007年3月27日
發明者樊玉銘, 王芸 申請人:天津大學