CN102183283A - 电容式液位测量探针 - Google Patents

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Abstract

电容式液体测量探针(10)包括向下延伸到油箱内的两个同心金属管(12)和(14)。同心金属管(12)和(14)形成电容器的板。在喷气发动机测试期间探针(10)通过检测两个同心金属管(12)和(14)之间的电容变化来测量箱中的油位，电容变化是由油位变化造成的。测量电路(30)包括热补偿电阻器和温度稳定检测器。测量电子电路封装单独地容纳并且经由电缆(44)连接到探针(10)，使得电路(30)可远离探针(10)在其中操作的热环境进行布置。

Description

电容式液位测量探针
背景技术
电容式油位测量装置根据以下原理工作：当液体引入于板之间时检测在两个绝缘金属板之间的电容变化。典型地，这些装置采用小直径管道作为电容器的一个板，该小直径管道位于用作第二板的较大管道内。电子处理器连接到两个板且将电容变化转变成电压水平，该电压水平发送到读出系统来指示所存在的液体的加仑。这种探针在来自由Meggitt Avionics，Inc.，Manchester，New Hampshire制造的P/N74-113-1的现有技术中已知。
在使用中，这些探针安装在铝制油箱的顶部，其中探针端向下延伸到油内达到箱底部附近的位置。这种探针通常可测量大约8加仑低至1.5加仑的范围。现有技术探针的电子器件部分直接安装在探针的顶部，从而将来自油的任何热转移到电子构件。电子构件(诸如晶体管、电阻器等)为热敏感的且随着每次温度的增量变化而改变特征。这些箱中的油能达到超过100摄氏度的温度。现有技术探针不具有热补偿且因此经受热漂移。由于现有技术探针加热时的这种热漂移，它的输出增加，从而使之显示：在运行发动机之后可用的油多于在运行发动机之前可用的油。显然，这是错误的且不期望的结果。
此外，由于热和振动，已知这种现有技术探针向它的电子器件隔室内漏水，从而更加不利地影响它的操作。
发明内容
电容式液位测量探针包括向下延伸到油箱内的两个同心金属管。同心金属管形成电容器的板。在喷气发动机测试期间，探针通过检测两个同心金属管之间的电容变化来测量箱中的油位，电容变化是由油位变化造成的。测量电路包括热补偿电阻器和/或二极管和温度稳定检测器。测量电子电路封装单独地容纳并且经由电缆连接到探针，使得电路可远离探针在其中操作的热环境进行布置。
附图说明
图1示出本发明的探针的简化侧视图。
图2为根据本发明采用的电子器件的方块图。
图3以示意形式示出图2中检测器电路的更详细图。
图4示出安装于油箱内的根据本发明的探针。
图5示出本发明的探针的凸缘端的特写视图。
图6示出现有技术探针和根据本发明的探针的并排比较。
图7示出根据本发明的电子器件盒。
图8示出图2的电子电路的特写视图。
具体实施方式
这些探针的应用是测量安装于地面测试台上的喷气发动机的测试运行的油耗。发动机通过各种测试运行来检查它的性能且它的油耗必须在严格的限度内。
参看图1，根据本发明的电容式液位测量探针10包括两个金属板，其在图示实施例中为彼此间隔开的两个同心金属管12和14。这对金属管的第一端附连到特氟隆(Teflon)绝缘体16上，特氟隆绝缘体16又联接到凸缘18。凸缘18可由铝制成且用于将探针牢固地安装到油箱上，如图4所示。垫片(未示出)放置在油探针上的凸缘18与箱之间，然后探针10通过螺栓牢固地连接到箱上。当探针安装在油箱中时，这对金属管的第二端向下延伸进入油池。
金属管12和14可由铜、钢或不锈钢制成。然而，出于腐蚀考虑，管12和14优选地由阳极化铝或不锈钢制成。使用特氟隆安装件和绝缘体16是由于其耐受高温的能力和其韧性。如上所述，箱里的油能达到超过100摄氏度的温度。
连接器20安装于凸缘18上。它的触点形成在电容器(金属管12和14)的板与远处安装的电子器件封装之间的导电路径。到连接器20的布线使用特殊焊料和助焊剂焊接到管12和14上。特殊助焊剂和焊料为由Harris制造的AL-Solder 500。将线焊接到管上排除了对使用铆钉的需要，铆钉可能会松动。松动的铆钉可成为前文提及的不稳定油位指示的原因，因为现有技术探针具有铆钉连接。
如上文所述，探针10由电缆连接到远处安装的封壳，远处安装的封壳保持检测和放大电路。与将电子器件安装于探针本身上相反，在远处安装电子器件防止电路受到从热油传递的热的不利影响。
图2为根据本发明采用的电子器件部分30的方块图。振荡器运算放大器(Op Amp)32经由第一电缆44(参看图4)向外管12施加大约3伏的恒定水平三角波。此信号由输入前置放大器34获得并放大，输入前置放大器34经由第一电缆44联接到内管14。油和管12和14形成可变电容器。随着油位上升，电容也上升。对于更大电容，因此存在信号到前置放大器34的更大程度的联接。随着箱中油位降低，电压输出也相应地降低。功率调节器块40经由第二电缆46(参照图4)接收28V直流电压和提供电压至Op Amp 32、输入前置放大器34和输出放大器38。输出放大器38经由第二电缆46提供代表油位的输出至读出系统42。读出系统42在显示器(未示出)上示出油位。
我们利用直流电压指示来测量油位。图3示出的检测器电路36使交流三角波信号变为直流水平。探针读数范围0到9伏，9伏表示满箱。检测器电路36由以二极管配置布线的四个晶体管Q1-Q4构成。耦合电容器C1将前置放大器34的输出联接到检测器36的输入。晶体管Q1和Q2结合电容器C1用作电压倍增器，其将信号转换成2x直流水平。晶体管Q3和Q4类似于热敏电阻器来使检测器输出的温度稳定。另外，可使用热补偿二极管和热敏电阻器。本领域技术人员将注意到图3的设计使用平面晶体管，其以独特方式连接以补偿温度变化。
图5示出本发明的探针的凸缘端的特写视图。现有技术MeggittAvionics探针不具备的本探针的另一特征是，用于温度探针24的连接以满足某些飞机发动机制造商对于直接温度测量的需要。温度探针24可具有热电偶以检测油温。
图7和8示出电子器件封壳48。电子器件部分30封装在透明硅中以使该单元对于振动更稳定且被密封防水防潮。封壳48具有顶盖(未示出)，其具有橡胶垫片且在为了进行适当操作对该单元进行调整之后利用硅进行密封。输入增益调整电位器可被选定电阻器替换用于更好的稳定性。此外，电缆44可用不锈钢编织物覆盖以保护该电缆。
本探针的精确度最初大约与现有技术探针相同。即，满量程电压输出的+/-0.5％的精确度，大约+/-0.3品脱的自先前校准的可重复性。这种水平的精确度满足飞机发动机制造商的要求。但是，所有发动机在测试期间使用一些油，且本探针提供更精确的在开始水平与最终水平之间的变量。
虽然描述了特定实施例，但应了解本发明的原理并不限于这些实施例。在不偏离由所附的权利要求书所陈述的本发明原理的情况下可对本发明做出变化和修改。

Claims (9)

1.一种液位测量探针，包括：
电容传感器，其延伸到箱中的液体内，其中所述传感器的电容基于所述液位而改变；
电子电路，其用于通过检测所述电容传感器的电容来提供代表所述液位的信号，所述电子电路远离所述电容传感器进行布置；以及
电缆，其用于将所述电容传感器电联接到所述电子电路。
2.根据权利要求1所述的液位测量探针，其特征在于，还包括读出系统，用于响应于由所述电子电路产生的代表所述液位的信号来指示所述液位。
3.根据权利要求1所述的液位测量探针，其特征在于，所述电容传感器包括在其间不具有直接电连接的两个同心金属管。
4.根据权利要求3所述的液位测量探针，其特征在于，所述电子电路提供波信号至所述管中的一个并且从所述管中的另一个接收信号，用于提供代表所述液位的信号。
5.根据权利要求1所述的液位测量探针，其特征在于，所述电子电路包括热补偿电阻器和温度稳定检测器。
6.根据权利要求1所述的液位测量探针，其特征在于，所述电子电路利用硅封装于封壳中，以稳定所述电子电路抵抗振动并且密封所述电子电路防水防潮。
7.根据权利要求1所述的液位测量探针，其特征在于，还包括温度传感器，其具有热电偶用于检测所述液体的温度。
8.根据权利要求1所述的液位测量探针，其特征在于，所述液体为用于发动机的油。
9.根据权利要求1所述的液位测量探针，其特征在于，所述电缆可由不锈钢编织物覆盖。
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