CN103080704A - 静电电容型液面计 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料油量计(15)具备：由绝缘体形成的柱状的内侧结构体(27)；在内侧结构体(27)的外周侧在整周上以空开间隔的方式配置且由绝缘体形成的空心筒状的外侧结构体(23)；粘贴在内侧结构体(27)的外周面上的内侧电极(29)；粘贴在外侧结构体(23)的内周面上的外侧电极(25)，燃料油量计(15)对内侧电极(29)及外侧电极(25)之间的静电电容进行测定，并对存在于内侧电极(29)及外侧电极(25)之间的燃料的液面进行检测，其中，外侧结构体(23)具备能够使电荷从外周面向外侧电极(25)移动的多个外侧贯通孔(31)。

Description

静电电容型液面计
技术领域
本发明涉及一种静电电容型液面计。 
背景技术
在航空机等输送设备中，作为燃料箱中的对燃料的余量进行检测的燃料油量计而广泛使用静电电容型液面计。 
该燃料油量计具有以燃料自如进入彼此之间的方式配置的两个圆筒状电极，通过对该电极间的静电电容进行测定来检测燃料的余量。 
以往，例如该电极如专利文献1所示那样为兼做结构体的金属制。 
近年来，在航空机等输送设备的领域中，以轻型化和基于轻型化的高性能化为目的，机体的机翼和机身等构成要素开始使用强化塑料等复合材料。作为其一个重要环节，燃料油量计也为了轻型化和提高耐环境性等而由复合材料的塑料形成两个圆筒状结构体，并在对置的周面上形成薄的电极层。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特开2002-31559号公报 
发明概要
发明所要解决的问题 
然而，圆筒状结构体与燃料接触，因此，在燃料流动时在燃料与圆筒状结构体之间产生流动带电现象。例如，在圆筒状结构体使用玻璃纤维强化塑料(以下，记作“GFRP”。)的情况下，由于GFRP是绝缘体，因此积存产生的静电，进行所谓的带电。 
另外，在圆筒结构体的一面存在电极，因此形成双电荷层，从而在圆筒结构体的电极的相反一侧的面上带有大量的静电。 
如此，当带有大量的静电时，在产生放电的情况下，燃料充分具有着 火的能力，因此有可能因伴随着放电而产生的火花导致燃料起火。有可能成为上述引火源的带电有可能不符合美国的联邦航空规则(FAR25.981)，因此存在上述的燃料油量计难以应用于航空机的燃料箱的问题。 
需要说明的是，若圆筒状结构体由具有导电性的碳纤维强化塑料(以下，记作“CFRP”。)形成，则能够充分抑制该带电。 
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使结构体使用绝缘体也能够抑制带电的产生的静电电容型液面计。 
用于解决课题的手段 
为了实现上述目的，本发明提供以下方法。 
本发明的一个方式的静电电容型液面计具备：由绝缘体形成的柱状的内侧结构体；在该内侧结构体的外周侧在整周上以空开间隔的方式配置且由绝缘体形成的空心筒状的外侧结构体；粘贴在所述内侧结构体的外周面上的内侧电极；粘贴在所述外侧结构体的内周面上的外侧电极，该静电电容型液面计对所述内侧电极及所述外侧电极之间的静电电容进行测定，并对存在于所述内侧电极及所述外侧电极之间的被测定物的液面进行检测，在所述外侧结构体中具备能够使从外周面向所述外侧电极移动的多个外侧导通部。 
在本方式所涉及的静电电容型液面计中，由绝缘体构成的外侧结构体的外周面直接与被测定物接触，因此因被测定物流动而产生流动带电现象等导致带电。另外，在外侧结构体的内周面存在外侧电极，因此形成双电荷层，从而可能在外侧结构体外周面带有大量的静电。 
在外侧结构体中具备能够使电荷从外周面向外侧电极移动的多个外侧导通部，因此在外侧结构体的外周面带电的电荷通过外侧导通部向外侧电极移动，并经由外侧电极向系统外移动。 
如此，即使外侧结构体使用绝缘体，也能够抑制带电的产生，因此能够降低因带有静电而导致放电的可能性。因此，例如，即使被测定物具有可燃性而能够防止起火，因此能够将静电电容型液面计用作例如航空机的燃料箱的燃料油量计。 
在上述方式中，所述内侧结构体为在内部存在所述被测定物的空心结构，也可以在所述内侧结构体中具备能够使电荷从内周面向所述内侧电极移动的多个内侧导通部。 
在上述方式中，柱状的内侧结构体可以是实心结构，也可以是空心结构。当为了使内侧结构体轻型化而采用空心结构时，被测定物存在于内侧结构体的空心部，因此内侧结构体的内周面带电。但是，存在于内侧结构体的空心部的被测定物的量与存在于外侧结构体的外周面的量相比相当少，因此认为未达到带电的大小成为问题的程度。 
在达到带电的大小成为问题的程度的情况下，在内侧结构体具备能够使电荷从内周面向内侧电极移动的多个内侧导通部。 
如此，在内侧结构体的内周面带电的电荷通过内侧导通部向内侧电极移动，并经由内侧电极向系统外移动，因此，即使内侧结构体使用绝缘体，也能够抑制带电的产生。由此，能够降低因在内侧结构体的内周面带有静电而导致放电的可能性，因此，即使例如被测定物具有可燃性，也能够防止起火。 
在上述方式中，所述外侧导通部也可以由从所述外侧结构体的外周面贯通至所述外侧电极的外侧贯通孔构成。 
如此，在外侧结构体的外周面产生的静电不在外周面带电而通过外侧贯通孔向外侧电极移动，因此能够抑制向外侧结构体的外周面的带电。 
在上述方式中，所述外侧导通部也可以由从所述外侧结构体的外周面到达至所述外侧电极的外侧导电体构成。 
如此，在外侧结构体的外周面产生的静电不在外周面带电而通过外侧导电体向外侧电极移动，因此能够抑制向外侧结构体的外周面的带电。 
外侧导电体可以利用导电物埋入外侧贯通孔而形成，例如可以将金属等棒状的导电体插入外侧结构体而形成。 
在上述方式中，所述内侧导通部也可以由从所述内侧结构体的内周面贯通至所述内侧电极的内侧贯通孔构成。 
如此，在内侧结构体的内周面产生的静电不在内周面带电而通过内侧贯通孔向内侧电极移动，因此能够抑制向内侧结构体的内周面的带电。 
在上述方式中，所述内侧导通部也可以由从所述内侧结构体的内周面 到达至所述内侧电极的内侧导电体构成。 
如此，在内侧结构体的内周面产生的静电不在内周面带电而通过内侧导电体向内侧电极移动，因此能够抑制向内侧结构体的内周面的带电。 
内侧导电体可以利用导电物埋入内侧贯通孔而形成，例如可以将金属等棒状的导电体插入内侧结构体而形成。 
发明效果 
根据本发明的静电电容型液面计，在外侧结构体具备能够使电荷从外周面向外侧电极移动的多个外侧导通部，因此在外侧结构体的外周面带电的电荷通过外侧导通部向外侧电极移动，并经由外侧电极向系统外移动。 
如此，即使外侧结构体使用绝缘体，也能够抑制带电的产生，因此能够降低因带有静电而导致放电的可能性。因此，即使例如被测定物具有可燃性，也能够防止起火，因此，能够应用于例如航空机的燃料箱的燃料油量计。 
附图说明
图1是对设有本发明的一实施方式的燃料油量计的主翼的结构剖开一部分而表示的立体图。 
图2是说明图1的燃料油量计的概要结构的立体图。 
图3是图2的燃料油量计的俯视图。 
图4是示出图2的燃料油量计的上部的局部立体图。 
图5是示出图2的燃料油量计的纵剖面的一部分的局部纵向剖视图。 
图6是示出本发明的一实施方式的燃料油量计的另一实施方式中的纵剖面的一部分的局部纵向剖视图。 
图7是示出本发明的一实施方式的燃料油量计的再一实施方式中的纵剖面的一部分的局部纵向剖视图。 
图8是示出对图2的燃料油量计中的带电状况进行试验的试验装置的示意图。 
图9是说明相对于电晕带电装置的电源电压的、燃料油量计的放电电荷的图表。 
具体实施方式
参照图1～图9对本发明的一实施方式进行说明。 
图1是将航空机的主翼局部剖开而表示的立体图。 
主翼1具备上侧表层3、下侧表层5、前侧翼梁7、后侧翼梁9、及多个肋11。 
上侧表层3及下侧表层5是构成主翼1的外形且兼做空气动力面的薄板，前侧翼梁7、后侧翼梁9及纵梁(省略图示)都承受作用于主翼1的拉伸负载和压缩负载的一部分。 
如图1所示，前侧翼梁7及后侧翼梁9是沿主翼1的翼长方向延伸的结构构件，且是在上侧表层3及下侧表层5之间配置的构件。 
在前侧翼梁7与后侧翼梁9之间，作为沿主翼1的翼长方向延伸的辅助构件的多个纵梁配置在上侧表层3或下侧表层5的内侧面。 
如图1所示，肋11是沿主翼1的翼宽方向延伸且在上侧表层3及下侧表层5之间配置的结构构件。换言之，肋11是沿与前侧翼梁7及后侧翼梁9大致正交的方向延伸的结构构件，且是形成为主翼1的剖面形状的板状的构件。 
在主翼1中，由前侧翼梁7、后侧翼梁9、上侧表层3及下侧表层5围起的部分作为收纳燃料的燃料箱13而使用。燃料箱13的机体结构物本身为容器，因此称作整体油箱(integral tank)。 
燃料箱13的内侧设置有装入喷射燃料而进行供给的燃料配管(省略图示)、对燃料油量进行检测的多个燃料油量计(静电电容型液面计)15及燃料油量计15的配线(省略图示)等。 
图2是说明燃料油量计15的概要结构的立体图。图3是燃料油量计15的俯视图。图4是示出燃料油量计15的上部的局部立体图。图5是示出燃料油量计15的纵剖面的一部分的局部纵向剖视图。 
燃料油量计15具备：呈大致空心圆筒形状的外侧电极结构部17；呈大致空心圆筒形状且在外侧电极结构部17的内部以具有大致相同轴线中心的方式配置的内侧电极结构部19；连结外侧电极结构部17及内侧电极结构部19的连结构件21。 
如图3及图4所示，外侧电极结构部17具备：呈大致空心圆筒形状且确保结构强度的外侧结构体23；在外侧结构体23的内周面在大致整面上安装的外侧电极25。需要说明的是，外侧电极25安装在测定所需要的范围内即可，也可以安装在外侧结构体23的内周面的一部分。 
外侧结构体23由具有绝缘性的GFRP(绝缘体)形成。例如，外侧结构体23的外径为约25mm，厚度大于0.5mm。外侧结构体23的长度为能够大致覆盖燃料箱13的高度的程度。 
外侧电极25为金属制的薄膜，粘贴在外侧结构体23的内周面。 
如图3及图4所示，内侧电极结构部19具备：呈大致空心圆筒形状且确保结构强度的内侧结构体27；在内侧结构体27的外周面在大致整面上安装的内侧电极29。需要说明的是，内侧电极29安装在测定所需要的范围内即可，也可以安装在内侧结构体27的外周面的一部分。 
内侧结构体27由具有绝缘性的GFRP(绝缘体)形成。例如，内侧结构体27的外径不足20mm，厚度大于0.5mm。内侧结构体27的长度为与外侧结构体23相同的程度。 
内侧电极29为金属制的薄膜，粘贴在内侧结构体23的外周面。 
需要说明的是，作为构成外侧结构体23或内侧结构体27的纤维强化塑料，可以是母材使用环氧树脂且强化纤维使用聚酯纤维、棉纱纤维、尼龙纤维的纤维强化塑料，也可以是母材使用聚酰亚胺树脂且强化纤维使用玻璃纤维、聚酯纤维、棉纱纤维、尼龙纤维的纤维强化塑料，并没有特别地限定。 
连结构件21由绝缘体形成。连结构件21在高度方向上设置于多个位置，并且在大致相同高度位置沿周向设置有多个，例如三个。 
如图3所示，连结构件21在俯视观察中在周向上以120°间隔置于三个位置，以保持内侧电极结构部19与外侧电极结构部17之间的间隔的方式安装，并将内侧电极结构部19与外侧电极结构部17以两者为大致相同轴线中心的方式保持。 
如图4及图5所示，外侧电极结构部17具备从外侧结构体23的外周面贯通至外侧电极25的内周面的多个外侧贯通孔(外侧导通部)31。外侧贯通孔31能够使电荷从外侧结构体23的外周面向外侧电极25移动。 
如图5所示，内侧电极结构部19具备从内侧结构体27的内周面贯通至内侧电极29的外周面的多个内侧贯通孔(内侧导通部)33。 
外侧贯通孔31及内侧贯通孔33的内径为约2mm，且在大致半径方向被削孔成大致水平。内侧贯通孔33能够使电荷从内侧结构体27的内周面向内侧电极29移动。 
邻接的外侧贯通孔31或内侧贯通孔33的间隔为约18mm。当该间隔变大时，电荷从外侧结构体23的外周面向外侧电极25的移动、或电荷从内侧结构体27的内周面向内侧电极29的移动变得不充分。另外，当该间隔变小时，外侧结构体23或内侧结构体27的强度变小。 
外侧贯通孔31及内侧贯通孔33的内径、个数、间隔等考虑上述情况而选定。 
在本实施方式中，外侧贯通孔31或内侧贯通孔33在形成外侧电极结构部17或内侧电极结构部19之后被加工。因此，能可靠地到达至外侧电极25或内侧电极29，因此也贯通过外侧电极25或内侧电极29。 
外侧贯通孔31或内侧贯通孔33在例如粘贴在外侧电极25或内侧电极29之前加工为外侧结构体23或内侧结构体27的情况下，如图6所示，外侧贯通孔31或内侧贯通孔33也可以仅贯通外侧结构体23或内侧结构体27。 
如此，外侧电极25或内侧电极29连续，并且存在于外侧贯通孔31或内侧贯通孔33的底部，因此能容易地将通过外侧贯通孔31或内侧贯通孔33移动的电荷向系统外移动。 
另外，如图7所示，代替外侧贯通孔31或内侧贯通孔33，也可以将金属制的棒状体即外侧导电体35或内侧导电体37从外侧结构体23的外周面到外侧电极25、或从内侧结构体27的内周面到内侧电极29地插入外侧结构体23或内侧结构体27。 
如此，在外侧结构体23的外周面或内侧结构体27的内周面产生的静电通过外侧导电体35或内侧导电体37向外侧电极25或内侧电极29移动。 
外侧导电体35或内侧导电体37也可以利用导电物埋入外侧贯通孔31或内侧贯通孔33而形成。 
另外，当形成外侧导电体35或内侧导电体37时，也可以形成在厚度 方向上连续的具有导电性的部分。 
接着，对以上述方式构成的燃料油量计15的作用进行说明。 
燃料油量计15中的在外侧电极结构部17及内侧电极结构部19之间形成的剖面呈圈形状的空间在上下端开放，因此存储在燃料箱13的内部的燃料从下端部进入该空间，直到形成为与燃料的液面相同的液面。在比该空间的燃料靠上部的位置存在介电常数与燃料不同的气体环境，因此能够通过对外侧电极25与内侧电极29之间的静电电容进行测定来检测燃料的液面。 
当伴随着航空机的飞行的姿势变化及燃料消耗、或因供油等而导致燃料移动等时，在由绝缘体构成的外侧结构体23的外周面和外侧电极25、内侧电极29及内侧结构体27的内周面产生因流动带电等所导致的静电带电。 
因外侧电极25及内侧电极29中的静电带电产生的电荷通过外侧电极25及内侧电极29向系统外移动。 
另一方面，外侧结构体23及内侧结构体27由绝缘体构成，因此外侧结构体23的外周面及内侧结构体27的内周面因流动带电现象等而带电。另外，外侧电极结构部17及内侧电极结构部19形成双电荷层，因此可能在外侧结构体23的外周面及内侧结构体27的内周面带有大量的静电。 
在外侧结构体23的外周面带有的电荷通过外侧贯通孔31向外侧电极25移动，并经由外侧电极25向系统外移动。另一方面，在内侧结构体27的内周面带有的电荷通过内侧贯通孔33向内侧电极29移动，并经由内侧电极29向系统外移动。 
如此，即使外侧结构体23及内侧结构体27由绝缘体构成，也能够抑制带电的产生，因此能够降低因带有静电而导致放电的可能性，从而能够防止燃料起火。 
使用图8及图9对本实施方式的燃料油量计15与不具备外侧贯通孔31的燃料油量计15之间的放电电荷的关系进行说明。 
图8是示出试验装置41的概要结构的示意图。试验装置41在通过电晕放电使模拟了保持在保持部43的燃料油量计15的试样体42带电之后，使试样体42放电，并对放电电荷进行测定。 
试验装置41具备：向试样体42赋予基于电晕放电的电荷而使其带电的电晕带电装置45；使带电了的试样体42放电且对此时的放电电荷进行测定的放电电荷测定装置47。 
电晕带电装置45使高压电源49的电荷从探针电极51电晕放电而使燃料油量计15的外侧结构体23带电。 
放电电荷测定装置47使球电极53靠近燃料油量计15的外侧结构体23而放电，利用电压计55对电容器57的前后的电压差进行测定，并记录在记录器59。基于该电压差来计算放电电荷。 
图9是说明与使电晕带电装置的电源电压变化的情况对应的燃料油量计15的放电电荷的图表。 
图9中的图表A说明不具备外侧贯通孔31的燃料油量计15的放电电荷，图表B是说明本实施方式的燃料油量计15的放电电荷。 
在此，向外侧结构体23的带电通过电晕放电来进行，电晕放电时的电压为5kV～30kV。 
如图表A所示，利用基于电源电压30kV的电晕放电的带电成为约1500nC的放电电荷，在外侧结构体23的外表面较多地带电，在产生放电的情况下，示出燃料充分具有着火的能力的情况。 
与此相对地，如图表B所示，利用基于电源电压30kV的电晕放电的带电而成为约50nC的放电电荷，与图表A相比为1/30左右，外侧结构体23的外表面的带电通过外侧贯通孔31向系统外移动，示出有效抑制带电的情况。 
需要说明的是，在本实施方式中，内侧结构体27呈空心结构，利用内侧贯通孔33使在内侧结构体27的内周面产生的带电向内侧电极29释放，不过，在内侧结构体27为实心结构的情况下，显然也可以不设置内侧贯通孔33。 
另外，即使内侧结构体27为空心结构，存在于内侧结构体27的空心部的燃料的量少，在未达到因流动带电而产生带电的大小成为问题的液面的情况下，也可以省略内侧贯通孔33。 
另外，本发明的技术范围并不局限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围能施加各种变更。 
例如，在上述实施方式中，将本发明应用于航空机的燃料油量计15，但并不局限于航空机，也能够应用于汽车等输送设备的燃料油量计。 
另外，并不局限于燃料，除此之外，能够应用于将可燃物存储于内部的各种槽。 
附图标记说明： 
15  燃料油量计(静电电容型液面计) 
23  外侧结构体 
25  外侧电极 
27  内侧结构体 
29  内侧电极 
31  外侧贯通孔(外侧导通部) 
33  内侧贯通孔(内侧导通部) 
35  外侧导电体(外侧导通部) 
37  内侧导电体(内侧导通部) 。

Claims (6)

1.一种静电电容型液面计，具备：由绝缘体形成的柱状的内侧结构体；在该内侧结构体的外周侧在整周上以空开间隔的方式配置且由绝缘体形成的空心筒状的外侧结构体；粘贴在所述内侧结构体的外周面上的内侧电极；粘贴在所述外侧结构体的内周面上的外侧电极，该静电电容型液面计对所述内侧电极及所述外侧电极之间的静电电容进行测定，并对存在于所述内侧电极及所述外侧电极之间的被测定物的液面进行检测，
所述静电电容型液面计的特征在于，
所述外侧结构体具备能够使电荷从外周面向所述外侧电极移动的多个外侧导通部。
2.根据权利要求1所述的静电电容型液面计，其中，
所述内侧结构体为在内部存在所述被测定物的空心结构，
所述内侧结构体具备能够使电荷从内周面向所述内侧电极移动的多个内侧导通部。
3.根据权利要求1或2所述的静电电容型液面计，其中，
所述外侧导通部由从所述外侧结构体的外周面贯通至所述外侧电极的外侧贯通孔构成。
4.根据权利要求1或2所述的静电电容型液面计，其中，
所述外侧导通部由从所述外侧结构体的外周面到达至所述外侧电极的外侧导电体构成。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的静电电容型液面计，其中，
所述内侧导通部由从所述内侧结构体的内周面贯通至所述内侧电极的内侧贯通孔构成。
6.根据权利要求2～4中任一项所述的静电电容型液面计，其中，
所述内侧导通部由从所述内侧结构体的内周面到达至所述内侧电极的内侧导电体构成。
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