CN107121175A - 一种埋入式防爆燃油测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种埋入式防爆燃油测量装置，用于测量飞行器的油箱内的燃油量，所述埋入式防爆燃油测量装置包括：电容式油量传感器，用于将所述油箱内燃油的液面高度转换为电容量；以及测量模块，与所述电容式油量传感器集成为一体，用于测量所述电容量并基于所测量的电容量来获得所述油箱内的燃油量。

Description

一种埋入式防爆燃油测量装置

技术领域

本发明涉及一种埋入式防爆燃油测量装置。

背景技术

飞机燃油测量系统是飞机燃油系统的重要组成部分，其根本目标在于提供精确的燃油油量信息。早期的飞机采用耗表传感器技术指示整机剩余油量，从20世纪70年代开始，以计算机为基础的燃油测量系统采用线性传感器技术使整体的精确度、可靠性等各方面得到了极大的提升，数字式燃油测量系统在B757、B767飞机上率先得到应用。随着各方面技术的发展，数字化、智能化、集成化已然成为飞机燃油测量系统未来发展的主要趋势。

当前在飞机燃油测量系统中常用的传感器主要是电容式油位传感器，例如在B757/B767飞机上使用的霍尼韦尔公司生产的基于电容燃油传感器的数字式燃油测量系统。

电容式燃油传感器由安装在一起的一组同轴铝合金管组成，保持一定间隙的两个内外管相当于电容器的极板。它们相对飞机水平飞行状态垂直于燃油油面安装在油箱内，电容器有一部分浸入油中，浸入高度随着油量的多少而变化。电容器的电容量与极板间的距离及极板面积有关，同时还与极板间的工作介质有关。

具体而言，图1示出传统的圆柱形电容式油量传感器的工作原理图。如图1所示，电容器的一部分浸入油中，电容器浸入部分和伸出油面部分极板间的介质不同：其一是燃油；另一是空气和燃油的混合气体(近似于空气)。当不考虑边缘效应时，电容器的总电容量特性方程可由公式(1)来表示。

其中：C为两个极板间的电容量(μF)；ε₁为燃油的介电常数；ε₀为燃油上方混合气体的介电常数；R2为外管电极的半径(mm)；R1为内管电极的半径(mm)；h为内外管的总高度(mm)；X为液面与内外管底部的高度(mm)。

当油箱未加油时，以空气为介质，加油后，则以燃油为介质。燃油的介电常数约为空气的两倍，所以当油箱内燃油液面高度发生变化时，会使传感器电容量发生微小的变化，即，电容量随着液面高度变化呈线性变化。测量到的电容增量ΔC为：

液面高度变化与传感器电容变化具有对应关系，由此将对液面高度的测量，转换成对传感器电容量的测量。

在大型客机中由于载油量大、油箱分布范围广，为了精确地测量燃油油量，往往需要安装多达几十个的传感器，如A737油箱内有32个油量传感器，A340油箱内有90个油量传感器，B747有67个油量传感器。如果全部传感器采用插入式安装方式，则不仅增加了飞机自重，而且会对燃油箱的整体结构造成极大的破坏。另外，目前我国飞机燃油传感器主要采用模拟信号传输方式，敏感电容部分和传输电缆置于油箱内部，测量电路固定在油箱外壁。亦即，在燃油传感器的安装过程中，需要对油箱进行诸如钻孔的处理。这样的传感器布置不仅造成信号传输电缆的分布电容和杂散电容对于信号的干扰大，大大影响了测量的准确性和测量精度，而且对燃油箱的整体结构造成破坏。

发明内容

鉴于上述问题，本发明通过改进传感器结构，整合传感器信号输出流，实现电容式传感器的整体埋入，从而使油箱整体结构得到优化。

具体地，根据本发明的一方面，提供了一种埋入式防爆燃油测量装置，用于测量飞行器的油箱内的燃油量，所述埋入式防爆燃油测量装置包括：

电容式油量传感器，用于将所述油箱内燃油的液面高度转换为电容量；以及

测量模块，与所述电容式油量传感器集成为一体，用于测量所述电容量并基于所测量的电容量来获得所述油箱内的燃油量。

根据实施例，所述电容式油量传感器包括：

内管电极和外管电极，其中所述内管电极和外管电极构成中空的同轴圆柱形电容器，用于感测进入所述内管电极与所述外管电极之间的空腔的燃油的液面变化造成的电容量变化。

根据实施例，在所述同轴圆柱形电容器的第一端处，所述内管电极的内腔中设置有本质安全型结构件，所述本质安全型结构件包括用于固定安装所述测量模块的本质安全型电路部分的第一腔体以及用于引导所述测量模块的电路线路的第二腔体。

根据实施例，所述本质安全型结构件与所述内管电极的内腔螺纹连接并且进行密封处理。

根据实施例，在所述同轴圆柱形电容器的第一端处，所述外管电极的外侧设置有第一固定结构件，用于确保所述内管电极与所述外管电极的同轴度，并且所述第一固定结构件包括第三腔体，用于容纳并且引导经由所述第二腔体引导出的所述测量模块的电路线路。

根据实施例，在所述同轴圆柱形电容器的第二端处，所述内管电极的内腔中设置有封堵结构件，用于防止所述燃油进入，并且所述封堵结构件与所述内管电极的内腔螺纹连接并且进行密封处理。

根据实施例，在所述同轴圆柱形电容器的第二端处，所述外管电极的外侧设置有第二固定结构件，用于确保所述内管电极与所述外管电极的同轴度。

根据实施例，在所述同轴圆柱形电容器的任一端处设置有本质安全型结构件，用于固定安装所述测量模块的本质安全型电路。

根据实施例，所述内管电极和外管电极的长度与两者之间的间距之比大于80。

附图说明

图1示出传统的圆柱形电容式油量传感器的工作原理图。

图2中的(a)图和(b)图分别示出根据本发明实施例的埋入式防爆燃油测量装置的总体结构示意图和剖面图。

图3示出根据本发明实施例的埋入式防爆燃油测量装置的顶端的结构示意图。

图4示出根据本发明实施例的埋入式防爆燃油测量装置的底端的结构示意图。

图5示出根据本发明另一实施例的埋入式防爆燃油测量装置的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图具体描述根据本发明实施例的埋入式防爆燃油测量装置。

图2中的(a)图和(b)图分别示出根据本发明实施例的埋入式防爆燃油测量装置的总体结构示意图和剖面图。如图2所示，根据本发明一实施例的埋入式防爆燃油测量装置，用于测量飞行器的油箱内的燃油量，其包括：

电容式油量传感器201，用于将油箱内燃油的液面高度转换为电容量；以及

测量模块202，与电容式油量传感器201集成为一体，用于测量电容量并基于所测量的电容量来获得油箱内的燃油量。

如图2所示，在本实施例中，电容式油量传感器201与测量模块202整合为一体，有效地避免对燃油箱进行诸如钻孔的破坏性处理，提高了燃油箱的结构完整性，同时缩短了测量电容与电路之间的引线距离，减少了寄生电容的产生，此外电路输出的数字信号可以增强传感器的抗干扰能力。

图3示出根据本发明实施例的埋入式防爆燃油测量装置的顶端的结构。如图3所示，在本实施例中，电容式油量传感器包括：

内管电极301和外管电极302，其中内管电极301和外管电极302构成中空的同轴圆柱形电容器，用于感测进入内管电极301与外管电极302之间的空腔303的燃油的液面变化造成的电容量变化。

如上所述，在本实施例中，电容式油量传感器采用诸如轻质铝合金的材料的薄壁同轴圆柱形电容器作为测量元件，测量元件的内外管电极301、302长度相同，外管电极302接地。同时考虑到传感器所处的复杂工作坏境，对内外管电极301、302的外壁进行防腐蚀和防氧化绝缘处理，以保证测量电容的可靠性和安全性。

进一步地，如图3所示，内管电极301的内腔304中设置有本质安全型结构件305，其包括用于固定安装测量模块的本质安全型电路部分的第一腔体306以及用于引导测量模块的电路线路的第二腔体307。

如上所述，在本实施例中，内管电极301采用中空结构，在大大降低油量传感器重量和简化整体结构的同时，为测量模块的本质安全型电路部分的安装预留了空间，便于电路结构部分的安装。在本实施例中，本质安全型电路的硬件结构，诸如PCB板安装于油量传感器内极管内部的本质安全型结构件中，从而确保本质安全型电路部分在封闭的独立环境下工作。

如图3所示，在本实施例中，本质安全型结构件305与内管电极301的内腔304螺纹连接并且进行密封处理。在本发明中，可以使用本领域技术人员熟知的各种密封处理，诸如采用密封圈、诸如环氧树脂等的密封材料进行密封处理。

如图3所示，在本实施例中，外管电极302的外侧设置有第一固定结构件308，用于确保内管电极301与外管电极302的同轴度，并且第一固定结构件308包括第三腔体309，用于容纳并且引导经由第二腔体307引导出的测量模块的电路线路。

如上所述，在本实施例中，第二腔体307设置有密封接头，从而确保电路线路的安全隔离，并且通过第三腔体309集成电路束，以从第一固定结构件308的顶端引出。

图4示出根据本发明实施例的埋入式防爆燃油测量装置的底端的结构。如图4所示，内管电极401的内腔402中设置有封堵结构件403，用于防止燃油进入，并且封堵结构件403与内管电极401的内腔402螺纹连接并且进行密封处理。在本发明中，可以使用本领域技术人员熟知的各种密封处理，诸如采用密封圈、诸如环氧树脂、聚四氟乙烯等的密封材料进行密封处理。

进一步地，如图4所示，在本实施例中，外管电极404的外侧设置有第二固定结构件405，用于确保内管电极401与外管电极404的同轴度。

如上所述，在内外管电极的两端分别各装有一个非导体结构固定件，用于保证测量电容的同轴度，以防止因内外管电极同轴度发生变化而引起的测量误差。

在实施例中，本质安全型结构件和封堵结构件均采用非金属材料，并且通过诸如螺纹连接等方式与内管固定连接；在螺纹固定时，可以使用诸如密封材料进行处理，以避免燃油溢漏。此外，在本质安全型结构件和封堵结构件与内管的接触曲面处，可以设置密封圈安装槽，并在结构件的接触缝隙通过具有良好化学稳定性和密封性的聚四氟乙烯等密封材料来隔绝外界工作环境。电路的引线通过本质安全型结构件上固定的密封接头与外界导线连接。

进一步地，为了减小测量电容器两端的边缘效应对于液位测量精度的影响，在本实施例中，内管电极和外管电极的长度与两者之间的间距之比(以下称为，结构比率)大于80。同时，高结构比率的测量电容器设计，使待测液位在大部分测量范围内变化时具有良好的线性度，便于后续的数据处理，从而能够获得更为准确的液位高度。

综上所述，依据电容式油量传感器的测量原理，本发明的埋入式防爆燃油测量装置结构紧凑、简便，便于安装，能够尽可能降低边缘效应对测量精度的影响，同时能够协调本质安全型电路的安装要求，确保测量装置的设计安全性。

图5示出根据本发明另一实施例的埋入式防爆燃油测量装置的结构。如图5所示，在本实施例中，在由内管电极501和外管电极502构成的同轴圆柱形电容器的任一端处设置有本质安全型结构件503，用于固定安装测量模块的本质安全电路504。换言之，用于安装测量模块的本质安全型结构件可以设置在电容式油量传感器的任意合适位置，只要能够实现上述一体化功能，实现本质安全型电路埋入式设计即可。

综上所述，本发明通过将本质安全型测量模块与电容式油量传感器集成为一体，可以有效地避免由于传统燃油传感器在安装过程中测量电容、传输电缆和测量电路分列油箱内外侧，导致分布电容和杂散电容对信号的干扰，可以极大地提高飞机燃油箱的结构整体性，避免了常规飞机燃油传感器安装过程中对油箱多处开孔处理，并且可以直接数字信号输出。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种埋入式防爆燃油测量装置，用于测量飞行器的油箱内的燃油量，所述埋入式防爆燃油测量装置包括：

电容式油量传感器，用于将所述油箱内燃油的液面高度转换为电容量；以及

测量模块，与所述电容式油量传感器集成为一体，用于测量所述电容量并基于所测量的电容量来获得所述油箱内的燃油量。

2.根据权利要求1所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，所述电容式油量传感器包括：

内管电极和外管电极，其中所述内管电极和外管电极构成中空的同轴圆柱形电容器，用于感测进入所述内管电极与所述外管电极之间的空腔的燃油的液面变化造成的电容量变化。

3.根据权利要求2所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，在所述同轴圆柱形电容器的第一端处，所述内管电极的内腔中设置有本质安全型结构件，所述本质安全型结构件包括用于固定安装所述测量模块的本质安全型电路部分的第一腔体以及用于引导所述测量模块的电路线路的第二腔体。

4.根据权利要求3所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，所述本质安全型结构件与所述内管电极的内腔螺纹连接并且进行密封处理。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，在所述同轴圆柱形电容器的第一端处，所述外管电极的外侧设置有第一固定结构件，用于确保所述内管电极与所述外管电极的同轴度，并且所述第一固定结构件包括第三腔体，用于容纳并且引导经由所述第二腔体引导出的所述测量模块的电路线路。

6.根据权利要求2所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，在所述同轴圆柱形电容器的第二端处，所述内管电极的内腔中设置有封堵结构件，用于防止所述燃油进入，并且所述封堵结构件与所述内管电极的内腔螺纹连接并且进行密封处理。

7.根据权利要求6所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，在所述同轴圆柱形电容器的第二端处，所述外管电极的外侧设置有第二固定结构件，用于确保所述内管电极与所述外管电极的同轴度。

8.根据权利要求2所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，在所述同轴圆柱形电容器的任一端处设置有本质安全型结构件，用于固定安装所述测量模块的本质安全型电路。

9.根据权利要求2所述的埋入式防爆燃油测量装置，其中，所述内管电极和外管电极的长度与两者之间的间距之比大于80。