CN108007530A - 一种电容式液位检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容式液位检测方法，利用液体填充由极性管组成的电容式信号器以改变电容式信号器中电容容值，进而由电容容值的变化情况以判断出液体液位。其中，电容式信号器是由四层管组成的可变电容式传感器，在告警信号点处该信号器电容值产生一个较大的跳变，进而判断出燃油液面达到告警信号点位置处，当该液位信号器安装于油箱底部附近位置时，可用于检测油位是否处于告警油位以下，当该液位信号器安装于油箱顶部附近位置时，可用于检测油位是否达到满油状态。相比于传统的干簧管式信号器以及热敏电阻式信号器，电容式信号器无活动部件，可靠性与使用寿命大幅提高，结构简单可靠，安全性更高，生产成本更低，维修性亦大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及液位检测领域，具体的说，是一种电容式液位检测方法。
背景技术
传感器技术是测量控制系统的基础技术，在现代飞机燃油测量控制系统中，装有各种各样的传感器，用以测量各项燃油属性和状态，因为传感器使用在燃油环境中，且整个测控系统非常庞大复杂，给系统的维护和维修造成了极大的不便，因此，提高燃油箱内产品的使用寿命和可靠性对于提高飞机整体的维修性以及经济性具有非常重要的意义。传统的飞机燃油液位信号器采用干簧管式信号器或热敏电阻式信号器，干簧管式信号器利用带磁铁的浮子随燃油液面上下浮动，在液位告警点处磁铁使干簧管内的金属簧片开关两端吸合，进而使告警电路导通，这种信号器干簧管使用寿命有限，可靠性较差，性能易老化，制作工艺复杂，生产成本较高，较易受到油箱内其它电磁设备影响，如电磁阀或燃油泵，因此对设备安装位置有比较苛刻的要求；而热敏电阻式信号器需外部电路对信号器中的热敏电阻进行加热，在飞机燃油箱内易造成热量累积甚至导致信号器温度超过燃油闪点进而发生灾难性事故，因而在最近的飞机中已鲜有应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电容式液位检测方法，不仅可用于在任何使用状态下监测飞机燃油液位是否达到设定的位置，而且结构简单、使用方便。
本发明通过下述技术方案实现：一种电容式液位检测方法，利用液体填充由极性管组成的电容式信号器以改变电容式信号器中电容容值，进而由电容容值的变化情况以判断出液体液位。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述电容式信号器包括电容管体与电容管体电性连接的信号提示器，所述电容管体包括从内到外依次套装的内管、外管、内信号管、外信号管；所述内管与内信号管电性连接以形成电容N极，所述外管和外信号管电性连接以形成电容P极；所述内信号管和外信号管长度一致，所述内管和外管长度一致，且内管长度大于内信号管的长度，所述内信号管的顶端与内管的顶端同平面，所述内信号管的底端为告警信号点。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述由极性管组成的电容的液位检测方法具体包括以下几个步骤：
步骤S1：将内信号管与内管使用导线连接在一起，共同构成电容的一极记作N极；将外信号管与外管使用导线连接在一起，共同构成电容的另外一极记作P极。
步骤S2：当该电容式信号器用于低油位告警信号器时，把内管和外管的底部固定连接于油箱底部，初始状态为整个信号器四层管内充满了燃油，当液位逐渐下降时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位降低而成比例地降低，当液位刚好降低到告警信号点位置以下时，因为内信号管和外信号管不能再提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的减少量，信号提示器可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已低于告警信号点位置，进而发出低油位告警信号。
步骤S3：当该电容式信号器用于满油位告警信号器时，把内管和外管的底部固定连接于油箱顶部，初始状态为整个信号器内无燃油介质或者仅内管和外管之间有燃油，当液位逐渐上升时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位上升而成比例地增大，当液位刚好上升到告警信号点位置以上时，因为内信号管和外信号管开始提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的增加量，信号提示器可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已高于告警信号点位置，进而发出满油告警信号。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述信号提示器包括电容检测电路、与电容检测电路连接的单片机以及与单片机电性连接的报警模块；所述报警模块为声光报警器或红色报警灯。这里通过单片机对其报警模块进行控制，不经控制精确、响应速度快，而且体积小巧、成本较低，非常实用，单片机具体型号可以采用AT89C51；而报警模块采用声光报警器或红色报警灯可以有效起到提醒作用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明采用极性管组成的电容式液位信号器，使用时直接固定连接于油箱顶部或底部，无需任何活动部件，使用寿命可远超飞机服役寿命（一般最长为30年），可靠性高，即使在飞机复杂严酷环境下（振动、高低温、高空、高湿度等综合环境），其失效模式种类也非常有限，失效率也能够做到非常低，理论上可以做到在整个飞机服役寿命期限内零故障，大大降低了飞机维修时间成本，提高了飞机的使用经济性
（2）本发明提出的电容式燃油液位信号器内管与内信号管、外管与外信号管直接采用导线连接，可保证电搭接良好，搭接电阻可以非常容易地做到10mΩ以下（实际工程中可做到约0.2mΩ，远远超出飞机本质安全性要求）；P极与N极之间物理隔离，互相绝缘，而且其间距可随意设计和调节，可轻易满足国际电工委员会IEC60079-11标准规定的安全距离（0.188英寸，即4.78mm），防止电弧产生导致的点燃燃油发生灾难性事故，而现有的干簧管中的两个金属簧片则很难满足这一安全距离要求；电容式信号器无需加热电路，几乎无任何发热量，相比于热敏电阻式信号器，无安全性隐患。
（3）工艺简单，生产成本更低。相比于干簧管式信号器和热敏电阻式信号器，本发明提出的电容式信号器工艺操作简单，零件加工和装配允许误差更大，装配调试更加简单，材料成本和时间成本均有所降低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖视图。
其中，1、内管；2、外管；3、内信号管；4、外信号管；5、告警信号点。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的一种电容式液位检测方法，一种电容式液位检测方法，利用液体填充由极性管组成的电容式信号器以改变电容式信号器中电容容值，进而由电容容值的变化情况以判断出液体液位。
如图1和图2所示：所述电容式信号器包括电容管体与电容管体电性连接的信号提示器，所述电容管体包括从内到外依次套装的内管1、外管2、内信号管3、外信号管4；所述内管1与内信号管3电性连接以形成电容N极，所述外管2和外信号管4电性连接以形成电容P极；所述内信号管3和外信号管4长度一致，所述内管1和外管2长度一致，且内管1长度大于内信号管3的长度，所述内信号管3的顶端与内管1的顶端同平面，所述内信号管3的底端为告警信号点5。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，所述由极性管组成的电容的液位检测方法具体包括以下几个步骤：
步骤S1：将内信号管3与内管1使用导线连接在一起，共同构成电容的一极记作N极；将外信号管4与外管2使用导线连接在一起，共同构成电容的另外一极记作P极。
步骤S2：当该电容式信号器用于低油位告警信号器时，把内管1和外管2的底部固定连接于油箱底部，初始状态为整个信号器四层管内充满了燃油，当液位逐渐下降时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位降低而成比例地降低，当液位刚好降低到告警信号点5位置以下时，因为内信号管3和外信号管4不能再提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的减少量，信号提示器可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已低于告警信号点5位置，进而发出低油位告警信号。
步骤S3：当该电容式信号器用于满油位告警信号器时，把内管1和外管2的底部固定连接于油箱顶部，初始状态为整个信号器内无燃油介质或者仅内管1和外管2之间有燃油，当液位逐渐上升时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位上升而成比例地增大，当液位刚好上升到告警信号点5位置以上时，因为内信号管3和外信号管4开始提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的增加量，信号提示器可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已高于告警信号点5位置，进而发出满油告警信号。
所述信号提示器包括电容检测电路、与电容检测电路连接的单片机以及与单片机电性连接的报警模块；所述报警模块为声光报警器或红色报警灯。这里通过单片机对其报警模块进行控制，不经控制精确、响应速度快，而且体积小巧、成本较低，非常实用，单片机具体型号可以采用AT89C51；而报警模块采用声光报警器或红色报警灯可以有效起到提醒作用。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例中的一种电容式液位检测方法，利用液体填充由极性管组成的电容式信号器以改变电容式信号器中电容容值，进而由电容容值的变化情况以判断出液体液位。其中，电容式信号器包括电容管体与电容管体电性连接的信号提示器，所述电容管体包括从内到外依次套装的内管1、外管2、内信号管3、外信号管4；所述内管1与内信号管3电性连接以形成电容N极，所述外管2和外信号管4电性连接以形成电容P极；所述内信号管3和外信号管4长度一致，所述内管1和外管2长度一致，且内管1长度大于内信号管3的长度。所述内信号管3的顶端与内管1的顶端同平面，所述内信号管3的底端为告警信号点5。所述内管1、外管2、内信号管3、外信号管4为非金属导电材料。所述内管1、外管2、内信号管3、外信号管4的管壁上分别设置有进油孔；所述内管1、外管2上的进油孔位置低于所述告警信号点5。
具体的使用方法为：使用非金属材料将内管1、外管2、内信号管3和外信号管4固定为四层同心管结构。内信号管3和外信号管4的长度相比于内管1和外管2的长度更短。将内信号管3与内管1使用导线连接在一起，共同构成电容的一极（记作N极）；将外信号管4与外管2使用导线连接在一起，共同构成电容的另外一极（记作P极）。
当该电容式信号器安装于油箱底部位置，用于低油位告警信号器时，初始状态为整个信号器四层管内充满了燃油，当液位逐渐下降时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位降低而成比例地降低，当液位刚好降低到告警信号点5位置以下时，因为内信号管3和外信号管4不能再提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的减少量，电容测量电路可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已低于告警信号点5位置，进而发出低油位告警信号。
当该电容式信号器安装于油箱顶部位置，用于满油位告警信号器时，初始状态为整个信号器内无燃油介质或者仅内管1和外管2之间有燃油，当液位逐渐上升时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位上升而成比例地增大，当液位刚好上升到告警信号点5位置以上时，因为内信号管3和外信号管4开始提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的增加量，电容测量电路可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已高于告警信号点5位置，进而发出满油告警信号。
实施例3：
本实施例中的一种电容式液位检测方法，其中，电容式信号器包括电容管体与电容管体电性连接的信号提示器，所述电容管体包括内信号管3、外信号管4、内管1、外管2，所述内信号管3与内管1通过导线电性连接在一起并共同构成电容的N极，所述外信号管4与外管2通过导线电性连接在一起并共同构成电容的P极。
所述内信号管3的顶端与内管1的顶端同平面，所述内信号管3的底端为告警信号点5。
所述内信号管3、外信号管4的长度均比内管1、外管2短。
所述内信号管3、外信号管4等长，所述内管1、外管2等长。
所述内信号管3、外信号管4、内管1、外管2共同构成四层同心管结构。
所述四层同心管结构中的内信号管3、外信号管4、内管1、外管2通过非金属材料固定。
所述内管1、外管2、内信号管3、外信号管4为非金属导电材料。
所述内管1、外管2、内信号管3、外信号管4的管壁上分别设置有进油孔；所述内管1、外管2上的进油孔位置低于所述告警信号点5。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种电容式液位检测方法，其特征在于：利用液体填充由极性管组成的电容式信号器以改变电容式信号器中电容容值，进而由电容容值的变化情况以判断出液体液位。
2.根据权利要求1所述的一种电容式液位检测方法，其特征在于：所述电容式信号器包括电容管体与电容管体电性连接的信号提示器，所述电容管体包括从内到外依次套装的内管（1）、外管（2）、内信号管（3）、外信号管（4）；所述内管（1）与内信号管（3）电性连接以形成电容N极，所述外管（2）和外信号管（4）电性连接以形成电容P极；所述内信号管（3）和外信号管（4）长度一致，所述内管（1）和外管（2）长度一致，且内管（1）长度大于内信号管（3）的长度，所述内信号管（3）的顶端与内管（1）的顶端同平面，所述内信号管（3）的底端为告警信号点（5）。
3.根据权利要求2所述的一种电容式液位检测方法，其特征在于：所述由极性管组成的电容的液位检测方法具体包括以下几个步骤：
步骤S1：将内信号管（3）与内管（1）使用导线连接在一起，共同构成电容的一极记作N极；将外信号管（4）与外管（2）使用导线连接在一起，共同构成电容的另外一极记作P极；
步骤S2：当该电容式信号器用于低油位告警信号器时，把内管（1）和外管（2）的底部固定连接于油箱底部，初始状态为整个信号器四层管内充满了燃油，当液位逐渐下降时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位降低而成比例地降低，当液位刚好降低到告警信号点（5）位置以下时，因为内信号管（3）和外信号管（4）不能再提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的减少量，信号提示器可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已低于告警信号点（5）位置，进而发出低油位告警信号；
步骤S3：当该电容式信号器用于满油位告警信号器时，把内管（1）和外管（2）的底部固定连接于油箱顶部，初始状态为整个信号器内无燃油介质或者仅内管（1）和外管（2）之间有燃油，当液位逐渐上升时，因为燃油的介电常数大于空气的介电常数，P极和N极之间电容值随液位上升而成比例地增大，当液位刚好上升到告警信号点（5）位置以上时，因为内信号管（3）和外信号管（4）开始提供额外的附加电容，P极和N极之间电容值产生一个相比之前更大的增加量，信号提示器可根据此较大的电容变化量判断出燃油液面已高于告警信号点（5）位置，进而发出满油告警信号。
4.根据权利要求3所述的一种电容式液位检测方法，其特征在于：所述信号提示器包括电容检测电路、与电容检测电路连接的单片机以及与单片机电性连接的报警模块；所述报警模块为声光报警器或红色报警灯。
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