本發(fā)明涉及一種埋入式防爆燃油測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

飛機(jī)燃油測(cè)量系統(tǒng)是飛機(jī)燃油系統(tǒng)的重要組成部分，其根本目標(biāo)在于提供精確的燃油油量信息。早期的飛機(jī)采用耗表傳感器技術(shù)指示整機(jī)剩余油量，從20世紀(jì)70年代開始，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的燃油測(cè)量系統(tǒng)采用線性傳感器技術(shù)使整體的精確度、可靠性等各方面得到了極大的提升，數(shù)字式燃油測(cè)量系統(tǒng)在b757、b767飛機(jī)上率先得到應(yīng)用。隨著各方面技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、智能化、集成化已然成為飛機(jī)燃油測(cè)量系統(tǒng)未來發(fā)展的主要趨勢(shì)。

當(dāng)前在飛機(jī)燃油測(cè)量系統(tǒng)中常用的傳感器主要是電容式油位傳感器，例如在b757/b767飛機(jī)上使用的霍尼韋爾公司生產(chǎn)的基于電容燃油傳感器的數(shù)字式燃油測(cè)量系統(tǒng)。

電容式燃油傳感器由安裝在一起的一組同軸鋁合金管組成，保持一定間隙的兩個(gè)內(nèi)外管相當(dāng)于電容器的極板。它們相對(duì)飛機(jī)水平飛行狀態(tài)垂直于燃油油面安裝在油箱內(nèi)，電容器有一部分浸入油中，浸入高度隨著油量的多少而變化。電容器的電容量與極板間的距離及極板面積有關(guān)，同時(shí)還與極板間的工作介質(zhì)有關(guān)。

具體而言，圖1示出傳統(tǒng)的圓柱形電容式油量傳感器的工作原理圖。如圖1所示，電容器的一部分浸入油中，電容器浸入部分和伸出油面部分極板間的介質(zhì)不同：其一是燃油；另一是空氣和燃油的混合氣體(近似于空氣)。當(dāng)不考慮邊緣效應(yīng)時(shí)，電容器的總電容量特性方程可由公式(1)來表示。

其中：c為兩個(gè)極板間的電容量(μf)；ε1為燃油的介電常數(shù)；ε0為燃油上方混合氣體的介電常數(shù)；r2為外管電極的半徑(mm)；r1為內(nèi)管電極的半徑(mm)；h為內(nèi)外管的總高度(mm)；x為液面與內(nèi)外管底部的高度(mm)。

當(dāng)油箱未加油時(shí)，以空氣為介質(zhì)，加油后，則以燃油為介質(zhì)。燃油的介電常數(shù)約為空氣的兩倍，所以當(dāng)油箱內(nèi)燃油液面高度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使傳感器電容量發(fā)生微小的變化，即，電容量隨著液面高度變化呈線性變化。測(cè)量到的電容增量δc為：

液面高度變化與傳感器電容變化具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此將對(duì)液面高度的測(cè)量，轉(zhuǎn)換成對(duì)傳感器電容量的測(cè)量。

在大型客機(jī)中由于載油量大、油箱分布范圍廣，為了精確地測(cè)量燃油油量，往往需要安裝多達(dá)幾十個(gè)的傳感器，如a737油箱內(nèi)有32個(gè)油量傳感器，a340油箱內(nèi)有90個(gè)油量傳感器，b747有67個(gè)油量傳感器。如果全部傳感器采用插入式安裝方式，則不僅增加了飛機(jī)自重，而且會(huì)對(duì)燃油箱的整體結(jié)構(gòu)造成極大的破壞。另外，目前我國飛機(jī)燃油傳感器主要采用模擬信號(hào)傳輸方式，敏感電容部分和傳輸電纜置于油箱內(nèi)部，測(cè)量電路固定在油箱外壁。亦即，在燃油傳感器的安裝過程中，需要對(duì)油箱進(jìn)行諸如鉆孔的處理。這樣的傳感器布置不僅造成信號(hào)傳輸電纜的分布電容和雜散電容對(duì)于信號(hào)的干擾大，大大影響了測(cè)量的準(zhǔn)確性和測(cè)量精度，而且對(duì)燃油箱的整體結(jié)構(gòu)造成破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明通過改進(jìn)傳感器結(jié)構(gòu)，整合傳感器信號(hào)輸出流，實(shí)現(xiàn)電容式傳感器的整體埋入，從而使油箱整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種埋入式防爆燃油測(cè)量裝置，用于測(cè)量飛行器的油箱內(nèi)的燃油量，所述埋入式防爆燃油測(cè)量裝置包括：

電容式油量傳感器，用于將所述油箱內(nèi)燃油的液面高度轉(zhuǎn)換為電容量；以及

測(cè)量模塊，與所述電容式油量傳感器集成為一體，用于測(cè)量所述電容量并基于所測(cè)量的電容量來獲得所述油箱內(nèi)的燃油量。

根據(jù)實(shí)施例，所述電容式油量傳感器包括：

內(nèi)管電極和外管電極，其中所述內(nèi)管電極和外管電極構(gòu)成中空的同軸圓柱形電容器，用于感測(cè)進(jìn)入所述內(nèi)管電極與所述外管電極之間的空腔的燃油的液面變化造成的電容量變化。

根據(jù)實(shí)施例，在所述同軸圓柱形電容器的第一端處，所述內(nèi)管電極的內(nèi)腔中設(shè)置有本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件，所述本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件包括用于固定安裝所述測(cè)量模塊的本質(zhì)安全型電路部分的第一腔體以及用于引導(dǎo)所述測(cè)量模塊的電路線路的第二腔體。

根據(jù)實(shí)施例，所述本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件與所述內(nèi)管電極的內(nèi)腔螺紋連接并且進(jìn)行密封處理。

根據(jù)實(shí)施例，在所述同軸圓柱形電容器的第一端處，所述外管電極的外側(cè)設(shè)置有第一固定結(jié)構(gòu)件，用于確保所述內(nèi)管電極與所述外管電極的同軸度，并且所述第一固定結(jié)構(gòu)件包括第三腔體，用于容納并且引導(dǎo)經(jīng)由所述第二腔體引導(dǎo)出的所述測(cè)量模塊的電路線路。

根據(jù)實(shí)施例，在所述同軸圓柱形電容器的第二端處，所述內(nèi)管電極的內(nèi)腔中設(shè)置有封堵結(jié)構(gòu)件，用于防止所述燃油進(jìn)入，并且所述封堵結(jié)構(gòu)件與所述內(nèi)管電極的內(nèi)腔螺紋連接并且進(jìn)行密封處理。

根據(jù)實(shí)施例，在所述同軸圓柱形電容器的第二端處，所述外管電極的外側(cè)設(shè)置有第二固定結(jié)構(gòu)件，用于確保所述內(nèi)管電極與所述外管電極的同軸度。

根據(jù)實(shí)施例，在所述同軸圓柱形電容器的任一端處設(shè)置有本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件，用于固定安裝所述測(cè)量模塊的本質(zhì)安全型電路。

根據(jù)實(shí)施例，所述內(nèi)管電極和外管電極的長(zhǎng)度與兩者之間的間距之比大于80。

附圖說明

圖1示出傳統(tǒng)的圓柱形電容式油量傳感器的工作原理圖。

圖2中的(a)圖和(b)圖分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的頂端的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的底端的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖具體描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置。

圖2中的(a)圖和(b)圖分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置，用于測(cè)量飛行器的油箱內(nèi)的燃油量，其包括：

電容式油量傳感器201，用于將油箱內(nèi)燃油的液面高度轉(zhuǎn)換為電容量；以及

測(cè)量模塊202，與電容式油量傳感器201集成為一體，用于測(cè)量電容量并基于所測(cè)量的電容量來獲得油箱內(nèi)的燃油量。

如圖2所示，在本實(shí)施例中，電容式油量傳感器201與測(cè)量模塊202整合為一體，有效地避免對(duì)燃油箱進(jìn)行諸如鉆孔的破壞性處理，提高了燃油箱的結(jié)構(gòu)完整性，同時(shí)縮短了測(cè)量電容與電路之間的引線距離，減少了寄生電容的產(chǎn)生，此外電路輸出的數(shù)字信號(hào)可以增強(qiáng)傳感器的抗干擾能力。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的頂端的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在本實(shí)施例中，電容式油量傳感器包括：

內(nèi)管電極301和外管電極302，其中內(nèi)管電極301和外管電極302構(gòu)成中空的同軸圓柱形電容器，用于感測(cè)進(jìn)入內(nèi)管電極301與外管電極302之間的空腔303的燃油的液面變化造成的電容量變化。

如上所述，在本實(shí)施例中，電容式油量傳感器采用諸如輕質(zhì)鋁合金的材料的薄壁同軸圓柱形電容器作為測(cè)量元件，測(cè)量元件的內(nèi)外管電極301、302長(zhǎng)度相同，外管電極302接地。同時(shí)考慮到傳感器所處的復(fù)雜工作壞境，對(duì)內(nèi)外管電極301、302的外壁進(jìn)行防腐蝕和防氧化絕緣處理，以保證測(cè)量電容的可靠性和安全性。

進(jìn)一步地，如圖3所示，內(nèi)管電極301的內(nèi)腔304中設(shè)置有本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件305，其包括用于固定安裝測(cè)量模塊的本質(zhì)安全型電路部分的第一腔體306以及用于引導(dǎo)測(cè)量模塊的電路線路的第二腔體307。

如上所述，在本實(shí)施例中，內(nèi)管電極301采用中空結(jié)構(gòu)，在大大降低油量傳感器重量和簡(jiǎn)化整體結(jié)構(gòu)的同時(shí)，為測(cè)量模塊的本質(zhì)安全型電路部分的安裝預(yù)留了空間，便于電路結(jié)構(gòu)部分的安裝。在本實(shí)施例中，本質(zhì)安全型電路的硬件結(jié)構(gòu)，諸如pcb板安裝于油量傳感器內(nèi)極管內(nèi)部的本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件中，從而確保本質(zhì)安全型電路部分在封閉的獨(dú)立環(huán)境下工作。

如圖3所示，在本實(shí)施例中，本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件305與內(nèi)管電極301的內(nèi)腔304螺紋連接并且進(jìn)行密封處理。在本發(fā)明中，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種密封處理，諸如采用密封圈、諸如環(huán)氧樹脂等的密封材料進(jìn)行密封處理。

如圖3所示，在本實(shí)施例中，外管電極302的外側(cè)設(shè)置有第一固定結(jié)構(gòu)件308，用于確保內(nèi)管電極301與外管電極302的同軸度，并且第一固定結(jié)構(gòu)件308包括第三腔體309，用于容納并且引導(dǎo)經(jīng)由第二腔體307引導(dǎo)出的測(cè)量模塊的電路線路。

如上所述，在本實(shí)施例中，第二腔體307設(shè)置有密封接頭，從而確保電路線路的安全隔離，并且通過第三腔體309集成電路束，以從第一固定結(jié)構(gòu)件308的頂端引出。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的底端的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，內(nèi)管電極401的內(nèi)腔402中設(shè)置有封堵結(jié)構(gòu)件403，用于防止燃油進(jìn)入，并且封堵結(jié)構(gòu)件403與內(nèi)管電極401的內(nèi)腔402螺紋連接并且進(jìn)行密封處理。在本發(fā)明中，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種密封處理，諸如采用密封圈、諸如環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯等的密封材料進(jìn)行密封處理。

進(jìn)一步地，如圖4所示，在本實(shí)施例中，外管電極404的外側(cè)設(shè)置有第二固定結(jié)構(gòu)件405，用于確保內(nèi)管電極401與外管電極404的同軸度。

如上所述，在內(nèi)外管電極的兩端分別各裝有一個(gè)非導(dǎo)體結(jié)構(gòu)固定件，用于保證測(cè)量電容的同軸度，以防止因內(nèi)外管電極同軸度發(fā)生變化而引起的測(cè)量誤差。

在實(shí)施例中，本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件和封堵結(jié)構(gòu)件均采用非金屬材料，并且通過諸如螺紋連接等方式與內(nèi)管固定連接；在螺紋固定時(shí)，可以使用諸如密封材料進(jìn)行處理，以避免燃油溢漏。此外，在本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件和封堵結(jié)構(gòu)件與內(nèi)管的接觸曲面處，可以設(shè)置密封圈安裝槽，并在結(jié)構(gòu)件的接觸縫隙通過具有良好化學(xué)穩(wěn)定性和密封性的聚四氟乙烯等密封材料來隔絕外界工作環(huán)境。電路的引線通過本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件上固定的密封接頭與外界導(dǎo)線連接。

進(jìn)一步地，為了減小測(cè)量電容器兩端的邊緣效應(yīng)對(duì)于液位測(cè)量精度的影響，在本實(shí)施例中，內(nèi)管電極和外管電極的長(zhǎng)度與兩者之間的間距之比(以下稱為，結(jié)構(gòu)比率)大于80。同時(shí)，高結(jié)構(gòu)比率的測(cè)量電容器設(shè)計(jì)，使待測(cè)液位在大部分測(cè)量范圍內(nèi)變化時(shí)具有良好的線性度，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，從而能夠獲得更為準(zhǔn)確的液位高度。

綜上所述，依據(jù)電容式油量傳感器的測(cè)量原理，本發(fā)明的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)便，便于安裝，能夠盡可能降低邊緣效應(yīng)對(duì)測(cè)量精度的影響，同時(shí)能夠協(xié)調(diào)本質(zhì)安全型電路的安裝要求，確保測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)安全性。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的埋入式防爆燃油測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，在本實(shí)施例中，在由內(nèi)管電極501和外管電極502構(gòu)成的同軸圓柱形電容器的任一端處設(shè)置有本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件503，用于固定安裝測(cè)量模塊的本質(zhì)安全電路504。換言之，用于安裝測(cè)量模塊的本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)件可以設(shè)置在電容式油量傳感器的任意合適位置，只要能夠?qū)崿F(xiàn)上述一體化功能，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全型電路埋入式設(shè)計(jì)即可。

綜上所述，本發(fā)明通過將本質(zhì)安全型測(cè)量模塊與電容式油量傳感器集成為一體，可以有效地避免由于傳統(tǒng)燃油傳感器在安裝過程中測(cè)量電容、傳輸電纜和測(cè)量電路分列油箱內(nèi)外側(cè)，導(dǎo)致分布電容和雜散電容對(duì)信號(hào)的干擾，可以極大地提高飛機(jī)燃油箱的結(jié)構(gòu)整體性，避免了常規(guī)飛機(jī)燃油傳感器安裝過程中對(duì)油箱多處開孔處理，并且可以直接數(shù)字信號(hào)輸出。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。