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專利名稱：電容式油位測量傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種主要用于測量飛行器燃油油位高度和燃油介電常數(shù)的新型電容式油位測量傳感器。
背景技術：
通常一般的電容式油位測量傳感器的傳感部分是一個同軸的容器，當油進入容器后引起傳感器殼體和感應電極之間電容量的變化，這個變化量通過電路的轉換并進行精確的線性和溫度補償，輸出4 20mA或0-5V標準信號供給顯示儀表?，F(xiàn)有技術中測量飛行器燃油油位的電容式傳感器的不足之處在于:
(I)傳感器不具有燃油介電常數(shù)測量部件，因此不能補償由于燃油溫度變化而給燃油油位測量帶來的誤差。(2)傳感器管間定位方式一般采用空間垂直的多根同心定位銷組成，存在工序工藝性較差，定位精確度較低的問題。(3)傳感器的接線盒是采用多個零件逐步安裝的方式進行的，在接線盒內的接線螺栓中間的填充環(huán)氧樹脂或彈性橡膠固定各分離零件，導致傳感器的信號引出導線在接線盒部位產(chǎn)生的寄生電容很難控制，在高、低溫狀態(tài)下，產(chǎn)品干電容值超差現(xiàn)象嚴重。(4)燃油污染物經(jīng)常沉積在安裝于傳感器兩端的護套片上，導致傳感器的電容值
嚴重超差。(5)燃油箱內的電纜在連接到傳感器的信號引出端之后，沒有有效的應力緩沖裝置，在飛機使用環(huán)境中，導線的擺動對接線端子連接的接線片或接線環(huán)產(chǎn)生較大的沖擊力，有時導致連接松動。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種同心定位精度高，能夠降低傳感器干電容值中寄生電容值，并能補償燃油介電常數(shù)變化引起的燃油油位測量誤差，在結構上能夠解決以上問題的電容式油位測量傳感器。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種電容式油位測量傳感器，包括,一個由兩根同心金屬管體構成的油位高度信號主感應體23和同軸連接在上述油位高度信號主感應體23頭部的燃油介電常數(shù)測量感應器22，其特征在于，三根同軸裝配為一體的金屬管體組成了三個測量燃油介電常數(shù)ε _的同軸并聯(lián)式電容器，并同心套繞在上述油位高度信號主感應體23中心管4頭部上，該并聯(lián)式電容器由兩根空間上互為垂直，上下位相隔的補償管軸銷8徑向定位，并通過屏蔽導線電連屏蔽板；油位高度信號主感應體23通過固聯(lián)在中心管4管體上的熱塑壓式屏蔽盒，接收來自油量測量控制系統(tǒng)的正弦電壓信號V，將三個同軸并聯(lián)式電容器的電容值C1和同心主感應體的電容Cx，轉變成與Cx和C1成比例關系的電流信號Ix和Ij，Ix和Ij分別通過內管3、第一補償管5與第三補償管7的連接線，輸出給燃油測量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對燃油油位和燃油介電常數(shù)的測量。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有如下有益效果:
本發(fā)明用于民用飛機燃油測量控制系統(tǒng)，同時具有燃油油位高度信號測量和燃油介電常數(shù)測量等兩個功能。三根套繞主感應體頭部中心管(4)的同心金屬管體組成的并聯(lián)式燃油介電常數(shù)測量結構，形成的與燃油介電常數(shù)ε 成比例關系的電容信號Cp能夠測量燃油介電常數(shù)，對由于燃油介電常數(shù)變化而引起的燃油油位測量誤差起到補償作用。精確的補償，消除了燃油介質因熱脹冷縮引起的誤差。傳感器體兩端護套設計具有抗燃油污染阻塞傳感器感應部件及良好的閃電防護作用，接線屏蔽盒組件的屏蔽設計，極大降低了傳感器本身的寄生電容值，保證傳感器干電容值良好一致性，傳感器內、中心管的同心定位方式，有效保證了傳感器的機械強度，提高了傳感器對振動環(huán)境的適應能力。傳感器的同心定位方式采用新結構的組件定位方式，工藝性良好，能夠解決以往傳感器器同心定位精度不高的問題。傳感器的接線盒采用了將零件以塑壓方式集成于一體的方式，降低了傳感器干電容值中的寄生電容值，提高了傳感器干電容值精度，同時接線盒上設計的應力緩沖裝置有效防止了由于飛機振動環(huán)境下飛機電纜與傳感器接線柱之間的連接不穩(wěn)現(xiàn)象。兩根空間垂直的定位銷8對燃油介電常數(shù)感應體進行的同心定位和分別采用同心定位組件對主電容管相對位置進行的定位，保證了內管3和中心管4的同心安裝。提高了耐震特性。安裝于燃油油位高度信號主感應體23端部的鋼芯19，空心襯套20有效防止了飛機上振動條件下內管3和中心管4之間產(chǎn)生的軸向相對運動，
采用增強尼龍制成的補償管護套片I及油位高度信號主感應體23測量部分的護套片18分別開有長圓弧孔和圓孔，能夠使進入傳感器感應體內的燃油污染物迅速流出，防止了燃油污染物沉積或阻塞燃油介電常數(shù)測量感應器22和燃油油位高度信號測量部分，同時能夠起到閃電防護的作用，從而消除了燃油污染物對傳感器有效電容值的影響。

本發(fā)明還可以用于汽車油箱、油罐車、鐵路機車、油庫等油位的精確測量。結構簡單，無任何可動或彈性元部件，耐沖擊、精度高、性能穩(wěn)定；安裝方便、可靠性高、維護量極少，一般情況下，不必進行維修?？砂惭b在各種場合對汽油、柴油、液壓油等油位進行準確的測量，也可用于高溫油位測量，且測量值不受被測液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響。輸出信號具有一定的阻尼時間，可消除因振動、顛簸引起的數(shù)據(jù)波動。


圖1本發(fā)明電容式油位傳感器主視圖。圖2是圖1接線屏蔽盒的俯視圖。圖3是圖1的使用狀態(tài)參考示意圖。圖中:1補償管護套片，2鉚釘，3內管，4中心管，5第一補償管，6第二補償管，7第三補償管，8補償管軸銷，9接線套管，10接線柱，11護套，12定位銷，13活動安裝支架，14壓線片，15.接線屏蔽盒組件，16固定安裝支架，17定位組件，18護套片，19鋼芯，20空心襯套，21圓形鋼帶卡環(huán)，22燃油介電常數(shù)測量感應器，23油位高度信號主感應體，24止動墊圈，25螺栓，26中心管接線端子，27內管信號接線端子，28補償管信號接線端子，29屏蔽接線端子，30應力緩沖壓線片。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。參加圖1。本發(fā)明提供的電容式油位傳感器，包括，一個由兩根同心金屬管體構成的油位高度信號主感應體23和同軸連接在上述油位高度信號主感應體23頭部的燃油介電常數(shù)測量感應器22。燃油介電常數(shù)測量感應器22由三根同心套繞在上述油位高度信號主感應體23中心管4頭部上的金屬管體組成，并組成了測量燃油介電常數(shù)ε 的三個同軸并聯(lián)式電容器，該并聯(lián)式電容器由兩根在空間上互為垂直，上下位相隔的補償管軸銷8徑向定位，并通過屏蔽導線電連屏蔽板。位于最內層的中心管4通過燃油介電常數(shù)測量感應器22臺階頭部端面向軸向延伸，形成輔助油位高度信號主感應體23。三根同軸裝配為一體的金屬管體組成了三個測量燃油介電常數(shù)ε 的同軸并聯(lián)式電容器，三個形電容器的電容值之和C1= CJCfC3，該電容值C1與燃油介電常數(shù)ε 成正比關系，式中=C1是中心管4與補償管5之間形成的電容，C2是第一補償管5與第二補償管6之間形成的電容，C3是第二補償管6與第三補償管7之間形成的電容。同心主感應體油位高度信號形成了比例關系的電容值Cx。每個等距間隔的電容管體之間均制有用于通過屏蔽導線的接線套管9。燃油介電常數(shù)測量感應器22的感應體與燃油油位高度信號主感應體23的信號感應體將中心管4做為公用管，通過中心管4與第一補償管5、第二補償管6和第三補償管7組成燃油介電常數(shù)測量感應器22。燃油介電常數(shù)測量感應器22的圓柱管體圓周上設有通過鉚釘2固定在第三補償管7上的補償管護套片1，補償管護套片I包裹在燃油介電常數(shù)測量感應器22端口。兩根用于同心定位中心管4、第一補償管5、第二補償管6、第三補償管7的補償管軸銷8在空間上互為垂直，上下位相隔一定距離進行徑向定位。中心管4與第二補償管6，第一補償管5與第三補償管7之間的屏蔽連接導線通過接線套管9后連接在一起。第一補償管5與第三補償管7引出的信號線通過接線套管進入內管，并連接到接線屏蔽盒15的銀白色焊接處，構成燃油介電常數(shù)測量感應器22的信號返回端。在油位高度信號主感應體23中心管4的筒體上，分段設有通過定位銷12徑向穿越管體的包裹護套11，并由圓形鋼帶卡環(huán) 2 1固定，與定位組件17 —起共同保持燃油油位感應部件內管3和中心管4之間的同心定位。在油位高度信號主感應體23的尾端設有用穿過內管3和中心管4的鋼芯19和空心襯套20，經(jīng)護套片11的限位作用，保證剛芯和空心襯套不徑向脫出，而后通過柳釘將護套片18固定在傳感器中心管4的端部。以此保證內管3和中心管4軸向相對位置固定。參閱圖2。接線屏蔽組合件15以鉚釘固定在中心管4的中部，燃油介電常數(shù)測量感應器22通過屏蔽導線電連屏蔽板，與設置在接線盒組合件15內的屏蔽板、接線柱、應力緩沖裝置集成于一體。接線盒組合件15為熱塑壓式屏蔽盒。油位高度信號主感應體23和油位燃油介電常數(shù)感應器22共用電壓輸入信號V，電壓輸入信號V由接線盒屏蔽組合件15的中心管4接線端子26引入。內管3與接線盒屏蔽組合件15的端子，內管信號接線端子27相連，返回油位高度信號主感應體23的電流信號Ix。第一補償管5和第二補償管6連接后引線通過內管3內部后與接線盒屏蔽組合件15的補償管信號接線端子28相連，返回燃油介電常數(shù)測量感應器22的電流信號I”
接線盒屏蔽組合件15屏蔽接線端子29與集成在接線盒內部的電容屏蔽板相連，電容屏蔽板是用于連接傳感器所有屏蔽導線的屏蔽層。為防止插錯，中心管接線端子26，內管信號接線端子27，補償管信號接線端子28，屏蔽接線端子29外徑尺寸不同。集成在接線盒屏蔽組合件15上的止動墊圈24通過螺栓25固聯(lián)組成的應力緩沖裝置用于固定外部的連接導線，以緩沖應力。中心管信號接線端子26、內管信號接線端子27、補償管信號接線端子28，屏蔽接線端子29等零件采用模具熱塑壓成型的方式集成固定于接線盒屏蔽組合件之中。參閱圖3。電容式油位傳感器裝于油箱之中，通過活動安裝支架13和固定安裝支架16安裝在油箱中，固定安裝支架16通過鉚釘2固定在中心管4上，兩個鉚釘將活動安裝支架13限定在可活動的范圍之內，以便于安裝在油箱接口上。燃油燃油介電常數(shù)測量感應器22位于油位高度信號主感應體23的下端，并始終淹沒在燃油之中。燃油油位傳感器的工作方式為，傳感器中心管4通過中心管接線端子26接收來自燃油油量測量控制系統(tǒng)的正弦電壓信號V，正弦電壓信號經(jīng)過Cx和C1后，轉變成與Cx和Cj成比例關系的電流信號込和。，込和Ij分別通過內管信號接線端子27、補償管信號接線端子28，輸出給燃油測量控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了對燃油油位和燃油介電常數(shù)的測量。分別位于接線屏蔽盒兩邊，固聯(lián)在油位高度信號主感應體23上的同心定位組件的護套11的材料是增強尼龍，定位銷12的材料是聚全氟乙丙烯樹脂。
權利要求
1.一種耗量信號轉換模塊，包括被厚模集成在一個模塊內的激勵信號產(chǎn)生電路、檢測電路、調制解調電路和脈沖信號產(chǎn)生電路，其特征在于，在激勵信號產(chǎn)生電路中，控制端設有開關K4和電容C15的RC橋式正弦波振蕩電路，串聯(lián)功率放大電路，RC橋式正弦波振蕩電路通過功率放大電路產(chǎn)生的兩個交流激勵信號，分別通過正、負相電壓跟隨電路激勵耗量傳感器兩端，使耗量傳感器在轉動過程中形成一個調制載波信號，該調制載波信號經(jīng)上述調制解調電路濾波、檢波、放大、比較后，送入脈沖信號產(chǎn)生電路，生成一個供微處理器識別的脈沖信號。
2.如權利要求1所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:所述激勵信號產(chǎn)生電路包括:依次串聯(lián)的RC橋式正弦波振蕩電路、功率放大電路和雙相電壓跟隨電路。
3.如權利要求1或2所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:所述RC橋式正弦波振蕩電路包括，由串聯(lián)在電阻R39與電阻R37之間的電容Cl3和串聯(lián)在運算放大器U23C反向端的電容C23構成的RC振蕩橋。
4.如權利要求3所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:所述振蕩橋具有選頻作用，高頻信號被電容C23吸收，低頻信號被電容C13吸收，且只能輸出固定頻率的信號。
5.如權利要求1所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:所述雙相電壓跟隨電路，包括并聯(lián)在功率放大電路和耗量傳感器之間正相放大電路和負相放大電路。
6.如權利要求1所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:檢測電路并聯(lián)在RC橋式正弦波振蕩電路和所述負相放大電路之間。
7.如權利要求1所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:調制解調電路包括:依次與串聯(lián)脈沖信號產(chǎn)生電路的耗量傳感器、濾波電路、檢波電路、放大電路和比較電路。
8.如權利要求1所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:激勵信號產(chǎn)生電路中的RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生一個固定頻率為4KHZ的正弦波，經(jīng)功率放大電路放大和雙相電壓跟隨電路后，形成頻率都為4KHZ，幅值為10V，13V，相位相差180°的2個交流激勵信號。
9.如權利要求8所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:在RC橋式正弦波振蕩電路中，串聯(lián)在運算放大器U23C正向端接點兩邊的電阻R44、電阻R45與接地電容C15構成了一個電壓型負反饋放大電路。
10.如權利要求9所述的耗量信號轉換模塊，其特征在于:所述電壓型負反饋放大電路是上述RC振蕩橋的起振電路，當起振電路中的電阻R44>2R45時，RC振蕩橋起振，產(chǎn)生正弦振蕩波信號，此信號通過R44、R45構成的電壓負反饋達到輸出電壓平衡。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種耗量信號轉換模塊，包括被厚模集成在一個模塊內的激勵信號產(chǎn)生電路、檢測電路、調制解調電路和脈沖信號產(chǎn)生電路。在激勵信號產(chǎn)生電路中，串聯(lián)功率放大電路的RC橋式正弦波振蕩電路，控制端設有開關K4和電容C15 ，RC橋式正弦波振蕩電路通過功率放大電路產(chǎn)生的兩個交流激勵信號，分別通過正、負相電壓跟隨電路激勵耗量傳感器兩端，使耗量傳感器在轉動過程中形成一個調制載波信號，該調制載波信號經(jīng)上述調制解調電路濾波、檢波、放大、比較后，送入脈沖信號產(chǎn)生電路，生成一個供微處理器識別的脈沖信號。本發(fā)明體積小，功耗低，可靠性高，避免了現(xiàn)有技術PCB板占據(jù)大量裝配空間的缺陷，能檢測飛機上耗量傳感器的故障信息。
文檔編號G01F23/26GK103148914SQ20131005189
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月18日 優(yōu)先權日2013年2月18日
發(fā)明者姜樂, 莊曉瑋, 黃華輝, 唐文龍 申請人:成都泛華航空儀表電器有限公司