接触式油位测量变送器的工作原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——接触式油位测量变送器。该专利由四川泛华航空仪表电器有限公司申请，并于2017年3月22日获得授权公告。

内容说明

本实用新型涉及一种主要用于测量飞行器燃油油位高度和燃油温度的接触式油位测量变送器。

发明背景

电容式油位传感器是利用正负探极间充入液体介质形成的电容随着液位呈线性变化，将电容的变化量（即液位的变化量）转换成标准的电信号输出。通常一般的电容式油位测量传感器的传感部分是一个同轴的容器，当油进入容器后引起传感器管体和感应电极之间电容量的变化，这个变化量通过温度补偿电路的转换来进行线性和温度补偿，输出4～20mA或0～5V标准信号供给显示仪表。由于电路中的双向开关和运算放大器等模拟元件容易受到工作环境温度变化的影响，致使电路的输出有较大的温度漂移。这样的温度漂移值对测量飞行器燃油油位质量检测精度的影响比较大，因此，需要对其进行补偿。一般情况是由试验得到电容测量电路的输出电压随温度变化的规律，采用单片机技术对电路进行温度补偿来减小温度漂移。

现有技术中测量飞行器燃油油位的电容式传感器，存在不足之处在于：（1）传感器不具有燃油温度测量部件，因此无法补偿由于燃油温度变化而给燃油油位测量带来的误差。（2）传感器管间定位方式一般采用空间垂直的多根同心定位销组成，存在工序工艺性较差，定位精确度较低的问题。（3）燃油污染物经常沉积在安装于传感器两端的护套片上，导致传感器的电容值严重超差，产生较大的寄生电容值。（4）燃油箱内的电缆在连接到传感器的信号引出端之后，没有有效的应力缓冲装置，在飞机使用环境中，导线的摆动对接线端子连接的接线片或接线环产生较大的冲击力，容易导致连接松动。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种同心定位精度高，耐震特性强，能够降低传感器干电容值中的寄生电容值，并能补偿燃油的温度变化引起的燃油油位测量误差，在结构和功能上解决以上问题的接触式油位测量变送器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种接触式油位测量变送器，包括，三根同轴装配为一体的金属管体组成的油位高度测量模块4和固定在油位高度测量模块底端的温度补偿模块9，其特征在于，外层金属管体10作为整个传感器的屏蔽外管以及固定支撑作用，中层金属管体11和内层金属管体12输出与浸油高度成比例的油位高度信号电容值C，且三根金属管体由三个在空间上均布分布，上下位相隔的内衬垫13、外衬垫15和销子14径向定位，底端通过导杆5和铝托盘7同轴固定有温度补偿模块9，温度补偿模块9通过铝托盘7和导杆5固定在金属管体的底端正中央，接线套管16将油位高度测量模块4的电容值C和温度补偿模块9的电阻值R通过管体中的导杆5输出，将转变成与电容C和电阻值R成比例关系的电流信号IC和IR，通过屏蔽导线（17）连接的插座（19）传输到燃油测量控制系统。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：同心定位精度高。本实用新型三根金属管体由三个在空间上均布分布，上下位相隔的内衬垫13、外衬垫15和销子14径向定位；各三个在同一径向平面均布分布的内衬垫13、外衬垫15和销子14，沿轴向在相隔一定间距装配另外两组，共九组用以确保金属管体的同心安装。在底端通过导杆5和铝托盘7固定上同轴的温度补偿模块9。结构简单，同心定位精度高，传感器的管间定位方式采用新结构的组件定位方式，工艺性良好，能够解决以往传感器同心定位精度不高的问题。无任何可动或弹性元部件，耐冲击、精度高、性能稳定；安装方便、可靠性高、维护量极少，一般情况下，不必进行维修。温度补偿模块9通过铝托盘7和导杆5。

能够降低传感器干电容值中的寄生电容值。本实用新型将温度补偿模块9固定金属管体的正中央底端，精确的补偿输出的温度漂移，同时使用铝衬套8、两管衬套3和三根同心金属管体对温度补偿模块9做保护，同时能够起到闪电防护的作用，从而消除了燃油污染物对传感器有效电容值的影响。内部两根金属管体11和12测量油位高度信号，最外层金属管体10用以屏蔽外界干扰信号，并且将油位高度测量模块4的电容值C和温度补偿模块9的电阻值R通过管体中的导杆5输出，转变成与C和R成比例关系的电流信号IC和IR到燃油测量控制系统，通过温度补偿模块9对燃油油位测量误差起到补偿作用，降低了传感器干电容值中的寄生电容值，能有效测量燃油油箱的温度变化，消除了燃油介质因热胀冷缩引起的误差。传感器增加温度补偿功能，自动修正由于温度不同带来的误差。经过精确的温度补偿和线性修正，具有高精度、高稳定性和持续测量等优点，直接通过测量油箱油量来取得油耗值，不对油路系统/管道造成任何作用和影响。且测量值不受被测液体的温度、比重及容器的形状、压力影响。温度补偿模块采用高度集成的专用IC芯片，经过精确的温度补偿和线性修正，转换成标准可被计算机等识别的信号，电容式液位传感器具有现场校准功能，用户可进行零点、任意截断长度、量程自动校准，以适应各种恶劣或者复杂场所的应用。

提高了耐震特性。本实用新型用三个相互绝缘的同轴金属管体组成油位高度测量模块4，其中最外层作为屏蔽管阻止外界干扰信号，内部两层管测量油位信号，底端固定上同轴的温度补偿模块9，依靠测量传感器中介质的变化，获取油位的高度和油量，并实施温度补偿和倾角补偿，实验结果表明，能够准确的以全量程线性化测量和显示，而且抗干扰能力极强，能耐受2万伏的高压电火花干扰30秒钟，变频器、高功率电台以及其他强干扰设备对其测量结果。通过安装于金属管体两端的两管衬套3和调节垫圈1有效防止了飞机上振动条件下三根同心金属管体10、11和12之间产生的轴向相对运动。在导杆5与内金属管体12之间采用密封处理，同时将两管衬套3和铝衬套8采用中间开圆孔，能够使浸入传感器体内的燃油污染物迅速流出，防止了燃油污染物沉积或阻塞温度测量模块，输出信号具有一定的阻尼时间，可消除因振动、颠簸引起的数据波动。

本实用新型用于飞机燃油测量控制系统，同时具有燃油油位高度信号测量和燃油温度测量等两个功能。还可以用于汽车油箱、油罐车、铁路机车、油库等油位的精确测量。可安装在各种场合对汽油、柴油、液压油等油位进行准确的测量，也可用于高温油位测量。