专利名称：电容式油位测量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主要用于测量飞行器燃油油位高度和燃油介电常数的新型电容式油位测量传感器。
背景技术：
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壳体和感应电极之间电容量的变化，这个变化量通过电路的转换并进行精确的线性和温度补偿，输出4 20mA或0-5V标准信号供给显示仪表。现有技术中测量飞行器燃油油位的电容式传感器的不足之处在于:
(I)传感器不具有燃油介电常数测量部件，因此不能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)传感器的接线盒是采用多个零件逐步安装的方式进行的，在接线盒内的接线螺栓中间的填充环氧树脂或弹性橡胶固定各分离零件，导致传感器的信号引出导线在接线盒部位产生的寄生电容很难控制，在高、低温状态下，产品干电容值超差现象严重。(4)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。(5)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，有时导致连接松动。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种同心定位精度高，能够降低传感器干电容值中寄生电容值，并能补偿燃油介电常数变化引起的燃油油位测量误差，在结构上能够解决以上问题的电容式油位测量传感器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种电容式油位测量传感器，包括,一个由两根同心金属管体构成的油位高度信号主感应体23和同轴连接在上述油位高度信号主感应体23头部的燃油介电常数测量感应器22，其特征在于，三根同轴装配为一体的金属管体组成了三个测量燃油介电常数ε _的同轴并联式电容器，并同心套绕在上述油位高度信号主感应体23中心管4头部上，该并联式电容器由两根空间上互为垂直，上下位相隔的补偿管轴销8径向定位，并通过屏蔽导线电连屏蔽板；油位高度信号主感应体23通过固联在中心管4管体上的热塑压式屏蔽盒，接收来自油量测量控制系统的正弦电压信号V，将三个同轴并联式电容器的电容值C1和同心主感应体的电容Cx，转变成与Cx和C1成比例关系的电流信号Ix和Ij，Ix和Ij分别通过内管3、第一补偿管5与第三补偿管7的连接线，输出给燃油测量控制系统，实现对燃油油位和燃油介电常数的测量。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
本发明用于民用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介电常数测量等两个功能。三根套绕主感应体头部中心管(4)的同心金属管体组成的并联式燃油介电常数测量结构，形成的与燃油介电常数ε 成比例关系的电容信号Cp能够测量燃油介电常数，对由于燃油介电常数变化而引起的燃油油位测量误差起到补偿作用。精确的补偿，消除了燃油介质因热胀冷缩引起的误差。传感器体两端护套设计具有抗燃油污染阻塞传感器感应部件及良好的闪电防护作用，接线屏蔽盒组件的屏蔽设计，极大降低了传感器本身的寄生电容值，保证传感器干电容值良好一致性，传感器内、中心管的同心定位方式，有效保证了传感器的机械强度，提高了传感器对振动环境的适应能力。传感器的同心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器同心定位精度不高的问题。传感器的接线盒采用了将零件以塑压方式集成于一体的方式，降低了传感器干电容值中的寄生电容值，提高了传感器干电容值精度，同时接线盒上设计的应力缓冲装置有效防止了由于飞机振动环境下飞机电缆与传感器接线柱之间的连接不稳现象。两根空间垂直的定位销8对燃油介电常数感应体进行的同心定位和分别采用同心定位组件对主电容管相对位置进行的定位，保证了内管3和中心管4的同心安装。提高了耐震特性。安装于燃油油位高度信号主感应体23端部的钢芯19，空心衬套20有效防止了飞机上振动条件下内管3和中心管4之间产生的轴向相对运动，
采用增强尼龙制成的补偿管护套片I及油位高度信号主感应体23测量部分的护套片18分别开有长圆弧孔和圆孔，能够使进入传感器感应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燃油介电常数测量感应器22和燃油油位高度信号测量部分，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。
本发明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。结构简单，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。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，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。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。
图1本发明电容式油位传感器主视图。图2是图1接线屏蔽盒的俯视图。图3是图1的使用状态参考示意图。图中:1补偿管护套片，2铆钉，3内管，4中心管，5第一补偿管，6第二补偿管，7第三补偿管，8补偿管轴销，9接线套管，10接线柱，11护套，12定位销，13活动安装支架，14压线片，15.接线屏蔽盒组件，16固定安装支架，17定位组件，18护套片，19钢芯，20空心衬套，21圆形钢带卡环，22燃油介电常数测量感应器，23油位高度信号主感应体，24止动垫圈，25螺栓，26中心管接线端子，27内管信号接线端子，28补偿管信号接线端子，29屏蔽接线端子，30应力缓冲压线片。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。参加图1。本发明提供的电容式油位传感器，包括，一个由两根同心金属管体构成的油位高度信号主感应体23和同轴连接在上述油位高度信号主感应体23头部的燃油介电常数测量感应器22。燃油介电常数测量感应器22由三根同心套绕在上述油位高度信号主感应体23中心管4头部上的金属管体组成，并组成了测量燃油介电常数ε 的三个同轴并联式电容器，该并联式电容器由两根在空间上互为垂直，上下位相隔的补偿管轴销8径向定位，并通过屏蔽导线电连屏蔽板。位于最内层的中心管4通过燃油介电常数测量感应器22台阶头部端面向轴向延伸，形成辅助油位高度信号主感应体23。三根同轴装配为一体的金属管体组成了三个测量燃油介电常数ε 的同轴并联式电容器，三个形电容器的电容值之和C1= CJCfC3，该电容值C1与燃油介电常数ε 成正比关系，式中=C1是中心管4与补偿管5之间形成的电容，C2是第一补偿管5与第二补偿管6之间形成的电容，C3是第二补偿管6与第三补偿管7之间形成的电容。同心主感应体油位高度信号形成了比例关系的电容值Cx。每个等距间隔的电容管体之间均制有用于通过屏蔽导线的接线套管9。燃油介电常数测量感应器22的感应体与燃油油位高度信号主感应体23的信号感应体将中心管4做为公用管，通过中心管4与第一补偿管5、第二补偿管6和第三补偿管7组成燃油介电常数测量感应器22。燃油介电常数测量感应器22的圆柱管体圆周上设有通过铆钉2固定在第三补偿管7上的补偿管护套片1，补偿管护套片I包裹在燃油介电常数测量感应器22端口。两根用于同心定位中心管4、第一补偿管5、第二补偿管6、第三补偿管7的补偿管轴销8在空间上互为垂直，上下位相隔一定距离进行径向定位。中心管4与第二补偿管6，第一补偿管5与第三补偿管7之间的屏蔽连接导线通过接线套管9后连接在一起。第一补偿管5与第三补偿管7引出的信号线通过接线套管进入内管，并连接到接线屏蔽盒15的银白色焊接处，构成燃油介电常数测量感应器22的信号返回端。在油位高度信号主感应体23中心管4的筒体上，分段设有通过定位销12径向穿越管体的包裹护套11，并由圆形钢带卡环 2 1固定，与定位组件17 —起共同保持燃油油位感应部件内管3和中心管4之间的同心定位。在油位高度信号主感应体23的尾端设有用穿过内管3和中心管4的钢芯19和空心衬套20，经护套片11的限位作用，保证刚芯和空心衬套不径向脱出，而后通过柳钉将护套片18固定在传感器中心管4的端部。以此保证内管3和中心管4轴向相对位置固定。参阅图2。接线屏蔽组合件15以铆钉固定在中心管4的中部，燃油介电常数测量感应器22通过屏蔽导线电连屏蔽板，与设置在接线盒组合件15内的屏蔽板、接线柱、应力缓冲装置集成于一体。接线盒组合件15为热塑压式屏蔽盒。油位高度信号主感应体23和油位燃油介电常数感应器22共用电压输入信号V，电压输入信号V由接线盒屏蔽组合件15的中心管4接线端子26引入。内管3与接线盒屏蔽组合件15的端子，内管信号接线端子27相连，返回油位高度信号主感应体23的电流信号Ix。第一补偿管5和第二补偿管6连接后引线通过内管3内部后与接线盒屏蔽组合件15的补偿管信号接线端子28相连，返回燃油介电常数测量感应器22的电流信号I”
接线盒屏蔽组合件15屏蔽接线端子29与集成在接线盒内部的电容屏蔽板相连，电容屏蔽板是用于连接传感器所有屏蔽导线的屏蔽层。为防止插错，中心管接线端子26，内管信号接线端子27，补偿管信号接线端子28，屏蔽接线端子29外径尺寸不同。集成在接线盒屏蔽组合件15上的止动垫圈24通过螺栓25固联组成的应力缓冲装置用于固定外部的连接导线，以缓冲应力。中心管信号接线端子26、内管信号接线端子27、补偿管信号接线端子28，屏蔽接线端子29等零件采用模具热塑压成型的方式集成固定于接线盒屏蔽组合件之中。参阅图3。电容式油位传感器装于油箱之中，通过活动安装支架13和固定安装支架16安装在油箱中，固定安装支架16通过铆钉2固定在中心管4上，两个铆钉将活动安装支架13限定在可活动的范围之内，以便于安装在油箱接口上。燃油燃油介电常数测量感应器22位于油位高度信号主感应体23的下端，并始终淹没在燃油之中。燃油油位传感器的工作方式为，传感器中心管4通过中心管接线端子26接收来自燃油油量测量控制系统的正弦电压信号V，正弦电压信号经过Cx和C1后，转变成与Cx和Cj成比例关系的电流信号込和。，込和Ij分别通过内管信号接线端子27、补偿管信号接线端子28，输出给燃油测量控制系统，从而实现了对燃油油位和燃油介电常数的测量。分别位于接线屏蔽盒两边，固联在油位高度信号主感应体23上的同心定位组件的护套11的材料是增强尼龙，定位销12的材料是聚全氟乙丙烯树脂。
权利要求
1.一种耗量信号转换模块，包括被厚模集成在一个模块内的激励信号产生电路、检测电路、调制解调电路和脉冲信号产生电路，其特征在于，在激励信号产生电路中，控制端设有开关K4和电容C15的RC桥式正弦波振荡电路，串联功率放大电路，RC桥式正弦波振荡电路通过功率放大电路产生的两个交流激励信号，分别通过正、负相电压跟随电路激励耗量传感器两端，使耗量传感器在转动过程中形成一个调制载波信号，该调制载波信号经上述调制解调电路滤波、检波、放大、比较后，送入脉冲信号产生电路，生成一个供微处理器识别的脉冲信号。
2.如权利要求1所述的耗量信号转换模块，其特征在于:所述激励信号产生电路包括:依次串联的RC桥式正弦波振荡电路、功率放大电路和双相电压跟随电路。
3.如权利要求1或2所述的耗量信号转换模块，其特征在于:所述RC桥式正弦波振荡电路包括，由串联在电阻R39与电阻R37之间的电容Cl3和串联在运算放大器U23C反向端的电容C23构成的RC振荡桥。
4.如权利要求3所述的耗量信号转换模块，其特征在于:所述振荡桥具有选频作用，高频信号被电容C23吸收，低频信号被电容C13吸收，且只能输出固定频率的信号。
5.如权利要求1所述的耗量信号转换模块，其特征在于:所述双相电压跟随电路，包括并联在功率放大电路和耗量传感器之间正相放大电路和负相放大电路。
6.如权利要求1所述的耗量信号转换模块，其特征在于:检测电路并联在RC桥式正弦波振荡电路和所述负相放大电路之间。
7.如权利要求1所述的耗量信号转换模块，其特征在于:调制解调电路包括:依次与串联脉冲信号产生电路的耗量传感器、滤波电路、检波电路、放大电路和比较电路。
8.如权利要求1所述的耗量信号转换模块，其特征在于:激励信号产生电路中的RC桥式正弦波振荡电路产生一个固定频率为4KHZ的正弦波，经功率放大电路放大和双相电压跟随电路后，形成频率都为4KHZ，幅值为10V，13V，相位相差180°的2个交流激励信号。
9.如权利要求8所述的耗量信号转换模块，其特征在于:在RC桥式正弦波振荡电路中，串联在运算放大器U23C正向端接点两边的电阻R44、电阻R45与接地电容C15构成了一个电压型负反馈放大电路。
10.如权利要求9所述的耗量信号转换模块，其特征在于:所述电压型负反馈放大电路是上述RC振荡桥的起振电路，当起振电路中的电阻R44>2R45时，RC振荡桥起振，产生正弦振荡波信号，此信号通过R44、R45构成的电压负反馈达到输出电压平衡。
全文摘要
本发明提出的一种耗量信号转换模块，包括被厚模集成在一个模块内的激励信号产生电路、检测电路、调制解调电路和脉冲信号产生电路。在激励信号产生电路中，串联功率放大电路的RC桥式正弦波振荡电路，控制端设有开关K4和电容C15 ，RC桥式正弦波振荡电路通过功率放大电路产生的两个交流激励信号，分别通过正、负相电压跟随电路激励耗量传感器两端，使耗量传感器在转动过程中形成一个调制载波信号，该调制载波信号经上述调制解调电路滤波、检波、放大、比较后，送入脉冲信号产生电路，生成一个供微处理器识别的脉冲信号。本发明体积小，功耗低，可靠性高，避免了现有技术PCB板占据大量装配空间的缺陷，能检测飞机上耗量传感器的故障信息。
文档编号G01F23/26GK103148914SQ20131005189
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月18日 优先权日2013年2月18日
发明者姜乐, 庄晓玮, 黄华辉, 唐文龙 申请人:成都泛华航空仪表电器有限公司