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測量飛機(jī)油量的電容式傳感器設(shè)計

作者:吳曉男,于進(jìn)勇,戴洪德 時間:2012-10-30 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  摘要:本文介紹了利用測量飛機(jī)油箱內(nèi)油量的原理,闡述了電容式傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計,從理論上定量地分析了該測量油量時產(chǎn)生的測量誤差,這對提高油量測量系統(tǒng)的測量精度、減小測量誤差提供了理論依據(jù)。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/138284.htm

  引言

  飛機(jī)在飛行過程中,油箱內(nèi)的油量是估計飛機(jī)續(xù)航時間和確保飛行安全的重要參數(shù)。燃油油量測量系統(tǒng)的精度、可靠性及維修,對飛機(jī)的性能有著重要的影響。提高油量測量精度意味著可以大大提高飛機(jī)的有效載荷,航程及作戰(zhàn)半徑。本文設(shè)計了一種用來測量飛機(jī)油箱內(nèi)的油量。

  電容式傳感器工作原理

  用來測量油箱內(nèi)油量的電容式傳感器的結(jié)構(gòu)為同心圓筒形極板組成的圓柱形,如圖1所示?! ?/p>

 

  從電工學(xué)可知,若極板總長度H遠(yuǎn)大于外極板半徑r2,則圓柱形容量與油面高度的關(guān)系可表示為:;式中ε0為真空的介電常數(shù);r1為內(nèi)極板的半徑。 

  若將圓柱形垂直插入油箱,當(dāng)油箱滿油時,介質(zhì)為煤油;當(dāng)油量減少時,兩極間的介質(zhì)包括煤油和空氣兩部分,其對應(yīng)的電容表達(dá)式分別為:,;式中:ε、ε分別為煤油和空氣的介電常數(shù);h為煤油介質(zhì)在電容器中所占的高度。 

  而電容傳感器的電容等于這兩部分電容之和,即:,整理后得:  

                (1) 

  式中:C0為油箱無油時的電容;ΔC為油箱有油時所增加的電容。C0的數(shù)值僅取決于傳感器本身的尺寸,而ΔC的大小與油面高度h有關(guān)。由于ε,所以ΔC恒為正值,并與油面高度h成正比。

  對于橫截面積一定的油箱來說,電容傳感器電容的變化反映了油箱中油面高度的變化,這樣就把對油面高度的測量轉(zhuǎn)換成對傳感器電容的測量。

  電容式傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

  飛機(jī)油箱的形狀隨其安裝位置不同而不同,所以油箱截面隨高度不同而變化,油面高度與油箱截面的關(guān)系或者說油面高度和儲油量之間呈非線性關(guān)系,由(1)式可知,電容傳感器的電容與油面高度也成非線性關(guān)系。由于這個特點,油量表指示刻度必須是非均勻刻度,才能滿足精確測量的需要,這給使用帶來不便,為此要設(shè)計特殊形狀的電容傳感器,使它在測量不同油箱油量時,共用一個均勻刻度的刻度盤,以達(dá)到精確測量的目的。

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