基于电容传感器的数字式飞机燃油油量测量系统的设计.pdf

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1、·46·工业仪表与自动化装置2013年第1期基于电容传感器的数字式飞机燃油油量测量系统的设计于进勇，吴晓男，戴洪德(海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001)摘要：介绍了利用电容传感器测量飞机油箱内油量的原理，给出了基于电容式传感器数字式油量测量系统的详细设计方案，并从理论上定量地分析了该电容传感器主要测量误差，这对提高油量测量系统的测量精度提供了理论依据，阐述了系统软件设计思想。设计的电容传感器具有结构简单、使用方便、精度高等特点。关键词：电容传感器；单片机；硬件设计；误差分析中图分类号：TP212．9文献标志码：A文章编号：1000—0682(2

2、013)01—0046—04DesignofdigitalaeroplanefuelmetertestingsystembasedoncapacitancesensorYUJinyong，WUXiaonan，DAIHongde(DepartmentofControlEngineering，NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，ShandongYantai264001，China)Abstract：Thepaperintroducetheprincipleofcapacitancesensortestingae

3、roplanefuel，detailedlyexpoundthedesignscheme，quantificationalanalyzetestingerrorofcapacitancesensorintheory，iten—hancetheprecisionoffueltestingsystem．Discussthesystemsoftwaredesignidea．Thedesigncapaci—tancesensorissimple，convenientforuseandhighprecision．Keywords：capacitancesensor；s

4、ingalchipmiscrocomputer；hardwaredesign；eroranalysis2~r6Ho0引言C：——lnr1燃油油量测量是飞机燃油系统设计的一项重要任务，燃油测量系统的精度、可靠性及维修，对飞机式中：。为真空的介电常数；r为内极板的半径。的性能有着重要的影响。提高油量测量精度有利于提高飞机的有效载荷、航程及作战半径。空中作战、武器发射、导航、指挥、飞行控制等都与油量测量信号有关。该文设计了一种数字式油量测量系统。1电容式传感器工作原理用来测量油箱内油量的电容式传感器的结构为同心圆筒形极板组成的圆柱形电容器，如图1所示。从电工学可知

5、，若极板总长度日远大于外极板半径r：，则圆柱形电容器容量与油面高度的关系可图1电容传感器结构表示为：若将圆柱形电容器垂直插入油箱，当油箱满油时，介质为煤油，当油量减少时，两极问的介质包括煤油和空气两部分，其对应的油气电容计算式分收稿日期：2012—07—13别为：作者简介：于进勇(1976)，男，山东海阳人，副教授，工学博士主要从事飞行器控制系统设计与仿真。2013年第1期工业仪表与自动化装置·47·俯仰或横滚时进行姿态误差补偿。首先由电容传感c油：：器测出油箱内油量相对应的电容值，再通过介电常lnlnr1rI数补偿传感器测得的介电常数进行补偿后得到油箱式中

6、：油、气分别为煤油和空气的介电常数；h为煤内的油量对应的电容值，然后对该电容进行姿态补油介质在电容器中所占的高度。偿，再把体积乘以密度传感器测得的密度值得到油而电容传感器的电容等于这两部分电容之箱中燃油的质量。最后将各个油箱中燃油储量求和和，即得到总的燃油质量，送指示器指示。c：+Hr2r23电容式传感器测量误差分析1ln—生1ln—三r1r1在利用电容传感器测量油量时，是以某种燃油整理后得：并且在某一规定的温度下的密度和介电常数为依据C：十：c+△c：而设计的。但是当温度变化或更换燃油时，燃油的r2r21ln—1ln—密度和介电常数要发生变化，油量表的指示

7、会出现r1r1测量误差，前者称为温度误差，而后者称为换油c0+h)(1)误差。式中：cn为油箱无油时的电容；AC为油箱有油时所飞机在飞行过程中，姿态的改变使油面的高度增加的电容。c。的数值仅取决于传感器本身的尺与燃油体积的关系与设计飞行姿态下油面高度与燃寸，而AC的大小与油面高度h有关。由于s油>油体积的关系是不相同的J，因此存在姿态误差。s与，所以△c恒为正值，并与油面高度h成正比。对于横截面积一定的油箱来说，电容传感器电3．1温度误差1)介电常数变化引起的误差容的变化反映了油箱中油面高度的变化，这样就把当温度变化时，常引起介电常数变化，误差大小对油面高度

8、的测量转换成对传感器电容的测量。随电介质对温度敏感程