变介电常数电容传感器的原理及应用

2007年10月第24卷第5期沈阳航空工业学院学报

JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringOct.2007Vol.24　No.5

文章编号:1007-1385(2007)05-0079-02

变介电常数电容传感器的原理及应用

臧　宁　盖　娜

1

2

(1.沈阳航空工业学院航达机载设备公司,辽宁沈阳　110034;2.沈阳飞机工业(集团)公司,辽宁沈阳　110034)

摘　要:变介电常数电容传感器是飞机燃油测量系统的重要部件,用于感受飞机燃油箱的燃油量。根据电容器两极板间的电介质变化,引起传感器电容量变化,电容信号经过C-V变换电路转换为直流电压信号,数字化后输入微处理器计算后,送飞机终端显示系统显示油量信息。介绍了变介电常数电容传感器的原理和应用。关键词:变介电常数电容传感器;油量;测量中图分类号:TM934.2

:A

　　物理学可知,极片形状、大小数。,如果不考虑边缘效应,

[3][4]

其电容量为:

ε　　　C=

δ

其中:ε为电容传感器介质的介电常数(F/m);S

2

为极板的面积(m);δ为极板间的距离(m)。

如果保持δ、S或ε中两个参数不变,而仅改

[1][2]

2构成电容器两极,假定部分(液体应不能导电,若能导电,则

电极应做绝缘处理)。这样极板间的介质由两部分组成:空气介质和液体介质。由于液体介质的液面发生变化,从而导致电容器的电容C也发生变化。总电容C由液体介质部分电容C1和空气介质部分电容C2两部分组成:

πxε21

　　　　　C1lnR/r

π(h-x)ε2　　　　　C2lnR/r

所以总电容量C为:

πxεπ(h-x)ε2212

C=C1+C2+

lnR/rlnR/r

πhεπ(ε22-ε)ε(1)x

lnR/rlnR/r

式中:h—电容器的总高度;

x—电容器浸入液体中的深度;R—同心圆电极的外半径;r—同心圆电极的内半径;ε被测液体的介电常数;1—ε空气的介电常数。2—

当容器的尺寸和被测介质确定后,则h、R、r、ε1和ε2均为常数令:

πhε21

　　　　alnR/rπ(ε21-ε2)ε2

　　　　blnR/r

(2)则有:C=a+bx

说明电容量C的大小与电容器进入液体的深度成正比。

变另一个参数,就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化,再通过配套的测量电路,将电容量的变化转化为电信号输出,这就是电容式传感器的基本工作原理。

1　变介电常数电容传感器原理

变介电常数电容传感器原理如图1所示

。

图1　变介电常数电容传感器原理图

收稿日期:2007-04-05

作者简介:臧宁(1980-),女,浙江宁波人,助理工程师,

80　　　　　　　　　　　　　　　　　　　沈阳航空工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷

2　采用变介电常数电容式传感器在

飞机燃油测量系统中的应用

　　飞机燃油测量系统是用来测量飞机可用燃油油量,变介电常数电容式传感器是飞机燃油测量系统的重要部件之一。它具有灵敏度高、动态相应快、稳定性好的特点,并保证飞机在一切可能的飞行状态和条件下连续不断地、可靠地向发动机供输燃油。它主要用来感受飞机油箱里燃油液面的高度,通过C-V变换器将电容的变化信号变换为电压信号输出,是系统油量测量的一次变换器。

油量测量部分工作原理:燃油油量的测量是利用装在飞机油箱中的变介电常数电容式传感器电容的变化来感受飞机油箱燃油液面的高度变化,油量传感器为线性传感器时,,,并经过数字化后输入到显示设备的微处理装置,最终计算出燃油液面高度变化后的油量容积。同时密度传感器输出一个与测量传感器同一介电常数下的电容值,经测量系统密度补偿测量通道后转化为直流电压信号,送给显示设备中的微处理装置,计算出当时的燃油密度值。再对测量值与密度值进行综合计算处理后,驱动显示设备显示相应的油量值。油量测量工作原理如图2所示

。

图2　油量测量工作原理图

3　结束语

,。:

[1]张淑英.传感器原理及应用(第3版)[M].天津:天津大学出

版,2007:189

[2]周征.传感器原理与检测技术[M].北京:清华大学出版社,

2007:202

[3]朱蕴璞孔德仁.传感器原理及应用[M].北京:国防工业出版

社,2005:166

[4]张洪润.传感器应用电路200例[M].北京:北京航空航天大

学出版社,2006:35

Principleanditsapplicationofvariabledielectricconstantcapacitysensor

ZANGNing　GAINa

1

2

(1.HangdaAirborneEquipmentCompany,ShenyangInstituteofAeronauticalEngineering,LiaoningSheny2ang110034;2.ShenyangAircraftCorporation,LiaoningShenyang110034)

Abstract:Variabledielectricconstantcapacitysensorinaircraftfuelsensemeasurementsystemisanimportantcomponenttocontrolaircraftfueltankflux.Thecapacitancechangeofbipolarplatecapacitordielectricinsen2sorwillcausecapacitancesignalchange,whichtransformtheC-VDCvoltageincircuitstodigitalsignal,af2termicroprocessorcalculation,theconverteddigitalinputsendtotheterminalaircraftinformationtoshowoilflux.Thispaperintroducedtheprincipleanditsapplicationofvariabledielectricconstantcapacitancesensor.Keywords:variabledielectricconstantcapacitysensor;oilflux;measurement

2007年10月第24卷第5期沈阳航空工业学院学报

JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringOct.2007Vol.24　No.5

文章编号:1007-1385(2007)05-0079-02

变介电常数电容传感器的原理及应用

臧　宁　盖　娜

1

2

(1.沈阳航空工业学院航达机载设备公司,辽宁沈阳　110034;2.沈阳飞机工业(集团)公司,辽宁沈阳　110034)

摘　要:变介电常数电容传感器是飞机燃油测量系统的重要部件,用于感受飞机燃油箱的燃油量。根据电容器两极板间的电介质变化,引起传感器电容量变化,电容信号经过C-V变换电路转换为直流电压信号,数字化后输入微处理器计算后,送飞机终端显示系统显示油量信息。介绍了变介电常数电容传感器的原理和应用。关键词:变介电常数电容传感器;油量;测量中图分类号:TM934.2

:A

　　物理学可知,极片形状、大小数。,如果不考虑边缘效应,

[3][4]

其电容量为:

ε　　　C=

δ

其中:ε为电容传感器介质的介电常数(F/m);S

2

为极板的面积(m);δ为极板间的距离(m)。

如果保持δ、S或ε中两个参数不变,而仅改

[1][2]

2构成电容器两极,假定部分(液体应不能导电,若能导电,则

电极应做绝缘处理)。这样极板间的介质由两部分组成:空气介质和液体介质。由于液体介质的液面发生变化,从而导致电容器的电容C也发生变化。总电容C由液体介质部分电容C1和空气介质部分电容C2两部分组成:

πxε21

　　　　　C1lnR/r

π(h-x)ε2　　　　　C2lnR/r

所以总电容量C为:

πxεπ(h-x)ε2212

C=C1+C2+

lnR/rlnR/r

πhεπ(ε22-ε)ε(1)x

lnR/rlnR/r

式中:h—电容器的总高度;

x—电容器浸入液体中的深度;R—同心圆电极的外半径;r—同心圆电极的内半径;ε被测液体的介电常数;1—ε空气的介电常数。2—

当容器的尺寸和被测介质确定后,则h、R、r、ε1和ε2均为常数令:

πhε21

　　　　alnR/rπ(ε21-ε2)ε2

　　　　blnR/r

(2)则有:C=a+bx

说明电容量C的大小与电容器进入液体的深度成正比。

变另一个参数,就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化,再通过配套的测量电路,将电容量的变化转化为电信号输出,这就是电容式传感器的基本工作原理。

1　变介电常数电容传感器原理

变介电常数电容传感器原理如图1所示

。

图1　变介电常数电容传感器原理图

收稿日期:2007-04-05

作者简介:臧宁(1980-),女,浙江宁波人,助理工程师,

80　　　　　　　　　　　　　　　　　　　沈阳航空工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷

2　采用变介电常数电容式传感器在

飞机燃油测量系统中的应用

　　飞机燃油测量系统是用来测量飞机可用燃油油量,变介电常数电容式传感器是飞机燃油测量系统的重要部件之一。它具有灵敏度高、动态相应快、稳定性好的特点,并保证飞机在一切可能的飞行状态和条件下连续不断地、可靠地向发动机供输燃油。它主要用来感受飞机油箱里燃油液面的高度,通过C-V变换器将电容的变化信号变换为电压信号输出,是系统油量测量的一次变换器。

油量测量部分工作原理:燃油油量的测量是利用装在飞机油箱中的变介电常数电容式传感器电容的变化来感受飞机油箱燃油液面的高度变化,油量传感器为线性传感器时,,,并经过数字化后输入到显示设备的微处理装置,最终计算出燃油液面高度变化后的油量容积。同时密度传感器输出一个与测量传感器同一介电常数下的电容值,经测量系统密度补偿测量通道后转化为直流电压信号,送给显示设备中的微处理装置,计算出当时的燃油密度值。再对测量值与密度值进行综合计算处理后,驱动显示设备显示相应的油量值。油量测量工作原理如图2所示

。

图2　油量测量工作原理图

3　结束语

,。:

[1]张淑英.传感器原理及应用(第3版)[M].天津:天津大学出

版,2007:189

[2]周征.传感器原理与检测技术[M].北京:清华大学出版社,

2007:202

[3]朱蕴璞孔德仁.传感器原理及应用[M].北京:国防工业出版

社,2005:166

[4]张洪润.传感器应用电路200例[M].北京:北京航空航天大

学出版社,2006:35

Principleanditsapplicationofvariabledielectricconstantcapacitysensor

ZANGNing　GAINa

1

2

(1.HangdaAirborneEquipmentCompany,ShenyangInstituteofAeronauticalEngineering,LiaoningSheny2ang110034;2.ShenyangAircraftCorporation,LiaoningShenyang110034)

Abstract:Variabledielectricconstantcapacitysensorinaircraftfuelsensemeasurementsystemisanimportantcomponenttocontrolaircraftfueltankflux.Thecapacitancechangeofbipolarplatecapacitordielectricinsen2sorwillcausecapacitancesignalchange,whichtransformtheC-VDCvoltageincircuitstodigitalsignal,af2termicroprocessorcalculation,theconverteddigitalinputsendtotheterminalaircraftinformationtoshowoilflux.Thispaperintroducedtheprincipleanditsapplicationofvariabledielectricconstantcapacitancesensor.Keywords:variabledielectricconstantcapacitysensor;oilflux;measurement