本發(fā)明涉及非腐蝕性液體的高精度液位測量，尤其涉及一種航空器燃油液位傳感器的免標定方法和裝置。

背景技術：

航空器燃油油量測量系統(tǒng)關系到飛機的安全運行，而燃油液位測量傳感器又是油量測量系統(tǒng)中的重要組成部分。為此對燃油液位測量傳感器提出了高可靠性要求和技術指標要求，可靠性要求在0.9999以上，地面測量精度優(yōu)于1％，空中測量精度優(yōu)于2％。目前航空器燃油液位測量方法主要有超聲波液位測量方法、磁致伸縮液位測量方法、光纖液位測量方法和電容液位測量方法等。盡管測量方法有多種，但各有優(yōu)缺點。超聲波燃油液位傳感器精度較高，可達到±0.2％水平，但存在5cm以上測量盲區(qū)、姿態(tài)誤差、氣泡干擾等缺點。磁致伸縮燃油液位傳感器具有精度高、安全性好等優(yōu)點，但存在磁浮子卡死等可靠性失效問題。光纖燃油液位傳感器具有本質安全、抗電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點，但存在姿態(tài)誤差、耐環(huán)境振動能力差等缺點。電容燃油液位傳感器是當今應用最廣泛的燃油液位測量傳感器，具有可靠性高、測值穩(wěn)定等優(yōu)點，但存在溫度誤差、換油誤差、校準困難等缺點，需要經常標定以減少誤差。

在檢索到的專利中，有不少專利也提出了能實時、在線補償，減少測量誤差。

專利CN103528642A“一種實時修正介電常數的電容式液位計及其液位測量方法”，提出了能夠排除溫度、壓力等環(huán)境影響導致的液位測量誤差，但是在該專利中指出首次使用該電容式液位計前，在校準介質中對所述電容式液位計進行校準，獲得校準數據，也即在首次使用前需要校準、標定。

專利CN1441232A“具有實現(xiàn)液位測量自動補償的三探頭電容式液位計測量筒”，提出了能實現(xiàn)在線自動補償被測介質介電常數變化、被測介質對探極粘附率的變化及氣或汽態(tài)介質介電常數的變化對測測量帶來影響的一種電容式液位計測量筒，但是該專利也同時指出在使用前需要先用任一種液體介質如水，在相對穩(wěn)定的環(huán)境下對三探頭電容式液位計測量筒的三個測量筒的空筒、滿筒時電容測量值及三個測量筒滿電容變化各自對應的被測介質液位變化的高度分別進行一兩次標定，得到一組相關參數，之后在實地測量時，用三個測量筒電容測量結果對相關標定測量值進行修正計算，也即在首次使用前需要空筒、滿筒標定。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的安全問題，提供一種電容式液位傳感器的免標定測量方法和裝置，能夠在燃油液位測量過程中消除溫度誤差、換油誤差、并且無需校準，具體由以下技術方案實現(xiàn)：

所述電容式液位傳感器的免標定測量方法，包括如下步驟：

1)將由三個電容c₁、c₂、c₃組成的傳感器部分置入被測介質中，使得電容c₁未沒入被測介質中；電容c₃完全沒入被測介質中，并測得電容c₁、c₂、c₃對應的電容量C₁、C₂、C₃，所述三個電容擁有一個公共電極板與三個獨立的電極板，形成所述傳感器；

2)根據式(1)測得電容c₂在未沒入被測介質時的電容量記作C_2空，其中h₁、h₂分別對應為電容C₁、C₂的極板長度；

3)當所述傳感器測量被測介質的液位時，C₂發(fā)生變化，并根據式(2)得出Δε,Δε表示被測液體的介電常數與未浸入液體部分電容的介電常數的差值，最終根據式(3)、式(4)得到最終液位h，其中，ε_測表示被測液體的介電常數，ε_空氣表示未浸入液體部分電容的介電常數，

所述電容式液位傳感器的免標定測量方法的進一步設計在于，所述電容c₁、c₃的極板長度相等。

所述電容式液位傳感器的免標定測量方法的進一步設計在于，所述步驟1)中通過充電時間測量功能單元測取電容c₁、c₂、c₃對應的實時電容值。

采用所述的電容式液位傳感器的免標定測量方法的裝置，該裝置包括傳感器與測量電路，所述傳感器由電容c₁、c₂、c₃組成，所述測量電路與傳感器通信連接。

所述電容式液位傳感器的免標定測量裝置的進一步設計在于，三個電容c₁、c₂、c₃擁有公共的極板H，電容c₁、c₂、c₃分別還擁有對應的另一極板h₁、h₂、h₃，極板h₁、h₂、h₃分別引出有導線。

所述電容式液位傳感器的免標定測量裝置的進一步設計在于，所述電容c₁、c₃的極板h₁、h₃長度相等。

所述電容式液位傳感器的免標定測量裝置的進一步設計在于，所述測量電路包括帶有充電時間測量功能單元的單片機PIC24F16KM204。

本發(fā)明優(yōu)點

本發(fā)明的電容式液位傳感器的免標定測量方法在測量液位過程中與介質常數無關，只與電容差比值有關，而三個電容在使用過程中可以直接測量得到，通過程序算法可以換算出被測液位，因此無需對傳感器進行標定。

附圖說明

圖1是電容式液位傳感器結構示意圖。

圖2是電容式液位傳感器測量電路圖。

圖3是軟件流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明方案進行詳細說明。

如圖3，本實施例提供的電容式液位傳感器的免標定測量方法，包括如下步驟：

1)將由三個電容c₁、c₂、c₃組成的傳感器部分置入被測介質中，使得電容c₁未沒入被測介質中；電容c₃完全沒入被測介質中，并測得電容c₁、c₂、c₃對應的電容量C₁、C₂、C₃，所述三個電容擁有一個公共電極板與三個獨立的電極板，形成所述傳感器；

2)根據式(1)測得電容c₂在未沒入被測介質時的電容量記作C_2空，其中h₁、h₂分別對應為電容C₁、C₂的極板長度；

3)當所述傳感器測量被測介質的液位時，C₂發(fā)生變化，并根據式(2)得出Δε,Δε表示被測液體的介電常數與未浸入液體部分電容的介電常數的差值)，最終根據式(3)、式(4)得到最終液位h，其中，ε_測表示被測液體的介電常數，ε_空氣表示未浸入液體部分電容的介電常數，

進一步的，步驟1)中通過充電時間測量功能單元測取電容c₁、c₂、c₃對應的實時電容值。

如上述電容式液位傳感器的免標定測量方法，本實施例提供一種電容式液位傳感器的免標定測量裝置，該裝置包括傳感器與測量電路。傳感器在結構上由三部分傳感器組成，第一部分為參考電容傳感器c₁，第二部分為測量電容傳感器c₂，第三部分為參考電容傳感器c₃，三者材料一致。

如圖1，三個電容c₁、c₂、c₃擁有公共的極板H，電容c₁、c₂、c₃分別還擁有對應的另一極板h₁、h₂、h₃，極板h₁、h₂、h₃分別引出有導線。電容c₁、c₃的極板h₁、h₃長度相等。

測量電路主要由帶有充電時間測量功能單元(CTMU)的單片機PIC24F16KM204組成，參見圖2。測量時，通過后續(xù)測量電路即自帶充電時間測量單元(CTMU)功能的單片機PIC24F16KM204，將當前的三路電容c₁、c₂、c₃轉換為時間，程序中獲取到實時電容值之后，按照換算得到第二部分測量電容傳感器的液位高度，再根據h＝h_待測+h₁換算得到需要的液位值，并可將該值直接送到OLED顯示。其中h₁、h₂為已知常數，傳感器結構確定后，該兩個參數即為確定值。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。