(Национальный Исследовательский Университет)

Кафедра 303

Курсовой проект по курсу «ФОПИ»

На тему: «Виды и характеристики авиационных топливомеров»

Оглавление

Виды топливомеров

Принцип действия емкостного топливомера основан на зависимости величины емкости специального конденсатора от уровня топлива в баке.

Чувствительный элемент емкостного топливомера (рис. 3) представляет собой цилиндрический конденсатор с внутренним электродом 1,внешним 2 и изоляционным слоем 3. Между изоляционным слоем и внешним электродом находится слой жидкости (топливо, кислота), уровень которой необходимо измерить. Если уровень жидкости в баке изменяется, то будет изменяться и емкость конденсатора вследствие того, что диэлектрические постоянные жидкости и воздуха различны.

Рис. 3 Схема чувствительного элемента емкостного топливомера:

1 - внутренний электрод; 2 - внешний электрод; 3 - изоляционный слой.

В большинстве случаев внешний электрод цилиндрического конденсатора должен быть выполнен отдельно, однако не исключено использование в качестве внешнего электрода стенок бака, особенно в высоких и узких баках. Это тем более целесообразно, что в таком случае конденсатор позволяет измерять количество топлива в баке без заметных погрешностей при достаточно больших кренах самолета и ускорениях.

Емкостные топливомеры применяются для измерения количества всех видов топлива, но оказываются почти незаменимыми в случае измерения количества химически активных жидкостей, применяемых в качестве горючих компонентов в жидкостно-реактивных двигателях. В этом случае внутреннюю трубку конденсатора датчика покрывают тонким электроизоляционным слоем. Материал для внешней трубки также следует выбирать с учетом свойств жидкости, уровень которой нужно измерять.

Существенным преимуществом емкостных топливомеров по сравнению с поплавковыми является отсутствие в датчике подвижных частей, кроме того, в этих приборах погрешности при кренах и ускорениях самолета меньше, чем в поплавковых.

Основные соотношения. Для вывода зависимости между уровнем топлива в баке и емкостью датчика введем следующие обозначения (см. рис. 3): 1, 2, 3-- диэлектрические постоянные жидкости, материала изолятора и смеси паров жидкости и воздуха соответственно; R1, R2, R3-- радиусы внутреннего электрода, изолятора и внешнего электрода; х -- уровень жидкости; h--полная высота датчика. Вследствие наличия изоляционного слоя имеется возможность измерять уровень полупроводящих (вода, кислота и др.) жидкостей. В качестве изолятора можно использовать стекло, резину или другой материал в зависимости от природы жидкости. При измерении уровня непроводящих жидкостей (керосин, бензин) изоляционный слой не применяют.

Если пренебречь концевым эффектом, то можно принять, что емкость нижней части цилиндрического конденсатора будет

(1)

Подобно этому емкость верхней части конденсатора найдем из соотношения

(2)

Суммируя емкости Сх и Ch, получим полную емкость конденсатора:

(3)

Из этого выражения следует, что емкость конденсатора является линейной функцией уровня жидкости х. Таким образом, измерение уровня жидкости можно свести к измерению емкости конденсатора С.

Чувствительность емкостного датчика определяется выражением

(4)

Легко видеть, что наибольшая чувствительность будет в том случае, когда R2/ R1 стремится к 1, т. е. когда слой изоляции отсутствует. При этом получим:

 (5)

Так как диэлектрическая постоянная полупроводящих жидкостей значительно больше, чем непроводящих, то изменение емкости на единицу длины в первом случае будет больше, чем во втором. Отсюда следует, что емкостный метод измерения уровня особенно эффективен для полупроводящих жидкостей.

Из выражения (5) следует, что для увеличения чувствительности величину R3/ R2 нет необходимости брать большой. Если величина R3--R2 мала, то на точность показаний прибора значительное влияние будет оказывать вязкость жидкости. Следовательно, слой жидкости между электродами должен быть таким, чтобы вязкость не оказывала влияния на уровень жидкости. Обычно ограничиваются зазором R3-- R2=l,5-6 мм, а для увеличения чувствительности датчик собирают из нескольких концентрических труб, образующих параллельно соединенные конденсаторы.

Следует отметить, что в емкостном топливомере можно полностью скомпенсировать методические погрешности, возникающие от наклона бака при крене и ускорениях. Действительно, для этого достаточно вместо одного чувствительного элемента установить по краям бака четыре элемента. При параллельном соединении емкостей чувствительных элементов общая емкость их будет оставаться почти постоянной при любых наклонах бака.

Емкостные топливомеры, не входящие в топливомерно-расходомерные системы, имеют различные модификации (СЭТС, СПУТ, СУИТ, ТАЦ) и выполняют следующие функции:

- измеряют количество топлива в группах баков и суммарное количество топлива на самолете;

- управляют выработкой топлива по заданной программе;

- осуществляют управление заправкой топлива;

- сигнализируют о выработке топлива из определенной группы баков и об остатке топлива на определенную продолжительность полета.

Системы ТАЦ осуществляют, кроме того, автоматическую центровку самолета.

В основу работы измерительной части топливомера положен электроемкостный метод измерения запаса топлива.

Рис. 4. Устройство датчика-сигнализатора с герметизированными контактами:

1 - корпус; 2 - стеклянный баллон; 3 - магнитоуправляемый контакт; 4 - поплавок;5 - магнит.

Для определения максимального или минимального уровня топлива применяются герконовые датчики.

Датчик с магнитоуправляемыми герметизированными контактами (герконами) устроен следующим образом (рис. 4). В корпусе датчика помещается сигнализатор, состоящий из стеклянного баллона 2 с магнитоуправляемым контактом 3, который крепится на штанге, и поплавка 4 с магнитами 5 из ферромагнитного материала, который плавает на поверхности топлива.

Поплавок может перемещаться при изменении уровня топлива по направляющей трубке вниз и вверх. При определенном уровне топлива поплавок установится так, что магнитное поле постоянных магнитов, встроенных в него, будет достаточным для срабатывания магнитоуправляемого контакта. При срабатывании контакта выдается сигнал --27 В на обмотку промежуточных реле, расположенных в блоке коммутации. Реле срабатывают, и с их контактов подаются сигналы о выработке топлива из баков и о заполнении баков топливом при заправке.

В емкостных топливомерах датчики выполнены в виде набора металлических труб разного диаметра, расположенных коаксиально. Количество таких труб может колебаться от двух до шести. Коаксиальные трубы соединены между собой через одну накоротко, так, что первая, третья и пятая составляют одну обкладку конденсатора, а вторая, четвертая и шестая -- другую.

Как уже упоминалось, чтобы емкость датчика была прямо пропорциональна массе топлива независимо от формы бака, поверхность труб датчика профилируется. Профилирование датчиков ведется так, чтобы получить зависимость емкости датчика от его высоты, повторяющую зависимость объема топлива V в баке от высоты уровня L. При профилировании в трубах датчиков вырезают отверстия (окна), меняя тем самым рабочую поверхность одной из обкладок конденсатора в соответствии с формой бака. Это позволяет получить линейную шкалу показывающего прибора.

Для получения точного значения начальной емкости датчика (±1,0%) его конструкция предусматривает возможность регулировки емкости в пределах ±4,0%. Для этой цели наружная труба сделана с выдавкой, а на внутренней трубе имеется продольная щель. Наружная труба -- поворотная, угол поворота -- около 60°.

Рис. 5. Регулировка активной ёмкости топливоизмерительного датчика: 1 - выдавка, 2 - щель.

При повороте наружной трубы (рис. 5) выдавка 1, идущая вдоль трубы, перемещается относительно щели 2 неподвижной трубы. Тем самым меняется частично зазор между трубами, т. е. емкость датчика может быть либо уменьшена (а), либо увеличена (б).

В конструкцию датчиков вводятся индуктивные или магнитные сигнализаторы, с помощью которых осуществляется автоматическое программное управление расходом топлива, управление заправкой самолета и сигнализация о критическом остатке топлива.

Существуют датчики, предназначенные только для управления автоматикой выработки топлива, т. е. конструктивно исполненные как сигнализаторы.

Конструктивно датчик (рис. 6) состоит из следующих основных частей: головки 1 с фланцем и штепсельным разъемом, прессованного основания 13, одной или нескольких внутренних профилированных труб 8, внешней трубы 9 с равноширокой регулировочной канавкой 10 по всей длине и экранирующей трубы 11.

По направляющей трубке 7 с нижним упором 5 перемещается поплавок 3 с постоянным магнитом 4, управляющий магнитным контактом 2. Трубы фиксируются основанием и изоляционными вкладышами 12. Внутри направляющей трубки встроен датчик-компенсатор 6, выполненный в виде цилиндра с расположенным внутри него термосопротивлением. Датчик-компенсатор выдает в схему измерения количества топлива сигнал, пропорциональный температуре топлива, чем компенсируется температурная методическая погрешность.

Рис. 6. Датчик емкостного топливомера:

1 - головка; 2 - магнитный контакт; 3 - поплавок; 4 - постоянный магнит;5 - нижний упор; 6 - датчик-компенсатор;7 - направляющая труба; 8 - внутренняя труба; 9 - внешняя труба; 10 - регулировочная канавка; 11 - экранирующая труба; 12 - изоляционный вкладыш; 13 - основание.

Кинематическая схема указателя топливомера с круглой шкалой представлена на рис. 7.

Рис. 7. Указатель топливомера:

1,2 - двигатели; 3 - редуктор; 4 - штифт; 5 - ограничитель; 6 - ось редуктора; 7 - оправа; 8 - делитель напряжения; 9 - ползунок делителя; 10 - токопровод; 11 - стрелка; 12 - кнопка.

В указателе смонтированы два механизма. Каждый механизм включает двигатель 1 типа ДИД-0,5, редуктор 3 с передаточным отношением i=500, делитель напряжения 8, включенный в измерительную мостовую схему уравновешивания, и стрелку 11 прибора. Таким образом, прибор имеет две стрелки и две шкалы -- наружную и внутреннюю. По наружной шкале отсчитывается суммарный запас топлива, по внутренней -- запас топлива в каждой из групп баков или в отдельных баках.

При изменении уровня топлива в баке (рис. 8, а) поплавок, находящийся на поверхности топлива, следует за изменением уровня и через систему рычагов перемещает ползунок потенциометра R6, расположенного в корпусе датчика. Ползунок, перемещаясь, изменяет величину сопротивления, включенного в мостовую схему таким образом, что одновременно изменяются два соседних плеча моста, чем достигается полная температурная компенсация.

Изменение сопротивления вызывает изменение величины токов I1 и I2, протекающих по рамкам логометра, а следовательно, и их отношения. В результате угол поворота рамок логометра становится функцией высоты уровня топлива в баке, поэтому шкала логометра может быть непосредственно отградуирована в литрах керосина, бензина или масла. При критическом остатке топлива в баке замыкаются контакты S и загорается сигнальная лампа Л, установленная на приборной доске летчика. Так как баки имеют сложную конфигурацию, уровень топлива в них связан с объемом топлива сложной зависимостью и шкала топливомера без специальных мер будет неравномерной. Поскольку отношение токов в рамках логометра обратно пропорционально отношению индукций в зазоре, требуемый равномерный характер шкалы топливомера можно получить, изменяя форму полюсных наконечников или сердечников логометра.

Рис. 8. Принципиальная электрическая схема несуммирующего (а) и суммирующего (б) поплавкового топливомера

При измерении суммарного количества топлива в нескольких баках применяется схема последовательного соединения датчиков (рис. 8, б). В этом случае, когда к одному указателю с заданной характеристикой шкалы подключаются разные датчики R4', устанавливаемые в баках различной формы, подгонка указателя к датчику производится путем профилирования реостата датчика и подключения добавочных сопротивлении. На рис.9 в качестве примера показан профилированный реостат, у которого обмотка 1 нанесена на выполненный по определенному профилю каркас 2. Профилирование реостатов датчиков позволяет сохранить равномерность шкалы указателя для всех баков.

Рис.9. Схема профилированного реостата: 1 - обмотка; 2 - каркас.

Электрические схемы включения