2826

Канал измерения запаса топлива

Практическая работа

Производство и промышленные технологии

Виды топливомеров. Приборы, измеряющие объемное или весовое количество топлива в баках, называются топливомерами. Они позволяют экипажу самолета в любой момент полета определить, сколько топлива имеется в баках, и оценить время, в течение которого...

Русский

2012-10-20

1.83 MB

75 чел.

1. Виды топливомеров

Приборы, измеряющие объемное или весовое количество топлива в баках, называются топливомерами. Они позволяют экипажу самолета в любой момент полета определить, сколько топлива имеется в баках, и оценить время, в течение которого можно продолжать полет. Подобные приборы служат также для измерения запаса масла (масломеры).

Непосредственное измерение объема (веса) топлива на борту самолета неосуществимо, поэтому применяются косвенные методы измерения, в которых объем (вес) топлива функционально связан с какой-либо легко определяемой величиной. В качестве таких величин выбирают уровень или вес столба топлива в баке.

С помощью топливомеров определяют суммарный запас топлива во всех баках и количество топлива в каждом из них в отдельности. Необходимо знать, как распределено топливо между баками, для того чтобы определить правильную последовательность расходования топлива из баков во избежание недопустимого смещения центра масс самолета. Переключением баков управляют автоматические устройства топливомеров.

Большинство методов измерения количества топлива сводится к измерению его уровня (высоты столба жидкости). Однако шкалы указателей топливомеров градуируют в единицах объема (литрах) или в килограммах. Поэтому тарировка шкалы зависит от размеров и формы топливного бака, для которого предназначен прибор.

Классифицируя топливомеры по принципу действия чувствительного элемента, можно отметить следующие типы, получившие распространение: 1) поплавковые, основанные на измерении уровня (объема) топлива с помощью плавающего на поверхности поплавка; 2) манометрические, основанные на измерении давления (веса) столба топлива с помощью манометра; 3) емкостные, основанные на измерении уровня (объема) топлива с помощью специального конденсатора, емкость которого связана функционально с уровнем топлива в баке.

Топливомеры должны быть дистанционными. Этому требованию удовлетворяют электрические топливомеры. Механические топливомеры, не являясь дистанционными, почти не применяются в авиации.

2. Поплавковые топливомеры

Измерение запаса топлива или масла в баке летательного аппарата с помощью электрического рычажно-поплавкового топливомера (масломера) основано на принципе преобразования неэлектрической величины – переменной высоты уровня жидкости в электрическую величину – переменное активное сопротивление, меняющееся в соответствии с изменением уровня жидкости. Осуществляют это преобразование реостатные датчики рычажно-поплавкового типа, устанавливаемые в баки летательного аппарата. Указателем служит магнитоэлектрический логометр.

Авиационные электрические поплавковые топливомеры классифицируются по типу измеряемой жидкости, по типу электросхем, по наличию или отсутствию сигнализации и имеют соответствующую маркировку. Буквенная маркировка топливомеров обозначает: Б — бензиномер, К — керосиномер, М — масломер, Т — топливомер, Э — электрический.

Измерение сигнала датчика поплавкового топливомера может быть осуществлено либо непосредственно логометром указателя, либо компенсационным методом. При прямом измерении сигнала датчика логометром электрические поплавковые топливомеры работают по двум различным схемам включения — несуммирующей и суммирующей.

Если топливомеры измеряют уровень топлива или масла в каждом баке или группе баков раздельно, т. е. работают по несуммирующей схеме, и при этом не имеют сигнализации от датчиков, они маркируются следующим образом: измеряющие запас бензина — БЭ, измеряющие запас керосина — КЭ, измеряющие запас масла — МЭ.

Если топливомеры измеряют запас топлива не только в каждом отдельном баке, но и во всех баках одновременно, т. е. работают по суммирующей схеме, и при этом также не имеют сигнализации, они маркируются так: измеряющие запас бензина — СБЭ, измеряющие запас керосина — СКЭ.

Если топливомеры, работающие по несуммирующей или суммирующей схеме, имеют сигнализацию, они маркируются: БЭС, КЭС, МЭС, СБЭС.

Рычажно-поплавковые электрические топливомеры с сигнализацией, построенные по компенсационной схеме, имеют маркировку ТПР.

Каждый тип самолета или вертолета имеет свой топливомер, который отличается от топливомера другого типа летательного аппарата своей комплектностью и тарировочными данными. Для отличия одного топливомера от другого им дается порядковый номер тарировки, например СКЭС-2027А, МЭ-1866, ТПР1-9Т. Цифры, стоящие впереди тарировки, означают ее порядковый номер, последняя цифра 7 указывает на наличие сигнального устройства, а в случае его отсутствия ставится буква «Б». Буква после номера тарировки топливомера указывает на изменения, происшедшие в тарировочных данных.

На рис. 8, а, б, приведены электрические схемы топливомеров, работающих по несуммирующим и по суммирующим схемам. Как видно из схем, топливомеры, работающие по суммирующей схеме, имеют последовательное соединение потенциометров датчиков.

Электрические рычажно-поплавковые топливомеры предназначены не только для измерения количества топлива, но и для управления централизованной автоматической заправкой и выработкой топлива из топливных баков, а также для сигнализации аварийного остатка топлива в баках летательного аппарата.

Выдача сигналов заданной заправки, сигналов управления кранами перекачки и аварийного остатка топлива осуществляется с помощью сигнальных устройств, расположенных в корпусе головки датчика.

Работа автоматической части топливомера происходит следующим образом. При достижении поплавком заданного уровня кулачок сигнализатора, закрепленный на одной оси с движком потенциометра, замыкает контакты сигнального устройства, в результате чего подается сигнал на агрегаты, управляющие расходом (заправкой), и на сигнальные лампы.

Показывающие приборы, входящие в комплект топливомера, представляют собой виброустойчивые магнитоэлектрические логометры БЭ-09, ЛД-10, МЭ-4М и др.

Показывающий прибор БЭ-09 (рис. 1), входящий в комплект СКЭС-2027А, устанавливаемый на вертолете, состоит из подвижной части, магнитной системы и конструктивных деталей. Подвижная часть логометра состоит из двух рамок 1, расположенных под углом 45°. Обе рамки жестко соединены между собой и закреплены на одной оси, которая вращается в двух подпятниках, закрепленных на скобе 2. Скоба закреплена на сердечнике. Для подсоединения рамки к схеме топливомера служат три спиральные маломоментные пружины 3. Они также служат для возвращения подвижной системы в исходное положение, соответствующее нулевому положению стрелки прибора

при отсутствии питания.

Рис.1. Показывающий прибор БЭ-09

1 - рамки; 2 - скоба; 3 - пружина;

4 - стрелка; 5 - сердечник; 6 - нако-нечник; 7 - магнит; 8 - плата;

9 - катушки сопротивлений.

Магнитная стрелка прибора состоит из сердечника 5. полюсного наконечника 6 и магнита 7 из никель-алюминиевого сплава. Магнитную систему закрепляют на плате 8, на которой крепятся также катушки сопротивлений 9.

Угол шкалы прибора может быть от 180 до 200°. Угол поворота стрелки ограничивается установленными на шкале ограничителями.

Если комплект топливомера работает по несуммирующей схеме или по суммирующей, но без группового контроля, на циферблат наносится одна шкала.

Если комплект топливомера работает по суммирующей схеме с групповым контролем, на циферблат наносятся две шкалы: наружная — для измерения суммарного запаса топлива и внутренняя — для измерения запаса топлива в группе.

Датчики, работающие в комплектах поплавковых топливомеров, имеют маркировку БЭ (БЭС) либо ДТПР. По устройству датчики аналогичны.

Датчик (рис. 2) состоит из поплавка 1, системы рычагов  передающих движение от поплавка к движку потенциометра, сильфона 4 и самого потенциометра 9, выполненного в виде профилированной пластины с намотанной на ней константановой проволокой. При изменении уровня жидкости в баке поплавок через коромысло 2 и рычаги 5 и 7 перемещает движок по потенциометру. Сильфон служит для герметизации внутренней полости датчика.

Рис. 2 Датчик поплавкового            

топливомера:

1 - поплавок; 2 - коромысло;

3 - подшипник; 4 - сильфон; 5 - рычаг;

6 - ось; 7 - рычаг; 8 - стрелка;

9 – потенциометр.

Для сигнализации о критическом остатке топлива в топливных баках в датчике устанавливается сигнальное устройство, состоящее из металлического кулачка, жестко закрепленного на одной оси с движком реостата, и микропереключателя.

Поплавки датчика могут быть металлическими (плоскими или цилиндрическими) или пенопластовыми. Сверху корпус датчика закрывается крышкой.

Для измерения количества топлива или масла, заливаемого в баки без включения питания, на движке реостата устанавливают специальную шкалу, а на крышку датчика закрепляют неподвижный индекс. Отсчет производится по отметкам шкалы, останавливающимся против неподвижного индекса. В таких датчиках крышка имеет окно из органического стекла.

3. Емкостные топливомеры

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 R3R2 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 R3R2=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 – магни-

тоуправляемый 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.

4.Электрические схемы включения

Принципиальная электрическая схема измерительной части поплавкового топливомера, собранного по компенсационной схеме, при измерении запаса топлива в одном баке приведена на рис. 10. Работа схемы происходит следующим образом. На потенциометр датчика R2 подается напряжение, пропорциональное полному объему, измеряемому данным датчиком. Потенциометр датчика профилируется в соответствии с тарировочными данными бака. С потенциометром датчика R2 в мостовую схему включен потенциометр отработки R1. Мост запитывается переменным током напряжением 115 В, f=400 Гц.

Рис.10. Компенсационная схема намерения уровня топлива

На потенциометр отработки R1 подается напряжение, равное по величине напряжению на датчике и противоположное по фазе. При определенном значении напряжения на потенциометре датчика R2 система находится в состоянии равновесия и разность потенциалов между точками Д и В равна нулю, т. е. сигнал на входе усилителя отсутствует.

При изменении напряжения на датчике вследствие изменения уровня, а следовательно, и количества топлива в баке между точками Д и В возникает разность потенциалов и на входе усилителя появляется сигнал, который после усиления поступает на управляющие обмотки двухфазного индукционного двигателя.

Двигатель отработает движок потенциометра R1 до сбалансированного положения моста и одновременно отработает стрелку указателя или через лентопротяжный механизм профильную ленту. Напряжение на входе усилителя становится равным нулю. Стрелка указателя устанавливается против деления шкалы, соответствующего количеству имеющегося в баке топлива.

Система будет находиться в равновесии, когда напряжение на участке АВ будет равно и противоположно по фазе напряжению на участке ДА.

При изменении суммарного объема топлива в двух баках пропорционально изменяется напряжение между точками А и В, которое равно сумме напряжений, снимаемых с потенциометров всех датчиков.

Напряжение на потенциометре отработки R1 в этом случае равно сумме напряжений, поданных на потенциометры всех датчиков.

.

Рис.11. Принципиальная электрическая схема емкостного измерительного моста

Измерительная часть электроемкостного топливомера представляет собой самоуравновешивающийся мост переменного тока, одним плечом которого является емкость датчика Сх.

На рис. 11 представлена принципиальная электрическая схема измерения количества топлива, состоящая из основного измерительного моста 1 и дополнительного (компенсационного) 2. Мосты питаются переменным током напряжением 115 В, 400 Гц. В плечи моста 1 включены емкости Сх, Со и сопротивления Rl, R2, R3, R4, R5, R. При изменениях емкости датчика Сх нарушается равновесие моста и на входе усилителя У1 появляется сигнал, который через сумматор поступает на усилитель УЗ, а затем на двигатель отработки М, который перемещает через лентопротяжный механизм ленту показывающего прибора. Показывающий прибор топливомера может быть выполнен и с круглой шкалой, тогда двигатель отрабатывает через редуктор стрелку прибора. При перемещении стрелки (или ленты в ЛПМ) одновременно отрабатывается щетка потенциометра R, уравновешивающего мост. Переменные резисторы R1 и R5 служат для регулировки моста при пустом и полностью заправленном баке (регулировка «нуля» и «максимума»).

Величина диэлектрической проницаемости е1 меняется в зависимости от изменения температуры и сорта топлива, так как при этом изменяется его плотность. Для устранения методических погрешностей, вызванных изменением диэлектрической проницаемости топлива от изменения температуры и сорта топлива, применяют корректор сорта топлива и компенсационную схему.

Корректировка по сорту топлива осуществляется ступенчатым изменением величины сопротивления R4, включенного в основной измерительный мост параллельно с сопротивлением R5 регулировки «максимума».

Компенсационная схема представляет собой активный мост 2 переменного тока, состоящий из постоянных резисторов Rl', R2', R3' и термосопротивления Rt,  включенного в четвертое плечо (рис. 11).

Термосопротивление встраивается в нижнюю часть датчика топливомера.

Изменение компенсационного напряжения, пропорциональное вырабатываемому объему топлива, осуществляется посредством изменения напряжения, питающего мост.

Компенсационный мост балансируется при нормальной температуре топлива t = 20°С. Изменения температуры выводят мост из равновесия, и компенсационное напряжение через усилитель У2 поступает на вход усилителя УЗ через сумматор, где оно складывается в противофазе с основным напряжением измерительного моста.

При измерении суммарного запаса топлива в баках самолета принципиальная электрическая схема измерительного моста не меняется. Изменяется только емкость Сх, которая в данном случае равна сумме емкостей всех параллельно включенных датчиков, и соответственно ей вводится в схему другое значение постоянной емкости Со. Кроме того, изменяются регулировочные элементы R1 и R5.

Так как электрическая емкость сухих датчиков для различных групп различна, для получения нулевого положения по шкале показывающего прибора необходимо, чтобы все группы датчиков имели одинаковую емкость при незалитой топливной системе. Уравнивание начальной емкости датчиков Со по группам производится с помощью подгоночных конденсаторов постоянной емкости, помещаемых во фланцы датчиков.

Принцип действия автоматической части емкостного топливомера основан на использовании в качестве сигнализаторов уровня топлива катушек индуктивности или датчиков с магнитоуправляемыми контактами.

В первом случае в основу работы сигнализатора положено свойство катушки индуктивности изменять индуктивность при введении в нее железного сердечника. Устройство такого датчика-сигнализатора показано на рис. 12, а. В топливном баке помещается датчик-сигнализатор, состоящий из двух катушек индуктивности 3 (L1) и 4 (L2), установленных на определенном уровне, и поплавка с сердечником 1 из ферромагнитного материала, который плавает на поверхности топлива и перемещается по направляющей трубке 2 вниз и вверх при изменении уровня топлива. При определенном уровне топлива поплавок установится так, что его ферромагнитный сердечник войдет в катушку 3 (L1) датчика-сигнализатора. Катушка переменной индуктивности L1 является одним из плеч индуктивного моста (рис. 12, б).

 

Рис. 12. Принцип работы датчика сигнализатора: 1- поплавок, 2 -трубка, 3,4 – катушки индуктивности моста (а)принципиальная электрическая схема, (б) схема индуктивного измерительного моста,

Индуктивный мост состоит из двух полуобмоток трансформатора Тр и двух катушек индуктивности L1 и L2. Индуктивность катушки L1 с выведенным сердечником равна индуктивности катушки L2. При достижении определенного уровня топлива в магнитное поле катушки сигнализатора вводится железный сердечник. Введение железного сердечника в магнитное поле катушки вызывает изменение полного сопротивления катушки сигнализатора L1; при этом нарушается равновесие моста и на вершинах его измерительной диагонали появляется разность потенциалов, которая через выпрямительный мост подается на обмотку высокочувствительного реле К. Реле срабатывает и своими контактами включает или выключает соответствующую исполнительную цепь (контактор насосов, сигнальную лампу и т. д.).

5.Анализ погрешностей топливомеров

5.1 Погрешности емкостных топливомеров

Электроемкостным топливоизмерительным системам свойственны методические погрешности. Рассмотрим главные причины, вызывающие их появление:

а) Под действием ускорений и эволюции самолета топливо в баках перераспределяется, что приводит к изменению емкости Сх датчика. Для уменьшения погрешности измерение производится только в горизонтальном полете, и в баках в разных местах устанавливают несколько датчиков, емкости которых включают параллельно. Кроме того, для демпфирования колебаний уровня топлива конструкцией датчика предусмотрена достаточно малая скорость вытекания (поступления) топлива из датчика.

б) В топливомерах СЭТС и СПУТ изменение емкостей датчика, проводимостей датчика и кабелей, соединяющих датчик с измерительной схемой, приводят к изменению показаний топливоизмерительных систем (ТИС).

в) Погрешность из-за неточного совпадения профиля датчика с характеристикой бака.

Для анализа методических погрешностей емкостных топливомеров рассмотрим зависимости емкости датчика С от объема V (при градуировке в объемных единицах) и от веса G (при градуировке в весовых единицах) топлива. Кроме того, емкость зависит от углов крена  и тангажа , от ускорения j и диэлектрической постоянной топлива 1, т. е.

С=F1(V, , , j, 1)                                              

C =F2 (G, V, , , j, 1, ),                                 

где — плотность топлива.

Показания емкостных топливомеров правильны лишь в режиме горизонтального равномерного полета. Изменения углов ,   и ускорения j приводят к методическим погрешностям. Для уменьшения этих погрешностей датчик следует устанавливать в центре бака или размещать несколько датчиков по краям бака.

Изменения сорта топлива приводят к изменениям диэлектрической постоянной 1 что может вызвать методическую погрешность, доходящую до 5%. Эту погрешность можно учесть, имея характеристики топлива.

При градуировке топливомеров в единицах объема возникает методическая погрешность, обусловленная изменением диэлектрической постоянной 1 с изменением температуры топлива:

1=10(1+),

где - температурный коэффициент диэлектрической постоянной. Пользуясь тем, что

получим

                                                                                                         (6)

Отсюда следует, что температурная погрешность пропорциональна .

В последнее время вводится градуировка топливомеров в весовых единицах. Дело в том, что теплотворная способность определяется весом топлива. Определим методическую температурную погрешность при весовой градуировке. Эта погрешность обусловлена температурной зависимостью величин 1 и , т. е. 1=10(1+)и  =0(1+1). Тогда

                                             (7)

где 1—температурный коэффициент плотности топлива.

Если пренебречь расширением бака при изменении температуры, то изменение плотности обусловливается изменением объема, т. е. x=x0(1 + *). Следовательно, =0 (1—). При этом выражение (7) примет вид

                                                                      (8)

Поскольку >0 и >0, то методическая температурная погрешность при весовой градуировке меньше, чем при объемной градуировке.

Наряду с перечисленными возникают погрешности ТИС из-за температурных изменений размеров датчиков и баков, нелинейности и ступенчатости характеристики уравновешивающих потенциометров, изменения в процессе эксплуатации зазоров между электродами датчиков.

Инструментальные погрешности емкостного топливомера вызываются главным образом влиянием температуры на параметры элементов мостовой схемы (конденсаторов, сопротивлений). Уменьшение этих погрешностей достигается применением элементов с малыми температурными коэффициентами или введением температурной компенсации.

 Инструментальные погрешности емкостных топливомеров вследствие применения нулевых методов измерения малы, и ими можно пренебречь.

5.2 Погрешности поплавковых топливомеров

Погрешности электрических поплавковых топливомеров складываются из следующих составляющих:

– погрешностей, являющихся следствием продольных и поперечных кренов и ускорений самолета;

– погрешностей, возникающих при неточной установке топливных баков и отклонений их размеров от полученных при расчете и тарировке;

– температурных погрешностей, вызванных изменением температуры топлива в баке и сменой сорта топлива;

– температурных погрешностей, появляющихся из-за изменения магнитных характеристик и электрических параметров при изменении температуры окружающей среды;

– погрешностей, возникающих из-за изменения напряжения источника питания.

Другие погрешности топливомеров являются общими для всех приборов.

Первые три группы погрешностей являются методическими, последние — инструментальными.

Методические погрешности могут быть компенсированы за счет введения в схему топливомера дополнительных чувствительных элементов, реагирующих на изменения плотности и диэлектрической проницаемости топлива, на крены и ускорения самолета.

Инструментальные погрешности, возникающие из-за изменения температуры, компенсируются подбором параметров схемы.

В целом инструментальные погрешности поплавковых топливомеров сводятся до 2—3%. Так, погрешность топливомера ТПР1-9Т при работе в нормальных условиях не превышает ±2% на нулевой отметке и ±3,5% на остальной части шкалы.

Погрешность авиационного рычажно-поплавкового керосиномера СКЭС-2027А и масломера МЭС-2247Дт на нулевой отметке ±2,5%, на остальных отметках ±5%.

6. Канал центровки

6.1 Назначение, принцип действия и структура систем управления положением центра масс ЛА

Существуют различные системы управления положением центра масс летательного аппарата. Но при всем многообразии у них много общего в структуре, принципе действия, поэтому можно выделить несколько основных систем. Рассмотрим две из них.

6.2 Автоматы выравнивания (центровки)

Для поддержания центра тяжести самолета в определенном положении при изменении запаса топлива необходимо, чтобы масса топлива в баках, расположенных симметрично относительно продольной осп самолета, была одинаковой. Эту задачу решают автоматы выравнивания пли автоматы центровки перекачкой топлива (АЦТ).

Принцип действия АЦТ основан на сравнении электрических параметров (напряжения или сопротивления), пропорциональных количеству топлива в соответствующих баках или крыльях, и выработке по результатам сравнения сигнала управления насосами перекачки топлива. На рис. 13 представлена принципиальная схема автомата выравнивания топливоизмерительной системы АЦТ5-1БТ, применяемой на самолете Як-40.

Рис. 13. Принципиальная электрическая схема автомата выравнивания

Потенциометры R1 и R2 питаются от трансформатора Т. Выходные противофазные напряжения потенциометров поданы на параллельно соединенные фазочувствительные реле РФ1 и РФ2. Щетки потенциометров R1 и R2 перемещаются на углы, пропорциональные массе топлива в сравниваемых баках, электродвигателями, уравновешивающими мостовые схемы ТИС соответственно левого и правого крыла.

Если выработка топлива из крыльев идет неравномерно, то при достижении установленной разности масс топлива на входе РФ1 появится напряжение, достаточное для его срабатывания. Реле РФ1 в зависимости от фазы входного напряжения выработает сигнал пуска насосов для перекачки топлива с левого крыла в правое или наоборот.

В том случае когда по каким-либо причинам разность масс топлива продолжает увеличиваться, то срабатывает реле РФ2 и включает сигнализацию «Отказ АЦТ».

Автоматы выравнивания у других типов ТИС отличаются от рассмотренного тем, что потенциометры R1 и R2 у них включаются в плечи мостовой резистивной схемы, на выходе которой включены фазочувствительные реле.

6.3Системы автоматического управления выработкой

топлива,  работающие по замкнутому циклу

Программные системы управления выработкой топлива не могут обеспечить сохранение центровки самолета с большой точностью. В ряде случаев желательно повысить точность сохранения центровки.

Рассмотрим принципы построения систем управления центровкой, работающие по замкнутому циклу. Предположим, что на самолете имеется четыре топливных бака, расположенных на крыльях (рис. 14). Положение центра масс самолета останется неизменным, если сумма топливных моментов относительно продольной и поперечной осей равна нулю.

Рис. 14. Схема измерения в автомате центровки

Топливным моментом будем называть произведение веса топлива G в баке на расстояние l центра масс бака от центра масс самолета:

G1 l1+ G2 l2= G3 l3+ G4 l4                                   (9)

Для реализации условия (9) необходимы устройства измерения количества топлива и устройства для перекачки топлива из бака в бак с целью выравнивания топливных моментов. В качестве измерительных устройств можно использовать емкостные датчики

Gi =k (Cxi- C0i), (i=l, 2, 3, 4),                                        (10)

где Cxi и C0i — емкости заполненного и сухого баков.

При учете   (10)   получим

Сx1 l1+ Сx2 l2 +k0= Сx3 l3+ Сx4 l4,                                       (11)

где     k0 = С03 l3+ Со4  l4 Со1 l1Со2 l2

Представленная на рис. 14 схема реализует соотношение (11). Влияние емкости сухих баков (величина k0) учитывается конденсатором C5. При равновесии моста получаем:

U1 Cx1 + U2 Cx2 + U5 C5 = U3 Cx3 + U4 Cx4,                 (12)

где Ui — напряжения.

Если напряжения u1, u2, u3 и u4  выбрать пропорциональными плечам l1, l2, l3 и l4, а U5* C5 = k0, то условие (11) станет эквивалентным условию (12).

При изменении центровки из-за выработки топлива в уравнении (12) будут меняться емкости Cxi, что приведет к появлению сигнала на измерительной диагонали. Этот сигнал после усиления подается на двигатель Д, вал которого связан с контактным устройством k. Замыкание контактов приводит к подаче сигналов на отключение топливных насосов правых или левых (задних или передних) баков в зависимости от характера нарушения центровки. Один из насосов должен работать в любом случае для обеспечения подачи топлива к  двигателю.

Если в автомате центровки используются емкостные датчики измерительной части системы, то при включении автомата датчики следует отключать от блоков измерения с целью исключения взаимного влияния мостовых схем автомата и топливомера.

При управлении центровкой самолета путем программного расхода топлива или по замкнутому циклу учитывается изменение центровки только за счет выработки топлива. Изменения центровки, связанные со сбрасыванием груза и др., не могут быть учтены в рассматриваемых системах управления центровкой.

Рис. 15. Схема замкнутого автомата центровки

В замкнутых системах управления центровкой можно осуществить управление с целью сохранения разности хц.м.xf, где хц.м. и xf — координаты центра масс и фокуса самолета. При этом будет сохраняться статическая устойчивость самолета. Поскольку положение фокуса xf зависит от числа М полета, то, измеряя М, можно ввести в схему сигнал, пропорциональный М, например, путем перемещения щетки по сопротивлению R (рис.15).

Сигнал, снимаемый со схемы, поступает на усилитель У и двигатель отработки Д, который осуществляет переключение групп баков (например, передних или задних групп баков). Двигатель отработки будет функционировать до тех пор, пока не установится равновесие системы.

Замкнутые системы управления выработкой являются перспективными и находят широкое применение в авиации.

Погрешности топливомеров не должны превышать 2—3% от фактического запаса топлива в баках.

Показания топливомеров правильны только в том случае, если самолет находится в линии установившегося горизонтального полета. В других случаях в показаниях приборов появляются погрешности.

Запас топлива на самолетах чрезвычайно велик и неправильное расходование его из отдельных баков может привести к нарушению центровки самолета. Для устранения этого на самолетах устанавливаются специальные автоматы, обеспечивающие выработку топлива из отдельных групп баков по определенной программе. Такие автоматы, составляющие единую систему с топливомерами, называются системами измерения и расходования топлива.

7.Примеры современных разработок топливоизмерительных систем

7.1Комплексы топливоизмерения и центровки КТЦ

Варианты исполнения: КТЦ2-1, КТЦ3-1



Рис. 16. Комплексы топливоизмерения и центровки КТЦ

Назначение:
-
измерение массы топлива в каждом баке;
- вычисление суммарной массы топлива и массы топлива по бортам по информации о расходе топлива через двигатели;
- вычисление центровки, массы и предельно-допустимых центровок самолета;
- формирование сигнала недопустимой разности значений суммарных масс топлива, вычисленных по информации от топливоизмерительной и расходомерной частей системы;
- измерение температуры топлива в баках  и формирование сигналов о приближении к температуре кристаллизации топлива;
- формирование сигналов о резервных остатках топлива по бортам;
- формирование сигнала о резервном суммарном остатке топлива;
- формирование сигнала о наличии свободной воды в топливных баках;
- формирование сигналов автоматического и ручного управления расходом и перекачкой топлива;
- формирование сигналов автоматического и ручного управления заправкой топлива;
- формирование сигналов ручного управления сливом топлива на земле;
- формирование сигналов о состоянии и отказах агрегатов топливной системы и формирование предупредительных сигналов,
- автоматический контроль датчиков, линий связи и каналов измерения, преобразования и вычисления блока;
- выдача в бортовые системы информации по ARING 429 и/или по MIL-STD-1553.
- использование датчиков-сигнализаторов уровня топлива терморезисторных или на магнитоуправляемых контактах,
- дублирование измерительных, вычислительных и приемопередающих устройств,
- плавная заправка топлива по требуемому значению суммарной массы топлива,
- сигнализация резервных остатков по независимым каналам,
- модификации датчиков различного крепления и монтажа для всех типов баков,
- использование унифицированных функционально-конструктивных модулей.

7.2 Датчики топливомера электроемкостные ДТ, ДТК, ДТС, ДТСК

Назначение: гражданского назначения

Варианты исполнения: ДТ, ДТК, ДТС, ДТСК

Рис. 17. Датчики топливомера электроемкостные

Описание:
- формирование сигнала о количестве жидкости в баке, пропорционального уровню заполнения датчика рабочей жидкостью.
- формирование сигнала о температуре жидкости в баке, пропорционального сопротивлению платинового терморезистора.
- формирование сигналов о достижении жидкости в баке заданных уровней.
Отличительные достоинства:
- Профилировка датчика позволяет их использовать для баков любой формы.
- Расчеты по расстановке датчиков в баке и их профилировке производятся методом машинного проектирования.
- Компенсация погрешности электрической емкости датчика во вторичном устройстве.
Технические характеристики:

Рабочие жидкости: углеводородные топлива, моторные масла,

криогенные топлива, сжиженный природный газ.

Погрешность электрической емкости датчика, %                ±1

Погрешность аппроксимации датчиком формы бака, %     ±0,5

Погрешность формирования сигнала о температуре, ˚С     ±1

Погрешность сигнализации уровня, мм                                ±4

Наработка на отказ, час                                                 более 10

Условия эксплуатации

Рабочие температуры среды:

топлива - от минус 60 °С до 135 °С

масел - от минус 60 °С до 165 °С

криогенных жидкостей и сжиженных газов - от минус 250°С

Технические характеристики электроемкостных датчиков ДТ, ДТК, ДТС, ДТСК

Характеристика

Датчики

ДТ41

ДТК7А,

ДТК10Б

ДТС26

ДТСК18

Вариант установки

фланцевый, с соединителем

внутрибаковый, с клеммной

колодкой

Погонная масса, кг/м

0,5

Число сигналов об уровне

-

-

от 1 до 3

Число датчиков температуры

-

-

-

1

Длина датчика, м

от 0,2 до 2,0

7.3 Сигнализаторы уровня серии СУ

Назначение:   Контроль предельного уровня сыпучих и жидких сред с различными физико-техническими свойствами (в т.ч. датчики подпора). Аналог - FTC830 (Германия), функциональный аналог - РОС101 (Россия). Конструкция одноблочная:    в одном блоке конструктивно объединены чувствительный элемент (ЧЭ), электронный преобразователь и выходное устройство. Принцип действия емкостной:    отсутствие подвижных механических частей, простота монтажа и обслуживания высокая степень защиты оболочки (IP54),  допускается размещение во взрывоопасных зонах классов В-Iб и В-IIа.

Применяется разнообразие типов чувствительных элементов:   использование в широком диапазоне температур и давлений для контроля уровня сыпучих и жидких, нейтральных и агрессивных, электропроводных и диэлектрических сред, границы раздела между ними. Индикация состояния срабатывания:  коммутационное состояние отображается светодиодом на крышке прибора, т.е. непосредственно у объекта контроля. Коммутация нагрузки контактами реле или бесконтактная:   По выбору потребителя два исполнения по выходу - "сухие" контакты реле или транзисторный ключ.  Принцип действия:    при заполнении или опорожнении резервуара электрическая емкость расположенного в нем чувствительного элемента изменяется в зависимости от уровня погружения в контролируемую среду. Это изменение емкости преобразуется электронной схемой в дискретный релейный или бесконтактный сигнал.

Рис. 18. Сигнализаторы уровня СУ 150 с трубчатым ЧЭ:

Рис. 19. Сигнализаторы уровня СУ 160 с плоским ЧЭ

Контрольные вопросы

  1.  Что называется топливомером?
  2.  Назовите основные типы топливомеров и опишите их принцип действия.
  3.  Назовите преимущества емкостных топливомеров по сравнению c поплавковыми.
  4.  Опишите устройство емкостных топливомеров, а также их функции. Приведите примеры электрических схем.
  5.  Опишите устройство поплавковых топливомеров, их функции. Приведите примеры электрических схем.
  6.  Погрешности емкостных и поплавковых топливомеров.
  7.  Назначение систем управления положением центра масс ЛА (канал центровки).
  8.  Назовите основные системы управления положением центра масс летательного аппарата, их  принцип действия и состав.
  9.  Приведите примеры современных разработок емкостных топливомеров.


EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED PBrush  

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED PBrush  

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED PBrush  

EMBED PBrush  

EMBED PBrush  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20833. Анализ показателей, характеризующих состояние и использование основных фондов ООО «Инжстрой» 296.38 KB
  Анализ эффективности деятельности организации раскрывает возможные риски, которые могут быть устранены, или проблемы, с которыми можно бороться, или резервы повышения эффективности деятельности в целом, и отдельных показателей в частности. То есть, показывает по каким направлениям следует вести работу.
20834. Автоматизация процесса абонентского учета и биллинга с помощью единой информационной системы на примере ОАО «Челябэнергосбыт» 4.04 MB
  В дипломном проекте был проведён анализ внешней и внутренней среды ОАО «Челябэнергосбыт», проанализирована бизнес - архитектура и ИТ-архитектура предприятия, были выявлены и проранжированы существующие проблемы компании. Был проанализирован рынок информационных продуктов для решения выявленных проблем.
20835. Методи проектування (метод комбінування). Планування роботи з проектування та виготовлення виробу 158.5 KB
  Разработка сайтов для компаний является актуальной и востребованной сферой деятельности, т.к. сайт фирмы в сети Интернет представляет собой достаточно дешевый и массовый способ рекламы, дает возможность потенциальным и существующим клиентам легко получать информацию о товарах и услугах компании, ее деловых интересах.
20836. Учет и анализ стипендиального фонда и расчетов со стипендиатами 438 KB
  Изучение, систематизация и обобщение практического материала и теоретических знаний по вопросов учёта расчётов со стипендиатами и анализа стипендиального фонда.
20837. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ УЧЕТА ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ ООО «ЭДЕМ» 348.5 KB
  Для решения поставленных задач выпускная квалификационная работа разделена на три главы. Первая глава содержит теоретические основы бухгалтерского учета расчетов по оплате труда, формы, виды системы оплаты труда, Вторая глава рассматривает применяемые на практике способы учета оплаты труда порядок начисления и удержания из заработной платы в анализируемой организации.
20838. Мотивация персонала 96.5 KB
  Работник перестает понимать, что ему нужно делать и почему работа у него не ладится, связано ли это с ним самим, с начальником, с работой. Усилия работника пока не сказываются на производительности. Он легко контактирует с сослуживцами
20839. Ррезонансні частоти та форми власних коливань 1.09 MB
  В конструкціях машинобудівної, авіаційної, приладобудівної та суднобудівної промисловості широко використовуються конструктивні елементи, що представляють собою циліндричні оболонки. Ці елементи складають по вазі порівняно невелику частину конструкції, але суттєво впливають на її міцність і жорсткість.
20840. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АГРОЭКОТУРИЗМА В РОССОНСКОМ РАЙОНЕ 1.03 MB
  Провести мониторинг посещаемости агроэкоусадеб района за 2006-2011 гг. Провести анализ экономической среды агроусадеб. Обосновать рекомендации по развитию туризма в районе.
20841. Учет расчетов по социальному страхованию и обеспечению 410.62 KB
  Предметом исследования был бухгалтерский финансовый учет. Объектом исследования послужил учет расчетов по социальному страхованию и обеспечению в организациях на основе данных экономической литературы, нормативно-правовых актов, интернет ресурсов и данных журналов и экономических газет.