師顯強，樊偉

（航空工業(yè)四川泛華航空儀表電器有限公司）

0 引言

飛機燃油箱油量及其分布是飛機重要的基礎(chǔ)信息，安全、穩(wěn)定、精確的燃油量測量對改善飛機整體性能具有重要意義[1]。

目前，國內(nèi)外最常見的飛機燃油量測量方式為：首先依據(jù)油箱之間燃油的串通性能及翼肋的密封性能對整個油箱進行分塊，各塊油量之和即為總油量；再對每塊通過遍布于不同部位的油量傳感器（現(xiàn)有最常見的為電容式油量傳感器）測量油面高度，結(jié)合油面角測量，然后查詢表征油面高度、油面角與燃油量、燃油重心等對應(yīng)關(guān)系的燃油質(zhì)量特性數(shù)據(jù)庫，最后經(jīng)插值解算、信息后處理得到油量測量結(jié)果。數(shù)字式燃油測量原理見圖1[2]。

飛機燃油測量解算方法是燃油測量系統(tǒng)設(shè)計的核心之一，燃油測量解算的輸入是油量傳感器初始采樣值，介電常數(shù)傳感器初始采樣值，溫度傳感器采樣值和密度傳感器采樣值（如果有），油量傳感器和介電常數(shù)傳感器初始采樣值由燃油計算機內(nèi)的數(shù)字平衡電橋或C/V轉(zhuǎn)換獲取，線性電容式油量傳感器采樣值與獲得的模擬量電壓值成等比例關(guān)系，溫度傳感器一般采用鉑電阻式、其采樣值與實際溫度值成等比例關(guān)系，密度傳感器一般采用振動式密度計。

圖1 數(shù)字式燃油測量原理圖Fig.1 Digital fuel measurement principle diagram

液位高度解算是燃油測量解算的重要且必要環(huán)節(jié)，其輸入是各油量傳感器初始采樣值以及標(biāo)定零滿值，介電常數(shù)傳感器初始采樣值以及標(biāo)定值，輸出是各油量傳感器浸油高度。下文在介紹了液位高度解算原理的基礎(chǔ)上，對液位高度解算涉及的幾項關(guān)鍵技術(shù)點進行了分析說明，并歸納了液位高度解算流程，以指導(dǎo)燃油測量解算軟件設(shè)計。

1 液位高度解算原理

首先介紹一下線性電容式油量傳感器的工作原理[3-5]，見圖2：

圖2 線性電容式油量傳感器工作原理圖Fig.2 Working principle diagram of linear capacitive fuel sensor

線性電容式傳感器通過底部小孔與油箱形成連通器，當(dāng)燃油增多，h增大，△C也增大；燃油減少，h減少，△C也減小。通過測量電容的大小就能知道液位的高低。

可見，△C不光與h有關(guān)，也與K有關(guān)。燃油的K隨油品、溫度等變化，因此需要K補償。補償方法：裝一個長期完全浸沒在燃油中的傳感器：

燃油測量過程中，已知油量標(biāo)定時的零電容值、滿電容值，補償零值、補償滿值以及使用過程中的當(dāng)前采樣值和當(dāng)前補償零值（滿值）。

標(biāo)定時的零電容值：

標(biāo)定時的滿電容值：

標(biāo)定時的補償零值：

標(biāo)定時的補償滿值：

當(dāng)前補償零值：

當(dāng)前補償滿值：

當(dāng)前采樣值轉(zhuǎn)換如下：

2 液位高度解算關(guān)鍵技術(shù)點分析

2.1 KF的有效性問題

2.2 Cs的預(yù)處理問題

Cs表示油量傳感器（包括補償傳感器）的初始采樣值，初始采樣值由模擬量獲得，為了得到穩(wěn)定可靠的油量傳感器初始采樣值，需要進行預(yù)處理操作，

第一：祛除奇異值，即祛除明顯失真的傳感器采樣值，一般認(rèn)為油量傳感器初始采樣值低于標(biāo)定零值加閾值或高于標(biāo)定滿值加閾值則認(rèn)為失真，閾值的大小由所有可能油品和溫度導(dǎo)致的油量傳感器采樣值最大偏差再附加一定的余量決定[6-7]。

第二：采樣值平滑，采樣值為模擬量輸出值，一般存在波動，需要對初始采樣值進行平滑處理，采樣值平滑的方法包括多次采樣取平均，多次采樣取中值，還有使用祛除最大、最小后取平均的方式，根據(jù)系統(tǒng)精度要求和使用工況決定[8-9]。

2.3 液位高度置信度問題

如前文所述液位高度計算公式為：

由于油量傳感器采樣值Cs存在波動的可能，導(dǎo)致在某些狀態(tài)下Cs-C0標(biāo)會有不同的結(jié)果，例如，目前實際油箱全空，由于Cs模擬量的波動性，會導(dǎo)致Cs-C0標(biāo)存在小于0、等于0、大于0但小于某一閾值、大于某一閾值等情況，小于0或等于0計算出的液位高度為0，如果大于0但小于某一閾值，則計算結(jié)果有較小液位高度，但這個液位高度是實際不存在的，會給系統(tǒng)帶來測量誤差，閾值的大于由傳感器空電容值的偏差及一定安全系數(shù)決定。

如果Cs-C0標(biāo)大于某一閾值，則說明油量傳感器實際浸油，如果Cs＜KFCF標(biāo)計算結(jié)果為傳感器接近滿油，但實際可能是已經(jīng)滿油，Cs≥KFCF標(biāo)計算結(jié)果為傳感器滿油，但實際可能還沒有滿。

基于上述分析，經(jīng)過對Cs的預(yù)處理后，液位高度可分為空油、接近空、正常、接近滿、滿油五種狀態(tài)。

空油對應(yīng)：

接近空對應(yīng)：

正常對應(yīng)：

接近滿對應(yīng)：

滿油對應(yīng)：

正常狀態(tài)被認(rèn)為可信度高，空油、滿油狀態(tài)認(rèn)為可信度較高，接近空、接近滿認(rèn)為可信度較低，后續(xù)燃油測量解算需要使用液位高度置信度。

3 液位高度解算流程

結(jié)合前文對液位高度解算原理和關(guān)鍵技術(shù)點的分析：總結(jié)出的液位高度解算流程如下：

圖3 液位高度解算流程圖Fig.3 Flow chart of liquid level height calculation

4 結(jié)束語

本文在介紹了液位高度解算原理的基礎(chǔ)上，對液位高度解算涉及的幾項關(guān)鍵技術(shù)點進行了分析說明，并歸納出了液位高度解算流程，以指導(dǎo)機載燃油測量解算軟件設(shè)計[10]。