1.2. Емкостные топливомеры.

Емкостные топливомеры. Емкостные топливомеры обычно объ­единяются в единое целое с системой управления выработкой топлива и называются СЭТС — суммирующий электроемкостный топ-ливомер с сигнализацией. Это название не отражает всех решаемых функциональных задач. Назначением топливомера типа СЭТС являются: измерение суммарного количества топлива в баках самолета, измерение количества топлива в каждой из имеющихся групп баков, автоматическое управление порядком расхода топлива, сигнализация остатка и управление заправкой самолета топливом.

Для каждого типа самолета применяется система СЭТС определенной маркировки: СЭТС-60М, СЭТС-70С, СЭТС-90, СЭТС-230А и другие, прин­ципиально не отличающиеся один от другого.

Принцип действия емкостного топливомера основан на измерении электрической емкости цилиндрического конденсатора — датчика, помещенного в бак самолета в вертикальном положении. Датчик (рис. 2) состоит из двух (или нескольких) концентрических труб, между которыми имеется зазор. Высота такого конденсатора равна высоте бака, а электрическая емкость зависит от уровня, т. е. от объема топлива. Полная емкость датчика равна сумме емкостей нижней высотой /hт и верхней высотой /h_б — /hт частей.

Рис. 2. Схема емкостного датчика топливомера

Принцип действия емкостного топливомера основан на измерении электрической емкости цилиндрического конденсатора — датчика, помещенного в бак самолета в вертикальном положении. Датчик (рис. 2) состоит из двух (или нескольких) концентрических труб, между которыми имеется зазор. Высота такого конденсатора равна высоте бака, а электрическая емкость зависит от уровня, т. е. от объема топлива. Полная емкость датчика равна сумме емкостей нижней высотой /hт и верхней высотой /h_б — /hт частей.

Так как диэлектрические постоянные воздуха s_B и топлива е_т различны, то при изменении уровня топлива будет меняться и емкость конденсатора. Можно показать, что емкость датчика пропорциональна высоте уровня топлива в баке и определяется как:

Достоинством емкостных топливомеров являются 'простота кон­струкции их датчиков, отсутствие подвижных контактов и малые методические погрешности, вызываемые кренами и ускорениями самолета. Последнее объясняется тем, что в разных местах бака устанавливается несколько датчиков. При параллельном соединении емкостей датчиков суммарная их емкость практически не зависит от наклона поверхности топлива.

Для увеличения емкости датчики обычно собирают из 3—5 ко­аксиальных цилиндров. Равномерность шкалы указателя обеспечивается вырезами на поверхности труб датчиков, форма и количество которых зависят от формы баков.

Измерение величины емкости датчика и перевод ее в значение количества топлива в баке осуществляются с помощью самоуравновешивающегося моста переменного тока или дифференциальной схемы сравнения токов. На рис. 3 приведена принципиальная схема измерительной части топливомера СЭТС-230А.

Рис. 3. Схема измерительной части топливомера

Самоуравновешивающийся измерительный мост переменного тока состоит из активных сопротивлений R1 — R6, являющихся двумя плечами мо­ста, и емкостей С₁ и Сх, образующих другие плечи моста (С₁ — постоянная емкость, Сх — переменная емкость датчика). К диагонали моста АВ подведено переменное напряжение от вторичной обмотки трансформатора Тр₁.

При некотором значении емкости Сх мост находится в равновесии и напряжение на диагонали MN равно нулю. В результате понижения или повышения уровня топлива в баке изменяется емкость Сх, нарушается равновесие моста и появляется разность потенциалов между точками М и N. Эта разность потенциалов усиливается усилителем и поступает через трансформатор Тр₂ на управляющие обмотки двигателя ДИД-0,5, ротор которого, вращаясь, передвигает щетку делителя напряжения R1 в такое положение, при котором разность потенциалов между точками М и N снова станет равной нулю. Вместе со щеткой делителя напряжения перемещается и стрелка указателя топливомера, связанная через редуктор с осью двигателя.

При начальном значении емкости Сх — С₀, что соответствует пустому баку, мост с помощью реостата R₆ регулируется так, чтобы щетка потенциометра R₁ находилась в крайнем положении, а стрелка указателя — на нулевой отметке шкалы. При емкости Сх = Са, соответствующей полностью залитому баку, реостатом AJ2 мост регулируется так, чтобы щетка потенциометра R] находилась в другом крайнем положении, а стрелка указателя показывала: залитое количество топлива.

Рис. 4. Указатель расхода топлива

Для измерения суммарного количества топлива во всех баках или группах баков емкости Сх всех датчиков специальным переключателем соединяются параллельно. Одновременно параллельно емкости Сх подключается дополнительная емкость для настройки схемы. Внутренняя шкала указателя (рис. 4) служит для отсчета количества топлива в одной группе баков (или в одном баке), а внешняя — суммарного количества топлива.

Вывод: на самолетах преимущественно используются дистанционные электромеханические поплавковые топливомеры и емкостные топливомеры. В топливомерах обоих типов с помощью датчиков измеряется уровень в баках, пропорциональный объему топлива в литрах. Измерение величины емкости датчика и перевод ее в значение количества топлива в баке осуществляются с помощью самоуравновешивающегося моста переменного тока или дифференциальной схемы сравнения токов.

Вопрос № 2. Назначение, виды и принцип действия систем расхода топлива

Приборы, предназначенные для определения расхода топлива, носят название расходомеров. В авиации находят применение суммирующие расходомеры, расходомеры суммарного и мгновенного расхода топлива, топливомеры-расходомеры.

Суммирующие расходомеры. Наибольшее применение на самолетах и вертолетах получили скоростные суммирующие расходомеры, показывающие количество израсходованного топлива с момента запуска авиадвигателей (или величину остатка топлива в баках) в литрах или килограммах. Принцип действия скоростных суммирующих расходомеров основан на измерении скорости потока топлива в питающей магистрали с помощью спиральной крыльчатки (турбинки), помещенной в этот поток. Скорость вращения крыльчатки пропорциональна скорости потока, т. е. расходу топлива, и измерение расхода сводится к измерению скорости вращения крыльчатки.

В датчике расходомера скорость вращения крыльчатки преобразуется в электрические импульсы, число т которых в единицу времени пропорционально скорости вращения крыльчатки.

Суммарный расход топлива Q_Σ за время t будет

(1)

Здесь буквой М обозначено общее число электрических импульсов за время t; k — коэффициент пропорциональности.

Описанный принцип измерения использован в суммирующих расходомерах СРБ-6, РТС16А-4 и др.

Датчик расходомера (рис. 5), включаемый в топливную магистраль авиадвигателя, представляет собой пятилопастную крыльчатку 1, помещенную в направляющий аппарат. Крыльчатка с помощью червячного редуктора вращает стальной кулачок 2 индуктивно-импульсного устройства. При этом периодически меняется величина магнитной проницаемости железного сердечника 3 и, следовательно, индуктив ное сопротивление катушки L1. Здесь же на магнитопроводе 4 располагается катушка L2 с неиз­менным индуктивным сопротивлением.

Рис. 5. Конструктивная датчика расходомера: 1 — крыльчатка; 2 — кулачок;

3 — сердечник; 4 — магнитопровод

Индуктивности датчика L1 и L2 являются плечами моста прин­ципиальной схемы комплекта расходомера (рис. 6). Два других плеча моста L3 и L4 образованы вторичной обмоткой трансформатора Тр. При вращении крыльчатки периодически меняется индуктивность катушки L1 и, следовательно, нарушается и восстанавливается равновесие моста.

Рис. 6. Схема расходомера

Это вызывает периодическое появление на выходе моста а — б импульсов напряжения переменного тока, частота которых пропорциональна скорости вращения крыльчатки. С выхода моста импульсы напряжения переменного тока поступают на двухполупериодныи выпрямитель с удвоением напряжения, собранный на двух германиевых диодах и конденсаторах С3, С4.

Тиратронный прерыватель служит для усиления сигналов, по­ступающих с выпрямителя.

При отсутствии импульса напряжения с удвоителя к сетке тиратрона подводится нулевой потенциал относительно катода. В этом случае тиратрон, питающийся напряжением 48В от обмотки трансформатора, зажигается и гаснет с частотой 400 Гц. Постоянная составляющая пульсирующего анодного тока тиратрона замыкается через обмотку электромагнита, и якорь его будет притянут к сердечнику. При разбалансе моста с выпрямителя к сетке тиратрона подводится отрицательный потенциал и тиратрон не зажигается. Обмотка электромагнита при этом обесточивается, отпуская якорь. При каждом притяжении якоря поворачивается на один зуб храповое колесо шагового механизма, которое через редуктор соединено со стрелкой указателя расходомера. Последняя, перемещаясь, показывает запас топлива в баках.

Шкала указателя оцифрована от 0 до 12 000 кГ с ценой деления 200 кг. На лицевой части указателя имеется кремальера, с помощью которой стрелка прибора устанавливается на деление шкалы, соответствующее количеству залитого топлива.

Вывод: в авиации находят применение суммирующие расходомеры, расходомеры суммарного и мгновенного расхода топлива, топливомеры-расходомеры.

Задание на самостоятельную подготовку

1. Назначение, виды, состав и принципы действия топливоизмерительных систем.

2. Назначение, виды и принципы действия систем расхода топлива.