Wie funktioniert ein Kraftstoffdichtesensor? (Densitometer, Cadensicon)

Ich weiß nicht, welche Art genau sie im A320 verwenden (von dem das Zitat in der Frage stammt). @mins hat einen Forenbeitrag über einen Airbus A300-600 Cadensicon gefunden :

Das Cadensicon misst die Dielektrizitätskonstante und die Dichte des Kraftstoffs.

Leider beschreibt diese Quelle nicht, wie die Dichte gemessen wird.

Ich habe jedoch ein Densitometer gefunden, das für die Messung der Flugkraftstoffdichte verwendet wird. Es misst die Änderung der Resonanzfrequenz einer Feder, die von einem Piezo angetrieben wird. Diese Frequenzänderung hängt von der Flüssigkeitsdichte ab, wodurch die Dichte aus der gemessenen Frequenz und bekannten Kalibrierkoeffizienten berechnet werden kann:

Das Densitometer verwendet eine Torsionsmodus-Eigenfrequenz, um die Dichte in Echtzeit zu bestimmen, und liefert eine genaue und zuverlässige Anzeige der Kraftstoffdichte über die Temperaturbereiche, die typischerweise bei Flugzeugkraftstofftankanwendungen auftreten. Es ist für den Betrieb in allen weltweit vorkommenden Flugzeugtreibstoffen ausgelegt.

Ein Ende einer Feder wird durch ein oszillierendes elektrisches Signal von einem piezoelektrischen Kristall torsional zur Resonanz angetrieben, das andere Ende der Feder kann frei mit seiner Eigenfrequenz schwingen. Dieses Ende ist mit den flüssigen Medien „gekoppelt“, und Eigenfrequenzänderungen als Reaktion auf die Flüssigkeitsdichte werden an einem zweiten piezoelektrischen Antriebskristall gemessen.

Die primäre Ausgabe ist eine Wechselspannung mit einer Frequenz, die sich mit der Dichte ändert. Die Dichte wird aus der Ausgangsfrequenz über die Gleichung berechnet:$\rho = a + b / \text{frequency}^2$, wobei a und b Konstanten sind, die während der Kalibrierung bestimmt werden. Das Standardverfahren zum Erfassen der Frequenz in einem mikroprozessorbasierten System ist mit einem Zeitgeber/Zähler-Chip mit einer Torzeit von zwei Sekunden, was eine hohe Auflösung sicherstellt.

^{( AMETEK Aerospace - Flüssigkeitsdensitometer )}

Weitere Einzelheiten finden Sie im Patent US4275585A .

Kurze Antwort

Die beiden beim A320 verwendeten Cadensicons sind Schwimmer, die Dichte wird durch Messung der Archimedes-Kraft (Auftrieb) bestimmt. Ein Schwimmer wird durch Federn gehalten und die Kraft auf die Federn wird gemessen.

• Die Kraft "ist gleich dem Gewicht der Flüssigkeit, die der Schwimmer verdrängt".

• Dieses Gewicht hängt von verschiedenen Elementen ab: Volumen, Schwerefeld und Dichte.

Das Volumen ist konstant, das Schwerefeld wird als konstant angenommen, sodass nur eine Abhängigkeit von der Dichte verbleibt.

Einzelheiten

Ein Cadensicon oder kapazitiver Dichtekondensator ist ein Densitometer mit einem Maß für die Permittivität (Dielektrizitätskonstante) des Kraftstoffs, um die kapazitiven Sonden zu kalibrieren.

Beim A320 gibt es ein Cadensicon für jeden Tank (2 oder 3, wenn es einen mittleren Tank gibt), alle Schwimmer. Ansicht des A320 Cadensicon:

^{A320 Cadensikon. Links: Boeing-Standort , rechts: Airbus A320-Dokumentation}

Aus dem technischen Schulungshandbuch von Airbus für das A320-Kraftstoffsystem:

Jedes Cadensicon beherbergt 2 Sensoren, die mit Kraftstoff bedeckt sind. Ein Festkondensator, der mit Kraftstoff bedeckt ist, ist die Hauptquelle für die Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs in jedem Tank, und ein Densitometer-Schwimmer misst die Kraftstoffdichte. Beide Parameter werden zur Berechnung der Kraftstoffmenge verwendet. Da sich die Dichte der verwendeten Kraftstoffsorte mit der Temperatur ändert, berücksichtigt ein Kraftstoffthermistor Temperaturschwankungen.

Eine teilweise eingetauchte Sonde kann als Summe zweier variabler Kondensatoren mit unterschiedlichen Dielektrika (Luft und Kraftstoff) angesehen werden, deren Gesamtkapazität eine Funktion des Kraftstofffüllstands ist. Jeder Tank hat eine Sonde, die mit einem Kapazitätsindexkompensator ausgestattet ist, der die Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs am Boden des Tanks misst.

^{A320-Kraftstoffstandsonden aus der Airbus A320-Dokumentation}

Die Position der Sonden wird so gewählt, dass sichergestellt ist, dass mindestens eine Sonde den Treibstoffpegel in jeder Flugzeuglage absenkt.

Das FQI hat zwei Kanäle, einen zur Berechnung der Masse, den anderen zur Überwachung des ersten. Die Masse wird aus den von kapazitiven Sonden erfassten Pegeln berechnet und:

• Permittivität von Cadensicon
• Permittivität von Kapazitätsindexkompensatoren
• Dichte von Cadensicon
• Kraftstofftemperatur
• Nick- und Rollwinkel.

Die Umrechnung von Füllständen in Volumen berücksichtigt die mit den Sonden ermittelte Lage und eine Tabelle im Computerspeicher, die die Geometrie der Tanks enthält.