PROGETTO E REALIZZAZIONE DI UN SENSORE CAPACITIVO DI LIVELLO AD ALTE PRESTAZIONI PER OLIO MOTORE DI ELICOTTERI

A novel contact liquid-level sensor is devised here which features higher sensitivity than the one, broadly adopted, based on a cheap air cylindrical capacitor vertically mounted in the tank (hereinafter, conventional design). Such an improvement has been achieved just by introducing a couple of cost-effective geometrical variations on the conventional design, being assured, at the same time, that its other worthwhile characteristics chiefly stemming from its rudimentary conception stay unaffected, like low maintenance needs, high durability, low production cost, high linearity over the entire dynamic range, high responsiveness to abrupt level changes, imperturbability against vibrations. This last particularly suited to engine-oil level sensing in helicopters (where rotor vibrations could deteriorate measurement quality), and the preceding one more generally in aircrafts (where oil-level changes due to attitude stabilization can be more easily followed). The first simple and, as it were, naïve geometrical variation consists of shrinking the inter-plate gap, which increases the capacitance, leading to sensitivity growth, for sensitivity is proportional to the capacitance, as will be seen. However, gap width reduction slows down the level adaptation of the oil in the gap to sudden level changes occurring off the sensor in the tank, because of the increment of the viscosity resistance due to gap shortening, something that conflicts with the need for high sensor responsiveness. Therefore, one more geometrical variation is brought in in order to overcome the naivety of the previous one, whereby each plate surface is punched through by removing a thin contour which extends all over the entire length of the plate, thus speeding up oil level adaptation in the gap in response to level changes off the sensor thanks to the now available lateral slit. Numerical simulations and results of experimental tests on a prototype are shown to confirm the achievement.

Si è realizzato un innovativo sensore di livello di liquido con caratteristiche di maggiore sensibilità rispetto a quello maggiormente attotato basato su un condensatore cilindrico in aria montato verticalmente nel serbatoio. Tale miglioramento è stato raggiunto semplicemente introducendo un paio di variazioni geometriche dal costo contenuto con la certezza allo stesso tempo che le altre sue meritevoli caratteristiche che derivano principalmente dalla sua concezione rudimentale rimanessero inalterate come: bassa manutenzione richiesta, elevata durata, basso costo di produzione, alta affidabilità, su tutto il range dinamico, rapidità di risposta alle variazioni brusche di livello, imperturbabilità contro le vibrazioni. Quest'ultimo è particolarmente adatto al monitoraggio di livello dell'olio negli elicotteri (dove le vibrazioni del rotore potrebbero deteriorare la qualità della misura) mentre gli altri sono adatti in generale per ogni tipo di aeromobile (dove le variazioni di livello di olio dovute alla stabilizzazione dell'assetto di volo possono più facilmente essere seguite). La prima e più semplice variazione di geometria introdotta consiste nella riduzione dell'intercapedine tra le armature, che aumenta la capacita, portando ad una crescita della sensibilità, a causa del fatto che la sensibilità è proporzionale alla capacità come si vedrà. Tuttavia la riduzione della larghezza dell'intercapedine tra le armature rallenta l'adattamento dell'olio nell'intercapedine alle variazioni brusche di livello che si verificano nel serbatoio fuori dal sensore, a causa dell'incremento della resistenza viscosa dovuta alla riduzione dell'intercapedine. Ciò confligge con la necessità di rapidità di risposta del sensore. Perciò, una ulteriore variazione geometrica viene introdotta con lo scopo di superare l'ingenuità della precedente, tramite cui la superficie di ogni armatura viene perforata lungo rimuovendo un sottile contorno che si estende lungo tutta la lunghezza dell'armatura, velocizzando così la l'adattamento del livello di olio nell'intercapedinen in risposta alle variazione di livello fuori dal sensore, grazie alla disponibilità delle fessure laterali. Simulationi numeriche e risultati di test sperimentali su un sensore prototipo vengono mostrati per confermare gli obiettivi raggiunti.