¿Cómo funciona un sensor de densidad de combustible? (densitómetro, cadensicon)

No sé qué tipo exacto están usando en el A320 (de donde proviene la cita en la pregunta). @mins encontró una publicación en el foro sobre un Airbus A300-600 cadensicon :

El cadensicon mide la densidad y la constante dieléctrica del combustible.

Desafortunadamente, esa fuente no describe cómo se mide la densidad.

Sin embargo, encontré un densitómetro que se usa para medir la densidad del combustible de aviación. Mide el cambio en la frecuencia de resonancia de un resorte, que es accionado por un piezoeléctrico. Ese cambio de frecuencia depende de la densidad del fluido, lo que permite calcular la densidad a partir de la frecuencia medida y los coeficientes de calibración conocidos:

El densitómetro utiliza una frecuencia natural de modo torsional para determinar la densidad en tiempo real, lo que brinda una indicación precisa y confiable de la densidad del combustible en los rangos de temperatura que normalmente se encuentran en las aplicaciones de tanques de combustible de aeronaves. Está diseñado para funcionar con todos los combustibles para aviones que se encuentran en todo el mundo.

Un extremo de un resorte es impulsado torsionalmente a resonancia usando una señal eléctrica oscilante por un cristal piezoeléctrico, el otro extremo del resorte puede vibrar libremente a su frecuencia natural. Este extremo está "acoplado" con el medio fluido y los cambios de frecuencia naturales en respuesta a la densidad del fluido se miden en un segundo cristal piezoeléctrico de accionamiento.

La salida principal es un voltaje de CA que tiene una frecuencia que varía con la densidad. La densidad se calcula a partir de la frecuencia de salida a través de la ecuación:$\rho = a + b / \text{frequency}^2$, donde a y b son constantes determinadas durante la calibración. El método estándar para adquirir la frecuencia en un sistema basado en un microprocesador es con un chip temporizador/contador que tiene un tiempo de puerta de dos segundos que asegura una alta resolución.

^{( AMETEK Aeroespacial - Densitómetro de fluidos )}

Para más detalles, consulte la patente US4275585A .

Respuesta corta

Los dos cadensicons utilizados en el A320 son de tipo flotante, la densidad se determina midiendo la fuerza de Arquímedes (flotabilidad). Un flotador se mantiene mediante resortes y se mide la fuerza sobre los resortes.

• La fuerza "es igual al peso del fluido que desplaza el flotador".

• Este peso depende de diferentes elementos: volumen, campo de gravedad y densidad.

El volumen es constante, el campo de gravedad se supone constante, dejando solo una dependencia de la densidad.

Detalles

Un cadensicon , o condensador de densidad capacitiva, es un densitómetro con una medida de la permitividad del combustible (constante dieléctrica), para calibrar las sondas capacitivas.

En el A320, hay un cadensicon para cada tanque (2 o 3 si hay un tanque central), todo tipo flotador. Vista del A320 cadensicon:

^{A320 cadensicon. Izquierda: sitio de Boeing , derecha: documentación del Airbus A320}

Del manual de formación técnica de Airbus para el sistema de combustible del A320:

Cada cadensicon alberga 2 sensores cubiertos por combustible. Un condensador fijo cubierto por combustible es la fuente principal de la constante dieléctrica del combustible en cada tanque y un flotador densitómetro mide la densidad del combustible. Ambos parámetros se utilizan para los cálculos de la cantidad de combustible. A medida que la densidad del grado de combustible en uso cambia con la temperatura, un termistor de combustible tiene en cuenta las variaciones de temperatura.

Una sonda parcialmente sumergida puede verse como la suma de dos capacitores variables con diferentes dieléctricos (aire y combustible) y cuya capacidad total es función del nivel de combustible. Cada tanque tiene una sonda equipada con un compensador de índice de capacitancia, que mide la permitividad del combustible en el fondo del tanque.

^{Sondas de nivel de combustible A320, de la documentación de Airbus A320}

La ubicación de las sondas se elige para garantizar que al menos una sonda corte el nivel de combustible en cualquier actitud de la aeronave.

El FQI tiene dos canales, uno trabajando para calcular la masa, el otro para monitorear el primero. La masa se calcula a partir de los niveles detectados por sondas capacitivas y:

• Permitividad de cadensicon
• Permitividad de compensadores de índice de capacitancia
• Densidad de cadensicon
• Temperatura del combustible
• Ángulos de cabeceo y balanceo.

La conversión de niveles a volumen tiene en cuenta la actitud determinada mediante las sondas y una tabla en la memoria de la computadora que contiene la geometría de los tanques.