BR112019017425B1

BR112019017425B1 - Sonda de combustível tipo capacitor, processo para a fabricação de uma sonda de combustível tipo capacitor e equipamento de tanque de combustível para aeronave

Info

Publication number: BR112019017425B1
Application number: BR112019017425-7A
Authority: BR
Inventors: Stéphane Souques; Thomas Lavazais
Original assignee: Safran Aerotechnics Sas
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2023-10-31
Also published as: EP3367075B1; US11156492B2; EP3367075A1; RU2019129398A; BR112019017425A2; JP6987144B2; JP6987144B6; RU2019129398A3; RU2750089C2; ES2773181T3; WO2018153775A1; JP2020508452A; US20200064176A1; CA3053867A1

Abstract

uma sonda de combustível tipo capacitor (100) compreende uma pluralidade de segmentos de capacitor (1 a 9) que são superpostos um ao outro ao longo de um eixo da sonda (x). os segmentos de capacitor são distribuídos em ao menos três conjuntos e conectados eletricamente em paralelo dentro de cada conjunto separadamente. uma medição de capacidade que é realizada para todos os conjuntos permite determinar um nível de combustível (h) enquanto leva em conta uma possível variação de uma constante dielétrica do combustível paralelo ao eixo da sonda. os valores de altura de topo hn dos segmentos de capacitor são selecionados de maneira que hn-1 < hn?(kmin-1)/(kmax-1), para qualquer valor de número inteiro n de 2 a n, n sendo o número de segmentos de capacitor, n variando de acordo com uma ordem de superposição dos segmentos de capacitor, e kmin e kmax sendo os valores mínimo e máximo para a constante dielétrica de combustível que são prescritos para a sonda de combustível tipo capacitor.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção refere-se a uma sonda de combustível tipo capacitor, em particular para aeronaves, e um processo para fabricação da sonda de combustível tipo capacitor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] As sondas de combustível para aeronave são usualmente compreendidas por dois tubos concêntricos condutivos eletricamente que formam um capacitor. O valor do capacitor então varia ao passo que a função da altura do combustível existente entre os tubos, de maneira que a medição do valor do capacitor permita inferir um valor para o nível de combustível. A equação para calcular o nível de combustível H é H = (C - Cθ)/(α^ (K-1)), onde C é o valor do capacitor medido, Ce é o valor do capacitor correspondente a nenhum combustível presente entre os tubos do capacitor, o índice e denota que o capacitor está vazio, isto é, sem combustível, α é uma constante específica dependendo apenas da geometria e das características de fabricação da sonda, e K é uma constante dielétrica do combustível. A constante dielétrica K do combustível é definida como K = ε/ε0, onde ε e ε0 são os valores de permissividade dielétrica do combustível e do vácuo, respectivamente.

[0003] Entretanto, a dita sonda de combustível tipo capacitor tem as seguintes desvantagens quando implementada em um tanque de combustível de aeronave: - o combustível dentro do tanque pode experimentar gradientes de temperatura significantes, que faz com que o valor local da constante dielétrica de combustível varie através do tanque, em particular ao longo da sonda de combustível tipo capacitor. Isto resulta em um erro para o nível de combustível H que é calculado a partir do valor de capacitor medido, e o dito erro pode ser significante; e - o combustível usado para preencher um tanque de combustível de aeronave em um aeroporto pode ser diferente do tipo de combustível daquela quantidade de combustível que permanece dentro do tanque antes do reabastecimento. Em particular, o preenchimento de combustível e o combustível remanescente pode ter valores de densidade diferentes e valores dielétricos constantes diferentes. Devido à gravidade, o preenchimento de combustível e o combustível remanescente não se misturam, mas repousam um sobre o outro, de maneira que o valor da constante dielétrica de combustível varie através do comprimento da sonda de combustível tipo capacitor após o preenchimento ter sido completo. Isto também resulta em um erro para o nível de combustível que é calculado. Este último erro torna-se ainda mais significante se os combustíveis a partir de fontes especiais são usados, como ésteres hidroprocessados e ácidos graxos ou combustível obtido a partir de carvão usando um catalisador Fischer- Tropsch, em vez do combustível obtido a partir de uma refinaria de óleo bruto.

[0004] As consequências dos ditos erros no nível de combustível calculado podem ser mudadas na informação de quantidade de combustível que é exibida nos instrumentos da cabine e que podem confundir o piloto. Outras consequências podem ser alarme falso acionado pelas funções de monitoramento de quantidade de combustível, derramamento de combustível após reabastecimento, transferência de combustível errônea entre tanques separados a bordo da aeronave, etc.

[0005] Geralmente, os erros no nível de combustível calculado limitam a precisão que pode ser garantida para um dado aplicativo. Tipicamente, o padrão ARINC 611-1 requer um máximo de imprecisão de 1% na escala completa. O Estado da Técnica mostra que é difícil atender estes requerimentos com os sistemas existentes atualmente, e que a complexidade significante de hardware é então requerida.

[0006] Para melhorar a determinação do nível de combustível a partir das sondas de combustível tipo capacitor, tem sido proposto usar sondas que são submersas no combustível para determinar o valor atual da constante dielétrica, e então combinar o valor assim obtido para a constante dielétrica de combustível com um valor de capacitor medido a partir da sonda de combustível tipo capacitor que é parcialmente submerso. Mas este ainda não é satisfatório embora melhorando a precisão da determinação do nível de combustível, porque o capacitor usado para determinar o valor dielétrico constante de combustível e aquele que é usado para o cálculo de nível de combustível em relação aos locais que estão longe um do outro. E gradientes de temperatura horizontais podem existir dentro do tanque de combustível da aeronave, em particular devido à radiação solar impingindo na asa do avião na qual o tanque de combustível está situado. Também, as ditas implementações requerem algoritmos complexos para determinar se cada sonda de combustível que é usada para obter a constante dielétrica de combustível é imersa ou não, e sofrem de confiabilidade limitada.

[0007] De acordo com outra tentativa para melhorar a precisão da determinação de nível de combustível com base nas sondas tipo capacitor, tem sido proposto dedicar um segmento de capacitor pequeno que é localizado no fundo da sonda, e que tem um comprimento conhecido, para determinar o valor da constante dielétrica de combustível. Mas isto não é eficiente para levar em consideração uma possibilidade de gradiente vertical existindo e causando uma variação no valor da constante dielétrica de combustível ao longo da sonda de combustível tipo capacitor.

[0008] Então, a US 3,283,577 propõe uma sonda de combustível tipo capacitor segmentada que é adaptada para permitir a determinação do valor da constante dielétrica de combustível em alturas variadas ao longo da sonda. Para esta finalidade, as unidades de medida são fornecidas separadamente a partir dos segmentos de capacitor. Isto permite levar em conta os valores da constante dielétrica que são mais precisas ao calcular o nível de combustível. Mas o dito sistema é complexo, incluindo vários componentes que participam para melhorar o peso total e o custo.

[0009] Iniciando a partir desta situação, um objetivo da presente invenção consiste em fornecer uma nova sonda de combustível tipo capacitor que permite uma determinação do nível de combustível mais precisa. Em particular, a invenção visa levar em conta variações no valor da constante dielétrica do combustível que pode existir ao longo da sonda, ao determinar o nível de combustível.

[0010] Um objetivo adicional é limitar o número de componentes que são necessários para serem adicionados, comparados aos sistemas existentes.

OBJETIVOS E SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

[0011] Para alcançar estes objetivos e outros, um primeiro aspecto da presente invenção propões uma sonda de combustível tipo capacitor que pretende medir um nível de combustível ao longo de um eixo da sonda quando um valor de constante dielétrica do combustível é compreendido entre um limite mínimo Kmin e um limite máximo Kmax, estes limites mínimo e máximo sendo prescritos para a sonda de combustível tipo capacitor.

[0012] A sonda de combustível tipo capacitor compreende uma série de segmentos de capacitor separados N que são superpostos um ao outro ao longo do eixo da sonda, N sendo um número inteiro maior que 5. Cada segmento de capacitor estende-se a partir do valor de altura de fundo para um valor de altura de topo ao longo do eixo da sonda, e o valor de altura de topo de qualquer um dos segmentos de capacitor corresponde ao valor de altura de fundo do segmento de capacitor seguinte quando movido do menor dos segmentos de capacitor para o maior.

[0013] Dentro do contexto da invenção, a frase “segmentos de capacitor” denota partes de um capacitor que podem ser conectadas em paralelo uma com a outra de acordo com vários esquemas através das conexões elétricas apropriadas. Como bem conhecido pelos peritos versados na tecnologia de capacitor, cada segmento de capacitor pode ser compreendido de maneira equivalente tanto de dois eletrodos de capacitor que são dedicados a este segmento de capacitor separadamente a partir dos outros segmentos de capacitor, quanto compreendido de um eletrodo de capacitor que é dedicado a este segmento de capacitor e arranjado com relação a um eletrodo comum que é compartilhado entre todos os segmentos de capacitor. Neste último caso, cada segmento de capacitor pode ser considerado como compreendendo seus eletrodos de capacitor dedicados e parte do eletrodo comum que faceia este eletrodo de capacitor. Ambos tipos de modalidade são abrangidos nesta descrição através da fase de “segmento de capacitor”.

[0014] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, a sonda de combustível tipo capacitor é desenhada adicionalmente de maneira que qualquer uma das três sucessivas dos segmentos de capacitor são eletricamente isoladas uma da outra. Então, cada segmento de capacitor é atribuído a um fora de ao menos três conjuntos repetindo um a mesma sequência ordenada dos conjuntos enquanto se movem do menor dos segmentos de capacitor para o maior de acordo com uma ordem de superposição ao longo do eixo da sonda. Todos os segmentos de capacitor dentro de cada conjunto são conectados eletricamente de acordo com um arranjo de conexão paralelo separadamente dos outros conjuntos.

[0015] Um segundo aspecto da invenção se aplica ao numerar progressivamente todos os segmentos de capacitor com um índice de número inteiro n a partir do segmento de capacitor menor para o maior ao longo do eixo da sonda, e hn denotando o valor de altura de topo do segmento de capacitor n. A seguinte condição é alcançada: hn-1 < hn/Kmin-1)/(Kmax-1), para qualquer valor n de 2 a N.

[0016] Desta maneira, medir um primeiro valor de capacitor que corresponda a todos os segmentos de capacitor conectados em paralelo pode indicar que ao menos um dos conjuntos, chamados conjunto compensador, não tem o segmento capacitor que é cruzado pelo nível de combustível independentemente do valor da constante dielétrica do combustível entre o limite mínimo Kmin e o limite máximo Kmax. Desse modo, um segundo valor de capacitor que é medido para o conjunto compensador permite calcular uma estimativa da constante dielétrica de combustível. Então, a estimativa da constante dielétrica de combustível em combinação com o primeiro valor de capacitor permite calcular um valor refinado para o nível de combustível.

[0017] Desta maneira, o conjunto compensador tem a função de compensação nas variações de cálculo de nível possivelmente existentes na constante dielétrica de combustível ao longo do eixo da sonda. A dita compensação pode ser precisa incluindo para altos níveis de combustíveis, uma vez que a parte da sonda que é usada para a compensação não é limitada ao segmento de capacitor menor da sonda.

[0018] A dita sonda de combustível tipo capacitor pode ser adaptada para operar dentro do tanque de combustível de uma aeronave.

[0019] Nas modalidades preferidas da invenção, ao menos um dos aspectos adicionais pode ser implementado de maneira vantajosa, independentemente um do outro ou em combinação de vários deles: - o número N dos segmentos de capacitor pode ser maior que 8, preferencialmente igual a 9 e/ou menor que 16; - o número de conjuntos aos quais os segmentos de capacitor são conectados em paralelo com cada conjunto separadamente dos outros conjuntos, pode ser 3; - o limite mínimo Kmin para a constante dielétrica de combustível pode ser compreendida entre 1,90 e 2,06; - o limite máximo Kmax para a constante dielétrica de combustível pode ser compreendida entre 2,19 e 2,35; - os respectivos valores de comprimento de todos os segmentos de capacitor podem aumentar com os valores n progressivamente ao longo da sonda de combustível tipo capacitor; e - os valores de altura de topo dos segmentos de capacitor podem ser iguais a hvr(n-1), onde hi é o valor de altura de topo do segmento de capacitor menor correspondente a n=1, e r é uma taxa de progressão geométrica maior que (Kmax-1)/(Kmin-1) e preferencialmente menor que 2.

[0020] Em particular, a média de Kmin = 1,98 a Kmax = 2,27 contém todos os valores possíveis para a constante dielétrica de combustível K quando a temperatura de combustível está entre -55° C e + 70° C e o combustível está entre os tipos JET primários, incluindo JETA/A1, JP4, JP5, JP7, JP8 e TS1.

[0021] Geralmente para a invenção, a sonda de combustível tipo capacitor pode compreender adicionalmente ao menos uma unidade de medição de capacitor e um arranjo de conexão compatível para conectar eletricamente a unidade de medição de capacitor a qualquer um dos conjuntos de segmentos de capacitor. Desta maneira, a unidade de medição de capacitor pode fornecer um valor de capacitor medido para qualquer um dos conjuntos de segmento de capacitor.

[0022] Um segundo aspecto da invenção fornece um processo para a fabricação de uma sonda de combustível tipo capacitor que é dedicada a medir um nível de combustível ao longo de um eixo da sonda, cujo processo compreende as seguintes etapas: /1/ assumindo que o valor constante dielétrico de combustível é compreendido entre um limite mínimo de Kmin e um limite máximo de Kmax, que são prescritos para a sonda de combustível tipo capacitor; /2/ determinar os respectivos valores de altura de topo para uma série de segmentos de capacitores N, N sendo um número inteiro maior que 5; /3/ produzir a sonda de combustível tipo capacitor de maneira que os segmentos de capacitor N são superpostos um ao outro ao longo do eixo da sonda; /4/ distribuir os segmentos de capacitor N dentre ao menos três conjuntos repetindo uma e a mesma sequência ordenada dos conjuntos enquanto se move a partir de um menor dos segmentos de capacitor para um maior ao longo do eixo da sonda, e conectando eletricamente todos os segmentos de capacitor dentro de cada conjunto de acordo com um arranjo de conexão paralelo separadamente dos outros conjuntos; e /5/ opcionalmente, fixar a sonda de combustível tipo capacitor dentro de um tanque de combustível de aeronave.

[0023] As etapas /2/ a /4/ são realizadas de maneira que a sonda de combustível tipo capacitor que é assim desenhada e fabricada cumpre com o primeiro aspecto da invenção, incluindo possivelmente os aspectos opcionais das modalidades preferidas, com o limite mínimo Kmin e o limite máximo Kmax para o valor constante dielétrico de combustível conforme prescrito na etapa /1/.

[0024] Possivelmente, o desenho da sonda de combustível tipo capacitor pode levar em consideração outras incertezas que não aquelas relatadas ao conhecimento da variação constante dielétrica de combustível. Em particular, os valores de altura de tipo dos segmentos de capacitor podem ser determinados na etapa /2/ de maneira que o primeiro valor de capacitor indique que o nível de combustível cruza o segmento de capacitor n por ao menos um valor da constante dielétrica de combustível compreendida entre o limite mínimo Kmin e o limite máximo Kmax, assegura que o segmento capacitor (n-2)th é completamente submerso no combustível independentemente do valor constante dielétrico entre o limite mínimo Kmin e o limite máximo Kmax, para n de 3 a N, e também independentemente dos valores de erros selecionados a partir dos erros de fabricação em relação às larguras dos segmentos de capacitor, erros de posicionamento relacionados a uma etapa de montagem da sonda de combustível tipo capacitor, e erros de medição relacionados aos valores de capacitor conforme medido em relação aos valores de capacitor atuais, cada um destes valores de erros sendo compreendido entre os respectivos limites mínimo e máximo adicionais que são prescritos para a sonda de combustível tipo capacitor.

[0025] Finalmente, um terceiro aspecto da invenção propõe um equipamento de tanque de combustível para aeronave, que compreende um tanque de combustível e ao menos uma sonda de combustível tipo capacitor que está de acordo com o primeiro aspecto da invenção, e fixado dentro do tanque de combustível.

[0026] Estes e outros aspectos da invenção serão descritos com referência às figuras em anexo, que se referem às modalidades preferidas, mas não limitantes da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0027] A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma sonda de combustível tipo capacitor de acordo com a invenção;

[0028] A figura 2 ilustra um tanque de combustível para aeronave de acordo com a invenção;

[0029] A figura 3 é uma tabela exibindo possíveis valores para duas sondas de combustível tipo capacitor de acordo com a figura 1; e

[0030] As figuras 4 e 5 são diagramas exibindo erros existentes nos valores de nível de combustível que são calculados usando uma sonda de combustível tipo capacitor de acordo com a figura 3, para duas distribuições constantes dielétricas de combustível.

[0031] Por questões de clareza, o tamanho dos elementos que aparecem nas figuras 1 e 2 não correspondem às dimensões atuais ou proporções de dimensão. Também, os mesmos números ou sinais de referência que são indicados nas figuras diferentes destas denotam elementos idênticos aos elementos com função idêntica.

DESCRIÇÃO MAIS DETALHADA

[0032] De acordo com a figura 1, uma sonda de combustível tipo capacitor 100 de acordo com a invenção compreende 9 segmentos de capacitor. Como um exemplo. Referindo-se às anotações usadas na parte geral da descrição da invenção: N=9. Os segmentos de capacitor são empilhados ao longo do eixo de sonda X-X, e são marcados com números de referência de 1 a 9, iniciando do menor em uma extremidade da sonda 100 considerada como sendo a extremidade menor. Estes números de referência para os segmentos de capacitor correspondem ao índice n envolvido na parte geral desta descrição. Todos os segmentos de capacitor de 1 a 9 podem ser cilíndricos ao redor do eixo de sonda X-X, com uma e a mesma área base perpendicular ao eixo X-X. Qualquer um dos dois vizinhos dos segmentos de capacitor de 1 a 9 estão preferencialmente próximos um dos outros o máximo possível, enquanto estão isolados eletricamente um do outro. O valor de altura de topo do segmento de capacitor n medido paralelo ao eixo X-X, a partir da borda inferior do segmento capacitor 1, é notada hn, n variando de 1 a N. Assume-se que o valor de altura de fundo do segmento de capacitor (n+1) quase iguala ao valor de altura de topo hn.

[0033] O cilindro com número de referência 10 é um eletrodo contínuo interno comum a todos os segmentos de capacitor 1 a 9. Cada um dos segmentos de capacitor 1 a 9, tendo um índice de valor n, formam um respectivo capacitor junto com o eletrodo comum 10, produzindo ali um valor de capacitor Cn que depende do preenchimento de combustível parcialmente ou totalmente no espaço entre este segmento de capacitor n e o eletrodo comum 10. Em configurações alternativas possíveis para a sonda 100, o eletrodo comum contínuo 10 pode ser arranjado externamente ao redor das séries dos segmentos de capacitor de 1 a 9.

[0034] Os segmentos de capacitor 1, 4 e 7 formam um primeiro conjunto marcado A. Eles são conectados eletricamente em paralelo, e uma primeira unidade de medição de capacitor MUA é dedicada para a medição do valor de capacitor CA do conjunto A. este valor de capacitor é CA = C1 + C4 + C7.

[0035] Os segmentos de capacitor 2, 5 e 8 formam um segundo conjunto marcado B. Eles são conectados eletricamente em paralelo, e uma segunda unidade de medição de capacitor MUB é dedicada para a medição do valor de capacitor CB do conjunto B: CB = C2 + C5 + C8.

[0036] Os segmentos de capacitor 3, 6 e 9 formam um terceiro conjunto marcado C. Eles são conectados eletricamente em paralelo, e uma terceira unidade de medição de capacitor MUC é dedicada para a medição do valor de capacitor CC do conjunto C: CC = C3 + C6 + C9.

[0037] A letra maiúscula que é indicada na figura 1 em cada segmento capacitor de 1 a 9 refere-se ao conjunto que contém este segmento de capacitor.

[0038] As modalidades para cada unidade de medição de capacitor são bem conhecidas na técnica e amplamente divulgadas, de maneira que é desnecessário descrevê-las aqui. Possivelmente, as três unidades de medição separadas MUA, MUB e MUC podem ser substituídas por uma única. É então combinada com um arranjo de conexão elétrica variável que pode ser controlado para conectar alternativamente a unidade de medição de capacitor simples a cada um dos conjuntos A, B e C de maneira que meça sucessivamente os valores de capacitor CA, CB e CC.

[0039] O valor de capacitor total para toda a sonda de combustível tipo capacitor 100 é C = CA + CB + CC. Este corresponde a todos os segmentos de capacitor de 1 a 9 sendo conectados virtualmente em paralelo. Na ausência de combustível, isto é, ar estando presente apenas entre cada um dos segmentos de capacitor de 1 a 9 e o eletrodo comum 10, CA = CeA, CB = CeB, CC = CeC e C = Ce = CeA + CeB + CeC. O índice e nestas anotações denota o segmento de capacitor correspondente estando vazio, isto é, sem combustível.

[0040] H denota a altura de um nível de combustível existente entre a borda de topo do segmento de capacitor 9 e a borda de fundo do segmento de capacitor 1. H é então medido ao longo do eixo da sonda X-X, a partir da borda de fundo do segmento de capacitor inferior, este último correspondendo a n=1. Portanto, H=0 refere-se ao nível de combustível que está localizado na borda de fundo do segmento de capacitor 1, e H=h9 refere-se ao nível de combustível que está localizado na borda de topo do segmento de capacitor 9.

[0041] A medição do valor de capacitor C, chamada de primeiro valor de capacitor na parte geral desta descrição, leva a seguinte estimativa bruta para o nível de combustível: H = (C - Cθ)/(α^(K-1)), onde a já foi definido e K é um valor aproximado para a constante dielétrica de combustível, que pode ser qualquer valor compreendido entre um limite mínimo predeterminado Kmin e um limite máximo predeterminado Kmax. Este valor H está localizado dentro de um dos segmentos de capacitor de 1 a 9, ou seja, é compreendido entre os valores de altura de topo de dois dos segmentos de capacitor sucessivos. No exemplo representado na figura 1, o nível de combustível H está localizado no segmento de capacitor 8, correspondendo a H sendo compreendido entre h7 e h8.

[0042] O princípio do desenho da sonda de combustível da invenção consiste em assegurar que o segmento de capacitor n-2 é completamente submerso quando o nível de combustível H está localizado no segmento de capacitor n, para n maior que 3. Para o exemplo representado na figura 1, o segmento de capacitor 6 deve ser completamente submerso.

[0043] Para um e o mesmo primeiro valor de capacitor C que é obtido como resultado de medição, o nível de combustível máximo Hmax corresponde à constante dielétrica de combustível assumida como sendo Kmax. Isto é expresso como: C = Ce + a^(Kmin—1)^Hmax = Ce + α^Kmax—l/Hmin-

[0044] Então, a invenção estabelece que quando H max = hn, então Hmin > hn-1, que expressa como hn-i < hn-(Kmin-1)/(Km^-1).

[0045] O comprimento total da sonda 100 é fixado primeiro. Este corresponde ao valor da altura de topo h9. Então, a desigualdade anterior fornece um valor máximo para o valor de altura de topo h8 do segmento de capacitor 8 a partir do valor h9, e o mesmo se aplica para obtenção de um valor máximo para o valor da altura de topo h7 do segmento de capacitor 7 a partir do valor h8, etc, diminuindo para um valor máximo para o valor de altura de topo h1 do segmento de capacitor 1 a partir do valor h2.

[0046] Em particular, os valores de altura de topo h1-h9 que são determinados desta maneira podem formar uma progressão geométrica com taxa r e índice n, como hn = hrr(n-1), a taxa r sendo maior que o valor da proporção (Kmax-1)/(Kmin-1). Nas ditas modalidades ou nos tipos de progressão geométrica, os comprimentos individuais (hn- hn-1) dos segmentos de capacitor aumentam com o valor n.

[0047] Por exemplo, Kmin pode ser 2,03, e Kmax pode ser 2,23. Isto corresponde ao combustível JET-A1 para valores de temperatura na faixa de -30° C a 50° C conforme reportado no padrão ARINC 611-1. Então, a proporção (Kmax-1)/(Kmin-1) iguala 1,194. Então os valores hn sucessivos precisam atender a condição hn/hn-1 > 1.194. A tabela na figura 3 exibe os valores hn para dois exemplos de modalidades da invenção, ambos correspondendo a estes valores para Kmin e Kmax, N=9, um comprimento total h9 da sonda 100 igual a 561 mm (milímetros). α pode ser igual a 0,185 pF/mm picofaraday por milímetro), levando a C=106,9 pF (picofaraday) quando K=Kmin.

[0048] Após os respectivos valores de altura de topo de todos os segmentos de capacitor terem sido determinados como já explicado, a sonda 100 pode ser produzida. Por exemplo, dois cilindros ocos de material isolante eletricamente podem ser fornecidos, e revestidos com uma pintura condutiva eletricamente na superfície externa para o cilindro com menor diâmetro, e na superfície interna para o cilindro com diâmetro maior. O cilindro com o diâmetro menor pode pretender formar o eletrodo comum 10, e o cilindro com diâmetro maior pode pretender formar todos os segmentos de capacitor de 1 a 9. Então os segmentos de capacitor de 1 a 9 podem ser delimitados pelos espaços intersegmentos que são desprovidos de pintura condutiva eletricamente. Os espaços são localizados ao longo do eixo da sonda X-X de maneira que separe os segmentos de capacitor enquanto produz os valores de altura de topo de segmento de capacitor. As conexões elétricas para os segmentos de capacitor de 1 a 9 são então arranjadas de acordo com os conjuntos A, B e C conforme representado na figura 1.

[0049] A sonda de combustível tipo capacitor 100 assim obtida deve ser instalada rigidamente dentro de um tanque de combustível como um tanque de combustível de aeronave 200 conforme representado na figura 2. As modalidades de suportes rígidos para manter a sonda 100 em um local fixado e orientado no tanque 200 são conhecidas na técnica, de maneira que não é necessário descrevê-las novamente aqui. Possivelmente, várias sondas de acordo com a invenção podem ser fixadas dentro do tanque 200, em respectivos locais longe uma da outra e com respectivas orientações que podem variar de uma sonda para outra. Os sinais de referência 100’ e 100’’ denotam as ditas sondas de combustível adicionais que podem ter orientações e comprimentos diferentes daqueles da sonda 100.

[0050] A maneira de usar a dita sonda 100 para obter uma determinação melhorada do nível de combustível H é agora descrita.

[0051] Em uma primeira etapa, os valores de capacitor CA, CB e CC são medidos simultaneamente ou quase simultaneamente usando as unidades de medição MUA, MUB e MUC enquanto o nível de combustível atual é situado entre o fundo e o topo da sonda 100. Então o valor do capacitor total é computado, usando a fórmula: C = CA + CB + CC.

[0052] Em uma segunda etapa, um valor de altura mínima possível para o nível de combustível H a ser determinado é calculado a partir do valor de capacitor total C, usando a outra fórmula seguinte: Hmin = (C — Ce)/(α^(Kmax — 1)). Este valor Hmin pode ser situado tanto dentro do mesmo segmento de capacitor como o nível de combustível atual H, quanto pode ser situado na vizinhança do segmento de capacitor bem abaixo daquele do nível de combustível atual H.

[0053] Em uma terceira etapa, aquela dos segmentos de capacitor que superam o valor de altura mínima Hmin conforme calculado na segunda etapa é identificado, e chamado de primeiro segmento de capacitor selecionado. O segmento de capacitor que está situado bem abaixo do primeiro segmento de capacitor selecionado é então identificado por sua vez, e chamado segundo segmento de capacitor selecionado. Supondo que o nível de combustível atual H está situado dentro do segmento de capacitor n, então o primeiro segmento de capacitor selecionado é tanto o mesmo segmento de capacitor n, levando ao segundo segmento de capacitor selecionado sendo o segmento de capacitor (n-1), quanto o primeiro segmento de capacitor selecionado sendo o segmento de capacitor (n-2). Na tabela da figura 3, a quarta coluna intitulada “Conjunto de capacitância” indica que um dos conjuntos A-C, que contém o primeiro segmento de capacitor selecionado, quando este último é aquele indicado na primeira coluna na mesma fileira da tabela. Então, a quinta coluna intitulada “conjunto compensatório” indica o conjunto que contém, o segundo segmento de capacitor selecionado.

[0054] Por exemplo, quando o nível de combustível atual H está dentro do oitavo segmento de capacitor (n=8) conforme representado na figura 1, o valor medido C para o capacitor total pode levar a Hmin=370 mm. Para ambas sondas de combustível tipo capacitor da figura 3, este valor Hmin é situado no sétimo segmento de capacitor (n=7). Então, o primeiro segmento de capacitor selecionado é o sétimo correspondendo ao conjunto de capacitância sendo A, e o segundo segmento de capacitor selecionado é o sexto, correspondendo ao conjunto compensador sendo C.

[0055] Em uma quarta etapa, o valor de capacitor medido para o conjunto compensador é usado para calcular um valor para a constante dielétrica K do combustível, que é efetivo como um meio de valor entre o fundo da sonda 100 e o nível de combustível H. este valor calculado para a constante dielétrica K é chamado Kfine. Pode ser calculado precisamente uma vez que o desenho da sonda da invenção assegure que o segundo segmento de capacitor selecionado seja inteiramente submerso no combustível, e também qualquer outro segmento de capacitor pertencendo ao conjunto compensador que está situado abaixo do segundo segmento de capacitor selecionado, se o dito existe, enquanto que qualquer segmento de capacitor que também pertence ao conjunto compensador, mas está situado acima do segundo segmento de capacitor, se o dito também existe, está completamente sem combustível. Portanto, o comprimento submerso do conjunto compensador é conhecido com certeza. Este comprimento total dos segmentos de capacitor do conjunto compensador que é submerso no combustível aumenta com o valor do índice n do primeiro segmento de capacitor selecionado, que prova que um gradiente vertical possivelmente existente para a constante dielétrica de combustível K é levada em conta em uma extensão melhorada. Novamente para o exemplo Hmin=370 mm, o terceiro (n=3) e o sexto (n=6) segmentos de capacitor forma a parte submersa do conjunto C. Então, o valor constante dielétrico Kfine pode ser calculado usando a seguinte fórmula: Kfine = 1 + (CC – CeC)/[α•(h3 – h2 + h6 – h5)]

[0056] A partir das explicações acima, um versado na técnica será capaz de inferior a fórmula correta a ser usada para calcular o valor constante dielétrico Kfine, para cada linha da tabela da figura 3.

[0057] Finalmente, em uma quinta etapa, o nível de combustível pode ser determinado usando a fórmula:

[0058] H = (C - Ce)/(α• (Kfine - 1)), onde C = CA + CB + Cc novamente, conforme computado na primeira etapa.

[0059] O diagrama da figura 4 exibe o erro existente entre o nível de combustível determinado desta maneira, para o primeiro exemplo da modalidade da invenção exibido na figura 3, e o nível de combustível atual. Os valores do nível de combustível atual são indicados pelos eixos horizontais, em milímetros, e os erros de valores são indicados pelos eixos verticais na parte esquerda do diagrama, também em milímetros. A curva de erro relacionado a implementação da invenção é desenhada em uma linha contínua, para o caso particular da constante dielétrica de combustível K diminuindo linearmente a partir de 2,20 no fundo da sonda 100 para baixo a cerca de 2,00 no topo da sonda 100. A dita variação para a constante dielétrica K corresponde a linha pontilhada referindo-se novamente ao eixo horizontal para a altura interna do tanque, mas o eixo vertical na parte direita do diagrama para os valores K. O erro máximo para o nível de combustível conforme determinado pela implementação da invenção é cerca de 10 mm em valor absoluto. Para comparação, o diagrama também exibe o erro obtido ao usar uma sonda conforme conhecido na técnica anterior, que é compreendido de um segmento de capacitor de fundo de 40 mm que é dedicado ao cálculo constante dielétrico, e um segmento superior contínuo simples que é dedicado somente a determinação do nível de combustível. Com a dita sonda da técnica anterior, o erro aumenta com o nível de combustível em até 43 mm em valor absoluto quando o nível de combustível está no topo da sonda.

[0060] O diagrama da figura 5 corresponde a aquele da figura 4 para uma situação onde a constante dielétrica de combustível K tem um primeiro valor de cerca de 2,13 abaixo do valor da altura de 110 mm, e um segundo valor de cerca de 2,06 acima do valor da altura de 110 mm. A dita situação pode ocorrer após o reabastecimento quando o tipo de combustível que é usado para reabastecer é mais leve que aquele combustível que permaneceu no tanque antes do reabastecimento. O erro ao implementar novamente a sonda do primeiro exemplo da modalidade da invenção da figura 3 é sempre menor que 2,5 mm em valor absoluto, enquanto aumenta até 27 mm em valor absoluto ao usar a mesma sonda da técnica anterior conforme na figura 4.

[0061] Possivelmente, a sonda de combustível tipo capacitor 100 pode ser desenhada adicionalmente para levar em conta outros erros possíveis, em adição a aquele resultante da falta de conhecimento sobre o valor exato ou a distribuição de valor da constante dielétrica de combustível K. Os ditos erros adicionais podem ser erros de fabricação que se referem aos comprimentos dos segmentos de capacitor de 1 a 9, e/ou erros de posicionamento que se referem a uma etapa de montagem da sonda de combustível tipo capacitor 100, e que pode afetar a α-constante, e/ou os erros de medição que se referem à medição dos valores de capacitor. Com esta finalidade, um precisa que os respectivos limites mínimo e máximo sejam prescritos para cada um dos erros que são levados em conta. Então, o nível de combustível mínimo possível Hmin e o nível de combustível máximo possível Hmax podem ser calculados para um e os mesmos valores do capacitor total C de maneira que abranja qualquer possibilidade de troca de altura de combustível devido a cada erro quando este último varia entre os limites prescritos para este erro, e qualquer combinação destes valores de erro. O desenho da sonda pode então ser continuado em uma maneira similar conforme descrito anteriormente, selecionando hn-1 < Hmin quando Hmax = hn, para n de 2 a 9. Ao determinar um nível de combustível usando uma sonda desenhada desta maneira, a altura mínima Hmin para o nível de combustível H deve ser calculada usando os limites mínimo e máximo para todos os erros considerados. A partir deste valor, o remanescente do método de determinação do nível de combustível é inalterado.

[0062] Um versado na técnica deve entender que a invenção não é limitada à descrição detalhada fornecida acima, e que aspectos secundários das modalidades descritas podem ser adaptados. Em particular, todos os valores numéricos que foram citados podem ser mudados.

[0063] Conforme descrito, os segmentos de capacitor podem ser produzidos usando um tubo de eletrodos externo que é segmentado e um tudo de eletrodos interno que é contínuo a partir da borda da sonda de topo para a borda da sonda de fundo. Mas usando um tubo de eletrodo externo que é contínuo a partir da borda de sonda de topo para a borda da sonda de fundo e um tudo de eletrodo interno que é segmentado também é possível. Ambos tubos de eletrodo externo e interno sendo segmentados também é possível.

Claims

1. Sonda de combustível tipo capacitor (100) para medir um nível de combustível (H) ao longo do eixo de sonda (X) quando um valor de constante dielétrica (K) do combustível é compreendido entre um limite mínimo Kmin e um limite máximo Kmax, os ditos limites mínimo e máximo sendo prescritos para a sonda de combustível tipo capacitor, a sonda de combustível tipo capacitor (100) compreendendo: - um tubo de eletrodo segmentado ou contínuo ao longo do eixo de sonda (X), e - uma série de segmentos de capacitor (1 a 9) separados N que são superpostos um ao outro ao longo do eixo da sonda (X) e disposto internamente ou externamente ao tubo de eletrodo, N sendo um número inteiro maior que 5, cada segmento de capacitor estende-se a partir do valor de altura de fundo para um valor de altura de topo ao longo do eixo da sonda, e o valor de altura de topo de qualquer um dos segmentos de capacitor corresponde ao valor de altura de fundo do segmento de capacitor seguinte quando movido do menor dos segmentos de capacitor para o maior dos ditos segmentos de capacitor, em que a sonda de combustível tipo capacitor (100) sendo desenhada adicionalmente de maneira que qualquer um dos três sucessivos dos segmentos de capacitor (1 a 9) são eletricamente isolados um do outro, caracterizada pelo fato de que cada segmento de capacitor sendo atribuído a um fora de ao menos três conjuntos (A-C) repetindo uma e a mesma sequência ordenada dos conjuntos enquanto se move a partir do menor segmento de capacitor para o maior segmento de capacitor de acordo com uma ordem de superposição ao longo do eixo da sonda (X), todos os segmentos de capacitor dentro de cada conjunto sendo conectados eletricamente de acordo com um arranjo de conexão paralelo separadamente dos outros conjuntos, quando todos os segmentos de capacitor (1 a 9) são numerados progressivamente com um índice de número inteiro n a partir do menor segmento de capacitor para o maior segmento de capacitor ao longo do eixo da sonda (X), e hn denotando o valor de altura de topo do segmento de capacitor n, a seguinte condição é atendida: hn-i < h^(Kmin-1)/(Kmax-1), para qualquer valor n de 2 a N.

2. Sonda de combustível tipo capacitor (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que N é maior que 8, mais preferencialmente igual a 9 ou menor que 16.

3. Sonda de combustível tipo capacitor (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que uma quantidade dos conjuntos (A-C) em que os segmentos de capacitor (1 a 9) são conectados em paralelo dentro de cada conjunto separadamente de outros conjuntos, é 3.

4. Sonda de combustível tipo capacitor (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o limite mínimo Kmin para a constante dielétrica de combustível (K) é compreendido entre 1,90 e 2,06.

5. Sonda de combustível tipo capacitor (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o limite máximo Kmax para a constante dielétrica de combustível (K) é compreendido entre 2,19 e 2,35.

6. Sonda de combustível tipo capacitor (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que os respectivos valores de comprimentos de todos os segmentos de capacitor (1 a 9) são aumentados com os valores n progressivamente ao longo da sonda de combustível tipo capacitor.

7. Sonda de combustível tipo capacitor (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que os valores de altura de topo (h1-h9) dos segmentos de capacitor (1 a 9) iguais a hvr(n-1), onde h1 é o valor de altura de topo do menor segmento de capacitor (1) correspondendo a n=1, e r é uma taxa de progressão geométrica maior que (Kmax-1)/(Kmin-1) e preferencialmente menor que 2.

8. Sonda de combustível tipo capacitor (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a sonda de combustível tipo capacitor compreende adicionalmente ao menos uma unidade de medição de capacitor (MUA, MUB, MUC) e um arranjo de conexão compatível para conectar eletricamente a unidade de medição de capacitor a qualquer um dos conjuntos (A-C) dos segmentos de capacitor (1 a 9), de maneira que a dita unidade de medição de capacitor forneça um valor de capacitor medido (CA-CC) para qualquer um dos ditos conjuntos dos segmentos de capacitor.

9. Sonda de combustível tipo capacitor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a sonda de combustível tipo capacitor é adaptada para a operação dentro de um tanque de combustível de uma aeronave.

10. Processo para fabricação de uma sonda de combustível tipo capacitor (100) que é dedicada para medir um nível de combustível (H) ao longo de um eixo (X) da sonda, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: /0/ definir um comprimento total Hmax da sonda de combustível tipo capacitor (100); /1/ assumindo que um valor constante dielétrico (K) do combustível é compreendido entre um limite mínimo de Kmin e um limite máximo de Kmax, que são prescritos para a sonda de combustível tipo capacitor (100); /2/ determinar os respectivos valores de altura de topo (h1-h9) para uma série de segmentos de capacitores N (1 a 9), N sendo um número inteiro maior que 5; em que todos os segmentos de capacitor (1 a 9) são numerados progressivamente com um índice de número inteiro n a partir do menor segmento de capacitor para o maior segmento de capacitor ao longo do eixo da sonda (X), e hn denotando o valor de altura de topo do segmento de capacitor n, a seguinte condição é atendida: hn-i < hn^(Kmin-1)/(Kmax-1), para qualquer valor n de 2 a N, /3/ produzir a sonda de combustível tipo capacitor (100) de maneira que os segmentos de capacitor N (1 a 9) são superpostos um ao outro ao longo do eixo da sonda (X); e /4/ distribuir os segmentos de capacitor N (1 a 9) dentre ao menos três conjuntos (A-C) repetindo uma e a mesma sequência ordenada dos conjuntos enquanto se move a partir de um menor dos segmentos de capacitor para um maior dos segmentos de capacitor ao longo do eixo da sonda (X), e conectando eletricamente todos os segmentos de capacitor dentro de cada conjunto de acordo com um arranjo de conexão paralelo separadamente dos outros conjuntos, em que as etapas /2/ a /4/ são realizadas de maneira que a sonda de combustível tipo capacitor (100), como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, com o limite mínimo Kmin e o limite máximo Kmax para o valor constante dielétrico de combustível (K) conforme prescrito na etapa /1/.

11. Equipamento de tanque de combustível para aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende um tanque de combustível (200) e ao menos uma sonda de combustível tipo capacitor (100, 100’, 100’’) como definida na reivindicação 9, a dita sonda de combustível tipo capacitor sendo fixada dentro do dito tanque de combustível