CN107015551A - 节能环境控制系统(ecs)的智能文丘里管 - Google Patents

Abstract

提供一种匹配的文丘里管组件，并且所述匹配的文丘里管组件包括：文丘里管部件，所述文丘里管部件被配置来在入口与出口之间提供流体连通；传感器，所述传感器联接到所述文丘里管部件并且被配置来生成陆续穿过所述文丘里管部件和文丘里管控制器的流体流的特性的读数，所述文丘里管控制器从所述传感器接收所述读数。所述文丘里管控制器被配置来对所述读数进行解释，并且可在具有已知特性的流体流流过所述文丘里管部件的测试阶段中进行微调，并且根据所述读数与所述已知特性之间的差值来对所述读数的解释进行校准。

Description

节能环境控制系统(ECS)的智能文丘里管

背景技术

本文所公开的主题涉及飞机环境控制系统(ECS)，并且更具体地，涉及一种具有智能文丘里管的节能(ECO) ECS。

飞机的环境控制系统(ECS)为机组人员和乘客提供空气供应、热控制和机舱加压。航空电子器件冷却、烟雾检测和灭火通常也被认为是飞机环境控制系统的一部分。常规的ECS设计包括带有文丘里管部件和流量控制阀的管道，所述流量控制阀控制穿过文丘里管部件的流体流。通常根据从安装在文丘里管部件上的传感器获得的传感器读数来致动流量控制阀。然而，由于传感器未被校准到其对应的文丘里管部件，所以传感器读数可能是不准确的。因此，可能并未以最佳方式来执行对流量控制阀的控制。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种匹配的文丘里管组件，并且所述匹配的文丘里管组件包括：文丘里管部件，其被配置来在入口与出口之间提供流体连通；传感器，其联接到文丘里管部件并且被配置来生成陆续穿过文丘里管部件和文丘里管控制器的流体流的特性的读数，所述文丘里管控制器从传感器接收读数。文丘里管控制器被配置来对读数进行解释，并且可在具有已知特性的流体流流过文丘里管部件的测试阶段中进行微调，并且根据读数与已知特性之间的差值来对读数的解释进行校准。

根据附加的或替代的实施方案，根据读数与已知特性之间的差值进行校准的读数具有±1%的误差界限。

根据附加的或替代的实施方案，文丘里管部件包括具有第一宽度的入口、具有第二宽度的出口以及插置在入口与出口之间的具有第三宽度的中心区段，所述第三宽度比第一宽度和第二宽度更窄。

根据附加的或替代的实施方案，传感器选自由以下组成的组：压力传感器、差压传感器、温度传感器以及它们的组合。

根据附加的或替代的实施方案，文丘里管控制器包括电源、通信总线和校准端口。

根据附加的或替代的实施方案，所述匹配的文丘里管组件还包括至少用于文丘里管控制器的热套管。

根据附加的或替代的实施方案，提供了一种用于控制管道的流量控制阀的致动器的系统。所述管道包括可流体地插置在上游部件与下游部件之间的文丘里管部件，并且所述系统包括第一控制器、控制组件和单个连接件，所述第一控制器被配置来基于与文丘里管部件操作相关的数据向致动器输出控制命令。控制组件包括文丘里管组件，所述文丘里管组件包括文丘里管部件和联接到文丘里管部件和第二控制器的传感器。第二控制器可在具有已知特性的流体流流过文丘里管部件的测试阶段中进行微调，并且根据读数与已知特性之间的差值来对传感器读数的解释进行校准。控制组件被配置来生成反映校准读数的数据。单个连接件提供从控制组件到第一控制器的数据传输。

根据附加的或替代的实施方案，数据具有±1%的误差界限。

根据附加的或替代的实施方案，第一控制器包括具有流量控制阀命令计算能力的电子控制器。

根据附加的或替代的实施方案，传感器选自由以下组成的组：压力传感器、差压传感器、温度传感器以及它们的组合。

根据附加的或替代的实施方案，第二控制器包括文丘里管控制器。

根据附加的或替代的实施方案，文丘里管控制器包括工程转换单元和校准流量计算单元。

根据附加的或替代的实施方案，文丘里管控制器包括电源、通信总线和校准端口。

根据附加的或替代的实施方案，所述系统还包括至少用于文丘里管控制器的热套管。

根据附加的或替代的实施方案，单个连接件包括单个飞机数字总线连接件。

根据本发明的另一个方面，提供了一种组装匹配的文丘里管组件的方法。所述方法包括：引导具有已知特性的流体流穿过文丘里管部件；从联接到文丘里管部件的传感器处获得流体流的读数；以及根据读数与已知特性之间的差值对读数的解释进行校准。

根据附加的或替代的实施方案，校准包括每次调谐单个类型读数的解释。

根据附加的或替代的实施方案，校准包括每次调谐多个类型读数的解释。

根据附加的或替代的实施方案，校准包括参考标准传感器读数。

根据附加的或替代的实施方案，所述方法还包括：将匹配的文丘里管组件安装在管道的流量控制阀致动系统中；以及基于读数的校准解释来控制流量控制阀致动系统。

这些和其他优点和特征将从以下结合附图进行的描述中变得更加显而易见。

附图说明

在本说明书结尾处的权利要求书中具体指出并明确要求保护被认为是本公开的主题。通过以下结合附图而进行的详细描述，可以清楚了解本公开的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1是根据实施方案的匹配的文丘里管组件的侧视图；

图2是根据实施方案的用于控制流量控制阀的致动器的系统的示意图；并且

图3是示出组装匹配的文丘里管组件的方法的流程图。

详细描述参考附图通过实例的方式来解释本公开的实施方案以及优点和特征。

具体实施方式

如以下将描述的，提供了一种智能文丘里管组件和系统，并且所述智能文丘里管组件和系统包括可微调的本地控制器、传感器封装件和文丘里管，所述可微调的本地控制器、传感器封装件和文丘里管被匹配并校准到已知标准以使流量测量不精确度最小化。智能文丘里管组件和系统的使用可用于各种应用，诸如飞机环境控制系统(ECS)，以便减小所需的机舱流入量和系统重量。

参照图1，提供了匹配的文丘里管组件10。组件10包括文丘里管部件20，所述文丘里管部件20具有入口21、中心区段22和出口23并且被配置来提供从入口21穿过中心区段22到出口23的流体连通。入口21具有第一宽度并且朝向中心区段急剧变窄，同时从入口21的轴向距离增加，出口23具有第二宽度并且从中心区段22在延伸的长度上变宽，并且中心区段22流体地插置在入口21与出口23之间并且具有比第一宽度和第二宽度更窄的第三宽度。

组件10还包括传感器30和文丘里管控制器40。传感器30在多个位置处联接到文丘里管部件20，并且被配置来生成陆续穿过文丘里管部件20的流体流的特性的读数。例如，传感器30可包括：静压力传感器31，其在压力传感器31的位置处感测文丘里管部件20内的流体的静压力；差压传感器32，其感测在文丘里管部件20的轴向长度(例如，从入口21到中心区段22)上的流体压力变化；以及温度传感器33，其在温度传感器33的位置处感测文丘里管部件20内的流体的温度。

文丘里管控制器40设置成与传感器30 (例如，静压力传感器31、差压传感器32和温度传感器33)进行信号通信，并且从所述传感器30接收读数。文丘里管控制器40被配置来对读数进行解释，并且还可在测试阶段中进行微调。如图1所示，在测试阶段中，文丘里管部件20的入口21联接到上游管道210的出口，并且文丘里管部件20的出口23联接到下游管道230的入口。具有已知特性的流体流随后在受控条件下从上游管道210穿过文丘里管部件20流到下游管道230。因此，在文丘里管控制器40内对由传感器30生成的读数的解释可以并且根据流体流的读数与已知特性之间的差值进行校准。

如图1所示，文丘里管控制器40可包括到传感器30的相应连接件41以及接地连接件42。文丘里管控制器40还可包括单个电源连接件43、单个飞机通信总线或数字连接件44以及校准端口45。校准端口45可主要在测试阶段期间使用，并且用作本地计算装置的连接端口，所述本地计算装置可以由操作员在测试阶段期间用来控制文丘里管控制器40的操作，以便对文丘里管控制器40进行微调。

根据另外的实施方案，文丘里管控制器40还可包括热套管46。热套管46可在测试阶段和实地操作期间至少包围文丘里管控制器40，并且用来保护文丘里管控制器40内的电子器件以免暴露于高压和高温。热套管46可由陶瓷材料或趋于抵制热能传输的其他类似材料形成。

在文丘里管控制器40可通过上述方式进行微调的情况下，可显著提高传感器30的读数的有效准确度(即，对读数的解释的准确度)。例如，在常规的文丘里管组件中，相关联传感器的读数或其解释未进行校准，并且可能由于若干因素而表现出现降低的准确度，所述因素包括但不限于传感器的电响应能力，文丘里管部件的制造公差以及传感器/文丘里管组合的组装质量。然而，根据本文中描述的实施方案，文丘里管部件20、传感器30和文丘里管控制器40根据测试阶段的已知且受控的条件而被一起匹配和校准。因此，在文丘里管控制器40内对传感器30的读数的解释可以考虑将以其他方式降低传感器30的有效读数准确度的因素，以便相应地提高准确度。确实，根据实施方案，传感器30的有效读数的准确度的误差界限可从±6%减小到±1%。

参考图2，提供了用于控制管道的流量控制阀致动器的系统100，所述管道诸如由图1的上游管道210、文丘里管部件20和下游管道230形成的管道。系统100可包括：流量控制阀101，其控制或调节穿过管道的流体流的特性；致动器102，其根据所接收的控制命令来控制流量控制阀101的操作；电子控制器或第一控制器103；以及控制组件104。第一控制器103具有流量控制阀命令能力，并且被配置来基于与文丘里管部件20的操作相关的数据向致动器102输出控制命令。

控制组件104包括文丘里管组件105和文丘里管控制器或第二控制器106。文丘里管组件105可包括如上所述的文丘里管部件20和传感器30 (例如，静压力传感器31、差压传感器32和温度传感器33)。第二控制器106类似于以上描述的文丘里管控制器40，并且可通过与文丘里管控制器40的方式类似的方式进行微调。也就是说，第二控制器106可在具有已知特性的流体流流过管道和文丘里管部件20的测试阶段中进行微调，并且在第二控制器106处对从传感器30接收的读数的解释可以并根据流体流的读数与已知特性之间的差值进行校准。

根据实施方案，第二控制器106可包括工程转换单元108和校准流量计算单元109。工程转换单元108用来将从每个传感器30输入到第二控制器106的数据转换成反映传感器30的读数的对应数据。也就是说，参考工程转换单元108内的电压信息，将由压力传感器31提供到第二控制器106的压力数据转换成压力数据读数。类似地，参考工程转换单元108内的电压信息，将由温度传感器33提供到第二控制器106的温度数据转换成温度数据读数，并且参考工程转换单元108内的电压信息，将由压差传感器32提供到第二控制器106的压差数据转换成压差数据读数。校准流量计算单元109被配置来从工程转换单元108接收压力、压差和温度读数作为第一输入，并且接收导出的校准常数作为第二输入以生成反映校准读数的数据。

也就是说，控制组件104被配置来生成反映校准读数的数据，并且如以上指出的，这个数据可具有(从常规系统的6%水平)降低的为约1%的误差界限，并且与传感器30的读数的相应地增加的有效准确度相关联。

系统100还可包括单个连接件110，由控制组件104生成的数据通过所述单个连接件110从控制组件104传输到第一控制器103。根据实施方案，此单个连接件110可被提供为单个飞机通信总线或数字连接件。为了进行比较，通常将常规的电子控制器与文丘里管组件联接，所述文丘里管组件通过多个硬线连接件而在特性上与控制器不匹配。在此类情况下，多个硬线连接件中的每一个可具有多达五条或更多条线。也就是说，对于常规的电子控制器来说，在温度传感器与工程转换单元之间的一个硬线连接件可包括五条线，在静压力传感器与工程转换单元之间的一个硬线连接件可包括五条线，并且在差压传感器与工程转换单元之间的一个硬线连接件可包括五条线。系统100的单个连接件110实质上更简单且复杂性较低。

参考图3，提供了一种组装匹配的文丘里管组件的方法，并且所述方法包括：在框301处引导具有已知特性的流体流穿过文丘里管部件；在框302处从联接到文丘里管部件的传感器处获得流体流的读数；以及在框303处根据读数与已知特性之间的差值对读数的解释进行校准。根据实施方案，校准可包括通过以下中的任何一个或多个来发展针对每个传感器30的定制校准算法：每次调谐单个类型的传感器读数的解释、每次调谐多个类型的传感器读数的解释以及参考标准传感器读数来调谐对传感器读数的解释。

所述方法还可包括：将匹配的文丘里管组件安装在系统(诸如图2的系统100)中；以及基于传感器30的读数的校准解释来控制所述系统。

虽然仅仅结合有限数量的实施方案详细地提供了本公开，但应易于理解，本公开不限于这些所公开的实施方案。相反，本公开可进行修改来并入之前并未描述但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施方案，但应理解，示例性实施方案可仅包括所述示例性方面中的一些。因此，本公开不应被视为受前述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (15)

1.一种匹配的文丘里管组件，其包括：

文丘里管部件，所述文丘里管部件被配置来在入口与出口之间提供流体连通；

传感器，所述传感器联接到所述文丘里管部件，并且被配置来生成陆续穿过所述文丘里管部件的流体流的特性的读数；以及

文丘里管控制器，所述文丘里管控制器从所述传感器接收所述读数，所述文丘里管控制器被配置来解释所述读数，并且可在具有已知特性的流体流流过所述文丘里管部件的测试阶段中进行微调，并且根据所述读数与所述已知特性之间的差值对所述读数的解释进行校准。

2.根据权利要求1所述的匹配的文丘里管组件，其中根据所述读数与所述已知特性之间的所述差值进行校准的读数具有±1%的误差界限。

3.根据权利要求1所述的匹配的文丘里管组件，其中所述文丘里管部件包括：

入口，所述入口具有第一宽度；

出口，所述出口具有第二宽度；以及

中心区段，所述中心区段流体地插置在所述入口与所述出口之间，具有比所述第一宽度和所述第二宽度更窄的第三宽度。

4.根据权利要求1所述的匹配的文丘里管组件，其中所述传感器选自由以下组成的组：压力传感器、差压传感器和温度传感器以及它们的组合。

5.根据权利要求1所述的匹配的文丘里管组件，其中所述文丘里管控制器包括电源、通信总线和校准端口。

6.根据权利要求1所述的匹配的文丘里管组件，其还包括至少用于所述文丘里管控制器的热套管。

7.一种用于控制管道的流量控制阀的致动器的系统，所述管道包括可流体地插置在上游部件与下游部件之间的文丘里管部件，所述系统包括：

第一控制器，所述第一控制器被配置来基于与文丘里管部件操作相关的数据向所述致动器输出控制命令；

控制组件，所述控制组件包括文丘里管组件，所述文丘里管组件包括所述文丘里管部件和联接到所述文丘里管部件和第二控制器的传感器，所述第二控制器可在具有已知特性的流体流流过所述文丘里管部件的测试阶段中进行微调，并且根据所述读数与所述已知特性之间的差值来对传感器读数的解释进行校准，

所述控制组件被配置来生成反映校准读数的数据；以及

单个连接件，通过所述单个连接件将所述数据从所述控制组件传输到所述第一控制器。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述数据具有±1%的误差界限。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一控制器包括具有流量控制阀命令计算能力的电子控制器。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述传感器选自由以下组成的组：压力传感器、差压传感器和温度传感器以及它们的组合。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二控制器包括文丘里管控制器。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述文丘里管控制器包括工程转换单元和校准流量计算单元。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述文丘里管控制器包括电源、通信总线和校准端口。

14.根据权利要求11所述的系统，其还包括至少用于所述文丘里管控制器的热套管。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述单个连接件包括单个飞机数字总线连接件。