DE10030628A1 - Flüssigkeitsstand-Meßsystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsstandsmeßsystem, welches einen Satz von mindestens im wesentlichen kolinearen Meßfühlern (2, 6 und 7; 13, 15 und 16; 13, 15 und 18; 13, 15 und 20; 13, 17 und 19; 13, 18 und 20; 14, 15 und 17; 14, 18 und 20; 15, 18 und 20) umfaßt, deren Ausgangssignale den Flüssigkeitsstand (9) an drei unterschiedlichen Stellen (A, E und F) angeben. Derartige Meßsysteme können falsche Meßergebnisse liefern. DOLLAR A Die Aufgabe, das Meßsystem so auszubilden, daß eine Fehlmessung eines Meßfühlers rasch erkannt wird, wird dadurch gelöst, daß die Füllstandshöhe (9) an einer ersten der Stellen von den Ausgangssignalen der Meßfühler an den anderen beiden Stellen extrapoliert wird und das System die extrapolierte Höhe mit dem Ausgangssignal des Meßfühlers an der ersten Stelle vergleicht und bestimmt, ob die Meßfühler korrekt arbeiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsstand-Meßsystem, welches einen Satz von mindestens drei im wesentlichen kolinearer Meßfühler umfaßt, deren Ausgangssignale den Flüssigkeitsstand an drei unterschiedlichen Stellen angeben.

Bei Kraftstofftanks für Flugzeuge ist es üblich, im Tank verschiedene Meßfühler anzuordnen, um den Kraftstoffpegel an verschiedenen Stellen innerhalb des Tanks zu messen. Die Meßfühler können konventionell aufgebaut sein, beispielsweise handelt es sich um kapazitive oder Ultraschall-Meßfühler. Die Meßfühler sind bevorzugt in nicht linearer Weise angeordnet, d. h. keine drei Meßfühler liegen auf einer geraden Linie. Auf diese Weise wird eine Maximalinformation über die Orientierung der Oberfläche des Kraftstoffs erhalten. In der Praxis ist es jedoch üblicherweise nicht möglich, alle Meßfühler im Tank so anzuordnen, daß keine drei Meßfühler auf einer geraden Linie oder einer nahezu geraden Linie liegen, da nur eine begrenzte Anzahl von Befestigungspunkten und Zugänge in den Tank zur Verfügung stehen. Die Konstruktion der Kraftstoffmeßfühler kann zu falschen Ablesungen führen, falls beispielsweise der Kraftstoff innerhalb eines Meßfühlers nicht abfließen kann, eine Ansammlung von Schaum innerhalb des Meßfühlers auftritt thermisch unterschiedliche Schichten vorhanden sind, eine Kontaminierung mit Wasser auftritt oder ein Meßfühler beschädigt ist. Infolge der Bewegung des Flüssigkeitsspiegels innerhalb des Tanks ist es nicht unmittelbar möglich, zu erfassen, wenn der Meßfühler ein falsches Meßergebnis liefert.

Es besteht die Aufgabe, das Meßsystem so auszubilden, daß eine Fehlmessung eines Meßfühlers rasch erkannt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Füllstandshöhe an einer ersten der Stellen von den Ausgangssignalen der Meßfühler an den anderen beiden Stellen extrapoliert wird und das System die extrapolierte Höhe mit dem Ausgangssignal des Meßfühlers an der ersten Stelle vergleicht.

Das System umfaßt bevorzugt mindestens zwei Sätze von im wesentlichen kolinearen Meßfühlern, wobei die beiden Sätze einen gemeinsamen Meßfühler aufweisen, so daß ein Fehler im gemeinsamen Meßfühler identifiziert werden kann. Das System umfaßt bevorzugt mindestens einen nicht kolinearen Satz von Meßfühlern. Das System ist bevorzugt so ausgebildet, daß ein Ausgangssignal der Flüssigkeitsmenge lediglich von solchen Meßfühlern abgeleitet wird, deren Funktion als inkorrekt identifiziert wurde. Bei den Meßfühlern handelt es sich bevorzugt um akustische Meßfühler. Bevorzugt findet das System bei der Messung des Kraftstoffpegels bei Flugzeugen Anwendung, wobei Meßfühler in einem Kraftstofftank angeordnet sind.

Ein Füllstandsmeßsystem für Flugzeuge und ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend als Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Systems mit sechs Meßfühlern;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Tank und die Meßfühler bei einem System nach der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Tank mit acht Meßfühlern.

In den Fig. 1 und 2 ist ein System gezeigt, das einen Kraftstofftank 1 und sechs konventionelle Ultraschall-Meßfühler 2 bis 7 umfaßt, die zur Messung des Kraftstoffpegels dienen, vertikal auf oder oberhalb des Bodens 8 des Tanks befestigt sind und sich nach oben innerhalb des Kraftstoffs 9 im Tank erstrecken. Die Meßfühler 2 bis 7 sind an unterschiedlichen Stellen befestigt, die in Fig. 2 mit A bis F bezeichnet sind. Leitungen 10 verbinden die Meßfühler 2 bis 7 mit einer Kraftstoffmeßeinheit 11, welche Signale an die Meßfühler in üblicher Weise abgibt und deren Ausgangssignale empfängt. Die Kraftstoffmeßeinheit 11 errechnet die Menge des Kraftstoffs und liefert ein Ausgangssignal an eine Anzeigevorrichtung 12. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind drei Meßfühler 2, 6 und 7 als kolinearer Satz an den Stellen A, E und F angeordnet, welche eine gerade Linie in der Ebene der Kraftstoffoberfläche bilden. Alle anderen Sätze von drei Meßfühlern sind in nicht kolinearen Sätzen angeordnet, wie beispielsweise die Meßfühler 2, 3 und 4 an den Stellen A, B und C oder die Meßfühler 5, 6 und 7 an den Stellen D, E und F. Irgendeiner dieser nicht kolinearen Sätze von drei Meßfühlern kann dazu verwendet werden, drei Punkte in der Oberflächenebene 13 des Kraftstoffs 9 zu identifizieren, was ausreichend ist, um die Position und Ausrichtung der Kraftstoffoberfläche zu identifizieren.

Die Kraftstoffmeßeinheit 11 führt bei den Ausgängen der Meßfühler folgende Prozeßschritte durch:

• 1. Bestimmung der Füllstandshöhe bei jedem Meßfühler unter Verwendung eines konventionellen Prozesses.
• 2. Überprüfung, ob irgendein Meßfühler inaktiv ist, d. h. voll exponiert (trocken) oder voll eingetaucht.
• 3. Identifizierung der Meßfühler eines kolinearen Satzes, nämlich der Meßfühler 2, 6 und 7.
• 4. Falls alle Meßfühler eines kolinearen Satzes nicht inaktiv sind, durch Trigonometrie das erwartete Ausgangssignal eines der Meßfühler eines kolinearen Satzes von den Ausgängen der beiden anderen Meßfühler dieses Satzes extrapolieren.
• 5. Falls alle Meßfühler eines kolinearen Satzes nicht inaktiv sind, Vergleich des extrapolierten erwarteten Ausgangssignals das in Schritt 4 abgeleitet wurde mit dem tatsächlichen Ausgangssignals der Meßfühler zu überprüfen, ob sie innerhalb akzeptabler Toleranzen liegen.
• 6. Falls Schritt S eine Diskrepanz anzeigt, Erzeugen eines Signals, daß ein möglicher Fehler im kolinearen Satz vorhanden ist.
• 7. Beantwortung eines in Schritt 6 erzeugten Signals zum Ausschluß der Ausgangssignale der drei Meßfühler 2, 6 und 7 von der Berechnung der Lage des Kraftstoffspiegels und dessen Orientierung und Verwendung der Ausgangssignale von einem nicht kollinearen Satz von Meßfühlern, welcher keinen der Meßfühler 2, 6 und 7 umfaßt, d. h. des nicht kolinearen Satzes der Meßfühler 3, 4 und 5.
• 8. Errechnen des Kraftstoffvolumens auf konventionelle Weise aufgrund der Kenntnis der Lage der Kraftstoffoberfläche im Tank und der Form des Tankes und
• 9. Errechnen der Kraftstoffmasse vom Volumen und der Dichteinformation, die von einem Densitometer erhalten wird.

Wo der kolineare Satz der Meßfühler lediglich drei Meßfühler umfaßt, wie dies oben der Fall ist, ist es nicht möglich, zu identifizieren, welcher der drei Meßfühler ein Fehlsignal erzeugt, da ein Mißverhältnis zwischen einer extrapolierten Höhe und dem Ausgangssignal eines Meßfühlers entweder bedeuten kann, daß das Ausgangssignal des extrapolierten Meßfühlers falsch ist oder daß das Ausgangssignal einer der anderen Meßfühler, die bei der Extrapolation verwendet werden, falsch ist. Falls jedoch vier oder mehr Meßfühler in kolinearer Weise angeordnet werden, ist es möglich, einen fehlerhaften Meßfühler des Satzes zu identifizieren. Es ist außerdem möglich, einen fehlerhaften Meßfühler in einem kolinearen Satz von drei Meßfühlern zu identifizieren, falls dieser Meßfühler auch Teil eines anderen kolinearen Satzes ist, da die Fehleranzeige in solchen Sätzen auftritt, wenn der Fehler im gemeinsamen Meßfühler der Sätze erscheint.

Die Meßfühler müssen nicht exakt mit einer geraden Linie zur Bildung eines kolinearen Satzes fluchten, obwohl die in Schritt S erwähnten Toleranzen dann größer werden. Die Fig. 3 zeigt ein System mit einem Tank 1', welcher acht Meßfühler 13 bis 20 aufweist, welche acht kolineare Sätze bilden, nämlich die Meßfühler 13, 15 und 16, die Meßfühler 13, 15 und 18, die Meßfühler 13, 15 und 20, die Meßfühler 13, 17 und 19, die Meßfühler 13, 18 und 20, die Meßfühler 14, 15 und 17, die Meßfühler 14, 18 und 20 und die Meßfühler 15, 18 und 20. Bei diesem System sind lediglich zwei Meßfühler 16 und 19 vorhanden, welche Teil von lediglich einem kolinearen Satz sind. Es ist jedoch möglich, eindeutig zu identifizieren, wenn solche Meßfühler fehlerhaft sind, da die anderen Meßfühler in den entsprechenden Sätzen, d. h. die Meßfühler 13 und 17 sowie 13 und 15 durch Überprüfen der anderen kolinearen Sätze ausgeschlossen werden können, von welchen sie Teile sind. Es ist anzumerken, daß innerhalb des Systems mit acht Meßfühlern zahlreiche nicht lineare Sätze von Meßfühlern vorhanden sind. Falls beispielsweise die Überprüfung der kolinearen Sätze der Meßfühler 13, 17 und 19 und des Satzes 14, 15 und 17 jeweils eine Fehleranzeige aufweist, dann kann die Füllstandsmeßeinheit 11' bestimmen, daß der Meßfühler 17 fehlerhaft ist, der in beiden Sätzen vorhanden ist. Die Kraftstoffmeßeinheit 11' verwendet dann lediglich solche nicht kolinearen Sätze von Meßfühlern, welche den Meßfühler 17 nicht enthalten, zur Berechnung der Kraftstoffmenge. Beispielsweise können die nicht kolinearen Sätze 13, 15 und 14 oder 19, 18 und 20 verwendet werden.

Mit dem System ist es also möglich, nicht korrekt arbeitende Meßfühler zu identifizieren. Somit ist es möglich, eine Füllstandsmessung lediglich mit den Meßfühlern auszuführen, die korrekt arbeiten, wodurch die Genauigkeit des Systems erhöht wird.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht beschränkt auf die Füllstandsmessung in Flugzeugtanks, sondern kann auch bei jedem Füllstandsmeßsystem verwendet werden, das zumindest drei Meßfühler aufweist. Bei Systemen, bei denen lediglich drei Meßfühler vorhanden sind, ist es jedoch nicht möglich, den fehlerhaft arbeitenden Meßfühler zu identifizieren, jedoch ist es möglich, das Auftreten eines Fehlers zu erfassen, womit ein Warnsignal erzeugbar ist.

Claims (7)

1. Flüssigkeitsstandsmeßsystem, welches einen Satz von mindestens drei im wesentlichen kolinearen Meßfühler (2, 6 und 7; 13, 15 und 16; 13, 15 und 18; 13, 15 und 20; 13, 17 und 19; 13, 18 und 20; 14, 15 und 17; 14, 18 und 20; und 15, 18 und 20) umfaßt, deren Ausgangssignale den Flüssigkeitsstand (9) an drei unterschiedlichen Stellen (A, E und F) angeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstandshöhe (9) an einer ersten der Stellen von den Ausgangssignalen der Meßfühler an den anderen beiden Stellen extrapoliert wird und das System die extrapolierte Höhe mit dem Ausgangssignal des Meßfühlers an der ersten Stelle vergleicht und bestimmt, ob die Meßfühler korrekt arbeiten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens zwei Sätze (13, 15 und 16; 13, 15 und 18; 13, 15 und 20; 13, 17 und 19; 13, 18 und 20; 14, 15 und 17; 14, 18 und 20; und 15, 18 und 20) von im wesentlichen kolinearen Meßfühlern umfaßt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sätze einen gemeinsamen Meßfühler (13, 15, 17, 18 und 20) aufweist, womit ein Fehler im gemeinsamen Meßfühler eindeutig identifizierbar ist.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System mindestens einen nicht kolinearen Satz von Meßfühlern (2, 3 und 4, 13, 14 und 15) aufweist.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es von jenen Meßfühlern, welche nicht als unkorrekt arbeitend identifiziert wurden, die Flüssigkeitsmenge abgeleitet wird.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler (2 bis 7, 13 bis 20) akustische Meßfühler sind.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler (2 bis 7, 13 bis 20) in einem Flugzeugtank (1, 1') angeordnet sind.