DE10223043A1 - Fluidmeßsysteme und -verfahren - Google Patents

Abstract

Ein Flugzeug-Kraftstoffmeßsystem weist mehrere Ultraschall-Meßsonden 2 bis 7 auf, die Kraftstoffhöhen-Ausgangssignale an verschiedenen Stelen A bis F innerhalb eines Tanks 1 liefern. Das Ausgangssignal eines Trägheitssensors 12 wird verwendet, um die Fluglage der Kraftstoffoberfläche 13 bezüglich des Tanks 1 zu berechnen. Das System verwendet die Fluglageinformation, um festzustellen, ob die Ausgangssignale von einer Gruppe von zwei oder mehreren Sonden miteinander kompatibel sind. Wenn festgestellt wird, daß eine Sonde ein Ausgangssignal aufweist, das mit der Fluglage der Kraftstoffoberfläche und den Ausgangssignalen der anderen Sonden inkompatibel ist, wird ihr Ausgangssignal aus der Berechnung der Kraftstoffmenge ausgeschlossen.

Description

Diese Erfindung betrifft Fluidmeßverfahren der Art mit den Schritten des Empfangens von Ausgangssignalen von einem Satz von mindestens zwei Sonden und des Lieferns einer Angabe der Höhe eines Fluids an jeder der Sonden.

Flugzeug-Kraftstofftanks weisen gewöhnlich mehrere Sonden auf, die angeordnet sind, um die Höhe des Kraftstoffs innerhalb des Tanks an verschiedenen Stellen zu messen. Ein Tragflächeninnentank einer Boeing 777 weist beispielsweise acht Sonden auf, die bei der Kraftstoffhöhenmessung verwendet werden. Die Sonden können von einer beliebigen herkömmlichen Art sein, wie z. B. kapazitive oder Ultraschallsonden. Die Sonden sind vorzugsweise in einer nicht-linearen Weise angeordnet, das heißt so, daß die Orte von keinen drei Sonden auf einer geraden Linie liegen. In dieser Weise kann die maximale Information über die Orientierung der Oberflächenebene des Kraftstoffs erhalten werden. In der Praxis ist es jedoch aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Befestigungspunkten, Zugängen in den Tank und anderen Faktoren gewöhnlich nicht möglich, alle Sonden innerhalb eines Tanks so anzuordnen, daß keine drei in einer geraden Linie oder einer fast geraden Linie angeordnet sind (das heißt, daß keine colinear ist).

Die Konstruktion von Kraftstoffmeßsonden kann sie für falsche Meßwerte anfällig machen, wenn beispielsweise eine Blockierung der Kraftstoffströmung in die oder aus der Sonde, eine Ansammlung von Schaum innerhalb der Sonde, nachteilige Temperaturschichtungsbedingungen, eine Wasserverunreinigung, eine Beschädigung der Sonde oder dergleichen vorliegen. Da sich die Kraftstoffoberfläche innerhalb des Tanks zu gewissen Zeiten bewegen kann und zu anderen Zeiten stationär sein kann, ist es nicht immer unmittelbar ersichtlich, wenn eine Sonde einen falschen Höhenmeßwert liefert.

GB 2352523 beschreibt ein Flugzeug-Ultraschall-Kraftstoffmeßsystem mit einer Anzahl von Meßsonden in einem Tank, die so angeordnet sind, daß sie mindestens einen Satz von drei colinearen Sonden umfassen. Die Ausgangssignale der Sonden werden zu einer Einheit geliefert, die den Betrieb der Sonden in den colinearen Sätzen durch Extrapolieren der Höhe an einer der Sonden aus den Ausgangssignalen der anderen Sonden prüft. Wenn mindestens zwei Sätze von colinearen Sonden mit einer gemeinsamen Sonde vorhanden sind, ist es möglich, eindeutig festzustellen, ob diese gemeinsame Sonde fehlerhaft ist. Das System mustert jegliche fehlerhafte Sonde aus und verwendet nur die Ausgangssignale der anderen Sonden bei Berechnungen der Kraftstoffmenge. Obwohl dieses System gut funktionieren kann, kann es für Tanks mit nur einer kleinen Anzahl von Gruppen von drei colinearen Sonden nicht geeignet sein.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Fluidmeßsystem und -verfahren bereitzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der vorstehend angegebenen Art bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren auch die Schritte des Empfangens eines Ausgangssignals, das die Fluglage der Fluidoberfläche bezüglich der Sonden darstellt, und der Verwendung des Fluglage-Ausgangssignals, um festzustellen, ob die Angabe der Fluidhöhe, die von irgendeiner der Sonden geliefert wird, mit der von irgendeiner anderen der Sonden gelieferten Höhe inkompatibel ist, umfaßt.

Das Verfahren umfaßt vorzugsweise den Schritt des Lieferns eines Ausgangssignals, das die Fluidmenge angibt und das nur von jenen Sonden mit Ausgangssignalen, die mit der festgestellten Fluglage des Fluids kompatibel sind, abgeleitet wird. Das die Fluglage darstellende Ausgangssignal wird vorzugsweise durch Trägheit abgeleitet. Die Sonden können akustische Meßsonden sein. Das Fluid kann Kraftstoff sein und die Sonden können in einem Tank in einem Flugzeug montiert werden.

Ein erfindungsgemäßes Flugzeug-Kraftstoffmeßsystem und -verfahren wird nun anhand eines Beispiels mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Systems mit sechs Sonden; und

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Tank und die Sonden des in Fig. 1 gezeigten Systems.

Das System umfaßt einen Kraftstofftank 1 mit sechs herkömmlichen akustischen Ultraschall- Kraftstoffmeßsonden 2 bis 7, die im wesentlichen vertikal auf oder über dem Boden 8 des Tanks montiert sind, so daß sie innerhalb des Kraftstoffs 9 im Tank nach oben ragen. Die Sonden 2 bis 7 sind an verschiedenen Stellen montiert, die in Fig. 2 mit A bis F bezeichnet sind. Kabel 10 verbinden die Sonden 2 bis 7 mit einer Verarbeitungs- oder Kraftstoffmeßeinheit 11, die in üblicher Weise Signale zu den Sonden liefert und deren Ausgangssignale empfängt.

Ein Trägheitsbezugssystem IRS 12, das ein Teil des Flugzeug-Navigationssystems ist oder das vom diesem separat sein kann, liefert ein Ausgangssignal zur Kraftstoffmeßeinheit 11, das die Fluglage des Flugzeugs darstellt. Es ist zu sehen, daß dieses Ausgangssignal auch eine Information hinsichtlich der stationären Fluglage der Kraftstoffoberfläche 13 relativ zum Tank 1 liefert.

Die vorliegende Erfindung erfordert eine Gruppe von mindestens drei aktiven Sonden, um eine genaue Kraftstoffmengenmessung zu erhalten.

Die Kraftstoffmeßeinheit 11 berechnet die Höhe des Kraftstoffs an jeder der Sonden 2 bis 7. In der Praxis sind nicht alle Sonden jederzeit aktiv, da einige Sonden trocken oder vollständig in den Kraftstoff eingetaucht sein können, so daß diese verworfen werden. Die Kraftstoffmeßeinheit 11 verwendet die Information vom IRS 12 über den Winkel der Kraftstoffoberfläche 13, um zu prüfen, ob die Höheninformation von irgendeiner der Sonden 2 bis 7 mit der Information von den anderen der Sonden inkompatibel ist. Die Einheit 11 kann beispielsweise die Höheninformation von einer Sonde nehmen und die Fluglageinformation verwenden, um aus dieser die erwartete Kraftstoffhöhe an den anderen der aktiven Sonden zu extrapolieren. Wenn die von den Ausgangssignalen dieser anderen Sonden gelieferte Höheninformation innerhalb bestimmter Grenzen der extrapolierten Höhen liegt, dann stellt die Einheit 11 fest, daß alle Sonden korrekt funktionieren. Wenn jedoch eine Diskrepanz besteht, zeigt dies an, daß eine der Sonden fehlerhaft ist. Wenn eine Gruppe von zwei Sonden verwendet wird, ist es möglich, festzustellen, ob diese Gruppe von Sonden konsistent ist. Wenn beispielsweise die von der Sonde A extrapolierte Höhe mit der von der Sonde B gelieferten Höhenangabe kompatibel ist, dann ist diese Gruppe konsistent. Dies könnte durch Extrapolieren der Höhe statt dessen von der anderen Sonde B zu A leicht geprüft werden. Durch Kombinieren der Konsistenzergebnisse von Gruppen mit gemeinsamen Sonden, können einzelne Fehler in den gemeinsamen Sonden erkannt werden. Die Verwendung von verschiedenen Kombinationen von Konsistenzergebnissen von verschiedenen Sondengruppen ermöglicht, daß mehrere Sondenfehler erkannt werden.

Wenn beispielsweise mit Bezug auf Fig. 2 die Höhenmeßwerte von den Sonden A und C und A und B inkonsistent sind, während jene von C und D und 13 und E konsistent sind, dann ist die Sonde A sehr wahrscheinlich fehlerhaft. Wenn die Gruppen C und D und B und E konsistent sind, aber die Gruppen D und F und E und F inkonsistent sind, dann ist ebenso die Sonde F sehr wahrscheinlich fehlerhaft. In dieser Situation kann die Position und die Fluglage der Kraftstoffoberfläche berechnet werden, da Ausgangssignale von mindestens drei nicht­ fehlerhaften Sonden verfügbar sind, nämlich von den vier Sonden C, D, B und E.

Alternativ könnte die Einheit 11 angeordnet sein, um den Winkel der Kraftstoffoberfläche 13 aus den Ausgangssignalen der Sonden, die wahrscheinlich nicht fehlerhaft sind, zu berechnen und diesen mit dem vom IRS 12 abgeleiteten Winkel zu vergleichen. Wenn die zwei Winkel innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen, wird festgestellt, daß alle Sonden korrekt arbeiten. Wenn jedoch eine Diskrepanz besteht, kann die fehlerhafte Sonde durch das vorstehend beschriebene Verfahren identifiziert werden.

Nach dem Identifizieren von irgendwelchen fehlerhaften Sonden berechnet die Kraftstoffmeßeinheit 11 das Volumen des Kraftstoffs 9 aus der Kenntnis der Form des Tanks 1 und der Höhe an den Stellen von nur korrekt funktionierenden Sonden. Unter Verwendung einer Dichtemessung wie z. B. von einem Densitometer (nicht dargestellt) berechnet die Einheit 11 die Masse des Kraftstoffs und liefert ein Ausgangssignal zu einer Anzeige oder einer anderen Verwendungseinrichtung 14.

Die Erfindung ermöglicht, daß falsch arbeitende Sonden identifiziert werden, so daß die Fluidmessung mit nur jenen Sonden durchgeführt werden kann, die korrekt funktionieren, wodurch die Genauigkeit des Systems verbessert wird.

Die Fluglageinformation muß nicht von einem Trägheitssensor geliefert werden, sondern es könnte beispielsweise ein Neigungsmesser oder irgendeine andere Vorrichtung sein, die ein Ausgangssignal liefert, das den Winkel der stationären Kraftstoffoberfläche angibt. Es ist zu erkennen, daß die Erfindung nicht auf die Messung in einem Flugzeug oder die Messung von Kraftstoff eingeschränkt ist, sondern in einem beliebigen Fahrzeug-Flüssigkeitsmeßsystem mit mindestens drei Höhenmeßsonden verwendet werden könnte. Die Erfindung ist nicht auf akustische Sonden eingeschränkt, sondern könnte mit anderen Formen von Höhenmeßsonden verwendet werden, wie z. B. kapazitiven Sonden oder einer Mischung von verschiedenen Arten von Sonden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Fluidmessung mit den Schritten des Empfangens von Ausgangssignalen von einem Satz von mindestens zwei Sonden (2 bis 7) und des Lieferns einer Angabe der Höhe von Fluid (9) an jeder der Sonden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren auch die Schritte des Empfangens eines Ausgangssignals, das die Fluglage der Fluidoberfläche (13) bezüglich der Sonden darstellt, und der Verwendung des Fluglage-Ausgangssignals, um festzustellen, ob die Angabe der Fluidhöhe, die von irgendeiner der Sonden geliefert wird, mit der von irgendeiner anderen der Sonden gelieferten Höhe inkompatibel ist, umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt des Lieferns eines Ausgangssignals umfaßt, das eine Fluidmenge angibt und das von nur jenen Sonden mit Ausgangssignalen, die mit der festgestellten Fluglage der Flüssigkeit kompatibel sind, abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal, das die Fluglage darstellt, durch Trägheit abgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (2 bis 7) akustische Meßsonden sind.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (9) Kraftstoff ist.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (2 bis 7) in einem Tank (1) in einem Flugzeug montiert sind.