DE4201301C2 - Füllstandsanzeige - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllstandsanzeige zur Messung der Flüssigkeitsmenge in einem Tank, die mindestens 3 optische Drucksensoren aufweist, welche innerhalb des Tanks in die Flüssigkeit eintauchen. Insbesondere dient die Erfindung der Füllstandsmessung von Flugzeugtanks.

Zur Füllstansmessung von Flugzeugtanks existieren verschiedene Methoden. Bei diesen Methoden werden beispielsweise Schwimmer, kapazitive Sonden oder Ultraschall verwendet, um die Höhe des Treibstoffs im Tank zu messen. Aus der gemessenen Höhe läßt sich dann bei bekannter Treibstoffdichte, Tankgeometrie und Flughöhe die Treibstoffmasse berechnen.

Derartige Vorrichtungen und Systeme zur Füllstandsmessung sind beispielsweise in der EP 0 205 229 A1 und der US 4,739,494 beschrieben. Eine weitere, ähnliche Vorrichtung zur Messung des Füllstandes ist in der US 3,640,134 beschrieben, allerdings nicht anhand eines Flugzeugtanks.

Der Nachteil der in den genannten Druckschriften beschriebenen Methode besteht darin, daß sie alle elektrische Übertragungsvorrichtungen zur Informationsübertragung zu einer Prozessoreinheit und einer Anzeigevorrichtung benötigen. Die Verwendung elektrischer Übertragungsvorrichtungen und der damit verbundenen Kabel wirft die Probleme der elektromagnetischen Verträglichkeit und Interferenz auf. Bei der Verwendung kapazitiver Sonden sind außerdem abgeschirmte Kabel notwendig, deren hohes Gewicht speziell bei Flugzeugen von Nachteil ist.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Füllstandsanzeige so auszubilden, daß sie ohne elektrische Übertragungsvorrichtungen funktioniert.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden, unter Bezugnahme auf die Zeichnung, näher erläutert. Diese zeigt eine schematische, perspektivische Draufsicht auf das System.

Die Vorrichtung beinhaltet drei optische Drucksensoren, 1, 2 und 3, welche an verschiedenen Stellen innerhalb eines Kraftstofftanks 10 eines Flugzeugs angebracht sind. Die Ausgangssignale der Sensoren 1, 2 und 3 werden über Lichtwellenleiter 11, 12 und 13 einer Prozessoreinheit 20 zugeführt. Der Prozessoreinheit 20 wird außer­ dem das Ausgangssignal eines dreiachsigen Beschleunigungsmeßgeräts 21 zugeführt. Diese Signal entspricht dem lokalen Beschleunigungsvektor im Bereich des Tanks 10. Zusätzlich wird der Prozessoreinheit 20 das Ausgangssignal eines Drucksensors 24 zugeführt, welcher innerhalb des Tanks 10 über dem Treibstoffpegel montiert ist. Dieses Ausgangssignal führt der Prozessoreinheit 20 Information über den at­ mosphärischen Druck zu. Der Drucksensor 24 kann an beliebiger Stelle im Bereich des Tanks außerhalb des Treibstoffs montiert sein. Die Prozessoreinheit 20 erhält schließlich aus einem Speicher 22 Informationen über die innere Geometrie des Tanks 10 und über die Montageorte der Sensoren. Aus der Gesamtheit dieser Eingangsin­ formationen berechnet die Prozessoreinheit 20 die Treibstoffmasse und erzeugt ein dieser Treibstoffmasse entsprechendes Ausgangssignal, welches einer Anzeigevorrich­ tung 23 zugeführt wird.

Die optischen Drucksensoren 1, 2 und 3 können verschieden aufgebaut sein, beispiels­ weise als indirekte Sensoren, bei welchen eine in Verbindung mit einem Lichtstrahl stehende Membran durch Druck deformiert wird. Bei direkten Sensoren verändert die an ein optisches Element angelegte Kraft unmittelbar deren Transmissions-, Polarisations- oder andere meßbare Eigenschaften. Bei optischen Biegesensoren führen Mikroverbiegungen entlang der Achse eines Lichtwellenleiters wegen der Mo­ denkopplung zwischen Kern und Mantel des Lichtwellenleiters zu meßbaren Verlu­ sten. Bei Doppelbrechungssensoren führt eine äußere Kraft zu einer Spannung im Lichtwellenleiter und damit zur Doppelbrechung, wobei sich die Brechungsindexdif­ ferenz zwischen beiden Moden ändert.

Die Sensoren 1, 2 und 3 sind vorzugsweise alle von gleicher Bauart, damit sie sich bei Änderungen des Drucks oder anderer Umwelteinflüsse gleichartig verhalten.

Der erste Sensor 1 befindet sich am Boden 14 des Tanks 10 und liefert von dort aus Daten. Der zweite Sensor 2 ist bezüglich jeder der drei Hauptachsen x, y und z vom ersten Sensor 1 entfernt montiert. Hierbei ist z die Vertikale und x und y hierzu und zueinander senkrecht stehende Achsen. Der dritte Sensor 3 ist auf ähnliche Weise bezüglich all dieser Achsen (x, y, z) vom ersten und zweiten Sensor 1 und 2 entfernt montiert. Die drei Sensoren 1, 2 und 3 bilden eine Ebene, welche gegenüber der Grundfläche des Tanks 10 geneigt ist. Dabei ist jeder Sensor in einer anderen Tiefe unterhalb des Treibstoffpegels, wenn dieser parallel zum Tankboden 14 ist. Dies ist der Normalzustand, der sich bei ruhendem oder gleichförmig bewegten Tank einstellt. Die Sensoren 2 und 3 können an vertikalen Stützen montiert sein, welche auch als Teile der Kabel 12 und 13 fungieren können. Dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Im Flugbetrieb ist die Oberfläche des Treibstoffpegels im allgemeinen nicht parallel zum Boden 14 des Tanks 10, sondern senkrecht zum lokalen Beschleunigungsvek­ tor A auf den Treibstoff. Der Beschleunigungsvektor A ist abhängig von Größe und Orientierung des lokalen Erdbeschleunigungsvektors und von der Bewegung des Flugzeugs. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 21 entspricht also der Orientierung der Treibstoffoberfläche.

Der Druck bei jedem der Sensoren 1, 2 und 3 hängt von der Treibstoffmasse oberhalb dieses Sensors und von der Beschleunigung ab. Die Treibstoffmasse hängt wiederum von der Füllhöhe und der Dichte des Treibstoffs ab. Der Prozessoreinheit 20 werden die Ausgangssignale der drei Sensoren 1, 2 und 3 und des Beschleunigungsmeßgeräts 21 zugeführt, woraus diese die Lage der Treibstoffoberfläche errechnet. Der Speicher 22 enthält Informationen über die innere Geometrie des Tanks 10, insbesondere über die Tankquerschnitte in jeder der drei Ebenen, welche jeweils zwei der drei Sensoren 1, 2 und 3 enthalten und senkrecht zur Treibstoffoberfläche im Normalzustand sind.

Im Treibstofftank 10 kann ein Dichtesensor 25 eingebaut sein, dessen Ausgangs­ signal ein Maß für die Dichte des Treibstoffs darstellt und der Prozessoreinheit 20 zugeführt wird, so daß die Treibstoffdichte bei der Berechnung berücksichtigt werden kann. Alternativ hierzu kann die Treibstoffdichte beim Tanken in die Prozessorein­ heit 20 eingegeben werden. In diesem Fall ist vorzugsweise ein Temperatursensor 26 im Bereich des Treibstoffs vorhanden, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Tempe­ ratur darstellt und der Prozessoreinheit 20 zur Temperaturkompensation zugeführt wird.

Mit diesen Informationen ist die Prozessoreinheit 20 in der Lage, die Masse bzw. das Volumen des im Treibstofftanks 10 vorhandenen Treibstoffs zu berechnen und ein entsprechendes Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen.

In den meisten Flugzeugen sind mehrere Treibstofftanks vorhanden, welche jeweils mit einem eigenen Satz Sensoren auszustatten sind. Die Prozessoreinheit 20 kann entweder den Treibstoffinhalt eines jeden Einzeltanks oder einen Gesamtwert aus­ geben.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können auch mehr als drei Sensoren, beispielsweise vier Sensoren, eingesetzt werden. Bei Verwendung von vier Sensoren können vier Datensätze verarbeitet werden, welche sich aus den vier ver­ schiedenen Kombinationen aller drei Sensoren ergeben, im Gegensatz zu dem einen Datensatz, der sich aus der Verwendung von drei Sensoren ergibt. Mit Hilfe von vier Sensoren ist es beispielsweise bei in Flügeln angebrachten Tanks möglich, die Ver­ biegung des Tanks, welche sich aus der Verbiegung des Flügels während des Fliegens ergibt, zu messen und zu kompensieren, was einer Verbesserung der Anzeigegenau­ igkeit dient.

Die erfindungsgemäße Füllstandsanzeige ist nicht auf die Verwendung zur Mes­ sung des Treibstoffpegels oder zum Einsatz in Flugzeugen beschränkt. Das Fehler jeglicher elektrischer Leitungen bei den Sensoren hat bei allen Anwendungen mit entflammbaren Flüssigkeiten große Vorteile. Die Robustheit, das geringe Gewicht und die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen sind besondere Vorteile beim Einsatz in Flugzeugen.

Claims (7)

1. Füllstandsanzeige zur Messung der Flüssigkeitsmenge in einem Tank, die mindestens drei optische Drucksensoren (1, 2, 3) aufweist, welche innerhalb des Tanks (10) in die Flüssigkeit eintauchen, wobei diese Sensoren (1, 2, 3) im Normalzustand nicht in einer zum Flüssigkeitsspie­ gel parallelen Ebene liegen, jeder Sensor (1, 2, 3) ein der Flüssigkeitsmenge oberhalb des Sensors (1, 2, 3) entsprechendes optisches Ausgangssignal er­ zeugt, ein Speicher (22) mit Informationen über die Geometrie des Tanks (10) vorhanden ist und eine Prozessoreinheit (20) vorhanden ist, welche die Flüssig­ keitsmenge im Tank (10) aus den Ausgangssignalen der Sensoren (1, 2, 3) und der gespeicherten Tankgeometrie berechnet.

2. Füllstandsanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Sensoren (1) am Boden (14) des Tanks (10) montiert ist, ein zweiter Sensor (2) bezüglich jeder der drei Hauptachsen (x, y, z) des Tanks (10) vom ersten Sensor (1) im Abstand ist und ein dritter Sensor (3) sowohl vom ersten (1) als auch vom zweiten Sensor (2) bezüglich jeder der drei Hauptachsen (x, y, z) des Tanks (10) im Abstand ist.

3. Füllstandsanzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen vierten Sensor aufweist, welcher von jedem der anderen drei Sensoren (1, 2, 3) in jeder der drei Hauptachsen (x, y, z) des Tanks (10) im Abstand ist.

4. Füllstandsanzeige nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie ein Beschleunigungsmeßgerät (21) umfaßt, welches im Bereich des Tanks (10) die Beschleunigung in drei Achsen (x, y, z) mißt und dessen Ausgangssignal der Prozessoreinheit (20) zugeführt wird.

5. Füllstandsanzeige nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen im Bereich des Tanks (10) außerhalb der Flüssig­ keit angebrachten Drucksensor (24) aufweist und das Ausgangssignal dieses Drucksensors (24) der Prozessoreinheit (20) zugeführt wird.

6. Füllstandsanzeige nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen in die Flüssigkeit eintauchenden Dichtesensor (25) aufweist, dessen Ausgangssignal der Prozessoreinheit (20) zugeführt wird.

7. Füllstandsanzeige nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen in die Flüssigkeit eintauchenden Temperatursen­ sor (26) aufweist, dessen Ausgangssignal der Prozessoreinheit (20) zugeführt wird.