DE69422002T2

DE69422002T2 - Dämpfungseinrichtung für einen Ultraschallflüssigkeitsniveauindikator

Info

Publication number: DE69422002T2
Application number: DE69422002T
Authority: DE
Inventors: Robert E. Birkett
Original assignee: Simmonds Precision Products Inc
Current assignee: Simmonds Precision Products Inc
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2014-10-28
Also published as: EP0653611B1; US5456108A; EP0653611A1; DE69422002D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Flüssigkeitspegelmeßvorrichtung in einem Tank zum Bestimmen eines Flüssigkeitspegels in dem Tank, wobei die Vorrichtung ein Rohr mit einer Flüssigkeitssäule zur Ultraschallbestimmung der Säulenlänge aufweist, das Rohr einen unteren Endbereich mit mindestens einer Öffnung für den Eintritt der Flüssigkeit in das Rohr aufweist, die Vorrichtung ferner zwei Elemente umfaßt, die ein elektrisch leitendes Material enthalten und elektrisch gegeneinander sowie gegen das Rohr und den Tank isoliert sind, und zwar derart, daß sie als Kondensator wirken, sowie eine Einrichtung zum Bestimmen des kapazitativen Widerstandes zwischen den Elementen.
Eine solche Ultraschall-Flüssigkeitspegelmeßvorrichtung ist aus US-A- 4229798 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind mehrere Löcher nahe dem unteren Ende des Rohres vorgesehen. Die Elemente weisen die Form zweier gebogener Platten innerhalb des Rohres auf. Die gebogenen Platten und die Einrichtung zum Bestimmen des kapazitativen Widerstandes dienen dem Detektieren des Wasserstandes unterhalb des Kraftstoffes, Öls, oder Benzins in dem Tank.
Es ist wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Bestimmung der Säulenlänge verbessert ist.
Ferner können einige Ultraschall-Kraftstoffmeßsysteme das Bestimmen der Kraftstoff-Dielektrizitätskonstanten für die Berechnung der Flüssigkeitsdichte erforderlich machen. Es ist wichtig, die Kraftstoffdichte wegen der Schwankungen in der Dichte aufgrund von Temperaturänderungen, Änderungen in der Schallgeschwindigkeit und der Dielektrizitätskonstante kontinuierlich zu berechnen.
Entsprechend müssen diese besonderen Systeme eine elektrische Vorrichtung oder einen elektrischen Sensor zum Bestimmen der Dielektrizitätskonstante benutzen.
Solche dielektrischen Sensoren bestehen typischerweise aus einer Anzahl von in der Flüssigkeit eingetauchten konzentrischen Hülsen. Die Hülsen sind aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt und wirken als Platten eines Kondensators. Durch Bestimmen des elektrischen kapazitativen Widerstandes zwischen gegenüberliegenden Flächen der eingetauchten konzentrischen Rohre kann die Dielektrizitätskonstante berechnet werden.
Es sei angemerkt, daß diese Forderungen unter anderem eine ziemlich komplexe Anordnung zum ordnungsgemäßen Anwenden des Rohres (auch als "Tauchhülse" oder "Sonde" bezeichnet) zur Folge haben, damit die erforderlichen Kraftstoffpegelmessungen durchgeführt werden können.
Gemäß der Erfindung ist die eingangs genannte Ultraschall-Flüssigkeitspegelmeßvorrichtung daher dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elemente jeweils erste und zweite zueinander konzentrische Hülsen sind, wobei jede Hülse den unteren Endbereich des Rohres umschließt und mindestens eine radial verlaufende Öffnung, durch die die Flüssigkeit strömt, aufweist; daß die den kapazitativen Widerstand bestimmende Einrichtung den kapazitativen Widerstand zwischen den entsprechenden gegenüberliegenden Flächen der Hülsen zum Bestimmen der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit bestimmt; und die Anordnung derart ausgebildet ist, daß die Hülsen als Ablenkbleche dienen und den Eintritt von Luftblasen in das Rohr verhindern oder reduzieren.
Das Verhindern oder Reduzieren des Eintritts von Luftblasen in das Rohr ermöglicht eine verbesserte Bestimmung der Säulenlänge.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Ablenkanordnung am unteren Ende einer Tauchhülse, bei der Teile zu Erläuterungszwecken entfernt und als Schnitt dargestellt sind.
In der Zeichnung befindet sich eine Ablenkanordnung 10 auf dem Boden eines Kraftstofftankes 11, der in der vorliegenden Ausführungsform der Boden eines Flugzeug-Kraftstofftankes ist. Der Kraftstoffpegel in dem Tank wird von einem Ultraschall-Kraftstoffpegelmeßsystem gemessen und angezeigt. Das System verwendet einen Ultraschallwandler zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen, die durch das begrenzte Kraftstoffvolumen im Kraftstofftank geleitet werden.
Eine rohrförmige Sonde oder Tauchhülse 13, die ungefähr vertikal in den Tank eingesetzt ist, bildet einen Teil dieses Systems. Die Tauchhülse 13 weist eine oder mehrere radiale Öffnungen 14 auf, die einen freien Eintritt des Kraftstoffes ermöglicht. Es ist der Zweck der Tauchhülse, eine Flüssigkeitssäule zu schaffen, die den Pegel in dem gesamten Kraftstofftank repräsentiert, die jedoch keinen Turbulenzen oder anderen Einflüssen, die die Messung beeinträchtigen könnten, ausgesetzt ist.
Der Ultraschallwandler, der in Zusammenhang mit der Tauchhülse verwendet wird, ist nicht dargestellt, der Einsatz einer solchen Vorrichtung ist jedoch Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.
Es ist der Zweck der oben genannten Blasenablenkvorrichtung 10, das Eintreten von Gasblasen in die Flüssigkeitssäule innerhalb der Tauchhülse 13 zu verhindern. Dies verringert die Möglichkeit, daß Blasen in der Flüssigkeitssäule die mit Ultraschallimpulsen, welche durch die Säule gesandt werden, durchgeführten Messungen beeinflussen.
Die Ablenkanordnung 10 in der Ausführungsform aus Fig. 1 weist eine zylindrische Außenhülse 15 und eine zylindrische Innenhülse 16 auf. Gemäß der Erfindung sind die Hülsen 15 und 16 aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt und gleichmäßig radial voneinander beabstandet angeordnet, so daß sie als Platten eines Kondensators wirken können.
Die Hülsen 15 und 16 sind mit einer ringförmigen oberen Dichtung 17 und einer ringförmigen unteren Dichtung 18 konzentrisch um die Tauchhülse 13 montiert. Die Dichtringe 17 und 18 sind aus dielektrischem Material gefertigt und bieten somit eine elektrischen Isolierung.
Die Hülsen sind durch eine ringförmige obere Abstandsrippe 21 auf der nach unten zeigenden Fläche des oberen Dichtrings 17 und eine ringförmige untere Abstandsrippe 22, die einstückig mit der Fläche des unteren Dichtrings 18 gebildet ist und von dieser nach oben absteht, voneinander beabstandet. Der obere Dichtring greift an der Oberfläche der Tauchhülse 13 an, so daß die ringförmigen Räume innerhalb der Ablenkanordnung 10 oben geschlossen sind, mit Ausnahme von Entlüftungsöffnungen, durch die die kumulierten Blasen entweichen können. Kraftstoff in dem umgebenden Volumen kann durch radiale Öffnungen 23 in der Außenhülse 15 und versetzt angeordnete radiale Öffnungen 24 in der Innenhülse 16 in das Innere der Ablenkanordnung eintreten. Dadurch wird eine Ablenkwirkung erzeugt, die die Möglichkeit minimiert, daß Blasen, die während Flugmanövern oder des Auftankens erzeugt werden, in die Tauchhülse 13 gelangen. Es können zusätzliche Hülsen vorgesehen sein, mit denen die Ablenkwirkung oder der kapazitative Widerstand des dielektrischen Sensors oder beides erhöht werden können.
Wie oben gesagt, befinden sich das untere Ende der Tauchhülse 13 und der Wandler innerhalb der Blasenablenkstruktur, so daß die oben beschriebenen Resultate erzielt werden. Diese Anordnung bietet auch ein bevorzugtes Mittel zur Kraftverteilung, damit der Tank während eines Zusammenstoßes unversehrt bleibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung dient die Ablenkanordnung 10 nicht nur zum Ablenken, wie oben beschrieben, sondern stellt auch einen Kondensator zum Messen der Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffes dar. Die Messung erfolgt durch die mit den Hülsen 15 und 16 verbundene Schaltungseinrichtung derart, daß die Hülsen als Platten eines Kondensators wirken, welcher Teil eines dielektrischen Sensors ist. Die so erfolgte Messung dient zusammen mit anderen Messungen, z. B. der Kraftstofftemperatur und der Schallgeschwindigkeit, der Bestimmung der Kraftstoffdichte. Diese Daten werden dann in Zusammenhang mit den Messungen des Ultraschall-Kraftstoffpegelmeßsystems zum Bestimmen der Kraftstoffmasse mit hoher Genauigkeit verwendet.
Obwohl die Erfindung im Hinblick auf eine spezifische Ausführungsform dargestellt und beschrieben worden ist, dient dies dem Zwecke der Erläuterung und nicht der Einschränkung, und Abweichungen und Modifikationen der hier dargestellten und beschriebenen spezifischen Vorrichtung sind für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich und fallen allesamt in den vorgesehenen Zweck und Umfang der Erfindung. Entsprechend darf das Patent in Umfang und Wirkung nicht auf die hier dargestellte und beschriebene spezifische Ausführungsform oder anderweitig in einer Weise beschränkt werden, die mit dem Ausmaß, in dem der Fortschritt auf dem Gebiet durch die Erfindung weitergebracht worden ist, inkonsistent ist.

Claims

1. Ultraschall-Flüssigkeitspegelmeßvorrichtung in einem Tank (11) zum Bestimmen eines Flüssigkeitspegels in dem Tank (11), wobei die Vorrichtung ein Rohr (13) mit einer Flüssigkeitssäule zur Ultraschallbestimmung der Säulenlänge aufweist, das Rohr (13) einen unteren Endbereich mit mindestens einer Öffnung für den Eintritt der Flüssigkeit in das Rohr (13) aufweist, die Vorrichtung ferner zwei Elemente (15, 16) umfaßt, die ein elektrisch leitendes Material enthalten und elektrisch gegeneinander sowie gegen das Rohr (13) und den Tank (11) isoliert sind, derart, daß sie als Kondensator wirken; sowie eine Einrichtung zum Bestimmen des kapazitativen Widerstandes zwischen den Elementen (15, 16), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elemente jeweils erste und zweite zueinander konzentrische Hülsen (15, 16) sind, wobei jede Hülse (15, 16) den unteren Endbereich des Rohres umschließt und mindestens eine radial verlaufende Öffnung, durch die die Flüssigkeit strömt, aufweist; daß die den kapazitativen Widerstand bestimmende Einrichtung den kapazitativen Widerstand zwischen den entsprechenden gegenüberliegenden Flächen der Hülsen (15, 16) zum Bestimmen der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit bestimmt; und die Anordnung derart ausgebildet ist, daß die Hülsen (15, 16) als Ablenkbleche dienen und den Eintritt von Luftblasen in das Rohr (13) verhindern oder reduzieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (13) ungefähr senkrecht zur Oberfläche des darin enthaltenen Flüssigkeitsvolumens angeordnet ist und die Hülsen (15, 16) mit der Rohrachse konzentrisch sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallimpuls entlang der Achse des Rohres (13) durch die Flüssigkeitssäule gesandt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem Flugzeug-Kraftstofftank (11) enthalten ist und die Hülsen (15, 16) und das Rohr (13) auf dem Boden des Kraftstofftanks (11) montiert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen des kapazitativen Widerstandes zwischen den Hülsen (15, 16) die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit bestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit zur Berechnung der Dichte der Flüssigkeit verwendet wird.