FR2829235A1 - Dispositif de jeaugeage d'un fluide - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de jaugeage d'un fluide pour mesurer la quantité de fluide d'un réservoir, notamment d'un réservoir d'avion permettant d'obtenir une estimation fiable de la quantité de carburant qu'il contient. Le dispositif est équipé de sondes de jaugeage (11, 12) et de débitmètres (22, 23) disposés respectivement aux orifices d'admission (2) et de sortie (3) du réservoir (1) de carburant (5). Les mesures des débitmètres sont utilisées pour calculer la hauteur et le volume soit d'une région d'élévation (8) située au-dessus de l'orifice d'admission (2), lorsque le carburant entre dans le réservoir, ou d'une région d'affaissement (10) située au-dessus de l'orifice de sortie (3), lorsque le carburant sort du réservoir. Un processeur (30) évalue le volume du carburant (Ve) dans la région d'élévation (8) ou le volume (Vd) dans la région d'affaissement (10) et l'ajoute ou le soustrait du volume jaugé fourni à partir des mesures de hauteur du niveau (6) données par les sondes (11 et 12) et dépendant du débit du carburant entrant ou sortant du réservoir (1).
Description
bande de pâte chimique.
DISPOSITIF DE JAUGEAGE D'UN FLUIDE
La présente invention concerne un dispositif de jaugeage d'un fluide pour mesu rer la quantité de fluide d'u n réservoir pou rvu d' u n orifice d'ad mission et ou alternativement d'un orifice de sortie, le dispositif comprenant au moins une sonde de jeugeage de fluide disposée dans le réservoir pour mesurer la
hauteur du fluide à un endroit donné.
Les réservoirs de carburant d'avions comportent généralement un certain nombre de sondes conçues pour mesurer la hauteur du carburant aux divers endroits du réservoir. Connaissant la forme du réservoir, cette information peut être utilisée pour déterminer le volume du carburant et par conséquent sa masse. Les sondes peuvent être de différentes sortes mais elles sont le plus souvent du type capacitif et comportent deux tubes concentriques séparés par un espace annulaire rempli de carburant dont la hauteur est la même que le niveau du carburant à 1'extérieur de la sonde, de sorte que la capacité de la sonde varie selon la hauteur du carburant. Les sondes peuvent également être du type ultrasonique. Celles- ci fonctionnent en mesurant le temps entre la transmission et la réception d'une impuision acoustique transmise à travers le carburant, du fond de la sonde jusqu'à la surface du carburant o elle est à nouveau réfléchie au fond de la sonde. La précision avec laquelle la quantité de carburant peut être mesurée dans un avion a un effet significatif sur la rentabilité économique des vols. Dans un dispositif o la quantité de carburant ne peut être mesurée qu'avec une faible précision, une grande marge d'erreur doit être utilisée, conduisant ainsi au transport d'une plus grande masse de carburant, à une augmentation correspondante de la
consommation du carburant et à la réduction du poids utile en charge.
Les réservoirs à carburant d'avions comportent habituellement un orifice d'admission et un orifice de sortie par lesquels le carburant est fourni au réservoir ou évacué de ce réservoir. Ils sont utilisés pendant le ravitaillement au sol pour fournir du carburant aux réservoirs et entre les réservoirs. Les orifices d'admission et de sortie sont également utilisés pendant le vol lorsqu'il est nécessaire de redistribuer le carburant entre les réservoirs afin de changer la répartition du poids. Dans ce cas, le carburant est pompé de l'un des réservoirs par son orifice de sortie et introduit dans un autre réservoir par son orifice d'admission. Dans un avion, le carburant doit également circuler entre les réservoirs afin de le brasser pour réduire la stratification de la température dans les réservoirs. Les orifices d'admission et de sortie d'un réservoir sont habituellement situés sur son fond. Lorsque le carburant entre rapidement dans un réservoir par pompage, il provoque l'élévation de la surface du carburant directement au-dessus de l'orifice d'admission. De même, lorsque le carburant sort rapidement par 1'orifice de sortie, la surface du carburant se trouvant directement au-dessus de l'orifice de sortie s'affaisse. Toutes les sondes du réservoir étant situées loin des orifices d'admission et de sortie,
elles ne peuvent donc pas détecter ces élévations et affaissements localisés.
Par conséquent, lorsque le carburant entre dans le réservoir, les mesures des sondes sous-estiment la vraie quantité du carburant. Lorsque le carburant sort du réservoir, les mesures des sondes surestiment la vraie quantité du carburant. Réciproquement, un dispositif ayant une sonde située près de l'orifice d'admission peut conduire à une surestimation de la quantité de carburant lorsque le carburant entre dans le réservoir puisque la sonde mesurera la hauteur de la région localisée d'élévation. De même, si le dispositif a une sonde située près de l'orifice de sortie, cela peut conduire à une sous-estimation de la quantité du carburant lorsque le carburant sort du réservoir. Il y a également d'autres applications du jaugeage de fluides dans lesquelles
de pareilles incertitudes peuvent se produire.
L'objectif de la présente invention est de fournir une autre forme de dispositif
de jaugeage de fluides plus performant.
Ce dispositif de jaugeage d'un fluide tel que défini en préambule est caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur agencé pour indiquer la quantité du fluide entrant ou sortant du réservoir par l'orifice d'admission ou de sortie, un processeur agencé pour indiquer la quantité du fluide à partir des mesures de la sonde et du détecteur afin de compenser l'élévation et l'affaissement localisés de la surface du fluide dans la région de l'orifice d'admission ou de sortie. Le processeur peut être agencé pour calculer le volume du fluide dans la région d'élévation ou d'affaissement dudit fluide et peut être également agencé pour additionner le volume du fluide dans une région d'élévation au volume du fluide calculé à partir de la hauteur de la surface générale du fluide ou pour soustraire le volume du fluide dans une région d'affaissement du
volume du fluide calculé à partir de la hauteur de la surface générale du fluide.
Dans un dispositif o la sonde est située loin de l'orifice d'admission, le processeur est de préférence agencé pour augmenter l'indication de la quantité du fluide dans le réservoir au-dessus de celle résultant de la mesure
de la sonde lorsque le fluide entre dans le réservoir par l'orifice d'admission.
Dans un dispositif o la sonde est située loin de l'orifice de sortie, le processeur est de préférence agencé pour diminuer l'indication de la quantité du fluide dans le réservoir en dessous de celle résultant de la mesure de la sonde lorsque le fluide sort du réservoir par l'orifice de sortie. Dans un dispositif o la sonde est située au voisinage de l'orifice d'admission ou de sortie, le processeur est de préférence agencé pour calculer une hauteur corrigée du fait que la sonde tient compte du fluide entrant ou sortant du réservoir. Dans un dispositif o la sonde est située au voisinage de l'orifice d'admission, le processeur est de préférence agencé pour calculer l'augmentation de la hauteur, produite au niveau la sonde, du fluide circulant dans le réservoir, le processeur étant agencé pour daduire 1'augmentation calculée de hauteur, de la mesure de la sonde afin de calculer la hauteur de la surface générale du fluide à la sortie de la sonde. Dans un dispositif o la sonde est située au voisinage de l'orifice de sortie, le processeur est de préférence agencé pour calculer la diminution de la hauteur produite au niveau de la sonde du fluide à la sortie du réservoir, le processeur étant agencé pour additionner la diminution calculée de la hauteur à la mesure de la sonde, afin de calculer la hauteur de la surface générale du fluide à la sortie de la sonde. Le processeur est de préférence agencé pour calculer le volume du fluide dans la région d'élévation située au- dessus de l'orifice d'admission et l'additionner à un volume de fluide résultant de la hauteur calculée de la surface générale du fluide ou pour calculer le volume du fluide manquant dans la région d'affaissement située au-dessus de l'orifice de sortie et le soustraire d'un volume de fluide résultant de la hauteur calculée de la surface générale
du fluide.
Un dispositif de jaugeage de fluides d'avions selon la présente invention, est décrit ci-dessous à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une première forme du dispositif selon l'invention comportant deux sondes situées loin de l'orifice d'admission et de l'orifice de sortie du réservoir, la figure 2 est une vue en plan du réservoir du dispositif de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une seconde forme de réalisation du dispositif selon l'invention comportant deux sondes situées près de l'orifice d'admission et de l'orifice de sortie du réservoir, et
la figure 4 est une vue en plan du réservoir du dispositif de la figure 3.
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif comporte un réservoir de carbu rant d'avion 1 pourvu d' un orifice d 'ad mission 2 et d 'u n orifice de sortie 3 sur le fond 4. Le réservoir 1 contient du carburant 5 ayant une surface 6 représentée avec un angle d'inclinaison dû au mouvement ou à l'attitude de l'avion. Une pompe 7 alimente le réservoir 1 en carburant par son orifice d'admission 2. Ceci provoque, directement audessus de l'orifice d'admission 2, une petite région 8 présentant une légère élévation au-dessus de la surface générale 6, c'est-à-dire la surface en dehors des effets localisés, en raison de l'écoulement ascendant du carburant par l'orifice d'admission. Une deuxième pompe 9, en fonctionnement, pompe le carburant 5 du réservoir 1 par l'orifice de sortie 3. Ce qui provoque un léger affaissement de la région située directement au-dessus de l'orifice de sortie 3, comme l'indique la ligne
discontinue 10.
Le dispositif comprend deux sondes de jaugeage de carburant 11 et 12, bien que n'importe quel nombre de sondes pourraient être utilisoes. Les sondes 11 et 12 sont des sondes de type ultrasonique commercialisées par Smiths Aerospace Limited de Cheltenham en Angleterre mais elles pourraient être remplacées par n'importe quelle variante de sonde de mesure de hauteur, telles que du type capacitif. Les sondes 11 et 12 sont fixées verticalement dans le réservoir 1, I'une à côté de l'autre, et sont immergées dans le carburant 5. Dans le présent exemple, les deux sondes 11 et 12 sont placées loin des régions 8 et 10 dans lesquelles la surface 6 du carburant pourrait être élevée ou abaissée sous l'effet de l'entrée ou de la sortie du carburant du réservoir 1. Le dispositif comporte également des débitmètres massiques 22 et 23 situés à l'orifice d'admission 2 et à l'orifice de sortie 3 pour mesurer le débit de carburant entrant ou sortant du réservoir 1. Les débitmètres peuvent étre volumétriques. Une unité de traitement 30 est reliée au dispositif de façon à recevoir les mesures des sondes 11 et 12 et des débitmètres 22 et 23 et fournit une mesure indiquant la quantité de carburant à l'aide d'un affichage
31 ou d'autres moyens adaptés.
Le processeur 30 est conçu pour compenser l'incertitude sur la mesure de la quantité due à l'entrée ou à la sortie du carburant du réservoir 1, et qui survient si la quantité est calculée seulement à partir des mesures des sondes 11 et 12. Le processeur 30 évalue le volume du carburant Ve dans la région d'élévation 8 ou le volume Vd dans la région d'affaissement 10 et l'ajoute ou le soustrait du volume jaugé Vg fourni à partir des mesures des sondes 11 et 12 et dépendant du débit du carburant entrant par l'orifice d'admission 2 ou sortant par l'orifice de sortie 3. Les volumes Ve et Vd sont respectivement calculés à partir des mesures des débitmètres 22 et 23. Ces mesures sont conjointement utilisées avec les mesures de la densité pour calculer la masse du carburant entrant ou sortant du réservoir et à partir d'autres facteurs connus tels que la section de l'orifice d'admission ou de l'orifice de sortie et la hauteur approximative calculée dans les régions d'élévation ou d'affaissement situées au-dessus de l'orifice d'admission ou de l'orifice de sortie. Cette S information permet au processeur 30 de déterminer la forme et la hauteur approximatives des régions d'élévation 8 ou d'affaissement 10 et d'en calculer les volumes Ve et Vd. Lorsque ces volumes correctifs Ve et Vd sont ajoutés ou soustraits du volume mesuré Vg on obtient une meilleure précision sur la
valeur du volume instantané réel du carburant dans le réservoir 1.
En référence aux figures 3 et 4, le dispositif représenté comporte des composants identiques à ceux du dispositif illustré par les figures 1 et 2 et qui portent le même numéro de référence en ajoutant un prime '. Ce dispositif diffère de celui représenté par les figures 1 et 2 en ce que les sondes 11' et 12' sont à différents endroits, c'est-à-dire situées près de l'orifice d'admission 2' et de l'orifice de sortie 3', si bien qu'elies seront influencées par la région d'élévation 8'ou la région d'affaissement 10'. Le processeur 30' est modifié de façon appropriée pour compenser ce défaut. Lorsque le carburant coule dans le réservoir 1' à un débit suffisant pour produire une région d'élévation 8', la sonde 11' fournit une mesure indiquant la hauteur h', au-dessus de la hauteur h, de la surface générale 6' du carburant. Si ces hauteurs sont utilisées dans les calcuis de la quantité de carburant sans correction, on obtient une valeur exagérément élevée. Les erreurs peuvent être aggravées lorsque les mesures de la sonde 11' sont utilisées pour déterminer l'angle de la surface 6' du carburant parce qu'une erreur relativement petite de cet angle occasionnerait une grande erreur dans le calcul du volume, particulièrement dans le cas des réservoirs d'une certaine forme. Un autre problème pourrait se poser dans les dispositifs o le réservoir comporte un plus grand nombre de sondes et o les mesures de la hauteur fournies par la sonde sélectionnée parmi les nombreuses sondes, sont utilisées pour estimer la hauteur que mesurent les autres sondes, si bien que toute divergence entre la hauteur estimée et la hauteur réelle donnée par les autres sondes sera perçue comme une erreur de la sonde ou du dispositif. Un tel dispositif est décrit dans la publication GB 2352523. Dans un tel dispositif, une mesure élevée fournie par une sonde placée près d'un orifice d'admission ou une mesure basse fournie par une sonde placce près d'un orifice de sortie est considérce comme provenant d'une sonde défectueuse ou d'un dispositif défectueux. Le processeur 30' détermine la forme de la région d'élévation 8' de la méme manière que décrit en référence aux figures 1 et 2. Le processeur 30' calcule l'accroissement de la hauteur dh à la sonde 11' en raison de l'élévation de la surface 6' du carturant et soustrait le résultat de la hauteur h' mesurée par la sonde, pour calculer la hauteur h de la surface générale du carburant à la sortie de la sonde. Cette hauteur corrigée h, est alors utilisée dans le calcul du volume du carburant Vg. Cependant, ce volume Vg, ne tient pas compte du volume supplémentaire Ve du carburant dans la région d'élévation 8' située au-dessus de l'orifice d'admission 2', mais ce volume supplémentaire est ajouté au voiume mesuré pour fournir le résultat Vg + Ve à l'affichage 31', indiquant ainsi le vrai volume total dans le réservoir. Ce volume total peut être
converti en masse de la manière habituelle.
De même, lorsque le carburant 5 sort par l'orifice de sortie 3', le processeur ' calcule la hauteur dh2 de laquelle la surface 6' s'affaisse à la position de la sonde 12' située près de l'orifice de sortie. Le processeur 30' ajoute cette valeur corrective à la hauteur h'2 mesurée par la sonde 12' afin de déterminer la hauteur h2 de la surface générale 6' à la sortie de la sonde. Le volume Vd' de la région d'affaissement est calculé et soustrait du volume calculé à partir
de la hauteur corrigée h2.
On notera que lorsque aucun carburant n'entre ou ne sort du réservoir par l'orifice d'admission ou l'orifice de sortie, ou lorsqu'un écoulement est à un débit insuffisant pour causer l'élévation ou l'affaissement de la surface, le dispositif fonctionnera normalement sans besoin de correction. La plupart des réservoirs de carburant d'avions disposent de plus de deux sondes dont la
plupart sont situées loin de l'orifice d'admission et de l'orifice de sortie.
La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation préférées décrites, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier. En particulier, I'invention n'est pas exclusivement réservée S aux applications de jaugeage du carburant dans les avions mais peut s'utiliser dans d'autres applications de jaugeage de fluides. Dans certains réservoirs, u ne même ouvertu re peut servi r à la fois d 'orifice d'ad m ission et d 'orifice de sortie. Il n'est pas toujours nécessaire d'employer des débitmètres séparés puisque dans certains cas il est possible d'estimer le débit du flux entrant ou sortant du réservoir par des données de contrôle de la pompe, telles que sa vitesse ou puissance de consommation. Certains réservoirs peuvent ne comporter qu'un orifice d'admission ou d'un orifice de sortie situé sur le
plancher du réservoir.
Claims (10)
1. Dispositif de jaugeage d'un fluide pour mesurer la quantité de fluide d'un réservoir (1, 1') pourvu d'un orifice d'admission (2, 2') et ou alternativement d'un orifice de sortie (3, 3'), le dispositif comprenant au moins une sonde de jaugeage de fluide (11, 12, 11', 12') disposée dans le réservoir pour mesurer la hauteur du fluide à un endroit donné, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (22, 23, 22', 23') agencé pour indiquer la quantité de fluide entrant ou sortant du réservoir (1, 1') par l'orifice d'admission (2, 2') ou de sortie (3, 3'), un processeur (30, 30') agencé pour indiquer la quantité de fluide à partir des mesures de la sonde (1 1, 12, 11', 12') et du détecteur (22, 23, 22', 23') afin de compenser l'élévation et l'affaissement localisés de la surface du fluide (6, 6') dans la région (8, 10, 8', 10') de l'orifice d'admission (2, 2') ou de
sortie (3, 3').
2. Dispositif de jaugeage d'un fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processeur (30, 30') est agencé pour calculer le volume du
fluide (Ve, Vd) dans la région d'élévation ou d'affaissement (8, 10, 8', 10').
3. Dispositif de jaugeage d'un fluide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le processeur (30, 30') est agencé pour additionner le volume de fluide (Ve) d'une région d'élévation (8, 8') au volume de fluide calculé à
partir de la hauteur d'une surface générale du fluide (6, 6 ').
4. Dispositif de jeugeage d'un fluide selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le processeur (30, 30') est agencé pour soustraire le volume de fluide (V) d'une région d'affaissement (10, 10') d'un volume de fluide calculé à partir de la hauteur d'une surface générale du
fluide (6, 6').
5. Dispositif de jaugeage d'un fluide selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel la sonde (11) est disposée loin
de l'orifice d'admission (2), caractérisé en ce que le processeur (30) est agencé pour augmenter l'indication de la quantité du fluide dans le réservoir (1) au-dessus de celle résultant de la mesure de la sonde
lorsque le fluide entre dans le réservoir par l'orifice d'admission (2).
6. Dispositif de jaugeage d'un fluide selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel la sonde (12) est disposoe loin
de l'orifice de sortie (3), caractérisé en ce que le processeur (30) est agencé pour diminuer l'indication de la quantité du fluide dans le réservoir (1) en dessous de celle résultant de la mesure de la sonde
lorsque o le fluide sort du réservoir par l'orifice de sortie (3).
7. Dispositif de jeugeage d'un fluide selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4, dans lequel la sonde (11', 12') est disposée au
voisinage de l'orifice d'admission (2') ou de sortie (3'), caractérisé en ce que le processeur (30') est agencé pour calculer une hauteur de fluide corrigée à la sortie de la sonde (11', 12') afin de tenir compte de l'entrée
ou de la sortie du fluide du réservoir (1').
8. Dispositif de jaugeage d'un fluide selon la revendication 7, dans lequel la sonde (11') est disposoe au voisinage de l'orifice d'admission (2'), caractérisé en ce que le processeur (30') est agencé pour calculer I'augmentation de la hauteur (dh), produite au niveau de la sonde (11'), du fluide circulant dans le réservoir (1'), en ce que le processeur (30') est agencé pour déduire l'augmentation calculée de hauteur (dh) de la mesure (h') de la sonde, afin de calculer la hauteur (h,) de la surface
générale (6') du fluide à la sortie de la sonde.
9. Dispositif de jaugeage d'un fluide selon la revendication 7, dans lequel la sonde (12') est disposée au voisinage de l'orifice de sortie (3'), caractérisé en ce que le processeur (30') est agencé pour calculer la diminution de la hauteur (dh2), produite au niveau de la sonde (12'), du fluide à la sortie du réservoir (1'), en ce que le processeur (30') est agencé pour additionner la diminution calculée de la hauteur (dh2) à la mesure (h2') de la sonde, afin de calculer la hauteur (h2) de la surface
générale (6') du fluide à la sortie de la sonde (12').
10. Dispositif de jaugeage d'un fluide selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le processeur (30') est agencé pour calculer le volume du fluide dans la région d'élévation (8') située au-dessus de l'orifice d'admission (2') et l'additionner à un volume de fluide résultant de la hauteur calculée (h) de la surface générale (6') du fluide ou pour calculer le volume du fluide manquant dans la région d'affaissement située au-dessus de l'orifice de sortie (3') et le soustraire d'un volume de fluide résultant de la hauteur calculée (h2) de la surface générale (6') du
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