RU80674U1

RU80674U1 - ON-BOARD FUEL MEASURING ELECTRIC CAPACITY SYSTEM

Info

Publication number: RU80674U1
Application number: RU2008136942/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Федорович Фурмаков; Олег Федорович Петров; Игорь Степанович Калыгин; Виктор Александрович Дрюк; Геннадий Дмитриевич Сеитов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Техприбор"
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2009-02-20

Abstract

Полезная модель относится к авиаприборостроению и может быть использована для измерения массы топлива в топливных баках самолета. Предложенная система содержит установленные в топливном баке датчики уровня топлива и поплавковые магнитоуправляемые сигнализаторы уровня топлива, а также первый блок измерения объема топлива, блок вычисления массы топлива и средство определения пространственного положения свободной поверхности топлива. Кроме того, в состав системы входит установленный в топливном баке мультисенсор характеристических параметров топлива, содержащий датчик температуры, датчик диэлектрической проницаемости и датчик скорости ультразвука в топливе. Датчик уровня топлива предложенной системы представляет собой электроемкостный датчик уровня, конструктивно совмещенный с ультразвуковым датчиком уровня. Электроемкостный датчик уровня выполнен в виде коаксиального цилиндрического конденсатора с внешним и внутренним электродами, а ультразвуковой датчик уровня топлива выполнен в виде трубчатого акустического волновода, причем в нижней части этого волновода установлен пьезоэлектрический преобразователь, а внутри расположен с возможностью свободного продольного перемещения поплавковый акустический отражатель. При этом в качестве упомянутого трубчатого акустического волновода в предложенной системе использован внутренний электрод электроемкостного датчика уровня топлива, а в качестве поплавка поплавкового магнитоуправляемого сигнализатора уровня топлива использован поплавковый акустический отражатель с установленными в нем постоянным магнитом. Помимо этого, полезная модель содержит второй блок измерения объема топлива, блок измерения плотности топлива и компаратор плотности топлива. Техническим результатом полезной модели является снижение погрешности измерения массы топлива, в том числе - при заправке топливного бака смесью различных авиационных топлив или авиационным топливом неустановленной марки.The utility model relates to aircraft instrumentation and can be used to measure the mass of fuel in the fuel tanks of an airplane. The proposed system comprises fuel level sensors and magnetically operated float alarms of the fuel level installed in the fuel tank, as well as a first fuel volume measuring unit, a fuel mass calculation unit, and means for determining the spatial position of the free surface of the fuel. In addition, the system includes a multisensor of fuel characteristic parameters installed in the fuel tank, comprising a temperature sensor, a dielectric constant sensor, and an ultrasound speed sensor in the fuel. The fuel level sensor of the proposed system is an electro-capacitive level sensor, structurally combined with an ultrasonic level sensor. The electric capacitive level sensor is made in the form of a coaxial cylindrical capacitor with external and internal electrodes, and the ultrasonic fuel level sensor is made in the form of a tubular acoustic waveguide, with a piezoelectric transducer installed in the lower part of this waveguide, and a float acoustic reflector located inside with the possibility of free longitudinal movement. In this case, the internal electrode of the electric capacitive fuel level sensor was used as the mentioned tubular acoustic waveguide in the proposed system, and the acoustic magnetic reflector with a permanent magnet installed in it was used as a float of a magnetically operated fuel level switch. In addition, the utility model includes a second fuel volume measuring unit, a fuel density measuring unit, and a fuel density comparator. The technical result of the utility model is to reduce the error in measuring the mass of fuel, including when refueling a fuel tank with a mixture of various aviation fuels or aviation fuel of an unknown brand.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к авиаприборостроению и может быть использована для измерения массы топлива в топливных баках летательного аппарата.The proposed utility model relates to aircraft instrumentation and can be used to measure the mass of fuel in the fuel tanks of an aircraft.

Известна топливомерная электроемкостная система, содержащая установленный в топливном баке электроемкостный датчик уровня, выполненный в виде двух, изготовленных из диэлектрика, коаксиальных труб - внешней и внутренней, на обращенных друг к другу сторонах которых расположены металлические электроды, подключенные к блоку измерения количества топлива (см. патент US 2004194545, МПК В64Д 37/02; G01F 23/26; В64Д 37/00; G01F 23/22).A fuel-gauge electric capacitive system is known, which contains an electric capacitive level sensor installed in the fuel tank, made in the form of two coaxial pipes made of a dielectric - external and internal, on whose sides facing each other are metal electrodes connected to a fuel quantity measuring unit (see US patent 2004194545, IPC V64D 37/02; G01F 23/26; V64D 37/00; G01F 23/22).

Недостатком этой системы является низкая влагоустойчивость, связанная с возникновением паразитных токов утечки при увлажнении поверхностей диэлектрических коаксиальных труб. Указанный недостаток препятствует использованию известной системы на борту летательного аппарата из-за утраты работоспособности при образовании водного конденсата на упомянутых поверхностях при резких изменениях высоты полета.The disadvantage of this system is the low moisture resistance associated with the occurrence of spurious leakage currents when wetting the surfaces of dielectric coaxial pipes. This drawback prevents the use of the known system on board the aircraft due to loss of performance during the formation of water condensate on the mentioned surfaces with sharp changes in flight altitude.

От данного недостатка свободна известная топливомерная электроемкостная система, содержащая установленный в топливном баке и подключенный ко входу блока измерения объема топлива электроемкостный датчик уровня, выполненный в виде цилиндрического коаксиального конденсатора, содержащего два металлических концентрических электрода: внешний электрод и внутренний электрод (см. патент RU 2300742, МПК G01F 23/24, 23/26).The known fuel gauge electric capacitive system is free from this drawback, it contains an electric capacitive level sensor mounted in the fuel tank and connected to the input of the fuel volume measuring unit, made in the form of a cylindrical coaxial capacitor containing two metal concentric electrodes: an external electrode and an internal electrode (see patent RU 2300742 IPC G01F 23/24, 23/26).

Недостатком известной системы является существенная погрешность измерения массы топлива при изменении его плотности, вызванном, например, заменой топлива в топливном баке на топливо другой марки.A disadvantage of the known system is the significant error in measuring the mass of fuel when its density changes, caused, for example, by replacing fuel in a fuel tank with another brand of fuel.

Указанная погрешность значительно снижена в известной топливомерной электроемкостной системе летательного аппарата, в состав которой входят датчики уровня топлива, подключенные ко входу блока измерения объема топлива, и преобразователь характеристических параметров топлива, содержащий датчик The specified error is significantly reduced in the known fuel gauge electrical capacitive system of an aircraft, which includes fuel level sensors connected to the input of the fuel volume measuring unit, and a converter of characteristic fuel parameters containing a sensor

температуры топлива и датчик диэлектрической проницаемости топлива, подключенные к устройству вычисления плотности топлива (см. патент RU 2317231, МПК В64Д 37/14; G01F 23/26).fuel temperature and a dielectric constant sensor of fuel connected to a device for calculating fuel density (see patent RU 2317231, IPC V64D 37/14; G01F 23/26).

Данная система обладает высокой точностью измерения массы отечественных авиатоплив, например, топлив марок Т-6, Т-8 и РТ, поскольку они характеризуются относительно узким разбросом зависимостей плотности топлива от температуры и диэлектрической проницаемости.This system has a high accuracy in measuring the mass of domestic aviation fuels, for example, T-6, T-8 and RT fuels, since they are characterized by a relatively narrow range of dependences of fuel density on temperature and dielectric constant.

Однако, при использовании зарубежных авиатоплив, например, топлив марок JP-1, JP-4 и АТК известная система обладает значительной погрешностью измерения массы топлива, поскольку разброс упомянутых зависимостей для этих топлив существенно шире по сравнению с отечественными (см., например, И.Н.Шишков и др. Авиационные ГСМ и спецжидкости. М., «Транспорт», 1979).However, when using foreign jet fuels, for example, JP-1, JP-4 and ATK fuels, the known system has a significant error in measuring the mass of the fuel, since the spread of the above dependences for these fuels is much wider than domestic ones (see, for example, I. N. Shishkov et al. Aviation fuels and lubricants and special fluids. M., "Transport", 1979).

Указанного недостатка лишена известная бортовая топливомерная электроемкостная система, содержащая датчики уровня топлива и сигнализаторы уровня топлива, установленные в топливном баке, а также первый блок измерения объема топлива, блок вычисления массы топлива и средство определения положения свободной поверхности топлива [см. патент RU 2152594, МПК G01F 17/00]. Данная система принята за ближайший аналог (прототип) предлагаемой полезной модели.This drawback is deprived of the known on-board fuel-meter electric-capacitive system containing fuel level sensors and fuel level indicators installed in the fuel tank, as well as a first fuel volume measuring unit, a fuel mass calculating unit, and means for determining the position of the free surface of the fuel [see patent RU 2152594, IPC G01F 17/00]. This system is taken as the closest analogue (prototype) of the proposed utility model.

Измерение массы топлива этой системой производится последовательно в два этапа. В течение первого этапа измеряется объем топлива в топливном баке на основе информации, получаемой первым блоком измерения объема топлива от установленных в топливном баке датчиков уровня и сигнализаторов уровня топлива. На втором этапе вычисляется масса топлива в топливном баке на основе информации об объеме топлива, получаемой блоком вычисления массы топлива из первого блока измерения объема топлива, а также на основе информации об усредненных значениях параметров авиационных топлив каждой отечественной и зарубежной марок, хранящейся в памяти блока вычисления массы топлива.Fuel mass measurement by this system is carried out sequentially in two stages. During the first stage, the fuel volume in the fuel tank is measured based on the information received by the first fuel volume measuring unit from the level sensors and fuel level alarms installed in the fuel tank. At the second stage, the fuel mass in the fuel tank is calculated on the basis of information on the fuel volume obtained by the fuel mass calculation unit from the first fuel volume measuring unit, as well as on the basis of information about the average values of aviation fuel parameters of each domestic and foreign brands stored in the memory of the calculation unit mass of fuel.

К недостаткам известной топливомерной системы относятся, во-первых, необходимость ручного введения данных о фактической марке топлива, заправляемого в топливные баки летательного аппарата в процессе его предполетной подготовки; этот недостаток не только усложняет и удлиняет The disadvantages of the known fuel gauge system include, firstly, the need to manually enter data on the actual brand of fuel refueled in the fuel tanks of the aircraft during its preflight preparation; this drawback not only complicates and lengthens

процедуру предполетной подготовки, но и создает возможность ошибки оператора при введении указанных данных.pre-flight preparation procedure, but also creates the possibility of operator error when entering the specified data.

Во-вторых, к недостаткам прототипа относится значительная погрешность вычисления массы топлива, возникающая при допускаемой правилами летной эксплуатации гражданских воздушных судов заправке летательного аппарата смесью авиационных топлив нескольких различных марок.Secondly, the disadvantages of the prototype include a significant error in calculating the mass of fuel that occurs when the aircraft rules allow the aircraft to be refueled with a mixture of aviation fuels of several different grades.

Кроме того, работа сигнализаторов уровня топлива в известной топливомерной системе недостаточно надежна, поскольку формирование первичной информации о достижении топливом заданного уровня производится единичным формирователем и не дублируется.In addition, the operation of the fuel level alarms in the known fuel gauge system is not reliable enough, since the formation of the primary information on the achievement of the fuel level is made by a single shaper and is not duplicated.

Задачей предлагаемой полезной модели и ее техническим результатом является обеспечение точного измерения массы топлива в топливных баках летательного аппарата при его заправке различными марками отечественных и зарубежных авиационных топлив, в том числе - при заправке смесью топлив нескольких различных марок, а также при заправке авиационным топливом, марка которого не установлена.The objective of the proposed utility model and its technical result is to ensure accurate measurement of the mass of fuel in the fuel tanks of the aircraft when refueling with various brands of domestic and foreign aviation fuels, including when refueling with a mixture of fuels of several different grades, as well as when refueling with aviation fuel, brand which is not installed.

Для решения поставленной задачи изменены конструкция и состав элементов известной бортовой топливомерной электроемкостной системы.To solve this problem, the design and composition of elements of the known on-board fuel-gauge electrical capacitive system have been changed.

В состав предложенной системы входят первый блок измерения объема топлива, блок вычисления массы топлива, средство определения пространственного положения свободной поверхности топлива, а также установленные в топливном баке датчики уровня топлива и сигнализаторы уровня топлива.The proposed system includes a first fuel volume measuring unit, a fuel mass calculation unit, a means for determining the spatial position of the free surface of the fuel, as well as fuel level sensors and fuel level indicators installed in the fuel tank.

Средство определения положения свободной поверхности топлива подключено к одному из входов первого блока измерения объема топлива, другие входы которого подсоединены каждый к выходу одного из электроемкостных датчиков уровня топлива, а выход упомянутого блока соединен с первым входом блока вычисления массы топлива.The means for determining the position of the free surface of the fuel is connected to one of the inputs of the first unit for measuring the volume of fuel, the other inputs of which are each connected to the output of one of the electric capacitive sensors of the fuel level, and the output of the said unit is connected to the first input of the unit for calculating the fuel mass.

В заявленном устройстве новым по отношению к прототипу является то, что, согласно полезной модели, в его состав дополнительно введен установленный в топливном баке мультисенсор характеристических параметров топлива, содержащий датчик скорости ультразвука в топливе, датчик температуры топлива In the claimed device, new in relation to the prototype is that, according to the utility model, it includes an additional multisensor of fuel characteristic parameters installed in the fuel tank, comprising an ultrasonic velocity sensor in the fuel, a fuel temperature sensor

и датчик диэлектрической проницаемости топлива.and a dielectric constant sensor of fuel.

Кроме того, согласно полезной модели, в систему дополнительно введены второй блок измерения объема топлива, блок измерения плотности топлива и компаратор плотности топлива, в состав которого входят вычислитель плотности топлива, а также первый, второй и третий преобразователи плотности топлива, выход каждого из которых подключен к одному из входов вычислителя плотности топлива.In addition, according to a utility model, a second fuel volume measuring unit, a fuel density measuring unit and a fuel density comparator, which includes a fuel density calculator, as well as the first, second and third fuel density converters, the output of each of which is connected, are additionally introduced into the system to one of the inputs of the fuel density calculator.

Согласно полезной модели, каждый из датчиков уровня топлива предложенной системы представляет собой электроемкостный датчик уровня, совмещенный с ультразвуковым датчиком уровня, при этом электроемкостный датчик уровня представляет собой цилиндрический коаксиальный конденсатор с внешним и внутренним электродами, а ультразвуковой датчик уровня представляет собой трубчатый акустический волновод, снабженный первым пьезоэлектрическим преобразователем и поплавковым акустическим отражателем, причем в качестве трубчатого акустического волновода использован внутренний электрод электроемкостного датчика уровня, внутри которого установлен с возможностью продольного перемещения поплавковый акустический отражатель.According to a utility model, each of the fuel level sensors of the proposed system is an electric capacitive level sensor combined with an ultrasonic level sensor, while the electric capacitive level sensor is a cylindrical coaxial capacitor with external and internal electrodes, and the ultrasonic level sensor is a tubular acoustic waveguide equipped with the first piezoelectric transducer and float acoustic reflector, moreover, as a tubular acoustic About the waveguide, an internal electrode of an electric capacitive level sensor was used, inside of which a float acoustic reflector was mounted with the possibility of longitudinal movement.

Сигнализатор уровня топлива предложенной системы представляет собой поплавковый магнитоуправляемый сигнализатор, содержащий поплавок с установленным в нем постоянным магнитом и магниточувствительный модуль с установленным в нем магнитоуправляемым контактом, предназначенным для подключения к внешним системам, причем в качестве поплавка сигнализатора уровня топлива использован поплавковый акустический отражатель ультразвукового датчика уровня, а магниточувствительный модуль сигнализатора уровня топлива установлен на внешнем электроде электроемкостного датчика уровня.The fuel level switch of the proposed system is a magnetically controlled float detector containing a float with a permanent magnet installed in it and a magnetically sensitive module with a magnetically controlled contact installed in it, designed to be connected to external systems, and the acoustic level float reflector of the ultrasonic level sensor is used as a fuel level indicator float , and the magneto-sensitive module of the fuel level indicator is installed on an external electric Electrode capacitive level sensor.

Поплавковый акустический отражатель может представлять собой либо полый металлический поплавок с плоской нижней отражающей поверхностью, либо плоскую металлическую отражающую пластину, установленную на нижней поверхности неметаллического поплавка.An acoustic float reflector can be either a hollow metal float with a flat lower reflective surface or a flat metal reflective plate mounted on the lower surface of a non-metallic float.

Один из выходов второго блока измерения объема топлива предложенной системы подключен ко второму входу блока вычисления массы топлива, третий One of the outputs of the second unit for measuring the fuel volume of the proposed system is connected to the second input of the unit for calculating the fuel mass, the third

вход которого соединен с выходом блока измерения плотности топлива, а четвертый вход - с выходом компаратора плотности топлива, один из входов блока измерения плотности топлива соединен с соответствующим выходом первого блока измерения объема топлива, а другой вход - с соответствующим выходом второго блока измерения объема топлива.the input of which is connected to the output of the fuel density measuring unit, and the fourth input is connected to the output of the fuel density comparator, one of the inputs of the fuel density measuring unit is connected to the corresponding output of the first fuel volume measuring unit, and the other input to the corresponding output of the second fuel volume measuring unit.

Входящие в состав мультисенсора характеристических параметров топлива датчики подключены следующим образом: датчик температуры топлива подключен ко входу первого преобразователя плотности топлива, датчик диэлектрической проницаемости топлива подключен ко входу второго преобразователя плотности топлива и к соответствующему входу первого блока измерения объема топлива, а датчик скорости ультразвука в топливе подключен ко входу третьего преобразователя плотности топлива и к соответствующему входу второго блока измерения объема топлива. Датчик скорости ультразвука в топливе представляет собой цилиндрический акустический волновод, снабженный реперным элементом и вторым пьезоэлектрическим преобразователем, а датчик диэлектрической проницаемости топлива представляет собой цилиндрический коаксиальный конденсатор, внутренним электродом которого служит нижняя часть цилиндрического акустического волновода, охваченная внешним кольцевым электродом.The sensors included in the multisensor of the fuel characteristic parameters are connected as follows: the fuel temperature sensor is connected to the input of the first fuel density transducer, the dielectric constant of the fuel is connected to the input of the second fuel density transducer and to the corresponding input of the first fuel volume measuring unit, and the ultrasound speed sensor in the fuel connected to the input of the third fuel density transducer and to the corresponding input of the second volume measurement unit, Lebanon. The ultrasonic velocity sensor in the fuel is a cylindrical acoustic waveguide equipped with a reference element and a second piezoelectric transducer, and the dielectric constant of the fuel is a cylindrical coaxial capacitor, the inner electrode of which is the lower part of the cylindrical acoustic waveguide, covered by an external ring electrode.

Средство определения пространственного положения свободной поверхности топлива снабжено вторым выходом, подключенным к соответствующему входу второго блока измерения объема топлива, другие входы которого соединены каждый с выходом одного из ультразвуковых датчиков уровня, а выход блока вычисления массы топлива предназначен для подсоединения к внешним системам.The means for determining the spatial position of the free surface of the fuel is provided with a second output connected to the corresponding input of the second fuel volume measuring unit, the other inputs of which are each connected to the output of one of the ultrasonic level sensors, and the output of the fuel mass calculation unit is designed to be connected to external systems.

Реперный элемент датчика скорости ультразвука в топливе может представлять собой либо отверстие в стенке цилиндрического акустического волновода, либо стержень, установленный в диаметральном сечении последнего, при этом второй пьезоэлектрический преобразователь этого волновода установлен в его нижней части.The reference element of the ultrasound velocity sensor in the fuel can be either a hole in the wall of a cylindrical acoustic waveguide or a rod installed in the diametric section of the latter, while the second piezoelectric transducer of this waveguide is installed in its lower part.

Устройство и работа предложенной системы поясняется Фиг.1 и Фиг.2.The device and operation of the proposed system is illustrated in figure 1 and figure 2.

На Фиг.1 представлена функциональная схема предложенной системы, а на Фиг.2 - общий вид датчика уровня топлива, совмещенного с сигнализатором Figure 1 presents a functional diagram of the proposed system, and figure 2 is a General view of the fuel level sensor, combined with a signaling device

уровня топлива.fuel level.

На Фигурах введены следующие обозначения: 1 - топливный бак, 2 - мультисенсор характеристических параметров топлива, 3 - датчик уровня топлива, 4 - сигнализатор уровня топлива, 5 - блок вычисления массы топлива, 6 и 7 - первый и второй блоки измерения объема топлива, соответственно, 8 - компаратор плотности топлива, 9 - блок измерения плотности топлива, 10 - средство определения пространственного положения свободной поверхности топлива, 11, 12 и 13 - первый, второй и третий преобразователи плотности топлива, соответственно, 14 - вычислитель плотности топлива, 15 - датчик температуры топлива, 16 - датчик диэлектрической проницаемости топлива, 17 - датчик скорости ультразвука в топливе, 18 - внешний электрод электроемкостного датчика уровня, 19 - внутренний электрод электроемкостного датчика уровня, 20 - первый пьезоэлектрический преобразователь, 21 - поплавковый акустический отражатель, 22 - постоянный магнит, 23 - магнитоуправляемый контакт, 24 - цилиндрический акустический волновод, 25 - реперный элемент, 26 - второй пьезоэлектрический преобразователь, 27 - кольцевой электрод, 28 - фланец, 29 - втулка, 30 - дренажное отверстие, 31 - внешние системы.The following designations are introduced in the Figures: 1 - fuel tank, 2 - multisensor of fuel characteristic parameters, 3 - fuel level sensor, 4 - fuel level indicator, 5 - fuel mass calculation unit, 6 and 7 - first and second fuel volume measuring units, respectively , 8 - fuel density comparator, 9 - fuel density measuring unit, 10 - means for determining the spatial position of the free surface of the fuel, 11, 12 and 13 - first, second and third fuel density converters, respectively, 14 - fuel density calculator a, 15 - fuel temperature sensor, 16 - dielectric permittivity sensor of fuel, 17 - ultrasound velocity sensor in fuel, 18 - external electrode of an electric capacitive level sensor, 19 - internal electrode of an electric capacitive level sensor, 20 - first piezoelectric transducer, 21 - float acoustic reflector , 22 - permanent magnet, 23 - magnetically controlled contact, 24 - cylindrical acoustic waveguide, 25 - reference element, 26 - second piezoelectric transducer, 27 - ring electrode, 28 - flange, 29 - sleeve, 30 - drainage th hole, 31 - external systems.

Предложенная система содержит установленные в топливном баке 1 мультисенсор 2 характеристических параметров топлива, датчики уровня топлива 3 и сигнализаторы уровня топлива 4. Система также содержит электронные блоки: блок вычисления массы топлива 5, первый и второй блоки измерения объема топлива 6 и 7, соответственно, компаратор плотности топлива 8, блок измерения плотности топлива 9 и средство определения пространственного положения свободной поверхности топлива 10. В состав компаратора плотности топлива 8 входят первый, второй и третий преобразователи плотности топлива 11, 12 и 13, соответственно, а также вычислитель плотности топлива 14. В состав мультисенсора 2 характеристических параметров топлива входят датчик температуры 15, датчик диэлектрической проницаемости топлива 16 и датчик скорости ультразвука в топливе 17. Каждый из датчиков уровня топлива 3 представляет собой электроемкостный датчик уровня, совмещенный с ультразвуковым датчиком уровня. При этом в состав электроемкостного датчика уровня входят внешний и внутренний коаксиальные цилиндрические электроды 18 The proposed system comprises a multisensor 2 of fuel characteristic parameters installed in the fuel tank 1, fuel level sensors 3 and fuel level sensors 4. The system also contains electronic units: fuel mass calculation unit 5, first and second fuel volume measurement units 6 and 7, respectively, a comparator the density of the fuel 8, the unit for measuring the density of the fuel 9 and the means for determining the spatial position of the free surface of the fuel 10. The composition of the comparator of the density of fuel 8 includes the first, second and third items fuel density converters 11, 12, and 13, respectively, as well as a fuel density calculator 14. The multisensor 2 of the fuel characteristic parameters includes a temperature sensor 15, a dielectric constant of the fuel 16, and an ultrasonic velocity sensor in the fuel 17. Each of the fuel level sensors 3 represents It is an electric capacitive level sensor combined with an ultrasonic level sensor. In this case, the electric capacitive level sensor includes external and internal coaxial cylindrical electrodes 18

и 19, соответственно, а в состав ультразвукового датчика уровня входят первый пьезоэлектрический преобразователь 20 и трубчатый акустический волновод, в качестве которого использован внутренний электрод 19 электроемкостного датчика уровня. Внутри трубчатого акустического волновода установлен с возможностью свободного перемещения вдоль продольной оси последнего поплавковый акустический отражатель 21 с плоской металлической отражающей нижней поверхностью.and 19, respectively, and the composition of the ultrasonic level sensor includes a first piezoelectric transducer 20 and a tubular acoustic waveguide, which is used as an internal electrode 19 of an electric capacitive level sensor. Inside the tubular acoustic waveguide is installed with the possibility of free movement along the longitudinal axis of the latter float acoustic reflector 21 with a flat metal reflective lower surface.

Сигнализатор уровня топлива 4 представляет собой поплавковый магнитоуправляемый сигнализатор. В качестве поплавка этого сигнализатора использован поплавковый акустический отражатель 21, в котором установлен постоянный стержневый магнит 22; магниточувствительный модуль сигнализатора 4 содержит магнитоуправляемый контакт 23 и установлен на внешнем электроде 18 электроемкостного датчика уровня.The fuel level switch 4 is a magnetic float switch. As a float for this detector, a float acoustic reflector 21 is used, in which a permanent bar magnet 22 is installed; the magnetosensitive module of the signaling device 4 contains a magnetically controlled contact 23 and is mounted on the external electrode 18 of the electric capacitive level sensor.

Датчик скорости ультразвука в топливе 17 представляет собой цилиндрический акустический волновод 24, в нижней части которого находится реперный элемент 25, представляющий собой либо стержень, установленный в диаметральном сечении упомянутого волновода, либо отверстие, выполненное в его стенке; у нижней кромки цилиндрического акустического волновода 24 установлен второй пьезоэлектрический преобразователь 26. Датчик температуры 15 представляет собой терморезистор, установленный на стенке датчика скорости ультразвука 17, а датчик диэлектрической проницаемости 16 представляет собой цилиндрический коаксиальный конденсатор, частично совмещенный с датчиком скорости ультразвука 17. Внутренним электродом этого конденсатора служит нижняя часть цилиндрического акустического волновода 24, охваченная внешним кольцевым электродом 27.The ultrasonic velocity sensor in the fuel 17 is a cylindrical acoustic waveguide 24, in the lower part of which there is a reference element 25, which is either a rod installed in the diametrical section of the said waveguide or an opening made in its wall; a second piezoelectric transducer 26 is installed at the bottom edge of the cylindrical acoustic waveguide 24. The temperature sensor 15 is a thermistor mounted on the wall of the ultrasound speed sensor 17, and the dielectric constant 16 is a cylindrical coaxial capacitor partially aligned with the ultrasound speed sensor 17. The internal electrode of this the capacitor is the lower part of the cylindrical acoustic waveguide 24, covered by an outer ring electrode 27.

Все три упомянутых датчика 15, 16 и 19, входящие в состав мультисенсора 2 характеристических параметров топлива, конструктивно объединены общим несущим элементом - цилиндрическим акустическим волноводом 24, установленным в топливном баке 1 с помощью фланца. Датчики уровня 3 установлены в топливном баке 1 также с помощью аналогичных фланцев 28.All three of these sensors 15, 16 and 19, which are part of the multisensor 2 of the characteristic parameters of the fuel, are structurally combined by a common supporting element - a cylindrical acoustic waveguide 24, installed in the fuel tank 1 using a flange. Level 3 sensors are also installed in the fuel tank 1 using similar flanges 28.

Внешний и внутренний электроды 18 и 19, соответственно, каждого из электроемкостных датчиков уровня зафиксированы между собой с помощью The external and internal electrodes 18 and 19, respectively, of each of the electrical capacitive level sensors are fixed to each other using

втулок 29 (см. Фиг.2) и снабжены дренажными отверстиями 30.bushings 29 (see Figure 2) and provided with drainage holes 30.

Выход каждого из электроемкостных датчиков уровня подсоединен к его внешнему электроду 18, а выход датчика диэлектрической проницаемости 16 подсоединен к кольцевому электроду 27. Каждый из этих выходов соединен с соответствующим входом первого блока измерения объема 6, а выход каждого из первых пьезоэлектрических преобразователей 20 и выход второго пьезоэлектрического преобразователя 26 соединены каждый с соответствующим входом второго блока измерения объема 7.The output of each of the capacitive level sensors is connected to its external electrode 18, and the output of the dielectric constant sensor 16 is connected to the ring electrode 27. Each of these outputs is connected to the corresponding input of the first volume measuring unit 6, and the output of each of the first piezoelectric transducers 20 and the output of the second the piezoelectric transducer 26 is each connected to the corresponding input of the second volume measurement unit 7.

Кроме того, выход датчика диэлектрической проницаемости 16 подключен ко входу второго преобразователя плотности 12, а выход второго пьезоэлектрического преобразователя 26 подключен ко входу третьего преобразователя плотности 13; выход датчика температуры 15 подключен ко входу первого преобразователя плотности 11.In addition, the output of the dielectric constant sensor 16 is connected to the input of the second density transducer 12, and the output of the second piezoelectric transducer 26 is connected to the input of the third density transducer 13; the output of the temperature sensor 15 is connected to the input of the first density transducer 11.

Все три упомянутых преобразователя плотности 11, 12 и 13 входят в состав компаратора плотности 8.All three of these density transducers 11, 12 and 13 are included in the density comparator 8.

Один из сигнализаторов уровня 4 установлен в верхней части внешнего электрода 18 одного из датчиков уровня 3, другой сигнализатор уровня 4 установлен в нижней части внешнего электрода 18 другого датчика уровня 3. Магнитоуправляемый контакт 23 «верхнего» сигнализатора уровня 4 и магнитоуправляемый контакт 23 «нижнего» сигнализатора уровня 4 предназначены для подключения к внешним системам 31.One of the level 4 signaling devices is installed in the upper part of the external electrode 18 of one of the level 3 sensors, the other level 4 signaling device is installed in the lower part of the external electrode 18 of the other level sensor 3. Magnetically controlled contact 23 of the "upper" level 4 signaling device and magnetically controlled contact 23 of the "lower" level 4 signaling devices are intended for connection to external systems 31.

Выход внешних систем 31 предназначен для подключения к средству определения пространственного положения свободной поверхности топлива 10, один из выходов которого подсоединен к соответствующему входу первого блока измерения объема 6, а другой - к соответствующему входу второго блока измерения объема 7.The output of external systems 31 is designed to be connected to a means for determining the spatial position of the free surface of the fuel 10, one of the outputs of which is connected to the corresponding input of the first volume measuring unit 6, and the other to the corresponding input of the second volume measuring unit 7.

Входы блока вычисления массы 5 соединены первый - с соответствующим выходом первого блока измерения объема 6, второй - с соответствующим выходом второго блока измерения объема 7, третий - с выходом блока измерения плотности 9 и четвертый - с выходом компаратора плотности 8. Выход блока вычисления массы 5 предназначен для подключения к внешним системам 31.The inputs of the mass calculating unit 5 are connected first, with the corresponding output of the first volume measuring unit 6, the second with the corresponding output of the second volume measuring unit 7, the third with the output of the density measuring unit 9, and the fourth with the output of the density comparator 8. The output of the mass calculating unit 5 designed to connect to external systems 31.

Выход первого, выход второго и выход третьего преобразователей плотности The output of the first, the output of the second and the output of the third density transducer

11, 12 и 13, соответственно, соединены каждый с соответствующим входом вычислителя плотности 14, выход которого одновременно служат выходом компаратора плотности 8. Один из входов блока измерения плотности 9 соединен с соответствующим выходом первого блока измерения объема 6, а другой - с соответствующим выходом второго блока измерения объема 7.11, 12 and 13, respectively, are each connected to the corresponding input of the density calculator 14, the output of which simultaneously serves as the output of the density comparator 8. One of the inputs of the density measuring unit 9 is connected to the corresponding output of the first volume measuring unit 6, and the other to the corresponding output of the second volume measurement unit 7.

Предложенная бортовая топливомерная электроемкостная система работает следующим образом.The proposed airborne fuel gauge electrical capacitive system operates as follows.

При заполнении топливного бака 1 топливом в процессе предполетной подготовки летательного аппарата или при опорожнении бака 1 по мере расходования топлива в полете первичная информация об уровне топлива в баке 1 формируется датчиками 3 и сигнализаторами 4 уровня топлива. Для повышения надежности информации о текущих значениях уровня топлива она формируется несколькими независимыми источниками информации: не менее, чем двумя, электроемкостными датчиками уровня и не менее, чем двумя, ультразвуковыми датчиками уровня. При этом сигнализатор уровня 4, установленный в нижней части топливного бака 1, формирует сигнал о минимальном уровне h_min топлива в этом баке, сигнализатор уровня 4, установленный в верхней части топливного бака 1, формирует сигнал о максимальном уровне h_maх топлива, а электроемкостные датчики уровня и ультразвуковые датчики уровня формируют информацию о текущих значениях уровня топлива h₁(t) и h₂(t), соответственно, в топливном баке 1, изменяющуюся с течением времени t.When filling the fuel tank 1 with fuel during the pre-flight preparation of the aircraft or when the tank 1 is empty as fuel is consumed in flight, primary information about the fuel level in the tank 1 is generated by sensors 3 and signaling devices 4 of the fuel level. To increase the reliability of information about current fuel level values, it is generated by several independent sources of information: no less than two, electrical capacitive level sensors and no less than two, ultrasonic level sensors. At the same time, the level 4 indicator installed in the lower part of the fuel tank 1 generates a signal about the minimum fuel level h _min in this tank, the level 4 indicator installed in the upper part of the fuel tank 1 generates a signal about the maximum fuel level h _max , and electrical _capacitive sensors level and ultrasonic level sensors generate information about the current values of the fuel level h ₁ (t) and h ₂ (t), respectively, in the fuel tank 1, which changes over time t.

Каждый из электроемкостных датчиков уровня предложенной системы формирует текущую информацию об уровне топлива h₁(t) путем измерения электрической емкости цилиндрического коаксиального конденсатора, пропорциональной уровню топлива с диэлектрической проницаемостью ε. Для учета возможных изменений диэлектрических параметров топлива при изменении его марки используется датчик диэлектрической проницаемости 16, входящий в состав мультисенсора 2 характеристических параметров топлива.Each of the electric capacitance level sensors of the proposed system generates current information about the fuel level h ₁ (t) by measuring the electric capacitance of a cylindrical coaxial capacitor proportional to the level of fuel with permittivity ε. To account for possible changes in the dielectric parameters of the fuel when changing its brand, a dielectric constant sensor 16 is used, which is part of the multisensor 2 of the characteristic parameters of the fuel.

Текущая информация об уровне топлива h₁(t) и о его диэлектрической проницаемости ε поступает, соответственно, с выхода каждого из электроемкостных датчиков уровня и с выхода датчика диэлектрической проницаемости 16 на соответствующие входы первого блока измерения объема 6.Current information about the fuel level h ₁ (t) and its dielectric constant ε comes, respectively, from the output of each of the electric capacitive level sensors and from the output of the dielectric constant sensor 16 to the corresponding inputs of the first volume measuring unit 6.

Каждый ультразвуковой датчик уровня формирует текущую информацию об уровне топлива h₂(t) путем измерения времени пробегания ультразвуковым импульсом, излучаемым и принимаемым первым пьезоэлектрическим преобразователем 20, текущего расстояния от приемоизлучающей поверхности этого преобразователя до отражающей поверхности, например, до свободной поверхности топлива (см. Фиг.2). Для учета возможных изменений скорости ультразвука а в топливе при изменении марки топлива используется датчик скорости ультразвука 17, входящий в состав мультисенсора 2 характеристических параметров топлива.Each ultrasonic level sensor generates current fuel level information h ₂ (t) by measuring the travel time by the ultrasonic pulse emitted and received by the first piezoelectric transducer 20, the current distance from the transceiving surface of this transducer to the reflecting surface, for example, to the free surface of the fuel (see Figure 2). To account for possible changes in the speed of ultrasound and in the fuel when changing the brand of fuel, an ultrasound speed sensor 17 is used, which is part of the multisensor 2 of the characteristic parameters of the fuel.

Текущая информация об уровне топлива h₂(t) и о скорости ультразвука а в топливе поступает, соответственно, с выхода каждого из первых пьезоэлектрических преобразователей 20 ультразвуковых датчиков уровня и с выхода второго пьезоэлектрического преобразователя 26 датчика скорости ультразвука 17 на соответствующие входы второго блока измерения объема 7. При этом датчик скорости ультразвука 17 измеряет скорость ультразвука в топливе путем измерения времени пробегания ультразвуковым импульсом базового расстояния L₀ от приемоизлучающей поверхности второго пьезоэлектрического преобразователя 26 датчика 17 до реперного элемента 25 этого датчика (см. Фиг.1). Ультразвуковой датчик уровня измеряет текущее расстояние L(t) от приемоизлучающей поверхности первого пьезоэлектрического преобразователя 20 до нижней плоской отражающей поверхности поплавкового акустического отражателя 21.Current information about the fuel level h ₂ (t) and the ultrasound speed a in the fuel comes, respectively, from the output of each of the first piezoelectric transducers 20 of the ultrasonic level sensors and from the output of the second piezoelectric transducer 26 of the ultrasound speed sensor 17 to the corresponding inputs of the second volume measurement unit 7. in this case, ultrasound velocity sensor 17 measures the ultrasonic velocity of the fuel by running a time measurement of ultrasonic pulse base distance L ₀ from priemoizluchayuschey pover NOSTA second piezoelectric transducer 26, 17 to the reference sensor element 25 of the sensor (see. Figure 1). An ultrasonic level sensor measures the current distance L (t) from the receiving-emitting surface of the first piezoelectric transducer 20 to the lower flat reflecting surface of the float acoustic reflector 21.

Измеренное ультразвуковым датчиком уровня топлива текущее расстояние L(t) меньше фактического значения уровня h₂(t) топлива на величину Δℓ (см. Фиг.2), равную глубине погружения поплавка в топливо. Величина Δℓ, измеренная в процессе стендовых испытаний предложенной системы, вносится в память второго блока измерения объема 7 и учитывается в этом блоке при измерении текущего значения уровня топливаThe current distance L (t) measured by the ultrasonic fuel level sensor is less than the actual value of the fuel level h ₂ (t) by Δℓ (see Figure 2), which is equal to the depth of immersion of the float in the fuel. The value Δℓ, measured during bench tests of the proposed system, is entered into the memory of the second unit for measuring volume 7 and is taken into account in this unit when measuring the current value of the fuel level

h₂(t) - текущее значение уровня топлива, определяемое во втором блоке измерения объема 7;h ₂ (t) is the current value of the fuel level, determined in the second block for measuring volume 7;

L(t) - текущее значение расстояния между приемоизлучающей поверхностью первого пьезоэлектрического преобразователя 20 и отражающей поверхностью L (t) is the current value of the distance between the receiving-emitting surface of the first piezoelectric transducer 20 and the reflecting surface

поплавкового акустического отражателя 21;float acoustic reflector 21;

Δℓ - глубина погружения поплавка в топливо;Δℓ is the depth of immersion of the float in the fuel;

t - текущее время.t is the current time.

Введение в состав ультразвукового датчика уровня поплавкового акустического отражателя 21, предусмотрено в предложенной системе с целью обеспечения работоспособности ультразвукового датчика уровня при крене и тангаже летательного аппарата.Introduction to the composition of the ultrasonic level sensor of the acoustic float reflector 21 is provided in the proposed system in order to ensure the operability of the ultrasonic level sensor during roll and pitch of the aircraft.

Это вызвано тем, что в процессе эволюции самолета продольная ось датчика уровня топлива 3 существенно отклоняется от нормали к свободной поверхности топлива. Вследствии этого ультразвуковой луч, отраженный свободной поверхностью топлива, также отклоняется от направления вдоль продольной оси датчика 3 и не возвращается на приемоизлучающую поверхность первого пьезоэлектрического преобразователя 20, что не дает возможности принять отраженный луч и измерить уровень топлива. Однако при использовании поплавкового акустического отражателя 21 его плоская нижняя отражающая поверхность остается ортогональной продольной оси датчика 3 даже при эволюциях летательного аппарата. Ультразвуковой луч, падающий и отражающийся от этой поверхности под углом 90°, всегда движется вдоль продольной оси датчика 3 и возвращается в точку излучения на приемоизлучающей поверхности первого пьезоэлектрического преобразователя 20, что дает возможность измерять уровень топлива независимо от пространственного положения свободной поверхности топлива.This is due to the fact that during the evolution of the aircraft, the longitudinal axis of the fuel level sensor 3 significantly deviates from the normal to the free surface of the fuel. As a result, the ultrasonic beam reflected by the free surface of the fuel also deviates from the direction along the longitudinal axis of the sensor 3 and does not return to the receiving-emitting surface of the first piezoelectric transducer 20, which makes it impossible to receive the reflected beam and measure the fuel level. However, when using the float acoustic reflector 21, its flat lower reflective surface remains orthogonal to the longitudinal axis of the sensor 3 even during evolution of the aircraft. An ultrasound beam incident and reflected from this surface at an angle of 90 ° always moves along the longitudinal axis of the sensor 3 and returns to the radiation point on the receiving-emitting surface of the first piezoelectric transducer 20, which makes it possible to measure the fuel level regardless of the spatial position of the free surface of the fuel.

В первом и втором блоках измерения объема 6 и 7, соответственно, на основании текущей информации об уровне топлива h₁(t) и h₂(t), сформированной, соответственно, каждым из электроемкостных и каждым из ультразвуковых датчиков уровня, вычисляются соответствующие текущие значения объемов V₁(t) и V₂(t) топлива в топливном баке 1. Вычисление объемов топлива производится с учетом информации о диэлектрических и акустических параметрах заправленного топлива, сформированной, соответственно, датчиком диэлектрической проницаемости топлива 16 и датчиком скорости ультразвука в топливе 17 с использованием текущей информации об углах наклона свободной поверхности топлива в топливном баке 1, поступающей на соответствующий вход каждого из In the first and second volume measurement units 6 and 7, respectively, based on current information on the fuel level h ₁ (t) and h ₂ (t) generated, respectively, by each of the electric capacitance and each of the ultrasonic level sensors, the corresponding current values are calculated volumes of fuel V ₁ (t) and V ₂ (t) in fuel tank 1. Calculation of fuel volumes is carried out taking into account information on the dielectric and acoustic parameters of the refueling fuel generated, respectively, by the dielectric constant of the fuel 16 and the sensor the ultrasound velocity in the fuel 17 using current information about the angles of inclination of the free surface of the fuel in the fuel tank 1, arriving at the corresponding input of each of

блоков 6 и 7 с соответствующих выходов средства 10 определения пространственного положения свободной поверхности топлива. При этом значение объема топлива V₁(t), вычисленное с учетом текущего значения уровня h₁(t), измеренного каждый из электроемкостных датчиков уровня, передается с соответствующего выхода первого блока измерения объема 6 на первый вход блока вычисления массы 5, а значение объема топлива V₂(t), вычисленное с учетом текущего значения уровня h₂(t), измеренного каждым из ультразвуковых датчиков уровня, передается с соответствующего выхода второго блока измерения объема 7 на второй вход блока вычисления массы 5.blocks 6 and 7 from the respective outputs of the means 10 for determining the spatial position of the free surface of the fuel. The value of the fuel volume V ₁ (t) calculated taking into account the current value of the level h ₁ (t) measured by each of the electric capacitive level sensors is transmitted from the corresponding output of the first volume measuring unit 6 to the first input of the mass calculation unit 5, and the volume value fuel V ₂ (t), calculated taking into account the current value of the level h ₂ (t) measured by each of the ultrasonic level sensors, is transmitted from the corresponding output of the second volume measurement unit 7 to the second input of the mass calculation unit 5.

На основе принятых значений в блоке 5 вначале вычисляется среднее значение V(t) текущих объемов топлива в топливном баке 1 по информации, выработанной двумя электроемкостными и двумя ультразвуковыми датчиками уровня топлива, а затем - текущее значение массы топлива m(t) в этом баке. Вычисление массы топлива выполняется путем умножения среднего значения объема V(t) на фактическое значение плотности ρ заправленного топлива.On the basis of the accepted values in block 5, the average value V (t) of the current fuel volumes in the fuel tank 1 is first calculated from the information generated by two electric capacitive and two ultrasonic fuel level sensors, and then the current value of the fuel mass m (t) in this tank. The calculation of the mass of the fuel is performed by multiplying the average volume V (t) by the actual density ρ of the refueling.

Значение фактической плотности заправленного топлива определяется в предложенной системе двумя различными способами: либо в компараторе плотности 8 (значение ρ_I), либо в блоке измерения плотности 9 (значение ρ_II), в зависимости от результатов выполнения контрольного условия. Упомянутое контрольное условие анализируется в блоке вычисления массы 5 и представляет собой неравенство:The actual density value of the refueling fuel is determined in the proposed system in two different ways: either in the density comparator 8 (value ρ _I ), or in the density measuring unit 9 (value ρ _II ), depending on the results of the control condition. The mentioned control condition is analyzed in the mass calculation unit 5 and represents the inequality:

V₁(t) и V₂(t) - текущие значения объемов топлива в баке 1, измеренные с использованием информации, полученной, соответственно, от двух электроемкостных датчиков уровня и от двух ультразвуковых датчиков уровня;V ₁ (t) and V ₂ (t) are the current values of the fuel volumes in tank 1, measured using information obtained, respectively, from two electrical capacitive level sensors and from two ultrasonic level sensors;

ΔV - контрольная величина объема топлива, заранее введенная в память блока вычисления массы топлива 5;ΔV is the control value of the fuel volume previously entered into the memory of the fuel mass calculation unit 5;

t - текущее время.t is the current time.

Анализ контрольного условия (2) приводит к одному из двух возможных случаев. Рассмотрим первый случай, когда разность объемов V₁(t) и V₂(t), независимо измеренных различными физическими методами (электроемкостным и ультразвуковым), удовлетворяет неравенству (2). Это означает, что процедура Analysis of control condition (2) leads to one of two possible cases. Let us consider the first case when the difference in volumes V ₁ (t) and V ₂ (t), independently measured by various physical methods (electric capacitive and ultrasonic), satisfies inequality (2). This means that the procedure

корректировки информации об объемах топлива V₁(t) и V₂(t), выполненная в блоках измерения объема топлива 6 и 7, соответственно, на основе результатов измерения диэлектрической проницаемости, скорости ультразвука и температуры топлива датчиками 16, 17 и 15, соответственно, метрологически корректна.adjusting the fuel volume information V ₁ (t) and V ₂ (t), performed in the fuel volume measuring units 6 and 7, respectively, based on the results of measuring the dielectric constant, ultrasound speed and fuel temperature with sensors 16, 17 and 15, respectively, metrologically correct.

Из факта метрологической корректности процедуры корректировки следует вывод о том, что марка авиационного топлива, заправленного в топливный бак 1, определена достоверно, и что измерение объемов топлива V₁(t) и V₂(t) выполнено в пределах допустимой погрешности измерений.From the fact of the metrological correctness of the adjustment procedure, it follows that the brand of aviation fuel refueled in fuel tank 1 is determined reliably, and that the measurement of fuel volumes V ₁ (t) and V ₂ (t) is performed within the permissible measurement error.

В этом случае вычисленное значение ρ_I плотности заправленного топлива, необходимое для определения его массы, определяется в компараторе плотности 8 и передается с его выхода на четвертый вход блока вычисления массы 5, в котором вычисляется текущее значение массы топлива в соответствии с выражениемIn this case, the calculated value ρ _{I of the} density of the refueling fuel necessary to determine its mass is determined in the density comparator 8 and transmitted from its output to the fourth input of the mass calculation unit 5, in which the current value of the fuel mass is calculated in accordance with the expression

m(t) - текущее значение массы топлива в топливном баке 1;m (t) is the current value of the mass of fuel in the fuel tank 1;

V(t) - среднее значение объема топлива в этом баке;V (t) is the average fuel volume in this tank;

ρ_I - вычисленное значение плотности заправленного топлива;ρ _I is the calculated density value of the refueling fuel;

t - текущее время.t is the current time.

В компараторе плотности 8 фактическая плотность заправленного топлива вычисляется вычислителем плотности 14 на основании данных о значениях плотности топлива, полученных тремя независимыми датчиками параметров топлива: датчиком 15 температуры Т топлива, датчиком 16 диэлектрической проницаемости ε топлива и датчиком 17 скорости ультразвука а в топливе. Данные о полученных значениях плотности топлива передаются на соответствующие входы вычислителя плотности 14 с выхода каждого из упомянутых преобразователей, при этом выходом датчика скорости ультразвука 17 служит выход второго пьезоэлектрического преобразователя 26. В вычислителе плотности 14, с учетом внесенных в его память зависимостей плотности авиационных топлив известных марок от их характеристических параметров: температуры Т топлива, диэлектрической проницаемости ε топлива и скорости ультразвука а в топливе определяется вычисленное значение ρ_I плотности заправленного топлива.In the density comparator 8, the actual density of the refueling fuel is calculated by the density calculator 14 based on the data on the fuel density values obtained by three independent fuel parameter sensors: fuel temperature sensor 15, ε dielectric permittivity sensor 16 and ultrasonic velocity sensor a in the fuel. Data on the obtained values of the fuel density are transmitted to the corresponding inputs of the density calculator 14 from the output of each of the transducers, while the output of the ultrasound speed sensor 17 is the output of the second piezoelectric transducer 26. In the density calculator 14, taking into account the dependences of the density of aviation fuels known grades from their characteristic parameters: temperature T of the fuel, dielectric constant ε of the fuel and the speed of ultrasound and in the fuel the calculation ennoe density value ρ _I filled fuel.

Вычисленное значение плотности заправленного топлива подается с выхода компаратора плотности 8 на четвертый вход блока вычисления массы топлива 5, в The calculated density value of the filled fuel is fed from the output of the density comparator 8 to the fourth input of the fuel mass calculation unit 5, in

котором, в соответствии с выражением (3), вычисляется и передается на вход внешних систем 31 текущее значение массы топлива в топливном баке 1.which, in accordance with expression (3), the current value of the mass of fuel in the fuel tank 1 is calculated and transmitted to the input of external systems 31.

Рассмотрим второй случай, когда контрольное условие (2) оказывается невыполненным. Это означает, что процедура корректировки информации об объемах топлива V₁(t) и V₂(t) в первом и втором блоках измерения объема топлива 6 и 7, соответственно, выполненная по результатам измерения характеристических параметров топлива датчиками мультисенсора 2, метрологически некорректна. Из факта метрологической некорректности следует вывод о том, что марка авиационного топлива, заправленного в топливный бак 1, определена недостоверно. Из этого следует, что в топливном баке 1 находится либо топливо неустановленной марки, либо смесь нескольких авиационных топлив известных марок.Let us consider the second case when control condition (2) turns out to be unfulfilled. This means that the procedure for adjusting the information on the fuel volumes V ₁ (t) and V ₂ (t) in the first and second blocks of measuring the fuel volume 6 and 7, respectively, performed according to the results of measuring the characteristic parameters of the fuel with sensors of the multisensor 2, is metrologically incorrect. From the fact of metrological incorrectness, the conclusion follows that the brand of aviation fuel refueled in fuel tank 1 is unreliable. From this it follows that in the fuel tank 1 is either fuel of an unknown brand, or a mixture of several aviation fuels of known brands.

В этом случае блок вычисления массы 5 формирует команду «Нестандартное топливо», которая передается с его выхода на соответствующий вход внешних систем 31, и приступает к вычислению массы топлива с использованием измеренного значения ρ_II плотности заправленного топлива, которая определяется ареометрическим методом.In this case, the mass calculation unit 5 generates the “Non-standard fuel” command, which is transmitted from its output to the corresponding input of external systems 31, and proceeds to calculate the fuel mass using the measured value ρ _{II of the} density of the refueling, which is determined by the areometric method.

Ареометрический метод заключается в измерении глубины погружения в контролируемую жидкость измерительного элемента, так называемого ареометра, представляющего собой заранее откалиброванный поплавок, плавающий в контролируемой жидкости.The hydrometric method consists in measuring the immersion depth of a measuring element in a controlled fluid, the so-called hydrometer, which is a pre-calibrated float floating in a controlled fluid.

В качестве ареометра в предложенной системе используется поплавковый акустический отражатель 21, глубина погружения которого в топливо, как это следует из выражения (1), равна разности уровней, измеренных электроемкостным датчиком уровня и ультразвуковым датчиком уровня:As a hydrometer in the proposed system, a float acoustic reflector 21 is used, the immersion depth of which in the fuel, as follows from expression (1), is equal to the difference in levels measured by an electric capacitive level sensor and an ultrasonic level sensor:

значения использованных символов соответствуют выражению (1).the values of the symbols used correspond to expression (1).

Измеренная плотность заправленного топлива определяется в соответствии с выражением:The measured density of the refueling fuel is determined in accordance with the expression:

ρ_II - измеренное значение плотности заправленного топлива;ρ _II - the measured value of the density of the refueling fuel;

k - размерный коэффициент пропорциональности;k is the dimensional coefficient of proportionality;

ℓ - высота поплавка;ℓ is the height of the float;

Δℓ - глубина погружения поплавка в топливо.Δℓ is the depth of immersion of the float in the fuel.

Вычисление глубины погружения Δℓ поплавка в соответствии с (4) и определение измеренного значения плотности ρ_II смеси топлив или топлива неустановленной марки производится в блоке измерения плотности 9 на основе информации, поступающей на первый и второй входы этого блока с выхода первого блока измерения объема 6 и второго блока измерения объема 7, соответственно.The calculation of the depth of immersion Δℓ of the float in accordance with (4) and the determination of the measured density value ρ _{II of a} mixture of fuels or fuels of an unspecified grade is performed in the density measuring unit 9 based on the information received at the first and second inputs of this block from the output of the first volume measuring unit 6 and the second unit for measuring volume 7, respectively.

Полученное значение измеренной плотности заправленного топлива ρ_II поступает с выхода блока измерения плотности 9 на третий вход блока измерения массы 5, в котором вычисляется и передается на вход внешних систем 31 текущее значение массы смеси топлив или топлива неустановленной марки в топливном баке 1:The obtained value of the measured density of refueling fuel ρ _II comes from the output of the density measuring unit 9 to the third input of the mass measuring unit 5, in which the current mass value of the mixture of fuels or unidentified fuel mixture in the fuel tank 1 is calculated and transmitted to the input of external systems 31:

t - текущее время.t is the current time.

Таким образом, в зависимости от результатов анализа контрольного условия (2), вычисление массы топлива, находящегося в баке 1, производится либо по формуле (3), либо по формуле (5).Thus, depending on the results of the analysis of the control condition (2), the calculation of the mass of fuel in the tank 1 is performed either by the formula (3) or by the formula (5).

Таким образом, в предложенной системе обеспечено точное измерение массы топлива в топливных баках летательного аппарата при его заправке отечественными и зарубежными авиационными топливами различных марок, при заправке смесью авиационных топлив нескольких различных марок, а также при заправке авиационным топливом, марка которого не установлена.Thus, the proposed system provides accurate measurement of the mass of fuel in the fuel tanks of the aircraft when it is refueling with domestic and foreign aviation fuels of various grades, when refueling with a mixture of aviation fuels of several different grades, as well as when refueling with aviation fuel whose brand is not installed.

Claims

An on-board fuel gauge electric capacitive system, which includes fuel level sensors and fuel level indicators installed in the fuel tank, as well as a first fuel volume measuring unit, a fuel mass calculation unit and a means for determining the spatial position of the free surface of the fuel connected to one of the inputs of the first measurement unit the volume of fuel, the other inputs of which are each connected to the output of one of the fuel level sensors, and the output of the said unit is connected to the first input of the calculating unit fuel mass, characterized in that it additionally includes a multisensor of fuel characteristic parameters installed in the fuel tank, comprising a ultrasonic velocity sensor in the fuel, a fuel temperature sensor and a dielectric constant of the fuel, in addition, a second fuel volume measuring unit, a measurement unit are additionally introduced fuel density and a fuel density comparator, which includes a fuel density calculator, as well as the first, second and third fuel density converters, the output of each of which is connected to one of the inputs of the fuel density calculator, while each of the fuel level sensors is an electric capacitive level sensor combined with an ultrasonic level sensor, the electric capacitive level sensor is made in the form of a cylindrical coaxial capacitor with external and internal electrodes, and an ultrasonic sensor the level is made in the form of a tubular acoustic waveguide equipped with a first piezoelectric transducer and a float acoustic reflector, m, an internal electrode of an electric capacitive level sensor is used as a tubular acoustic waveguide, inside of which a float acoustic reflector is mounted with the possibility of longitudinal movement, each of the fuel level sensors is a magnetically controlled float switch containing a float with a permanent magnet installed in it and a magnetosensitive module with it installed magnetically controlled contact, designed to connect to external systems, and in quality The fuel level switch float used an ultrasonic level sensor float acoustic reflector, and the magnetically sensitive fuel level indicator module is installed on the external electrode of the electric capacitive level sensor, one of the outputs of the second fuel volume measuring unit is connected to the second input of the fuel mass calculation unit, the third input of which is connected to the output unit for measuring the density of fuel, and the fourth input with the output of the comparator of the density of fuel, one of the inputs of the unit for measuring densely This type of fuel is connected to the corresponding output of the first fuel volume measuring unit, and the other input is connected to the corresponding output of the second fuel volume measuring unit, while the sensors included in the multisensor of fuel characteristic parameters are connected as follows: the fuel temperature sensor is connected to the input of the first density transducer fuel, the dielectric constant of the fuel is connected to the input of the second fuel density transducer and to the corresponding input of the first measurement unit fuel consumption, and the ultrasonic velocity sensor in the fuel is connected to the input of the third fuel density transducer and to the corresponding input of the second fuel volume measuring unit, the ultrasonic velocity sensor in the fuel is made in the form of a cylindrical acoustic waveguide equipped with a reference element and a second piezoelectric transducer, the dielectric constant of the fuel made in the form of a cylindrical coaxial capacitor, the inner electrode of which is the lower part of the cylindrical acoustics of a waveguide covered by an external ring electrode, wherein the means for determining the spatial position of the free surface of the fuel is provided with a second output connected to the corresponding input of the second fuel volume measuring unit, the other inputs of which are each connected to the output of one of the ultrasonic fuel level sensors, the output of the fuel mass calculation unit designed to be connected to external systems, the reference element of the ultrasound velocity sensor in the fuel can be either a hole in the wall of a cylindrical acoustic waveguide, or a rod installed in the diametrical section of the latter, and the float acoustic reflector is a hollow metal float with a flat lower reflective surface.