SE444860B - Apparat for detektering av fluidumforekomst - Google Patents

Description

7910503-7 10 15 20 25 30 35 2 som vid en växling från gasomgivning till vätskeomgivning.

Tidigare anordningar har använts där temperaturskillnaden mellan gasen och vätskan alltid är större än de ändringar som sannolikt kommer att uppträda i enbart gasens eller vätskans temperatur. En sådan tillämpning har varit detekteringen av nivån för kryogena vätskor.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en apparat, som kan användas för övervinnande av ovannämnda begränsning och som närmare bestämt kan användas för detektering av nivån för en vätska, vars temperatur kan variera inom ett brett område.

Enligt föreliggande uppfinning är en apparat av nämnda slag àstadkommen, vilken apparat kännetecknas av ett andra halvledardon, som är monterat för nedsänkning i fluidumet, att det andra donet är väsentligen identiskt med det första donet och matas med en lägre ström än den första strömmen, så att uppvärmningen av det andra donet är väsentligt lägre än uppvärmningen av det första donet, att de första och andra halvledardonen är väsentligen termiskt isolerade från varandra, så att de uppvärmes till olika temperaturer, och att förekomsten eller av- saknaden av fluidum detekteras genom avkänning av en ändring av skillnaden mellan de första och andra donens uppförande.

Det första donets uppförande kommer att ändras vid en övergång från att vara nedsänkt i fluidum till att ej vara nedsänkt i fluidum, medan det andra donets upp- förande kommer att förbli i huvudsak detsamma. Ändringar i omgivningstemperaturen kommer emellertid att påverka de två donen på samma sätt och genom avkänning av skillna- den mellan de två donens uppförande uppnås därmed en kompensering för effekterna av ändringar i omgivningstempe- raturen.

De första och andra halvledardonen kan vara monterade på i huvudsak samma nivå relativt fluidumytan, så att donen antingen båda är nedsänkta i fluidumet eller båda ej är nedsänkta i fluidumet. Spänningarna över de första och andra donen kan variera i överensstämmelse med tempe- 10 15 20 25 30 35 7910503-7 3 raturändringar hos donen, och förekomsten eller avsaknaden av fluidum kan detekteras genom avkänning av ändringar i skillnaden mellan spänningarna över det första och det andra donet. Donen kan vara zenerdioder och deras anoder kan vara sammankopplade. Apparaten kan ge en indikering av fluidumförekomst, när skillnaden mellan spänningarna över zenerdioderna överstiger ett värde väsentligen mittemellan spänningsskillnaden mellan zenerdioderna vid fluidumförekomst och spänningsskillnaden vid avsaknad av fluidum.

Ett bränslenivåvarningssystem för ett flygplan enligt föreliggande uppfinning skall nu såsom exempel beskrivas under hänvisning till medföljande ritningar. Fig 1 är ett kretsschema, som åskådliggör systemet. Fig 2 åskådlig- gör ändringen ¿ spänning över en zenerdiod, som matas med konstant ström, vid ändring i diodens temperatur.

Pig 3 åskådliggör ändringen i spänningar över tvâ zener- dioder, som matas med olika strömmar, vid ändring i om- givningstemperatur.

Bränslenivåvarningssystemet i fig l innefattar en avkänningsenhet l, vilken är monterad i ett flygplans bränsletank 2, en strömställarenhet 3, som mottager signa- ler från avkänningsenheten, samt en presentationsenhet 4, som mottager signaler från strömställarenheten för att ge en varningsindikering, när bränslet minskar under en förutbestämd nivå.

Avkänningsenheten l, som kan ha formen av en långsträckt sond, är vertikalt monterad i bränsletanken 2 och är be- lägen nära tankens botten på den nivån, vid vilken det är nödvändigt att en varningsindikering ges. Avkännings- enheten l innefattar ett inbördes anpassat par av kisel- zenerdioder Dl och D2, vilkas anoder är samankopplade och vilka båda är inkapslade i glas och har positiva tempe- raturkoefficienter. Den första zenerdioden Dl verkar som V nivåkännaren och är monterad på avkänningsenhetens l undre ände för att normalt vara nedsänkt.i bränslet i tanken 2.

Den andra dioden D2 är monterad nära den första dioden Dl för att också normalt vara nedsänkt i bränslet men är 7910503-7 10 15 20 25 30 35 4 så placerad, att den ej påverkas av det av den första dioden avgivna värmet. De två dioderna Dl och D2 är så anordnade, att båda kommer att i huvudsak samtidigt utsättas för luften eller gasen i tanken 2 över bränslet, när bränslet sjunker under den förutbestämda nivån. Avkän- ningsenheten l innefattar också en resistor 12, som är kopplad till den andra zenerdiodens D2 katod.

De första och andra dioderna Dl och D2 är backför- spända, varvid ström matas till diodernas katoder via ledningar 20 respektive 21 från två konstantströmkällor 30 respektive 31 i strömställarenheten 3. De tvâ konstant- strömkällorna 30 och 31 påtryckes en spänning från flyg- planets kraftkälleenhet 32. Strömställarenheten 3 inne- fattar vidare en spänningskomparator 33, vilken på sina två ingångar mottager spänningarna på ledningarna 20 och 21. Komparatorns 33 utsignal tillföres en resistor 34, som är kopplad i serie med en annan resistor 35 mellan komparatorn och en ledning 36, som går från förbindnings- punkten mellan de två dioderna Dl och D2 i avkännings- enheten l. Strömställarenheten 3 innefattar också en strömställartransistor 37, vars bas är kopplad till för- bindningspunkten i den av resistorerna 34 och 35 bildade spänningsdelaren. Transistorns 37 emitter är kopplad till ledningen 36, medan dess kollektor är kopplad till presen- tationsenheten 4, så att transistorns omkoppling full- ständigar emitter-kollektorkretsen för åstadkommande av en varningsindikering på presentationsenheten.

Under drift matas den första zenerdioden Dl, vilken verkar som nivåkännare, med en ström på ungefär 27 mA för uppvärmning av dioden till en temperatur på mellan ungefär 90°C och l00°C över omgivningstemperaturen. Den andra dioden D2 matas med en lägre ström av storleksordningen 0,5 mA, som alstrar en försumbar effektförlust. De två zenerdioderna Dl och D2 har båda en i huvudsak linjär temperaturkoefficient av den i fig 2 visade formen. På grund av att dgryförsta djpdg; Dl matas med större ström än den andra dioden D2 kommer den att ha en högre temperatur än den andra dioden och kommer därmed att uppvisa ett 10 15 20' 25 30 35 7910503-7 5 större spänningsfall över sig. Den första dioden Dl kommer dessutom att ha en högre temperatur, när den exponeras för luften, än när den är nedsänkt i bränslet, eftersom bränslets värmeledningsförmåga är större än luftens.

Spänningsfallet över de två dioderna Dl och D2 kommer därmed att vara skiljaktigt, varvid skillnaden mellan spänningarna är större när dioderna är exponerade för luften. Ändringen i spänning över de två dioderna Dl och D2 vid ändring av omgivningstemperaturen är visad i fig 3.

Av fig 3 framgår det att spänningen över den första dio- den Dl (representerad av en linje 41), när denna diod är utsatt för luft, vid en särskild omgivningstemperatur Tl är densamma som den som uppnås, när dioden är nedsänkt i bränsle (representerad av en linje 42) vid en högre omgivningstemperatur T2. Om enbart en zenerdiod användes skulle det därför vara svårt att fastställa huruvida den var nedsänkt i bränslet eller ej. _ Den andra zenerdioden D2 i föreliggande anordning användes för att kompensera effekterna av ändringar i omgivningstemperaturen, och-det är ändringen i skillnaden mellan spänningen över de två dioderna D1 och D2 som användes för att ge en indikering av avkänningsenhetens l övergång från att vara nedsänkt i bränsle till att vara omgiven av luft. Eftersom de två diodernas Dl och D2 temperaturkoefficient är linjär, kommer spänningsskillna- den mellan dem att vara i huvudsak densamma vid alla temperaturer så länge de förblir nedsänkta i bränslet.

Det är emellertid klart att om diodernas temperaturkoeffi- cient ej var linjär, så skulle spänningsskillnaden mellan de två dioderna variera med omgivningstemperaturen och det skulle därmed vara svårt att exakt fastställa när bränslet når den förutbestämda nivån.

I den föreliggande anordningen är skillnaden mellan spänningarna över de två dioderna Dl och D2, vid vilken skillnad en varningsindikering åstadkommes, inställd på ett fast värde VD genom lämpligt val av värdet på resistorn 12 i avkänningsenheten 1. Detta värde Vb är inställt mellan 7910503-7 10 15 20 25 30 35 6 de två kurvorna 41 och 42 för dioden Dl i luft respektive bränsle, såsom representerat av den streckade linjen 40 i fig 3. På detta sätt åstadkommes varningsindikeringen då spänningsskillnaden mellan de två dioderna Dl och D2 ökar över VD och bibehälles så länge spänningen över dioden Dl följer den karakteristiska linjen 41. På grund av den låga dynamiska impedansen hos dioden Dl är spän- ningen över denna i huvudsak opåverkad av små spännings- störningar eller elektrisk störning.

Spänningarna över de två dioderna Dl och D2 jämföres av spänningskomparatorn 33. När skillnaden mellan de två spänningarna stiger över det förutbestämda värdet VD, alstrar komparatorn 33 en ström på sin utgång, vilken ström höjer spänningen på transistorns 37 bas och därmed kopplar ontransistorn. Ström flyter då i emitter-kollektor- kretsen av transistorn 37, som bildar strömställarenhetens 3 utgång, varigenom en varning för låg bränslenivå åstad- kommes på presentationsenheten 4. Varningen kan ha formen av en visuell eller en akustisk varning. Alternativt skulle strömställarenhetens 3 utsignal kunna användas för att åstadkomma en automatisk omkoppling av bränsletill- försel från en annan bränsletank.

I stället för zenerdioder skulle det vara möjligt att använda andra halvledardioder förspända i ledrikt- ningen. Dessaflhar emellertid vissa nackdelar i jämförelse med backförspända zenerdioder. Som exempel är en kisel- diods temperaturkoefficient ungefär 2 mV/°C, vilket är lägre än den för en 9,1 V zenerdiod, vars temperatur- koefficient typiskt är 6 mV/°C. Detta skulle därför resul- tera i en lägre spänningsändring i avkänningsenheten l vid övergången från att vara nedsänkt i bränsle till att vara utsatt för luft.

En annan nackdel med användning av vanliga kisel- dioder, särskilt för bränslenivåavkänning, är att de kräver en högre ström. Med en 9,1 V zenerdiod, såsom exempelvis en Mullard BZY88C9Vl, som har en termisk resistans på O,37°C/mV, erfordras endast ungefär 27 mA för att höja den avkännande diodens temperatur 90°C över omgivnings- 10 15 20 25 30 35 7910503-7 7 temperaturen. vid användning av en kiseldiod med ett ledspänningsfall på ungefär 0,6 V skulle den ström som erfordras för att åstadkomma en likartad temperaturhöjning vara av storleksordningen 500 mA. I ett flygplan med normala likströmskällor på 28 V skulle denna relativt höga ström ej vara godtagbar med hänsyn till att avkän- ningsenheten l måste monteras i den explosiva luft-bränsle- ångblandningen i en bränsletank. Den i hög grad linjära temperaturkoefficienten för zenerdioder är också fördel- aktig genom att den möjliggör noggrant arbete över det breda omgivningstemperaturområde som sannolikt kommer att erfaras i flygplanets bränsletankar, vilket område kan sträcka sig från ungefär -4o°c till +7o°c.

Det inses att systemet skulle kunna användas för avkänning av nivån för andra vätskor än flygbränsle. Det skulle exempelvis kunna användas för att ge en indikering av nivån av smörjolja eller hydraulfluidum i flygplanet.

Systemet behöver ej nödvändigtvis användas enbart i flyg- plan utan det skulle exempelvis kunna användas i land- fordon eller i stillastående behållare, exempelvis sådana som användes på kemisktekniska anläggningar eller kokar- system med flytande bränsle. Uppfinningen är dessutom ej begränsad till nivåavkänningstillämpningarna utan skulle kunna användas exempelvis för att ange förekomsten av vätska i en rörledning. Systemet är dessutom ej be- gränsat till användning med vätskor utan kan också användas med partikelformiga material och pulver, förutsatt att dessa material har en tillräckligt hög värmeledningsför- måga för att möjliggöra en tillförlitlig detektering av gas-materialövergången. Systemet kunde också användas för detektering av gränsytan mellan tvâ vätskor av olika den- siteter, förutsatt att de tvâ vätskornas värmelednings- förmåga är tillräckligt olika.

Genom användning av ett flertal avkänningsenheter, som är skilda åt den ena över den andra i en tank på det tidigare omnämnda sättet, skulle det vara möjligt att åstad- komma en indikering av vätskedjup i tanken. Det skulle också vara möjligt att åstadkoma en indikering av vätskedjupet 7910503-7 8 genom användning av en rörlig kännare och genom förflytt- ning av kännaren till dess att den blir nedsänkt i fluidu- met.

Claims (10)

1. 0 15 20 25 30 35 7910503-7 9 PATENTKRAV l. Apparat för detektering av fluidumförekomst, vilken apparat innefattar ett första halvledardon, vars uppförande är temperaturberoende, som matas med en första ström, vilken är tillräcklig för att åstadkomma en upp- värmning av donet över omgivningstemperaturen, och som är monterat för nedsänkning i fluidumet, så att värme- avledningen från det första donet är större och dettas temperatur följaktligen lägre, när det är nedsänkt i fluidumet, än när det ej är nedsänkt i fluidumet, k ä n n e t e c k n a d av ett andra halvledardon (D2), som är monterat för nedsänkning i fluidumet, att det andra donet är väsentligen identiskt med det första donet (Dl), att det andra donet (D2) matas med en lägre ström än den första strömmen, så att uppvärmningen av det andra donet är väsentligt lägre än uppvärmningen av det första donet, att de första och andra halvledar- donen är väsentligen termiskt isolerade från varandra, så att de uppvärmes till olika temperaturer, och att förekomsten eller avsaknaden av fluidum detekteras genom avkänning av en ändring av skillnaden mellan de första och andra donens uppförande.

2. Apparat enligt patentkravet l, att de första och andra halvledardonen k ä n n e t e c k- n a d därav, (Dl, D2) är monterade på i huvudsak samma nivå relativt fluidumets yta, så att donen antingen båda är nedsänkta i fluidumet eller båda ej är nedsänkta i detta.

3. Apparat enligt patentkravet l eller 2, n e t e c k n a d därav, att spänningen över de första k ä n - och andra donen (Dl och D2) varierar i överensstämmelse med ändringar i donens temperatur samt att förekomsten eller avsaknaden av vätska detekteras genom avkänning av en ändring i skillnaden mellan spänningarna över de första och andra donen.

4. Apparat enligt patentkravet 3, att de första och andra halvledardonen k ä n n e t e c k - n a d därav, 7910503-7 10 15 20 25 30 10 (Dl, D2) är zenerdioder.

5. Apparat enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k - n a d därav, att zenerdiodernas (Dl, D2) anoder är samman- kopplade med varandra.

6. Apparat enligt patentkravet 4 eller 5, k ä n - n e t e c k n a d därav, att vardera zenerdioden (Dl, D2) är kopplad till en källa (30, 31) för i huvudsak konstant ström på sådant sätt, att dioderna är backförspända.

7. Apparat enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - n a d av en spänningskomparator (33), vilken lämnar en utsignal i överensstämmelse med skillnaden mellan spän- ningarna över zenerdioderna (Dl, D2).

8. Apparat enligt patentkravet 7, n a d därav, att den ger en indikering av avsaknaden av fluidum, när skillnaden mellan spänningarna över zener- dioderna (Dl, D2) överskrider ett värde, som ligger i k ä n n e t e c k - huvudsak mittemellan spänningsskillnaden mellan zener- dioderna vid förekomst av fluidum och spänningsskillnaden vid avsaknad av fluidum.

9. Apparat enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k - n a d av en spänningsdelare (34, 35) med en ände kopplad till zenerdiodernas (Dl,D2) anoder.

10. Apparat enligt något av patentkraven l-9 för âstadkommande av en indikering av fluidumnivân i en tank, k ä n n e t e c k n a d av ett flertal avkännarenheter, vilka vardera innefattar ett första och ett andra halv- ledardon (Dl, D2) och vilka avkännarenheter är belägna över varandra i tanken på sådant sätt, att fluidumnivån fastställes genom detektering av vilka av avkännarenheterna som är nedsänkta i fluidumet.