SE457829B

SE457829B - Maetanordning foer vaetska

Info

Publication number: SE457829B
Application number: SE8301685A
Authority: SE
Inventors: P Clinton
Original assignee: Smiths Industries Plc
Priority date: 1982-03-29
Filing date: 1983-03-28
Publication date: 1989-01-30
Also published as: FR2524141B1; DE3308973C2; DE3308973A1; SE8301685L; FR2524141A1; IT8320255A0; US4525792A; IT1161026B; SE8301685D0

Description

457 829 2 Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en mätanordning för vätska, vilken anordning kan användas för att lindra nackdelarna hos tidigare kända anordningar.

Enligt föreliggande uppfinning har en mätanordning för vätska av den ovan beskrivna typen âstadkommits, vilken anordning kännetecknas av att spänningskällan växlar mellan tvâ tillstånd, varvid i det första till- ståndet växelspänningssignalen matas till avkänníngs- enheten med en toppspänningsamplitud av ett första värde och varvid i det andra tillståndet växelspännings- signalen matas till avkänníngsenheten med en toppspän- ningsamplitud av ett andra värde, som skiljer sig från det första värdet; att mâtenheten är anordnad att ge en indikering på strömutsignalerna från avkän- níngsenheten i de första och andra tillstânden; och att mätenheten är anordnad att indikera spänningen över likströmsanordningen utifrân respektive ström- utsignal från avkänníngsenheten och utifrån de förut- bestämda värdena på toppspänningsamplituden i de första och andra tillstánden. _ På detta sätt undanröjs behovet av ytterligare komponenter i och anslutningar till-den kapacitiva avkän- níngsenheten. _ Spänningskällan kan innefatta en transformator, från vars sekundärlindningar den till avkänníngsenheten avgivna växelspänningssignalen härrör, och spännings- källan innefattar en strömställare, som kopplar om avkän- níngsenheten mellan tvà olika uttag på sekundärlind- ningen och därigenom ändrar den avkänníngsenheten till- förda spänningen mellan ett första och ett andra förut- bestämt värde. Spänningen över ett av uttagen kan vara väsentligen hälften av spänningen över det andra ut- taget. Omkopplingen av spänningskällan mellan det första och det andra förutbestämda värdet kan styras av mät- enheten. Spänningskällan kan hålla produkten av utspän- ningen Vp och frekvensen f väsentligen konstant för : 457 829 3 endera av de förutbestämda värdena. Mätenheten kan inne- fatta ett minne, som lagrar värdet på utsignalen från avkänningsenheten, när denna tillförs en insignal med ett av de förutbestämda värdena.

En för ett flygplan avsedd bränslemätningsanordning 1 överensstämmelse med föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas genom utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar. Fig 1 visar anordningen sche- matiskt; och fig 2 åskådliggör arbetssättet hos en del av anordningen.

Enligt fig 1 innefattar mätanordningen för vätska en kapacitiv avkänningsenhet 1, en drivenhet 2, som förser avkänningsenheten 1 med en växelspänningssignal, och en mätenhet 3, som förser en indikeringsanordning 4 med en likspänning i överensstämmelse med förändringar i avkänningsenhetens 1 utsignal.

Avkänningsenheten 1 är monterad i ett flygplans bränsletank 5 och innefattar en kondensator 6, som är placerad på en lämplig plats för nedsänkning i det bräns- le 10 som finns i tanken. Kondensatorn 6 kan ha känd form och exempelvis ha parallella plattor eller kon- centriska rör, vilka är åtskilda fràn varandra med ett luftgap, som är fyllt med bränsle till ett på bränsle- nivàn i tanken 5 beroende djup. När bränsledjupet änd- ras, ändras kapacitansvärdet pà motsvarande sätt och denna kapacitansändring används för att åstadkomma ett mått på bränsledjupet.

Avkänningsenheten 1 innefattar också tvâ identiska dioder 7 och 8. Den ena diodens 7 anod är ansluten till en platta på kondensatorn 6 och dess katod är ansluten till jord, och den andra diodens 8 katod är ansluten till samma kondensatorplatta och dess anod är ansluten till mätenheten 3 via en ledning 11. Kondensatorns 6 andra platta är kopplad till drivenheten 2 via en led- ning 9.

Drivenheten 2 innefattar en spänningskälla 20 och en omvandlare 21. Spänningskällan 20 kan vara av 457 829 4 det i GB-2 034 051A beskrivna slaget, där produkten av utspänningen och frekvensen hålls konstant. Spännings- källan 20 innefattar en sinusvågsoscillator 22, som har en utspänning, vars toppvärde VP styrs av storleken på en till oscillatorns ingång på en ledning 23 tillförd likspänning VI. Oscillatorns 22 utsignal avges till ingången på en diodpumpkrets 24, som alstrar en mot produkten av inspänningens VP toppvärde och frekvens f proportionell likspänning VDP. Diodpumpkretsen 24 innefattar en referenskondensator 25 och två dioder 26 och 27, som är identiska med dioderna 7 och 8 i av- känningsenheten 1. Den första diodens 26 anod är an- sluten till den ena plattan på kondensatorn 25 och dess. katod är ansluten till jord; den andra diodens 27 katod är ansluten till samma platta på kondensatorn 25 och dess anod är ansluten till en ström-spänningsomvandlares 28 minusingång. Ström-spänningsomvandlaren 28 har en återkopplingsresistor 29 och en kondensator 30 paral- lellt med denna och dess plusingàng är ansluten till jord. Utspänningen VDP från diodpumpkretsen 24 ges av uttrycket: - VDP = 2(vP - vnyfcRnR (I) där CR är referenskondensatorns 25 kapacitans och RR är àterkopplingsresistorns 29 resistans.

Utspänningen VDP avges på en ledning 31 till ena ingången på en spänningskomparator 32, vars andra ingång matas med en referensspänning VR. Spänningskomparatorn 32 förser oscillatorn 22 med inspänningen VI och tjänar till att hålla sina två insignaler, dvs VDP och VR, lika. När VDP sjunker under VR ökar utsignalen VI i motsvarande grad, vilket leder till att spänningen V på oscillatorns 22 utgång ökar, vilket sålunda höjer VDP tills den blir lika med VR. Eftersom VDP är pro- portionell mot f och (VP - VD) framgår det därför att en godtycklig förändring av VP eller f, vilken föränd- ring exempelvis kan orsakas av variationer i oscilla- torns 22 temperatur, kommer att leda till motsvarandeï P 457 829 förändring av V och att en sådan förändring kommer DP att kompenseras av en anpassning av V Spänning-fre- P. kvensprodukten (VP - VD)f kommer därför att hållas kon- Stant. Det inses att spänníngskällan 20 kan vara upp- byggd pà många olika sätt.

Spänningen V tillföres omvandlaren 21, som inbe- griper en transfoímator 210. Spänningen VP tillföres transformatorns 210 primärlindning och den över sekun- därlindningen utvecklade spänningen VS avges pà led- ningen 9. Omvandlaren 21 inbegriper också en omkopp- lingsenhet 211, som kan pâverkas att ansluta ledningen 9 till ett uttag på sekundärlindningen, så att den över ledningen 9 pàlagda spänningen minskas på motsvarande sätt med en faktor X. Omkopplingsenheten 211 styrs av signaler på en ledning 310 från mätenheten 3.

Mätenheten 3 inbegriper en processor 300, vars arbetssätt visas schematiskt i fig 2. När omkopplings- enheten 211 är i sitt normala läge, i vilket ledningen 9 är ansluten över hela sekundärlindningen, alstrar den över den kapacitiva avkänningsenheten 1 pàlagda spänningen VS på en ledning 11 en ström I1, som avges till processorn 300. Strömmen I1 ges av uttrycket: 11 = fczws - VD) (II) där VD är spänningsfallet över dioden 8.

När omkopplingsenheten 211 kopplar ledningen 9 till transformatorns 210 reduktionsuttag minskas den över avkänningsenheten 1 anbringade spänningen i mot- svarande grad till Vs/X. Den till processorn 300 avgivna strömmen I2 ges därför av: Vs 12 = fcz <2- - VD (III) Från uttrycken (II) och (III) kan det visas att: V =(:lX§ - I V (I -'I > (IV) D X 2 S 1 2 457 829 6 Spänningsfallet VD över dioden kan sàlunda beräk- nas från de två strömvärdena I1 och I2, förutsatt att spänningen VS från spänningskällan och faktorn X är kända.

I fig 2 visas beräkningen av VD såsom utförd av ett block 301 från ögonblicksvärdena för I1, som tillförs längs en ledning 11, och det i en minnesen- het 302 lagrade värdet för I2. Värdet för VS till förs också blocket 301 längs en ledning 9'. Blocket 301 styr också omkopplingsenheten 211 genom signaler längs ledningen 310.

Med hjälp av VD beräknas kondensatorns 6 kapacitans från uttrycket II, som kan skrivas: 0 I1 C = (V) I fig 2 visas denna beräkning såsom utförd av ett block 303. Med kännedom om hur kapacitansen ändras längs sondens längd kan vätskehöjden h i tanken 5 bestämmas fràn kapacitansvärdet C - detta visas såsom utfört av ett block 304.

~ Kondensatorn 6 kan anpassas till tankens S form, dvs kapacitansen kan anordnas att variera längs dess längd (genom variation av ytan på eller avståndet mellan plattorna), så att kapacitansen har ett linjärt samband med tankens volym. En modell av tanken kan alternativt finnas lagrad i processorn vid 305, så att volymen vid en godtycklig höjd kan beräknas. När vätskans densitet är känd kan processorn 300 också anordnas att alstra utsignaler, som motsvarar massan av vätskan i tanken i stället för volymen.

Densiteten D kan på välkänt sätt beräknas ur det approximativa uttrycket: D G (K - 1)/(1 + O,4K) _ (VI) där K är dielektricitetskonstanten. 457 829 7 Bränslets temperatur T kan erhållas från det kända spänningsfallet VD över dioden 8, eftersom temperatur- koefficienten för dioden är känd. För detta ändamål mottar ett block 306, såsom visas i fig 2, utsignalen VD fràn blocket 301.

Den frekvens, med vilken värdet VD behöver bestäm- mas, beror på den speciella tillämpning som mätanordning- en används för. När vätskans temperatur ändras ofta måste värdet på VD bestämmas oftare. I en mätanordning för bränsle i ett flygplan kan VD typiskt bestämmas en gång i minuten. Det inses därför att omkopplingsstyrenheten 211, under större delen av tiden kommer att hålla led- ningen 9 inkopplad över hela transformatorns 210 se- kundärlindning, med enstaka omkopplingar till reduk- tionsuttaget. I detta avseende spelar det inte någon roll med vilken faktor X som spänningen reduceras så länge som värdet på faktorn X är noggrant känt; för enkelhetens skull kan sekundärlindningen ha ett mitt- uttag så att spänningen halveras (X = 2). Omvandlaren 21 behöver inte innefatta en transformator utan kan i stället inbegripa en dividerare eller annan elektro- nisk reduktionskrets. _ Uppfinningen är inte begränsad till att användas i bränslemätningssystem för flygplan utan kan användas i andra vätskemätningssystem, som har likriktade ut- gångar.

Claims

457 829 10 15 20 25 30 PATENTKRAV

1. Mätanordning för vätska, vilken anordning inne- fattar en kapacitiv avkänningsenhet (1), som är avsedd för nedsänkning i en vätska, en elektrisk spänningskälla (2), som tillför avkänningsenheten en växelspännings- signal, så att avkänningsenhetens utsignal varierar i överensstämmelse med förändringar i vätskemängden, och en mätenhet (3), som är inkopplad för att mottaga utsignalen från avkänningsenheten, som inbegriper en kondensator och åtminstone en till kondensatorns utgång ansluten likströmsanordning, varvid mätenheten ger en utsignal i beroende av kondensatorns värde, k ä n n e - t e c k n a d av att spänningskällan (2) växlar mellan tvâ tillstånd, varvid i det första tillståndet växel- spänningssignalen matas till avkänningsenheten (1) med en toppspänningsamplitud av ett första värde (Vs) och varvid i det andra tillståndet växelspänningssignalen matas till avkänningsenheten (1) med en toppspännings- amplitud av ett andra värde (Vs/X), som skiljer sig från det första värdet; att mätenheten (3) är anordnad att ge en indikering på strömutsignalerna (Il och I2) från avkänningsenheten (1) i de första och andra till- stánden; och att mätenheten (3) är anordnad att indikera spänningen (VD) över likströmsanordningen (8) utifrån respektive strömutsignal (Il och Iz) från avkännings- enheten (1) och utifrån de förutbestämda värdena på toppspänningsamplituden (Vs och Vs/X) i de första och andra tillstånden.

2. Mätanordning för vätska enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att likströmsanordningen är en diod (8).

3. Mätanordning för vätska enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att spänningskällan (2) innefattar en transformator (210), att den till avkän- ningsenheten (1) avgivna växelsspänningssignalen härrör 15 20 25 457 829 9 från transformatorns sekundärlindning och att spännings- källan (2) innefattar en strömställare (211), som kopp- lar om avkänningsenheten (1) mellan tvà olika uttag på sekundärlindningen och därigenom ändrar den avkän- ningsenheten (1) tillförda spänningen mellan ett första och ett andra förutbestämt värde.

4. Mätanordning för vätska enligt krav 3, k ä n - n e t e c k n a d av att spänningen över ett av uttagen är väsentligen hälften av spänningen över det andra uttaget.

5. Mätanordning för vätska enligt något av före- gående krav, k ä n n e t e c k n a d av att omkopp- lingen av spänningskällan (2) mellan det första och det andra värdet styrs av mätenheten (3).

6. Mätanordning för vätska enligt något av före- gående krav, k ä n n e t e c k n a d av att spännings- källan (2) häller produkten av utspänningen VP och fre- kvensen f väsentligen konstant för ettdera av de förut- bestämda värdena.

7. Mätanordning för vätska enligt något av före- gående krav, k ä n n e t e c k n a d _av att mätenheten (3) inbegriper ett minne (302), som lagrar en angivelse om värdet på utsignalen från avkänningsenheten (1), när denna tillförs en insignal med ett av de förutbe- stämda värdena.