Brevet FR2675259A1 — publié le 19921016

i La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection d'une caractéristique d'un fluide et concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif pour déterminer la densité d'un carburant d'avion ou, selon une variante, le type d'un carburant d'avion. Des systèmes de mesure de carburant d'avion sont nécessaires pour mesurer la masse qui est le produit de la densité et du volume Les mécanismes de l'art antérieur pour surveiller la densité du carburant incluent les bobines vibrantes, les flotteurs hydromètres et les systèmes basés sur des déductions qui utilisent la constante diélectrique ou la vitesse du son. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 232 544 délivré à James W Stansfeld et dont le détenteur est Solartron Electronic Group Limited décrit un dispositif de détection de la densité d'un fluide Des structures similaires sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nos 4 354 377 et 4 466 272 dûs à Stansfeld Chacun de ces brevets de l'art antérieur décrit un tube allongé et un transducteur électrique destiné à exciter le tube allongé à sa fréquence naturelle de vibration Des modifications de la densité d'un fluide en contact avec le tube modifient la fréquence de vibration En corrélant cette modification de la fréquence à une modification de la densité, il est possible, pour ces structures, de déterminer la densité d'un fluide Les systèmes qui mettent en oeuvre un dispositif de détection par tube vibrant tels que ceux décrits dans ces brevets permettent d'obtenir des résultats précis mais sont coûteux Par ailleurs, la taille de ces systèmes ne permet pas leur utilisation pour certaines applications. Une autre catégorie de densimètres de l'art antérieur est distribuée par Simmonds Precision Aircraft Systems, Division de B F Goodrich Aerospace L'un de ces systèmes utilise une technique de mesure par ultrasons qui détecte la vitesse à laquelle le son traverse le fluide et la température du fluide afin de déterminer la densité, comme décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n O 4 815 323 dû à Ellinger et suivants. On connaît également de par l'art antérieur comment déterminer la densité d'un carburant en mesurant la constante diélectrique du carburant, ceci en utilisant une technique de mesure de valeur de capacité Ces systèmes déduisent une densité sur la base de la constante diélectrique mesurée du carburant. Bien que ces systèmes soient moins coûteux à mettre en oeuvre que le densimètre qui utilise un tube vibrant, ils sont par ailleurs quelque peu moins précis. Selon l'invention, on propose un dispositif de détermination de la densité d'un carburant d'avion sur la base de données de densité qui proviennent d'échantillons du carburant de l'avion dont les variations de densité sont connues au moyen de paramètres détectés, comprenant: un moyen de détecteur incluant une ou plusieurs sondes qui peuvent être immergées dans le carburant d'un avion pour mesurer la température, la vitesse du son et la constante diélectrique du carburant de l'avion qui présente une densité inconnue; un moyen d'aiguillage de signaux depuis la ou des sondes, ces signaux correspondant à ladite température, à ladite vitesse du son et à ladite constante diélectrique; et un moyen de contrôleur pour calculer la densité du carburant de l'avion sur la base de la température détectée, de la vitesse du son détectée et de la constante diélectrique détectée du carburant de l'avion. Selon l'invention, on propose également un procédé de détection de la densité du carburant d'un avion dans lequel des variations de la densité d'échantillons de carburant de l'avion en fonction de paramètres détectés sont prédéterminées, le procédé comprenant les étapes de: mesure d'une température, d'une densité, d'une vitesse du son et d'une constante diélectrique pour une pluralité d'échantillons de carburant de test; mesure de la température, de la vitesse du son et de la constante diélectrique d'un échantillon de carburant inconnu; et détermination de la densité de l'échantillon de carburant inconnu par extrapolation de sa densité à partir de données de densité obtenues pour les échantillons de carburant de test. Selon un mode de réalisation de l'invention, un dispositif de détermination de la densité d'un fluide inclut une ou plusieurs sondes qui peuvent être immergées dans le fluide pour mesurer la température, la vitesse du son et la constante diélectrique du fluide Des signaux correspondants à ces mesures sont aiguillés depuis la ou les sondes jusqu'à un calculateur qui calcule la densité du carburant La détermination de la densité est basée sur des données provenant de l'échantillon de carburant qui présente une densité connue. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les sondes sont montées à l'intérieur d'un réservoir de carburant d'avion à réaction et des signaux correspondant à la température, à la vitesse du son et à la constante diélectrique sont aiguillés jusqu'à un calculateur qui génère un signal de sortie correspondant à la densité Ce signal est aiguillé hors du calculateur et il est utilisé pour calculer la masse du carburant. Selon une technique particulière de programmation du calculateur, lorsque la température de l'échantillon de carburant varie sur une plage spécifiée, la densité, la vitesse du son et la constante diélectrique du carburant de l'avion sont surveillées. Un calcul d'ajustement par la méthode des moindres carrés est effectué pour déduire une relation fonctionnelle entre les trois variables indépendantes de température, de vitesse du son et de constante diélectrique et la variable de densité de carburant qui est fonction de ces variables Cette relation est ensuite programmée dans le calculateur de telle sorte que des signaux correspondant à la température, à la vitesse du son et à la constante diélectrique soient aiguillés jusqu'au calculateur et qu'une sortie de densité de carburant soit générée. Divers procédés d'approximation par la méthode des moindres carrés peuvent être utilisés pour améliorer la précision du calcul de densité décrit L'approximation résultante qui utilise les trois paramètres de vitesse du son, de constante diélectrique et de température conduit à une détermination davantage précise que celle à laquelle conduirait une détermination menée sur la base de l'un des paramètres pris seul ou de deux des paramètres combinés Ces procédés permettent d'obtenir une détermination de densité précise qui est moins coûteuse que celle obtenue au moyen de la technique de calcul par tube vibrant et qui est davantage précise que des techniques de l'art antérieur qui reposent soit sur la constante diélectrique seule, soit sur la vitesse du son seule. Un avantage des modes de réalisation décrits en détail ci- après est constitué par un densimètre de coût réduit et de précision accrue D'autres objets, avantages et caractéristiques des modes de réalisation apparaîtront à la lumière de la description qui suit. Des appareils et procédés selon l'invention pour surveiller la densité d'un carburant d'avion sont maintenant décrits à titre d'exemples seulement et par report aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une configuration de l'appareil; la figure 2 est un graphique qui représente la vitesse du son en fonction de la température pour deux types différents de carburant d'avion; et la figure 3 est un histogramme qui représente des résultats de mesure de la densité d'un carburant en utilisant l'appareil et le procédé. La figure 1 représente de manière schématique un système de surveillance 10 pour déterminer la densité d'un fluide contenu à l'intérieur d'un conteneur 12 Un contrôleur à microprocesseur 14 effectue des calculs de densité sur la base de caractéristiques détectées du fluide contenu dans le conteneur Le système est en particulier utilisé en conjonction avec un système de surveillance de la densité d'un carburant d'avion La détermination de la densité est ensuite utilisée pour calculer la masse du carburant d'avion Dans ce mode de réalisation, le conteneur 12 constitue par conséquent un réservoir de carburant qui contient du carburant d'avion de soit un type A, soit un type B. Des sondes ou détecteurs disponibles sur le marché 20, 22, 24 sont immergés dans le carburant d'avion contenu dans le réservoir de carburant 12 et ils fournissent des signaux correspondant à la température, à la constante diélectrique et à la vitesse du son qui règnent à l'intérieur du carburant d'avion. Le détecteur 20 prévu pour déterminer la température utilise un détecteur de température résistif en platine (DTR) qui présente une relation bien définie entre la résistance et la température En appliquant un signal aux bornes du DTR et en mesurant le courant qui traverse le DTR en réponse au signal appliqué, il est possible d'obtenir une sortie directement liée à la température du DTR Une sonde appropriée basée sur le DTR 20 qui est prévue pour une utilisation en conjonction avec le système 10 est distribuée commercialement sous le nom Pr-14- 2-100-1/4-6-E par Omega. La sonde diélectrique 22 contient un circuit capacitif dans lequel des plaques espacées de manière parallèle sont excitées par un signal de commande En mesurant la valeur de capacité entre les plaques, il est possible de déterminer la constante diélectrique du matériau situé entre les plaques De cette manière, la constante diélectrique du carburant d'avion contenu à l'intérieur du réservoir de carburant 12 peut être déterminée Une sonde appropriée 22 prévue pour fournir une sortie relative à la constante diélectrique du carburant est distribuée sous le nom P/N 387003 par Simmonds Precision. La troisième sonde 24 mesure la vitesse du son à l'intérieur du carburant d'avion Cette sonde utilise un transducteur par ultrasons actionné par un signal présentant une fréquence spécifiée Des signaux sont transmis depuis le transducteur et les signaux de retour sont détectés Le temps qui s'écoule entre l'activation du transducteur et le retour du signal réfléchi donne une indication de la vitesse du son à l'intérieur du carburant d'avion Une sonde appropriée 24 prévue pour surveiller la vitesse du son à l'intérieur d'un fluide est distribuée sous le Modèle 6080 par Nusonics. Les trois sondes 20, 22, 24 génèrent des signaux de sortie qui sont transmis à trois circuits de conditionnement de signal , 32, 34 Ces circuits de conditionnement de signal évacuent par filtrage des signaux parasites qui peuvent être générés dans la région des sondes 20, 22, 24 Les circuits de conditionnement de signal sont configurés pour le signal particulier qui est mesuré Des circuits disponibles commercialement pour réaliser ce conditionnement de signal sont connus dans l'art antérieur et sont distribués respectivement par Omega, Andeen-ltagerling et Nusonics. Chacun des circuits de conditionnement de signal 30, 32, 34 génère une sortie correspondante qui est transmise au microprocesseur 14 Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le microprocesseur est constitué par un microprocesseur à 8 bits comportant un port d'entrée/sortie dont des broches sont périodiquement surveillées au moyen d'un algorithme de contrôle exécuté à l'intérieur du microprocesseur. L'algorithme de contrôle acquiert les données en provenance des circuits de conditionnement de signal et stocke temporairement ces données en vue de la préparation d'une détermination de densité. Les sondes 20, 22, 24 et les circuits de conditionnement de signal 30, 32, 34 génèrent des signaux de sortie qui sont précis à un degré C près pour la sonde 20, à 0,5 % de la valeur de la constante diélectrique pour la sonde 22 et à 0,3 % de la valeur de vitesse pour la sonde 24. Le microprocesseur 14 contient un algorithme de contrôle stocké pour acquérir périodiquement des données en provenance des sondes 20, 22, 24 et pour déterminer la densité du carburant d'avion Le calcul de densité est basé sur des données précédemment acquises en utilisant des échantillons de carburant d'avion Selon le mode de réalisation particulier de la présente invention, des échantillons de carburant présentant des densités connues sont testés et une base de données de données de test est évaluée Une approximation par la méthode des moindres carrés est appliquée aux données d'échantillon et est incorporée dans l'algorithme de contrôle du microprocesseur 40. La technique de détermination de densité particulière utilise une équation qui se présente sous la forme: ( 1) D= C 1 +C 2 x T+C 3 x K+C 4 x V+C 5 x Vx T Chacune des constantes Cl à C 5 est déduite des données de test issues des échantillons de carburant connus et elles sont programmées dans l'algorithme de contrôle du microprocesseur. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ces constantes sont stockées dans une mémoire morte effaçable électriquement (E 2 ROM) prévue soit dans le microprocesseur, soit dans un circuit de mémoire couplé au microprocesseur 14. Les constantes Cl à C 5 varient en fonction du carburant particulier en cours d'examen Dit d'une autre façon, si le microprocesseur effectue une détection sur un carburant d'avion de type A, les constantes Cl à C 5 sont utilisées pour calculer la densité du carburant d'avion mais si le type B de carburant d'avion est détecté, des constantes différentes Cl' à C 5 ' par exemple sont utilisées. L'équation de détermination de la densité se présente sous la forme d'une équation du premier ordre pour T, K et V, un terme de produit V x T étant présent De façon générale, l'approche constituée par l'approximation par la méthode des moindres carrés peut être appliquée à une courbe théorique qui inclut d'autres produits des variables V, T et K tels que les produits KV et KVT. Avant d'effectuer le calcul de la densité, le microprocesseur 14 doit déterminer le type du carburant d'avion qui est contrôlé La figure 2 représente de manière graphique la variation de la vitesse du son en fonction de la température pour les carburants d'avion de type A et de type B Une moyenne calculée entre les deux mesures définit une frontière 100 qui permet de déterminer lequel des deux types de carburant d'avion est en cours de détection Le microprocesseur 14 utilise la mesure de la vitesse et de la température pour déterminer le type du carburant Si pour une température mesurée donnée, la vitesse mesurée chute au-dessous de la frontière 100, la mesure concerne un carburant de type B et un jeu de constantes Cl' à C 5 ' est utilisé dans l'équation 1 Si la vitesse mesurée se situe au- dessus de la frontière 100, le carburant est du type A et un second jeu de constantes Cl à C 5 est utilisé dans l'équation 1. L'équation pour la frontière 100 est également déduite d'une approximation au moyen de la méthode des moindres carrés en utilisant un échantillon de carburant Une équation de la forme V = Kl + K 2 T + K 3 T 2 est déduite pour le carburant d'avion de type A et pour le carburant d'avion de type B et une valeur moyenne pour les constantes Kl à K 3 est déterminée Cette équation est stockée dans le programme de contrôle du microprocesseur et elle est utilisée pour déterminer le type du carburant d'avion et par voie de conséquence le jeu correct de constantes Cl à C 5. Selon le mode de réalisation particulier de l'invention, le microprocesseur 40 inclut un port de sortie distinct pour transmettre un signal de densité 40 en provenance du microprocesseur 40 à d'autres systèmes de contrôle prévus dans l'avion Plus spécifiquement, un signal à 8 bits est aiguillé depuis le microprocesseur en utilisant soit un protocole de communication série, soit un protocole de communication parallèle afin de l'acheminer jusqu'à un calculateur distinct pour calculer la masse du carburant d'avion De ce fait, le système 10 peut être contenu dans une unité portable qui est reliée au moyen d'interfaçages communs bien connus à d'autres systèmes de contrôle prévus dans l'avion. Selon une conception modifiée, le microprocesseur peut être remplacé par un ordinateur central prévu dans l'avion qui surveille des signaux correspondant à la température, à la vitesse du son et à la constante diélectrique Cet ordinateur reçoit ces signaux soit par l'intermédiaire de voies de communication spécialement dédiées, soit le long d'un bus qui utilise des techniques de contention de bus bien connues de l'art. Dans cette autre conception, l'ordinateur détermine non seulement la densité sur la base des signaux d'entrée en provenance du bus de communication mais il utilise aussi ces calculs de densité pour calculer la masse du carburant. La figure 3 est un histogramme qui représente la précision des mesures effectuées en utilisant le mode de réalisation particulier de l'invention Le graphique est porteur des différences en pourcentage entre la densité calculée (à partir de l'équation 1) et la densité détectée pour 85 échantillons Chaque paramètre (y compris la densité) est mesuré pour sept températures qui vont de -550 C à + 700 C Les mesures de température, de vitesse du son et de constante diélectrique sont ensuite utilisées pour déduire les constantes Cl à C 5 de l'équation 1 L'histogramme de la figure 3 présente une erreur standard de 0,405 %. Il est à noter qu'un mode de réalisation particulier de la présente invention a été décrit et que bien entendu, l'invention inclut toutes les modifications ou variantes qui découlent de la conception particulière décrite pourvu qu'elles s'inscrivent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détermination de la densité d'un carburant d'avion sur la base de données de densité déduites d'échantillons de carburant d'avion dont des variations de densité en fonction de paramètres détectés sont connues, caractérisé par: un moyen de détecteur ( 12) incluant une ou plusieurs sondes ( 20, 22, 24) qui peuvent être immergées dans un carburant d'avion pour mesurer la température, la vitesse du son et la constante diélectrique du carburant d'avion qui présente une densité inconnue; un moyen ( 30, 32, 34) pour aiguiller des signaux en provenance de la sonde ou des sondes, ces signaux correspondant à ladite température, à ladite vitesse du son et à ladite constante diélectrique; et un moyen de contrôleur ( 14) pour calculer une densité du carburant d'avion sur la base de la température détectée, de la vitesse du son détectée et de la constante diélectrique détectée du carburant d'avion. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de contrôleur ( 14) comprend un moyen pour émettre en sortie un signal de densité relatif à la densité mesurée du carburant d'avion. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de contrôleur ( 14) comprend un contrôleur à microprocesseur qui comporte un port d'entrée/sortie pour obtenir des signaux correspondant à la température, à la vitesse du son et à la constante diélectrique, et un second port d'entrée/sortie pour émettre en sortie un signal de densité. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de contrôleur ( 14) comprend un moyen pour déterminer un type de carburant à partir de la vitesse du son détectée et de la température détectée. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de contrôleur ( 14) comprend un moyen pour déterminer la densité au moyen de l'évaluation d'une expression de la forme: Cl +C 2 x T+C 3 x K+C 4 x V+C 5 x Tx V o T est la température détectée, K est la constante diélectrique détectée, V est la vitesse du son détectée et Cl, C 2, C 3, C 4 et C 5 sont des constantes qui dépendent du type du carburant dont la densité est évaluée. 6 Procédé de détection de la densité de carburant d'avion, dans lequel des variations de la densité d'échantillons de carburant d'avion en fonction de paramètres détectés sont prédéterminées, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: mesure d'une température, d'une densité, d'une vitesse du son et d'une constante diélectrique pour une pluralité d'échantillons de carburant de test; mesure de la température, de la vitesse du son et de la constante diélectrique d'un échantillon de carburant inconnu; et détermination de la densité de l'échantillon de carburant inconnu par extrapolation de sa densité à partir de données de densité obtenues pour les échantillons de carburant de test. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de déduction d'une expression de la forme: Cl +C 2 x T+C 3 x K+C 4 x V+C 5 x Tx V o T est la température détectée, K est la constante diélectrique détectée, V est la vitesse du son détectée et Cl, C 2, C 3, C 4 et C 5 sont des constantes déterminées à partir de la pluralité d'échantillons de carburant de test et l'étape d'utilisation de l'expression permettant de déterminer la densité de l'échantillon de carburant inconnu. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de détermination d'un type de carburant d'avion sur la base de la vitesse du son détectée et de la température détectée puis l'étape de sélection des constantes appropriées Cl, C 2, C 3, C 4 et C 5 sur la base du type du carburant d'avion.