Brevet FR2744214A1 — publié le 19970801

l SYSTEME DE MESURE DE QUANTITE DE FLUIDE La présente invention concerne des systèmes de mesure de quantité de fluide du type comportant une sonde ultrasonique ayant plusieurs réflecteurs espacés le long de sa longueur. Cette invention concerne plus particulièrement des systèmes de mesure de quantité de fluide et des procédés utilisant des sondes ultrasoniques avec plusieurs réflecteurs. Dans les systèmes de mesure ultrasonique de quantité de fluide, un transducteur ultrasonique est monté au bas d'un tube vertical ou d'une tige creuse qui est remplie de fluide à la même hauteur que le fluide à l'extérieur du tube. Des exemples de systèmes de mesure ultrasonique de fluide sont décrits dans US 2990543, US 3214974, US 3290944, US 3394589, US 3693445, US 4063457, US 4183007, US 4532406, US 4748846, US 4896535, US 4909080, US 4928525, US 5095747, US 5095748, US 5119676, US 5121340, US 5127266, US 5301549, US 5309763, US 5357801, EP 138541, GB 2185575, GB 2247753, DE 3330059, JP 69024, WO 9119191, WO 9214996, SU 821939. Le transducteur transmet des impulsions d'énergie ultrasonique vers le haut jusqu'à l'interface fluide/air o elles sont réfléchies en retour vers le transducteur. En mesurant la durée du déplacement des impulsions d'énergie, il est possible de calculer la hauteur de la surface du fluide. La vitesse du son varie en fonction de changements de la densité de fluide et de la température. Afin de compenser ceci, il est usuel que la tige creuse comporte un nombre de réflecteurs espacés le long de sa longueur. Comme la hauteur de ces réflecteurs est connue, les réflections ultrasoniques qu'ils produisent peuvent être utilisées pour calibrer le système et améliorer le calcul de la hauteur et du volume du fluide. Dans de nombreuses applications toutefois, comme dans des systèmes de mesure de carburant d'avion, il est nécessaire de connaître la masse de carburant de sorte qu'une mesure de la densité est nécessaire. A cause de la stratification de la température qui peut se produire dans le réservoir de carburant, il peut y avoir des différences appréciables entre la densité de carburant à différentes hauteurs, rendant difficile de calculer de façon précise la masse de carburant. La mesure précise de la masse de carburant est d'une importance considérable pour les opérateurs d'avion, puisque cela permet de réduire les quantités de carburant à transporter sans réduire la sécurité. Ceci permet d'autre part d'augmenter la masse de bagages payants à transporter, ce qui augmente le profit. Un objet de la présente invention est de fournir un système et un procédé de mesure de la quantité de fluide qui peut être utilisé pour résoudre ce problème. Selon la présente invention, il est fourni un système de mesure de quantité de fluide du type spécifié ci-dessus, caractérisé en ce que qu'il comporte un densimètre qui fournit une première mesure de la densité du fluide, et une unité de contrôle qui calcule une première vitesse du son dans le fluide, une constante type du fluide à partir de la première densité et de la première vitesse du son, la densité de fluide à chaque réflecteur immergé dans le fluide à partir de la constante type du fluide et à partir de la vitesse du son à chaque réflecteur, et une densité moyenne à partir des calculs de densité à chaque réflecteur immergé dans le fluide. Le densimètre est de préférence monté vers l'extrémité inférieure d'un réservoir dans laquelle la sonde est montée. Le densimètre peut être un densimètre à cylindre vibrant. L'unité de contrôle calcule de préférence la constante type du fluide à partir de l'expression F = p - v. B, o F est la constante type du fluide, p est la densité, v, est la vitesse du son et B est une constante. La constante B est approximativement 0, 1811 kg.s.m4. L'unité de contrôle peut calculer une densité moyenne pondérée en appliquant un facteur de pondération à chaque mesure de densité, le facteur de pondération dépendant du volume de fluide à chaque réflecteur. Le système peut comporter plusieurs sondes et l'unité de contrôle délivrer une sortie représentative de la masse de fluide. Un système de mesure de quantité de carburant d'un avion et un procédé de fonctionnement en accord avec la présente invention est maintenant décrit au moyen d'un exemple en référence aux dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement le système; et - la figure 2 est une vue en coupe transversale en élévation d'une sonde du système. En référence à la figure 1, le système de mesure du carburant comporte un réservoir 1 qui est typiquement placé dans l'aile d'un avion et qui a une forme irrégulière, contenant plusieurs sondes de mesure de carburant ultrasonique et dont trois sondes 2 à 4 sont illustrées. Le réservoir 1 comporte également une entrée 6, par laquelle le carburant est introduit dans le réservoir, et un densimètre 7. Les sondes 2 à 4 sont reliées à une unité de contrôle 10 qui reçoit également la sortie du densimètre 7, et fournit une sortie représentative de la masse de carburant à un affichage 11 ou à d'autres moyens d'utilisation. En se référant maintenant à la figure 2, il est illustré un exemple de sonde ultrasonique conventionnelle 2, telle que celle du type décrite dans GB 2265219, GB 2265005 ou GB 2270160. La sonde 2 comporte un tube extérieur ou une tige creuse 12, qui est ouverte en haut et en bas de sorte que le carburant dans la tige creuse soit à la même hauteur que le carburant à l'extérieur de la sonde. Un transducteur ultrasonique 13 est placé au bas de la tige creuse 12 et transmet des impulsions d'énergie ultrasonique vers le haut le long de la tige creuse lorsqu'il est alimenté par l'unité de contrôle 10. La sonde 2 comporte huit réflecteurs 14 à 21 montés à l'intérieur de la tige creuse espacés le long de sa longueur. Les réflecteurs 14 à 21 ont la forme de goupilles ou de goujons dépassant d'environ un tiers du diamètre de la tige creuse. L'énergie ultrasonique est réfléchie par les trois réflecteurs inférieurs 14 à 16 qui sont immergés dans le carburant et, comme ces signaux réfléchis sont produits par des réflecteurs à des hauteurs connues, ils fournissent un signal de calibrage des sondes de la manière décrite dans GB 2265219. Le densimètre 7 peut être de n'importe quel type conventionnel tel qu'un densimètre à cylindre vibrant et, lorsque l'avion est rempli de carburant, il fournit un signal de sortie à l'unité de contrôle 10 représentative de la densité de carburant dans le réservoir 1. Toutefois, on peut voir qu'il ne peut fournir une mesure de la densité p qu'à un seul point, illustré par la figure 1 comme étant le point du réservoir 1 à proximité de la sonde 2. L'unité de contrôle 10 reçoit la sortie du densimètre 7 et reçoit également une sortie de la sonde 2 adjacente. L'unité de contrôle 10 identifie la réfection du réflecteur inférieur 14, qui est le réflecteur le plus proche du densimètre 7, et à partir de ceci, calcule la vitesse du son v1 dans les zones entre le transducteur 13 et le premier réflecteur 14. L'unité de contrôle 10 calcule ensuite une valeur de carburant ou une constante type F du fluide utilisant l'expression suivante: F = p-v. B (1) o B est une constante égale à 3,84 x 10-5 Ib.sec. inch'1.Usgallon-1 ou 0.1811 kg.sec. m4. Cette constante type F du fluide est ensuite utilisée pour les calculs ultérieurs de la masse du fluide pour calculer différentes mesures de densité en différentes hauteurs du fluide pour les trois sondes 2 à 4. Plus particulièrement, en reformulant l'expression (1) ci-dessus, on obtient: p = F + v,. B (2) de sorte que la densité pn pour le neme réflecteur donnerait: pn = F + v. B (3) o vn est la vitesse du son au nème réflecteur. De cette manière, une estimation de la densité de carburant à chaque réflecteur peut être calculée pour être utilisée dans le calcul de la masse de carburant. L'unité de contrôle 10 calcule la densité moyenne pondérée pour chacun des réflecteurs immergés dans le carburant, en utilisant un facteur de pondération W, qui est proportionnel au volume de carburant au niveau du réflecteur. Dans l'exemple présent, le réservoir est incliné vers l'intérieur sur un côté, de sorte que la surface en coupe transversale décroît avec la hauteur et le volume du carburant autour de chacun des réflecteurs décroît ainsi lorsque la hauteur croît. La densité pondérée dans le réservoir utilisé, décroît lorsque la hauteur croît. Dans des réservoirs de formes différentes, la pondération peut être différente. La densité pondérée pw pour la sonde 2 illustrée, avec trois réflecteurs 14 à 16 immergés est donnée par l'expression suivante: pw = (Wi.plI + W2.P2 + W3.p3)/3 (4) O W3 et o W. à W3 et pi à p3 sont les pondérations et les densités des réflecteurs 14 à 16 respectivement. L'unité de contrôle 10 calcule la position de la surface du carburant à partir des signaux de sortie de la hauteur des trois sondes 2 à 4, et en connaissant la forme du réservoir 1, calcule le volume de carburant dans le réservoir. L'unité de contrôle 10 utilise alors les densités pondérées pw et le volume pour calculer la masse de carburant. Le système peut utiliser les sorties de toutes les trois sondes 2, 3 et 4 afin de calculer la densité de carburant pondérée, ou seulement la sonde 2. Des tentatives précédentes pour estimer la densité ont utilisé la vitesse du son seulement à partir du réflecteur immergé le plus haut, pour estimer une densité moyenne de carburant, mais ceci ne donne pas une estimation suffisamment précise dans la plupart des cas. On notera que la présente invention n'est pas confinée à des applications de mesure de carburant, mais pourrait être utilisée dans n'importe quel système de mesure ultrasonique de fluide. Dans certaines applications, il n'est pas nécessaire de calculer la masse de fluide, mais il peut être souhaitable d'avoir une indication de la densité du fluide et de sa hauteur ou de son volume. REVENDICATIONS 1. Système de mesure de quantité de fluide comportant une sonde ultrasonique ayant plusieurs réflecteurs espacés le long de sa longueur, caractérisé en ce qu'il comporte un densimètre (7) qui fournit une première mesure de la densité du fluide, et une unité de contrôle (10) qui calcule une première vitesse du son dans le fluide, une constante type du fluide à partir de la première densité et de la première vitesse du son, la densité de fluide à chaque réflecteur (14, 15, 16) immergé dans le fluide à partir de la constante type du fluide et à partir de la vitesse du son à chaque réflecteur, et une densité moyenne à partir des calculs de densité à chaque réflecteur (14, 15, 16) immergé dans le fluide. 2. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le densimètre (7) est monté vers l'extrémité inférieure d'un réservoir (1) dans lequel la sonde (2, 3, 4) est montée. 3. Système de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le densimètre (7) est un densimètre à cylindre vibrant. 4. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de contrôle (10) calcule la constante type du fluide à partir de l'expression F = p - v1. B, o F est la constante type du fluide, p est la densité, v1 est la vitesse du son et B est une constante. 5. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la constante B est approximativement 0,1811 kg.s.m4. 6. Système de mesure selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de contrôle (10) calcule une densité moyenne pondérée en appliquant un facteur de pondération à chaque mesure de densité, et en ce que le facteur de pondération dépend du volume de fluide à chaque réflecteur. 7. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs sondes (2, 3, 4). 8. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de contrôle (10) délivre une sortie représentative de la masse de fluide.