(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内に取り付けた超音波プローブの長さに沿って互いに離して複数個のリフレクタを設けた超音波プローブを有する流体計量装置において、流体密度の第１密度測定値を得る密度計（７）と、この密度計の領域の流体における第１音速を計算し、前記第１密度測定値及び第１音速から流体タイプ定数を計算し、流体内に浸漬された各リフレクタ（１４，１５，１６）において流体タイプ定数及びそのリフレクタにおける音速から各リフレクタにおける流体密度を計算し、流体内に浸漬された各リフレクタ（１４，１５，１６）における計算された流体密度から平均密度を計算する制御ユニット（１０）とを具え、この制御ユニット（１０）は、流体体積を、前記超音波プローブ（２，３，４）による燃料高さに関する出力と、前記タンク（１）の形状とから計算し、また、流体の質量を、前記計算した流体体積と、前記平均密度とから計算する構成としたことを特徴とする流体計量装置。
【請求項２】
前記密度計（７）を、前記超音波プローブ（２，３，４）が取り付けられている前記タンク（１）の下側端部に向けて取り付けた請求項１記載の流体計量装置。
【請求項３】
前記密度計（７）を振動シリンダ密度計とした請求項１又は２記載の流体計量装置。
【請求項４】
前記制御ユニット（１０）は、Ｆを流体タイプ定数、ρを密度、ｖ1を音速、Ｂを定数とした次式
Ｆ＝ρ−ｖ1・Ｂ
から流体タイプ定数を計算する請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の流体計量装置。
【請求項５】
前記定数Ｂを約0.1811kg・sec ・m-４とした請求項４記載の流体計量装置。
【請求項６】
前記制御ユニット（１０）は、各密度測定値に重み係数を付加することにより重み付け平均密度を計算し、前記重み係数は各リフレクタにおける流体体積に依存するものとした請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の流体計量装置。
【請求項７】
複数個の超音波プローブ（２，３，４）を設けた請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の流体計量装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンク内に取り付けた超音波プローブの長さに沿って互いに離して複数個のリフレクタを設けた超音波プローブを有する流体計量装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、更に、特に、複数個のリフレクタを有する超音波プローブを使用した流体計量装置及び方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
超音波式流体計量装置において、超音波変換器を垂直チューブ又は静止ウェルの底部に取り付け、このチューブはチューブの外側の流体と同一高さの流体で充填される。超音波式流体計量装置の例としては、米国特許第２，９９０，５４３号、同第３，２１４，９７４号、同第３，２９０，９４４号、同第３，３９４，５８９号、同第３，６９３，４４５号、同第４，０６３，４５７号、同第４，１８３，００７号、同第４，５３２，４０６号、同第４，７４８，８４６号、同第４，８９６，５３５号、同第４，９０９，０８０号、同第４，９２８，５２５号、同第５，０９５，７４７号、同第５，０９５，７４８号、同第５，１１９，６７６号、同第５，１２１，３４０号、同第５，１２７，２６６号、同第５，３０１，５４９号、同第５，３０９，７６３号、同第５，３５７，８０１号、ヨーロッパ特許第１３８，５４１号、英国特許第２，１８５，５７５号、同第２，２４７，７５３号、ドイツ国特許第３，３３０，０５９号、特開平６−９０２４号、国際公開第９，１１９，１９１号、同第９，２１４，９９６号、及びソ連国特許第８２１，９３９号に記載されている。変換器は超音波エネルギを流体／空気のインターフェースに向けて上方に伝達し、このインターフェースで超音波エネルギが反射して変換器に帰還する。エネルギの移動時間を測定することによって、流体表面の高さを計算することができる。音速は流体密度及び温度によって変化する。このことを補正するため、静止ウェルの長さに沿って互いに離して複数個のリフレクタを設けた静止ウェルを使用するのが一般的である。これらのリフレクタの高さは既知であるため、リフレクタでの超音波反射を使用して装置を較正し、流体の高さ及び体積の計算を改善することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多くの用途においては、例えば、飛行機の燃料計量（ゲージング）においては、燃料の質量を知ることが必要であり、従って、密度測定が必要になる。燃料タンク内で生ずることがある温度層のため、異なる高さで燃料密度が相当異なることがあり、正確に燃料質量を計算することが困難である。燃料質量の正確な測定は、安全性が低下することなく燃量節約を可能にする上で飛行機の操縦士にとっては相当重要である。このことにより、有料荷重（ペイロード）を増大し、利益を増大することができる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、この問題を解決するのに使用できる流体計量装置及び方法を得るにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明流体計量装置は、流体密度の第１密度測定値を得る密度計と、この密度計の領域の流体における第１音速を計算し、前記第１密度測定値及び第１音速から流体タイプ定数を計算し、流体内に浸漬された各リフレクタにおいて流体タイプ定数及びそのリフレクタにおける音速から各リフレクタにおける流体密度を計算し、流体内に浸漬された各リフレクタにおける計算された流体密度から平均密度を計算する制御ユニットとを具え、流体体積を、前記超音波プローブによる燃料高さに関する出力と、前記タンクの形状から計算し、また、流体の質量を、前記計算した流体体積と、前記平均密度から計算するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
好適には、前記密度計を、前記プローブが取り付けられているタンクの下側端部に向けて取り付ける。好適には、前記密度計を振動シリンダ密度計とする。好適には、前記制御ユニットは、Ｆを流体タイプ定数、ρを密度、ｖ1を音速、Ｂを定数とした次式
Ｆ＝ρ−ｖ1・Ｂ
から流体タイプ定数を計算する。好適には、定数Ｂを約0.1811kg・sec ・m-4とする。好適には、制御ユニットは、各密度測定値に重み係数を付加することにより重み付け平均密度を計算し、前記重み係数は各リフレクタにおける流体体積に依存するものとする。好適には、複数個のプローブを設ける。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に図面につき本発明の好適な実施の形態を説明する。
【０００９】
燃料計量装置はタンク１を有し、このタンク１は飛行機の翼に配置するのが一般的であり、不規則な形状をしており、数個の超音波燃料計量プローブを有し、図示の実施例では３個のプローブ２〜４を示す（図１の（ａ））参照）。タンク１には更に、燃料をタンクに補給する流入口６と、密度計７とを設ける。プローブ２〜４を制御ユニット１０に接続し、この制御ユニット１０は密度計７からの出力をも入力し、燃料質量を表す出力をディスプレイ１１又は他の利用手段に供給する。
【００１０】
図１の（ｂ）には英国特許第２２６５２１９号、同第２２６５００５号、又は同第２２７０１６０号に記載の種類のような普通の超音波プローブ２を示す。このプローブ２は、頂部と底部が開放した外側チューブ又は静止ウェル１２を有し、従って、この静止ウェルの燃料はプローブの外部の燃料と同じ高さとなる。超音波変換器１３を静止ウェル１２の底部に配置し、制御ユニット１０によって動作させるとき超音波エネルギを静止ウェルに沿って上方に伝達する。プローブ２は、静止ウェルの内壁にその長さに沿って互いに離して取り付けた８個のリフレクタ１４〜２１を有する。リフレクタ１４〜２１は、静止ウェルの直径の約３分の１にわたり突出する短いくい又はスタッドの形式とする。超音波エネルギは燃料内に浸漬されている下側の３個のリフレクタ１４〜１６から反射し、これらの反射した信号は既知の高さのリフレクタから発生するものであるため、英国特許第２２６５２１９号に記載のようにプローブからの較正信号となる。
【００１１】
密度計７は振動シリンダ密度計のような普通の種類とすることができ、飛行機に燃料補給するとき、タンク１の燃料の密度を表す出力を制御ユニット１０に送る。しかし、図１に示すように、タンク１の底部でプローブ２に隣接して１点でのみ密度測定ρを行うようにすることもできる。制御ユニット１０には、密度計７の出力を入力するとともに、隣接のプローブ２からの出力も入力する。制御ユニット１０は、密度計７に最も近いリフレクタである最下側のリフレクタ１４からの反射を認識し、この反射から変換器１３と第１リフレクタ１４との間の領域にわたる音速ｖ1を計算する。制御ユニット１０は次に、燃料定数又は燃料タイプ定数Ｆの値を以下の式を使用して計算する。即ち、
Ｆ＝ρ−ｖ1・Ｂ        ……………(1)
ただし、
Ｂは3.84×10-5lb・sec ・inch-1・Usgallon-1又は
0.1811kg・sec ・m-4である。
【００１２】
この燃料タイプ定数Ｆは、すべてのプローブ２〜４に対して異なる燃料高さにおける異なる密度測定値を計算するために、以下の燃料質量の計算に使用する。特に、上述の式（１）を変形すると、
ρ＝Ｆ＋ｖ1・Ｂ        ……………(2)
であり、ｎ番目のリフレクタにおける密度ρn は以下のようになる。即ち、
ρn＝Ｆ＋ｖn・Ｂ      ……………(3)
ただし、ｖnはｎ番目のリフレクタにおける音速である。
【００１３】
このようにして、各リフレクタにおける燃料密度は、燃料質量の計算に使用するために計算することができる。制御ユニット１０は、リフレクタにおける燃料の体積に比例する重み係数Ｗを使用し、燃料内に浸漬されたすべてのリフレクタに対する重みつき（荷重）平均密度を計算する。図示の実施例では、タンクは一方の側面に向かって内方に傾斜し、従って断面積は高さに応じて減少し、また任意の１個のリフレクタの周囲の燃料体積は高さが増加すると減少する。従って、密度の重みつけは高さが上昇するとともに減少する。異なる形状のタンクにおいては、重みつけは異なる。３個のリフレクタ１４〜１６が浸漬している図示のプローブ２に対する重みつき密度ρwは以下の式であらわされる。即ち、
ρw=(W1・ρ1＋W2・ρ2＋W3・ρ3)/3  ……(4)
ただし、Ｗ1< Ｗ2< Ｗ3であり、
Ｗ1〜Ｗ3及びρ1〜ρ3はそれぞれリフレクタ１４〜１６の重み係数及び密度である。
【００１４】
制御ユニット１０は３個のプローブ２〜４の燃料高さ出力から燃料表面の位置を計算し、この算定された位置からタンク１の形状を把握し、タンク内の燃料体積を計算する。制御ユニット１０は次に、重みつき密度ρw及び体積を使用して燃料質量を計算する。この装置は重みつき燃料密度を計算するため、３個のプローブ２，３，４のすべてからの出力を使用するか、又は１個のプローブ２からの出力のみを使用する。
【００１５】
密度を算定する従来の試みにおいては、浸漬された最上側のリフレクタからのみの音速を使用して燃料の平均密度を算定したが、多くの場合十分正確な算定ではなかった。
【００１６】
本発明は燃料計量の用途に限定されるものではなく、超音波流体計量装置に使用することができる。用途によっては、流体質量を計算するのは必ずしも必要ではないが、流体密度及び高さ又は体積を表示することは依然として望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は本発明による装置の線図的説明図であり、（ｂ）は装置におけるプローブの断面図である。
【符号の説明】
１  タンク
２，３，４  プローブ
６  流入口
７  密度計
10  制御ユニット
11  ディスプレイ
12  外側チューブ又は静止ウェル
13  超音波変換器
14〜21  リフレクタ
【図１】
0003887440.tif 000002