(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも入口（２、２′）又は出口（３、３′）を有する型式のタンク（１、１′）内の流体量を測定する流体計測システムであって、該システムが、流体の高さを測定するためにタンク内に置かれた少なくとも１つの流体計測プローブ（１１、１２、１１′、１２′）を含んで成る流体計測システムにおいて、該システムが、入口（２、２′）を通してタンク（１、１′）に流入し、又は出口（３、３′）を通してタンク（１、１′）から流出する流体量の表示値を提供する検出器（２２、２３、２２′、２３′）と、前記プローブ（１１、１２、１１′、１２′）と、入口（２、２′）の領域（８、８′）内の流体表面（６、６′）の局部的上昇、又は出口（３、３′）の領域（１０、１０′）内の流体表面（６、６′）の局部的押し下げを補償するために、プローブ（１１、１２、１１′、１２′）及び検出器（２２、２３、２２′、２３′）の出力に基づいて流体量の表示値を提供するプロセッサ（３０、３０′）とを含むことを特徴とする流体計測システム。
【請求項２】
プロセッサ（３０、３０′）は上昇または押し下げ領域（８、１０、８′、１０′）内の流体の容積（Ｖe、Ｖd）を計算するよう配置されることを特徴とする請求項１に記載の流体計測システム。
【請求項３】
プロセッサ（３０、３０′）は一般化された流体表面（６、６′）の高さから計算された流体容積に上昇領域（８、８′）内の流体容積（Ｖe）を加算するよう配置されることを特徴とする請求項２に記載の流体計測システム。
【請求項４】
プロセッサ（３０、３０′）は 一般化された流体表面（６、６′）の高さから計算された流体容積から押し下げ領域（１０、１０′）内の流体容積（Ｖd）を減算するよう配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の流体計測システム。
【請求項５】
プローブ（１１）が入口（２）から離れて置かれている型式の請求項１から４の何れか1項に記載の流体計測システムにおいて、プロセッサ（３０）が、流体が入口（２）を通してタンクに流入する場合に、プローブの出力から得られたものより上方にタンク（１）内の流体量の表示値を増すよう配置されることを特徴とする流体計測システム。
【請求項６】
プローブ（１２）が出口（３）から離れて置かれている型式の請求項１から５の何れか1項に記載の流体計測システムにおいて、プロセッサ（３０）が、流体が出口（３）を通してタンクから流出する所のプローブ（１２）の出力から得られたものより下方にタンク（１）内の流体量の表示値を減らすよう配置されることを特徴とする流体計測システム。
【請求項７】
プローブ（１１′、１２′）は入口（２′）または出口（３′）の領域内に置かれている型式の請求項１から４の何れか1項に記載の流体計測システムにおいて、プロセッサ（３０′）が、タンク（１′）に流入またはそれから流出する流体流を考慮して、プローブ（１１′、１２′）の所の流体の補正された高さを計算するよう配置されることを特徴とする流体計測システム。
【請求項８】
プローブ（１１′）が入口（２′）の領域内に置かれている型式の請求項７に記載の流体計測システムにおいて、プロセッサ（３０′）はタンク（１′）内に流入する流体からプローブ（１１′）の所で生じる高さの増加量（dh1）を計算するよう配置され、かつプロセッサ（３０′）はプローブの所で一般化された表面（６′）の高さ（ｈ1）を計算するためにプローブ出力（h1′）から計算された高さの増加量（dh1）を減らすよう配置されることを特徴とする請求項７に記載の流体計測システム。
【請求項９】
プローブ（１２′）が出口（３′）の領域に置かれている型式の請求項７に記載の流体計測システムにおいて、プロセッサ３０′はタンク（１′）から流出する流体からプローブ（１２′）の所で生じた高さの減少量（dh2）を計算するよう配置され、プロセッサ（３０′）はプローブ（１２′）の所で一般化された流体表面（６′）の高さ（ｈ2）を計算するために、計算された高さの減少量（dh2）をプローブ出力（h2′）に加えるよう配置されることを特徴とする流体計測システム。
【請求項１０】
プロセッサ（３０′）は入口（２′）の上方の上昇領域（８′）内の流体容積を計算し、そしてこれを、一般化された流体表面（６′）の計算された高さ（ｈ1）から得られた流体容積に加え、またはこれを、一般化された流体表面（６′）の計算された高さ（ｈ2）から得られた流体容積に加え、または出口（３′）の上方の押し下げ領域から欠けている流体容積を計算し、そしてこれを、一般化された流体表面（６′）の計算された高さ（ｈ2）から得られた流体容積から減算するように配置されることを特徴とする請求項８又は９に記載の流体計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入口及び、又は代わりに出口をもつ型式のタンク内の流体量を測定するための流体計測システムであって、該システムが或る場所で流体高さを測定するためにタンク内に置かれた少なくとも１つの流体計測プローブを含んでなるシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空機燃料タンクは一般的に、タンク内の種々の場所で燃料の高さを測定するために配置された多数のプローブをもつ。タンクの形状が知られておれば、その情報は燃料容積、従ってその質量を決定するのに使用することができる。プローブは種々の異なった種類のものがあるが、最も一般的には、環状間隙によって分離された２つの同心のチューブをもつ容量性(capacitive)型式のものであり、プローブのキァパシタンスが燃料高さに依存して変化するように、前記間隙はプローブの外側と同じ高さまで燃料によって満たされている。これらは、燃料表面までプローブの底から燃料を通して伝達される音響パルスの送信と受信間の時間を測定することによって機能し、音響パルスは燃料表面でプローブの底まで反射して戻される。燃料量を航空機内で測定することができる精度は飛行の経済性にかなり大きな影響を与える。燃料量を低い精度でのみ測定できる場合には、大きな誤差限界が用いられなければならず、運搬される燃料量がより大きくなり、かつ燃料消費量がそれ相応に増加し、有効搭載量(payload  )が減少する結果となる。
【０００３】
航空機燃料タンクは通常は入口と出口をもち、これらを通じて燃料がタンクに入れ、出しされる。これら入口と出口は燃料をタンクへ、かつタンク間へ供給するために、地上で燃料補給する間に使用される。また、入口と出口は、重量分配を変えるために、タンク間に燃料を再配分する必要があるときに、飛行中に使用される。この場合、燃料はその出口を通して１タンクから汲み出されて、もう１つのタンク内へその入口を通して汲み込まれる。また、燃料は、燃料を攪拌して、タンク内の温度層化を減らすために、航空機内のタンク間を循環させられることができる。タンクの入口と出口は通常はその床上にある。燃料がタンク内に急速に汲み込まれるとき、入口の直ぐ上方の燃料の表面は上昇させられる。同様に、燃料が出口から急速に流出するとき、出口の直ぐ上方の燃料表面は押し下げられることになる。タンク内のすべてのプローブが入口と出口から離れて置かれている場合、それらのプローブはこれらの局部的上昇または押し下げを検出しない。それ故、燃料がタンク内へ流入するとき、プローブから来る出力は真の燃料量を過少評価する。燃料がタンクから流出するとき、プローブの出力は真の燃料量を過大評価する。逆に、入口の近くに置かれたプローブをもつシステムは燃料がタンク内に流入するとき、燃料量を過大評価する結果となるだろう。というのは、プローブは局部的に上昇した高さを測定するからである。同様に、もし該システムが出口の近くに置かれたプローブをもつならば、このプローブは、燃料がタンクから流出するとき、燃料量を過少評価する結果となるだろう。
同様の不正確さが生じる他の流体計測の使用例もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は既存のものに替わるべき流体計測システムおよび方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも入口又は出口を有する型式のタンク内の流体量を測定する流体計測システムであって、該システムが、流体の高さを測定するためにタンク内に置かれた少なくとも１つの流体計測プローブを含んで成る流体計測システムにおいて、該システムが、入口を通してタンクに流入し、又は出口を通してタンクから流出する流体量の表示値を提供する検出器と、前記プローブと、入口の領域内の流体表面の局部的上昇、又は出口の領域内の流体表面の局部的押し下げを補償するために、プローブ及び検出器の出力に基づいて流体量の表示値を提供するプロセッサとを含むことを特徴とする流体計測システムが提供される。
【０００６】
プロセッサ手段は上昇または押し下げ領域内の流体容積を計算するよう配置され、かつ一般化された流体表面の高さから計算された流体容積に上昇領域内の流体容積を加えるか、または一般化された流体表面の高さから計算された流体容積から押し下げ領域内の流体容積を減じるように配置されることができる。プローブが入口から離れて置かれている場合、プロセッサは好適には、流体が入口を通してタンク内に入る所のプローブの出力から得られたタンク内の流体量の表示値を上方に増すように配置される。プローブが出口から離れて置かれている場合、プロセッサは好適には、流体が出口を通してタンクから流出する所のプローブの出力から得られたタンク内の流体量の表示値を下方に減らすよう配置される。プローブが入口または出口の領域内に置かれている場合、プロセッサは好適には、タンク内へ流入またはそこから流出する流体流を考慮して、プローブの所の補正された高さを計算するよう配置される。プローブが入口の領域に置かれている場合、プロセッサは好適には、タンク内に流入する流体からプローブの所に生じた高さの増加量を計算するよう配置され、プロセッサはプローブの所の一般化された流体表面の高さを計算するために、プローブ出力から、計算された高さの増加量を減じるよう配置される。プローブが出口の領域に置かれた場合、プロセッサは好適には、タンクから流出する流体から、プローブの所に生じた高さの減少量を計算するよう配置され、プロセッサはプローブの所の一般化された流体表面の高さを計算するためにプローブ出力に、計算された高さの減少量を加えるよう配置される。プロセッサは好適には、入口の上方の上昇した領域内の流体量を計算するように、かつこれを一般化された流体表面の計算された高さから得られた流体量に加えるように、または出口の上方の押し下げ領域から欠けた流体容積を計算するように、かつこれを一般化された流体表面の計算された高さから得られた流体容積から減じるように、配置される。
以下、添付図面を参照して、本発明の航空機流体計測システムと方法を実施例につき説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
先ず図１、２につき説明する。該システムはフロア４上に入口２と出口３をもつ航空機燃料タンク１を含む。タンク１は表面６をもつ燃料５を含み、この表面は航空機の動きまたは姿勢の結果として或る角度をなして示されている。ポンプ７は燃料を入口２を通してタンク１に汲み出す。これによって、入口２の直上の小領域８が入口からの燃料の内向きの流れの結果として、一般化された表面６、即ち局部的効果を無視する表面よりわずかだけ上方に上昇させられる。第２ポンプ９は、作動したとき、燃料５を出口３を通してタンク１から汲み出す。これによって、出口３の直上の燃料表面の１領域は破線１０で示される如くわずかに押し下げられる。
【０００８】
該システムは２つの燃料計測プローブ１１、１２を含む。しかしこれらのプローブの数は任意とすることができる。プローブ１１、１２は英国、Cheltenham在の、Smiths Aerospace Limited から販売されている超音波型式のものであるが、容量性(capacitive)型式のものの如き、任意の高さ測定プローブとすることができる。プローブ１１、１２はほぼ垂直にタンク１内に延びて、燃料５内に浸漬させられる。本実施例では、両プローブ１１、１２は、燃料がタンク１内にまたはタンクから汲み出される結果として、表面が上昇させられまたは押し下げられることができる領域８と１０から遠く離れて置かれる。また該システムはタンク１内にまたはタンクから流れる燃料の流量を測定するために、入口２と出口３に置かれた流量計２２、２３を含む。この流量計は容積型(volumetric)とすることができる。処理ユニット ３０はプローブ１１、１２および流量計２２、２３から出力を受け取るために接続され、ディスプレイまたは他の利用手段へ燃料量を表示する出力を提供する。
【０００９】
プロセッサ３０は、燃料がタンク１内へまたは外へ流れる結果として生じる分量測定値の不正確さを補償するために配置される。この不正確さは、もし分量がプロセッサ１１、１２の出力のみから計算されると、生じることがある。プロセッサ３０は上昇領域８内の燃料容積Ｖe、または押し下げ領域１０内の容積Ｖdを予測し、これを、入口２に流入または出口３から流出する燃料の流量に依存して、プローブ１１、１２の出力から提供される計測容積Ｖgに加算しまたはそれから減算する。容積ＶeとＶdは流量計２２と２３の出力から夫々計算される。これらの出力はタンクに流入またはそこから流出する流量を、入口と出口の断面積の如き他の既知のファクターから計算するために、および入口または出口の上方の押し下げまたは上昇領域の概略の計算された高さ計算するために、密度値と関連して使用される。この情報は、プロセッサ３０が、それが容積ＶeとＶdを計算するのに使用する上昇または押し下げ領域８の概略の形状と寸法を決定することを可能にする。これらの正確な容積ＶeとＶdが計測られた容積Ｖgに加算または減算されたとき、プロセッサはタンク１内の実際の瞬間的な燃料容積の一層精密な表示を与える。
【００１０】
図３、４につき説明する。図示の該システムは図１、２に示されたものと共通の成分をもち、従ってそれらにはプライム符合 ′を追加して同じ参照数字を付している。図３、４に示すシステムは図１、２に示すものとはプローブ１１′、１２′ が異なった場所にある点で異なっており、即ちプローブは入口２′と出口３′に接近して置かれていて、それらが上昇領域８′、または押し下げ領域１０′によって影響されないようになっている。プロセッサ３０′はそれを補償するように適切に変更されている。燃料が、上昇領域８′を作るのに十分な速度でタンク１′に流入すると、プローブ１１′は、一般化された燃料表面６′から高さｈ1より上方に、高さｈ′1を表示する出力を作る。もしこれが補正されずに燃料量の計算に使用されるならば、それは誤って高い値を作るかも知れない。プローブ１１′の出力が燃料表面６′を角度を決定するために使用される場合、エラーは増すかも知れない。それは、この角度の比較的小さいエラーは、特に或る一定の形状のタンクにとっては、容積の計算により大きなエラーをもたらすことがあるからである。もう１つの問題が、タンクがより多数のプローブを含むシステムにおいて、およびプローブのうちの選択されたプローブの高い出力が他のプローブの高さを予測するのに使用されるシステムにおいて生じることがあり、他のプローブにおける予測された高さ出力と実際の高さ出力間の不一致が、プローブまたはシステムのエラーを表示するときに認められる結果となる。かかるシステムは GB2352523 に記載されている。かかるシステムでは、入口に近いプローブからでる高い出力、出口に近いプローブからでる低い出力は、欠陥のあるプローブまたは欠陥のあるシステムを表示するものとみなすことができる。
【００１１】
プロセッサ３０′は図１、２について上述したのと同じ手法で上昇領域８′の形状を決定する。これから、プロセッサ３０′は燃料表面6′の上昇の結果として、プローブ１１′における増加した高さdh1 を計算し、これを、プローブの所の一般化された燃料表面の高さh1を計算するために、プローブによって表示されたh′1から減算する。この補正された高さh1は次いで、燃料容積Ｖgの計算に使用される。しかしこの容積Ｖgは入口２′の上方の上昇領域８′内の燃料の追加の容積Ｖeを無視し、これはディスプレイ３１′に出力Ｖg＋Ｖeを与えるために計測された容積に加算されて、タンク内の真の全容積を表示する。これは通常の手法で質量表示に変換されることができる。
【００１２】
同様に、燃料５が出口３′を通って流れる場合、プロセッサ３０′は高さdh2 を計算し、それだけ平面６′が出口に隣接したプローブ１２′の所で押し下げられる。プローブの場所における一般化された表面６′の高さｈ2を決定するために、プロセッサ３０′はプローブ１２′の高さh′2 の出力にこの補正値をに加える。押し下げられた領域の容積Ｖd′は、計算されて、補正された高さｈ2から計算された容積から減算される。
【００１３】
燃料が入口または出口を通ってタンクに入るかまたは出て行くときには、または流れが何れも、表面の上昇または押し下げを引き起こすに十分な速度であるときには、該システムは通常、補正を必要とすることなしに機能する。殆どの航空機燃料タンクは２つより多いプローブをもち、その殆どは入口と出口から遠くに置かれている。本発明は航空機燃料計測用に限定されるものではなく、他の燃料計測用にも使用することができるものである。或るタンクでは、１つの開口は入口と出口の両方として役立つことができる。或る場合には、速度または電力消費の如きポンプの作動をモニタするとによって、タンクに流入またはそれから流出する流れを予測することができるため、別の流量計を使用する必要はない。或るタンクはタンクの床上に置かれた入口と出口のみをもつことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２つのプローブをタンクと入口と出口から遠くに置いているシステムの概略の横断面図である。
【図２】  図１のタンクの平面図である。
【図３】  ２つのプローブをタンク入口と出口の近くに置いているシステムの概略の横断面図である。
【図４】  図３のタンクの平面図である。
【符号の説明】
１  タンク
２  入口
３  出口
５  燃料
６  表面
７  ポンプ
８、１０  領域
１１、１２  プローブ
２２、２３  流量計
３０  プロセッサ
【図１】
0004031317.tif 000002
【図２】
0004031317.tif 000003
【図３】
0004031317.tif 000004
【図４】
0004031317.tif 000005