DE2157863B2

DE2157863B2 -

Info

Publication number: DE2157863B2
Application number: DE2157863A
Authority: DE
Inventors: Anthony Stonham Godalming Howard; Ivan Boris David Guildford Johnson
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1970-11-25
Filing date: 1971-11-22
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2157863C3; FR2116401B1; DE2157863A1; IT945138B; FR2116401A1; GB1373345A; US3818760A

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsvorratsmeß- und Anzeigesystem für Fahrzeuge, beispielsweise zur Anzeige des Kraftstoffvorrates bei einem Flugzeug, wobei die Anzeige des Flüssigkeitsvorrates über eine Messung des Flüssigkeitsspiegels vorgenommen wird und bei dem infolge Veränderungen der Lage und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges zeitweilige Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels vorkommen können.

Die Messung des Kraftstoffvorrates bei Flugzeugen wird üblicherweise vorgenommen durch Messung des elektrischen Kapazitätswertes elektrischer Sonden, welche im Kraftstofftank eines Fluzgzeuges angeordnet sind. Die Kapazität jeder Sonde verändert sich in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe der Sonde in den Kraftstoff. Da die Kraftstofftanks normalerweise eine unregelmäßige Form aufweisen, ist es üblicherweise notwendig, für eine sinnvolle Messung der Kraftstoffmenge, entweder in Volumen- oder in Gewichtseinheiten, die Elektrodensonde so zu profilieren, daß die jeweilige Änderung der Kapazität einer entsprechenden Änderung im Volumen oder im Gewicht entspricht, wobei dieses Verhältnis über die gesamte Länge der Sonde vorhanden sein muß, wenn das Flugzeug sich im Horizontalflug befindet. Abweichungen vom Horizontalflug ergeben Meßfehler infolge der Veränderung des Kraftstoffflüssigkeitsspiegels und daher der Eintauchtiefe der Sonde im Tank. Derartige Meßfehler können üblicherweise durch die Verwendung verschiedener Sonden in jedem Tank und entsprechende Anordnung im Tank in Abhängigkeit von der Tankform und der Größe der Veränderung des Flüssigkeitsspiegels vermindert werden. Durch diese Maßnahmen können auch Meßfehler vermindert werden, die sich durch Veränderung des Flüssigkeitsspiegels infolge einer Geschwindigkeitsveränderung des Flugzeugs ergeben. Die Zahl der Sonden und ihre Anordnungsstellen im Tank sind jedoch begrenzt. Diese Meßfehler können daher nur bis zu einer gewissen Grenze vermindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fehlmessungen, die dadurch entstehen, daß der Kraftstoff im Tank unter der Einwirkung von Beschleunigungen oder Lageänderungen am Ort der Pegelmeßsonde Pegelschwankungen ausgesetzt ist, zu verringern oder zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung gelingt dies dadurch, daß die Anzeige während dieser Veränderungen einem Wert entspricht, der unmittelbar vor Beginn dieser Veränderungen gemessen wurde und der um die Mengenänderung des Inhalts während der Zeitspanne ab Beginn der Veränderung selbsttätig korrigiert wird.

Das System weist eine kapazitive Meßvorrichtung zur Messung des Flüssigkeitsinhaltes auf, weiterhin einen oder zwei Durchflußmesser zur Messung der Mengenänderung des Flüssigkeitsvorrates während der Zeit, wo Änderungen der Fluglage oder Geschwindigkeitsänderungen einen bestimmten Grenzwert überschreiten. Diese Änderungen werden durch ein Trägheitsmeßgerät oder durch einen anderen Sensor erfaßt. Die Anzeige des Flüssigkeitsinhaltes, vorzugsweise in digitaler Form, wird abgeleitet von der Messung des kapazitiven Meßgerätes, bis eine Änderung der Fluglage oder der Geschwindigkeit gemessen wird. Der vor dieser Änderung erfaßte Meßwert wird nunmehr modifiziert entsprechend der Mengenänderung des Inhaltes, wie sie von einem oder mehreren Durchflußmessern erfaßt wird. Der oder die Durchflußmesser messen die Mengenänderungen, die in einer Abnahme oder Zunahme des Flüssigkeitsinhaltes bestehen können, wobei dann diese Meßwerte vom festgehaltenen Anzeigewert subtrahiert oder addiert werden. Bei den meisten Anwendungsbeispielen handelt es sich um eine Subtraktion, d. h. um eine fortlaufende Abnahme des Flüssigkeitsinhaltes.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Kraftstoffanzeigegeräts bei einem Flugzeug näher

erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Messen und Anzeigen des Kraftstoffvorrates;

Die Fig.2 stellt das kapazitive Meßgerät dar, welches Teil des Systems nach Fig. 1 ist;

Die F i g. 3 zeigt schematisch einen Antikoinzidenzschaltkreis, der Teil des Systems nach Fig. 1 sein kann, wie sich nachfolgend aus der Beschreibung ergibt

Die F i g. 1 zeigt das System, welches einen konventionellen kapazitiven Kraftstoffmeßfühler 1 umfaßt, der dazu dient, die Kraftstoffmenge in einem Kraftstofftank eines Flugzeuges zu messen. Der Kraftstoffmeßfühler 1 umfaßt, wie die F i g. 2 zeigt, eine Kapazitätssonde 2, die in einem Kraftstofftank 3 befestigt ist und deren Kapazitätswert von dem Kraftstoffvolumen abhängig ist Eine von dem Kapazitätswert der Sonde 2 abhängige Wechselspannung wird in einer Brücke abgeglichen gegenüber der Summe von Wechselspannungen, welche abgeleitet werden über einen festen Kondensator 3' vom Abgriff 4 eines Potentiometers 5 über einen festen Kondensator 6 und einem Bezugskondensator 7, der voll in den Kraftstoff eingetaucht ist Ein Servomotor 8, der von einem Verstärker 9 entsprechend einer Unsymmetrie in der Brücke gesteuert wird, verschiebt den Abgriff 4 so, daß die normale Symmetrie in der Brücke erhalten bleibt Die Stellung des Abgriffes 4 dient zur Messung des Tankinhalts, wobei eine gleichgerichtete Spannung entsprechend der Stellung des Schleifers 4 vom Potentiometer 10 abgegriffen wird.

Dieser Spannungsabgriff vom Potentiometer 10 wird einem Analog-Digitalwandler 11 zugeführt

Der Analog-Digitalwandler 11 umfaßt einen Binärzähler 12 mit drei Dekaden; eine binärcodierte Zahl entsprechend dem Spannungssignal vom Potentiometer 10 wird in dem Zähler 12 gespeichert und dann an eine Speicher- und Decodiereinheit 13 ausgegeben. Die ausgegebene, binärcodierte Zahl wird in der Einheit 13 gespeichert und wird dort decodiert in eine dezimale Form, die ein Signal zur Betätigung eines Magnettrommelanzeigegeräts 14 mit Dezimaleinteilung darstellt Das Anzeigegerät 14 weist eine Anzeige mit drei Dezimalen auf, entsprechend der binärcodierten Zahl, welche in der Einheit 13 gespeichert wurde, so daß diese Anzeige den Meßwert von der Kraftstoffmeßvorrichtung 1 wiedergibt.

Die Messung des Kraftstoffvolumens durch den Meßfühler 1 ist genau, wenn das Flugzeug sich im Horizontalflug befindet und weder eine Beschleunigung noch eine Verzögerung größeren Umfanges vorhanden ist Eine Abweichung in Quer- oder Längsrichtung von mehr als 2° vom Horizontalflug jedoch erzeugt eine Veränderung des Kraftstoffspiegels im Tank 3, so daß hierdurch die Eintauchtiefe der Sonde 2 verändert wird, was zu einem Fehler bei der Messung der Kraftstoffmeßvorrichtung 1 führt Das gleiche gilt bei einer Beschleunigung oder Verzögerung; derartige Fehler bei der Anzeige des Kraftstoffvolumens durch das Anzeigegerät 14 sollen vermieden werden. Zu diesem Zweck weist das System eine Trägheitsmeßvorrichtung 15 auf, die anspricht wenn das Flugzeug bezüglich der Längsoder Querachse vom Horizontalflug abweicht oder wenn eine Beschleunigung oder Verzögerung über ein bestimmtes Maß hinaus auftritt wobei dann die Zuführung eines Steuersignals zum Analog-Digitalwandler 11 für die Dauer dieses Flugzustandes unterbrochen wird. Eine Unterbrechung dieses Steuersignals unterbricht die Arbeit des Analog-Digitalwandlers 11, so daß die im Zähler 12 gespeicherte Zahl auf dem Wert verbleibt welcher der Messung entspricht die von Kraftstoffmeßvorrichtung 1 unmittelbar vor Beginn dieses erfaßten Flugzustandes durchgeführt wurde. Um den Kraftstoff zu erfassen, der während dieser Unterbrechungszeit verbraucht wird, ist ein Durchflußmesser 16 vorgesehen, der in der Ausgangsleitung 17 des Tanks 3 angeordnet ist Der Durchflußmesser 16 erzeugt ein impulsfrequentes Ausgangssignal in Abhängigkeit von der durch die Leitung 17 fließenden

to Kraftstoff menge. Die erzeugten Impulse werden zu dieser Zeit über einen Frequenzteiler 18 und ein UND-Glied 19 dem Zähler 12 zugeführt, um dessen Zählung zu vermindern, wodurch sichergestellt ist, daß das Anzeigegerät 14 eine richtige Anzeige aufweist

Die Arbeit des Analog-Digitalwandlers 11 in Abhängigkeit von dem Fühler 15 wird gesteuert durch eine bistabile Schaltung 20, insbesondere durch Einspeisen eines Signals von dieser Schaltung 20 in ein UND-Glied 21 und von dort in den Wandler 11. Befindet sich das Flugzeug im Horizontalflug und ist keine Beschleunigung oder Verzögerung vorhanden, dann erzeugt die Meßvorrichtung 15 über ein ODER-Glied 22 einen Gleichstrom, der die bistabile Schaltung 20 in ihrem einen Schaltzustand hält In diesem Schaltzustand (1) der Schaltung 20 wird ein Steuersignal dem UND-Glied

21 zugeführt Der von der Meßvorrichtung 15 stammende Gleichstrom hört auf, sobald bezüglich der Längs- oder Querachse eine Abweichung von mehr als 2° vom horizontalen Flugzustand auftritt oder wenn eine Beschleunigung oder Verzögerung auftritt die ausreichend ist um den Kraftstoffspiegel im Tank wesentlich zu beeinflussen. Die Abwesenheit dieses Signals veranlaßt das invertierende Gatter 23 zur Erzeugung eines Gleichstromsignals, um die bistabile Schaltung 20 in die Schaltstellung (0) zu bringen, so daß das Steuersignal vom UND-Glied 21 für den Wandler unterbrochen wird. . ;

Ein Umschalten der^: bistabilen Schaltung 20 vom Schaltzustand (0) zum Schaltzustand (1) beim Wiederauftreten eines Gleichstromsignals vom ODER-Glied

22 wird bewirkt durch einen sich wiederholenden Leseimpuls von der Taktsteuerschaltung 24. Der Leseimpuls und ein engfolgender Rückstellimpuls werden von der Zeitsteuerschaltung 24 erzeugt durch Frequenzteilung von Zeitimpulsen, welche erzeugt werden vom Taktgeber 25. Der Rückstellimpuls gelangt über ein UND-Glied 26 zum Zähler 12 und stellt diesen auf 0, wenn über das ODER-Glied 22 ein Gleichstrom fließt Dieses Signal gelangt gleichzeitig zu einer bistabilen Schaltung 27 im Analog-Digitalwandler 11 und stellt diese in den Schaltzustand 0.

Die bistabile Schaltung 27 steuert die beiden UND-Glieder 28 und 29. Im Schaltzustand »0« wird das UND-Glied 28 geöffnet damit die vom Potentiometer 10 abgegriffene Spannung einem Integrator 30 zugeführt werden kann, der diese Spannung in bezug auf die Zeit integriert Geht das Integral anwachsend durch 0 hindurch, dann spricht der Detektor 31 an, der dann einen Schaltzustand annimmt, bei welchem er ein Signal

zum öffnen des UND-Glieds 21 erzeugt Das durch dieses Signal geöffnete UND-Glied 21 läßt Impulse vom Generator 25 zum Zähler 12 nur dann durch, wenn sich die bistabile Schaltung 20 im Schaltzustand (1) befindet und das Steuersignal für den Umformer demgemäß zum UND-Glied 21 gelangt

Der Zähler 12 zählt die über das UND-Glied 21 ankommenden Impulse. Wenn im Zähler 12 die maximale Zahl erreicht ist und der Zähler in Richtung

auf O zurückzählt, erzeugt er einen Übertragungsimpuls, der die bistabile Schaltung 27 in den Schaltzustand (1) umschaltet. In diesem Schaltzustand der bistabilen Schaltung öffnet das UND-Glied 29, so daß anstelle der vom Potentiometer 10 abgegriffenen Spannung eine Bezugsspannung an den Integrator 30 gelangt. Diese Bezugsspannung liegt am Integrator 30 mit entgegengesetzter Polarität an, so daß der angewachsene Integralwert fortschreitend abnimmt. Die Taktimpulse gelangen nach Überschreiten des Maximalwertes weiterhin zum Zähler 12 bis der Detektor 31 anzeigt, daß das Integral im Integrator 30 auf 0 vermindert ist. Das vom Detektor 31 zum UND-Glied 21 gelangende Signal verschwindet nunmehr, so daß das UND-Glied 21 geschlossen wird, so daß keine weiteren Taktimpulse zum Zähler 12 gelangen können. Die im Zähler 12 vorhandene Zahl stellt nunmehr die binärcodierte Form eines Zeitintervalls dar, welches wiederum die Messung der Kraftstoffmeßvorrichtung 1 darstellt. Die auf diese Weise im Zähler 12 enthaltene Zahl wird ausgelesen und in die Einheit 13 eingegeben, um das Anzeigegerät 14 beim Auftreten des nächsten Leseimpulses auf den neuesten Stand zu bringen.

Diese Arbeitsweise des Analog-Digitalwandlers 11 wird wiederholt zur Erzeugung einer neuen binären Darstellung gemäß der Messung des Tankinhaltes durch die Kraftstoffmeßvorrichtung 1 in Abhängigkeit von den nächsten und den folgenden Lese- und Rückstellimpulse, so lange über das UND-Glied 22 ein Gleichstrom fließt. Wird jedoch der über das UND-Glied 22 fließende Gleichstrom unterbrochen, dann veranlaßt der nächste Leseimpuls die bistabile Schaltung 20 zur Umschaltung in den Schaltzustand (0) zur öffnung des UND-Gliedes 19 für die vom Frequenzteiler 18 kommenden Impulse. Das UND-Glied 21 bleibt geschlossen und das UND-Glied 26 leitet keine Rückstellimpulse weiter, die sonst den Zähler 12 auf 0 stellen würden. Der Zähler 12 bleibt deshalb auf der zuletzt gespeicherten Binärzahl, entsprechend der Messung des Füllstandes durch die Kraftstoffmeßvorrichtung 1.

Jeder durch das UND-Glied 19 hindurchgehende Impuls vom Frequenzteiler 18 zum Zähler 12 vermindert diese Zahl um 1, wobei die Zählrichtung der des Zählers 12 unter diesen Umständen bei Abwesenheit des Gleichstromsignals vom UND-Glied 22 umgekehrt ist. Die unter diesem Betriebszustand vom Zähler 12 in die Einheit 13 eingegebene Zahl bei Auftreten des nächsten und der darauffolgenden Leseimpulse ist die zuvor abgelesene Zahl, entsprechend modifiziert mit der Abnahme des Tankinhalts des Tanks 3, wie er von dem Durchflußmesser 16 erfaßt wird. Die Anzeige im Anzeigegerät 14 gibt daher den tatsächlichen Tankinhalt an, wobei diese Angabe unbeeinflußt ist durch irgendwelche Meßfehler der Kraftstoffmeßvorrichtung 1, während Abweichungen vom Horizontalflug oder Beschleunigung oder Verzögerung vorhanden sind.

Das Gleichstromsignal vom trägheitsempfindlichen Meßgerät 15 wird wieder erzeugt, sobald das Flugzeug in seinen normalen Flugzustand zurückkehrt, ohne daß hierbei beträchtliche Beschleunigungen oder Verzögerungen auftreten. Die bistabile Schaltung schaltet demgemäß in ihren Schaltzustand (1) um und der Analog-Digitalwandler 11 arbeitet wieder, d.h. es erfolgt die Messung des Tankinhalts durch die Kraftstoffmeßvorrichtung 1 zur Anzeige in dem' Anzeigegerät 14.
Das System muß auch eine direkte Anzeige des Füllstandes vornehmen, wenn das Flugzeug sich auf der Erde befindet Zu diesem Zweck ist ein Schalter 32 vorgesehen, der vom Fahrwerk beeinflußt wird und einen Gleichstrom zum ODER-Glied 22 abgibt, wenn das Flugzeug sich auf der Erde befindet Hierdurch wird sichergestellt, daß die bistabile Schaltung 20 in ihrem Schaltzustand (1) bleibt und der Analog-Digitalwandler 11 arbeitet unabhängig davon, ob von der Meßvorrichtung 15 ein Gleichstrom erzeugt wird oder nicht. Ein von Hand betätigbarer Schalter 33 kann vom Piloten betätigt werden, um dem UND-Glied 22 Gleichstrom zuzuführen und die Steuerung durch die Vorrichtung 15 zu umgehen.

Die Funktion der Vorrichtung 15 kann übernommen werden von einem Trägheitsmeßgerät, welches bereits im Flugzeuginstrumentensystem vorhanden ist.

Obwohl im Zusammenhang mit der Kraftstoffmeßvorrichtung 1 nur eine Sonde 2 beschrieben wurde, sind normalerweise zwei oder mehrere parallel geschaltete Sonden vorhanden, wobei eine speziell für den oberen Flüssigkeitspegel im Tank 3 und mindestens eine andere für den unteren Flüssigkeitspegel vorgesehen ist. Um über den gesamten Meßbereich, d.h. um für alle auftretende Flüssigkeitspegel einen vergleichbaren Genauigkeitsgrad zu erhalten, sind relativ viele Sonden vorzusehen. In einem Ausführungsbeispiel sind insgesamt neun Sonden vorgesehen. Dies führt zu einer Verminderung des maximalen Meßfehlers auf ±0,2% des maximalen Kraftstoffinhalts über den gesamten Meßbereich von voll bis leer. Beim üblichen Fehlerausgleich betragen die Fehler vergleichsweise bei vollem Tank ± 1,9% und bei leerem Tank 0,8%. Die Anordnung der Sonden ist wenig kritisch.

Das zuvor beschriebene System kann entsprechend erweitert werden zur Anzeige des gesamten Brennstoffvorrates bei zwei oder mehreren Tanks. In diesem Fall ist es notwendig, Kapazitätssonden, entsprechend der Sonde 2 in jedem Tank vorzusehen und diese im Brückenkreis der Meßvorrichtung 1 parallel zu schalten. Der Durchflußmesser 16 ist im zuvor beschriebenen Beispiel in der Tankauslaßleitung 17 angeordnet. Dieser Durchflußmesser kann auch Teil des Kraftstoffördersystems des Flugzeugmotors sein. Bei Flugzeugen mit zwei oder mehreren Motoren kann auch mehr als ein Durchflußmesser vorgesehen sein. Die Ausgangsimpulse dieser Durchflußmesser können so miteinander kombiniert werden, daß sich ein einzelnes Eingangssignal zum Frequenzteiler 18 ergibt Im letzteren Fall kann es notwendig sein, spezielle Schritte zu ergreifen um sicherzustellen, daß gleichzeitig auftretende Impulse der verschiedenen Durchflußmesser als getrennte Impulse verarbeitet werden und nicht als ein einzelner Impuls auftreten. Eine derartige Antikoinzidenzschaltung bei Verwendung von zwei Durchflußmessern ist in Fig.3gezeigt.

In F i g. 3 werden die Impulse der beiden Durchflußmesser 16 und 16' über zwei ODER-Glieder 34 und 35 dem Frequenzteiler 18 zugeführt Ein einzelner Impuls wandert über die beiden ODER-Glieder 34 und 35, falls keine Koinzidenz herrscht Treten jedoch zwei Impulse zur gleichen Zeit auf, dann wird auch ein UND-Glied 36 beaufschlagt, welches einen zusätzlichen Impuls über eine Verzögerungsschaltung 37 zum ODER-Glied 35 erzeugt. Die Zeitverzögerung durch die Schaltung 37 ist so gewählt, daß zwischen dem direkt über das ODER-Glied 34 kommenden Impuls und dem zeitverzögerten Impuls am ODER-Glied 35 kein Überlappen auftritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsvorratsmeß- und Anzeigesystem für Fahrzeuge, beispielsweise zur Anzeige des Kraftstoffvorrates bei einem Flugzeug, wobei die Anzeige des Flüssigkeitsvorrates über eine Messung des Flüssigkeitsspiegels vorgenommen wird und bei dem infolge Veränderungen der Lage und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges zeitweilige Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels vorkommen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige während dieser Veränderungen einem Wert entspricht, der unmittelbar vor Beginn dieser Veränderungen gemessen wurde und der um die Mengenänderung des Inhalts während der Zeitspanne ab Beginn der Veränderung selbsttätig korrigiert wird.

2. Meß- und Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanzeige des Systems von einem Zähler (12) bestimmt wird, welcher normalerweise Signale entsprechend der Messung des Inhalts durch eine Flüssigkeitspegelmeßvorrichtung (1) erhält, daß ein Schaltkreis (19 bis 21) vorgesehen ist, der die Zuführung dieser Signale zum Zähler (12) unterbricht, wenn eine Veränderung der Lage und/oder Geschwindigkeit über einen bestimmten Wert hinaus auftritt, wobei eine oder mehrere Durchflußmeßvorrichtungen (16, 16') vorgesehen sind, welche Signale entsprechend der Veränderung des Flüssigkeitsinhaltes erzeugen, ab der Zeit, wo die Signale von der Meßvorrichtung (1) unterbrochen sind und wobei der Schaltkreis (19 bis 21) die Signale der Durchflußmeßvorrichtungen zur Korrektur der Messung des Flüssigkeitsinhaltes weiterleitet, welche im Zähler (12) erfaßt ist.

3. Meß- und Anzeigesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspegelmeßvorrichtung (1) mindestens eine elektrischkapazitive Sonde (2) umfaßt, welche in die Flüssigkeit eintaucht und einen von der Eintauchtiefe abhängigen Kapazitätswert aufweist, und eine elektrische Vorrichtung (10) ein elektrisches Ausgangssignäl in Abhängigkeit dieses Kapazitätswertes abgibt.

4. Meß- und Anzeigesystem nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (19 bis 21) eine Unterbrechung der Signale der Meßvorrichtung (1) in Abhängigkeit eines Signals von einem Trägheitsmeßgeräts (15) durchführt.

5. Meß- und Anzeigesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der die Mengenänderung anzeigenden Signale von einem Durchflußmesser (16) in Abhängigkeit der Menge der verbrauchten Flüssigkeit erzeugt werden.

6. Meß- und Anzeigesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Schaltvorrichtungen (32,33) vorgesehen sind, deren Betätigung den Schaltkreis (19 bis 21) gegenüber dem Sensor (15) vorrangig steuert.