JPH09218075A - 流体計量装置 - Google Patents
流体計量装置Info
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- JPH09218075A JPH09218075A JP9010145A JP1014597A JPH09218075A JP H09218075 A JPH09218075 A JP H09218075A JP 9010145 A JP9010145 A JP 9010145A JP 1014597 A JP1014597 A JP 1014597A JP H09218075 A JPH09218075 A JP H09218075A
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- G01F23/296—Acoustic waves
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- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/024—Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な形状のタンク内の流体を正確に計量す
ることができる流体計量装置を得る。 【解決手段】 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、流体濃度の第１濃度測定値を
得る濃度計７と、流体における第１音速を計算し、第１
濃度測定値及び第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濃度を計算し、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
れた流体濃度から平均濃度を計算する制御ユニット１０
とを具える。
ることができる流体計量装置を得る。 【解決手段】 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、流体濃度の第１濃度測定値を
得る濃度計７と、流体における第１音速を計算し、第１
濃度測定値及び第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濃度を計算し、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
れた流体濃度から平均濃度を計算する制御ユニット１０
とを具える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は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。
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。
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３，２１
４，９７４号、同第３，２９０，９４４号、同第３，３
９４，５８９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５，１１９，６７
６号、同第５，１２１，３４０号、同第５，１２７，２
６６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３，３
３０，０５９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。音速は流体濃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、流体の高さ及び容積の計算を改善
することができる。
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３，２１
４，９７４号、同第３，２９０，９４４号、同第３，３
９４，５８９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５，１１９，６７
６号、同第５，１２１，３４０号、同第５，１２７，２
６６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３，３
３０，０５９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。音速は流体濃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、流体の高さ及び容積の計算を改善
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、濃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、異なる高さで燃料濃度が相当異な
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。
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、濃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、異なる高さで燃料濃度が相当異な
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。
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、流体濃度の第１濃度測定値
を得る濃度計と、流体における第１音速を計算し、前記
第１濃度測定値及び第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
タにおける流体濃度を計算し、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濃度から平均濃度を計
算する制御ユニットとを具えたことを特徴とする。
め、本発明流体計量装置は、流体濃度の第１濃度測定値
を得る濃度計と、流体における第１音速を計算し、前記
第１濃度測定値及び第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
タにおける流体濃度を計算し、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濃度から平均濃度を計
算する制御ユニットとを具えたことを特徴とする。
【０００７】好適には、前記濃度計を、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、前記濃度計を振動シリンダ濃度計とす
る。好適には、前記制御ユニットは、Ｆを流体タイプ定
数、ρを濃度、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、各濃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濃度を計算し、前記重み係数は各リ
フレクタにおける流体容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。好適には、制御ユニ
ットにより流体質量を表す出力を発生する。
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、前記濃度計を振動シリンダ濃度計とす
る。好適には、前記制御ユニットは、Ｆを流体タイプ定
数、ρを濃度、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、各濃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濃度を計算し、前記重み係数は各リ
フレクタにおける流体容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。好適には、制御ユニ
ットにより流体質量を表す出力を発生する。
【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。
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、濃度計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は濃度計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。
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、濃度計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は濃度計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２２６５２１
９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。
９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】濃度計７は振動シリンダ濃度計のような普
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の燃料の濃度を表す出力を制御ユニット１
０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点でのみ濃度測定ρを行うよ
うにすることもできる。制御ユニット１０には、濃度計
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、濃度計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。
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の燃料の濃度を表す出力を制御ユニット１
０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点でのみ濃度測定ρを行うよ
うにすることもできる。制御ユニット１０には、濃度計
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、濃度計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濃度測
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濃度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。
ブ２〜４に対して異なる燃料高さにおける異なる濃度測
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濃度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
料濃度は、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
燃料の容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）
平均濃度を計算する。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
料容積は高さが増加すると減少する。従って、濃度の重
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
る重みつき濃度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
濃度である。
料濃度は、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
燃料の容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）
平均濃度を計算する。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
料容積は高さが増加すると減少する。従って、濃度の重
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
る重みつき濃度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
濃度である。
【００１４】制御ユニット１０は３個のプローブ２〜４
の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、タンク内の燃料容
積を計算する。制御ユニット１０は次に、重みつき濃度
ρW 及び容積を使用して燃料質量を計算する。この装置
は重みつき燃料濃度を計算するため、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。
の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、タンク内の燃料容
積を計算する。制御ユニット１０は次に、重みつき濃度
ρW 及び容積を使用して燃料質量を計算する。この装置
は重みつき燃料濃度を計算するため、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】濃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
燃料の平均濃度を算定してしたが、多くの場合十分正確
な算定ではなかった。
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
燃料の平均濃度を算定してしたが、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、流体濃度及び高さ又は容積を表示する
ことは依然として望ましい。
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、流体濃度及び高さ又は容積を表示する
ことは依然として望ましい。
【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。
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 濃度計 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
Claims (8)
- 【請求項１】 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、流体濃度の第１濃度測定値を
得る濃度計（７）と、流体における第１音速を計算し、
前記第１濃度測定値及び第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（１４，１
５，１６）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濃度を計算
し、流体内に浸漬された各リフレクタ（１４，１５，１
６）における計算された流体濃度から平均濃度を計算す
る制御ユニット（１０）とを具えたことを特徴とする流
体計量装置。 - 【請求項２】 前記濃度計（７）を、前記プローブ
（２，３，４）が取り付けられているタンク（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】 前記濃度計（７）を振動シリンダ濃度計
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を濃度、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、各濃度測
定値に重み係数を付加することにより重み付け平均濃度
を計算し、前記重み係数は各リフレクタにおける流体容
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。 - 【請求項８】 前記制御ユニット（１０）により流体質
量を表す出力を発生する請求項１乃至７のうちのいずれ
か一項に記載の流体計量装置。
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