超聲燃料流量感測和控制的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本PCT實(shí)用申請要求具有提交日期為2013年10月11日并且標(biāo)題為"Ultrasound Fuel Flow Sensing and Control"的當(dāng)前待決美國臨時申請序列號61/889552的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益， 通過引用將其全部結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本文所公開的主題一般涉及燃料流量測量系統(tǒng)，以及更具體來說涉及用于測量導(dǎo) 管內(nèi)的液體燃料流量的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003] 由于需要知道車輛或一個機(jī)械將消耗多少燃料(或者備選地需要知道多少燃料經(jīng) 過管道或?qū)Ч埽剂狭髁繙y量系統(tǒng)對許多行業(yè)，包括汽車、石油和天然氣、電力和航空，是 至關(guān)重要的。在許多高通流量應(yīng)用中，甚至燃料流量測量中的小的不準(zhǔn)確也能夠?qū)е麓蟮?收益損失。
[0004] 現(xiàn)有燃料測量系統(tǒng)可使用渦輪機(jī)類型計量表，其以與容積流率成比例的速率自 旋。由于在渦輪機(jī)軸承上的應(yīng)力，這些類型的系統(tǒng)趨向于隨時間而被磨損。另外，它們因與 使渦輪機(jī)計量表自旋相關(guān)聯(lián)的固有摩擦而能夠限制燃料流量。其他類型的計量表使用流動 截面(flow section)或孔板以及與流率成比例的差壓測量。這些類型的系統(tǒng)還導(dǎo)致燃料流 量壓力損失。此外，一般假定渦輪機(jī)和孔板類型燃料計量表提供有限精度。文丘里 (Venturi)類型流量計量表能夠要求過長流動截面，其對其中空間和/或重量限制存在的許 多應(yīng)用可能不是理想的。一些常規(guī)超聲流量計量表可遭受類似缺點(diǎn)。
[0005] 期望具有帶有較低壓力損失的耐用、更輕重量的燃料流量測量系統(tǒng)，其具有更大 精度并且能夠與控制器配合使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 由本公開提供解決方案，包括為說明性教導(dǎo)而不是意在限制所提供的示例實(shí)施 例。
[0007] 按照本公開的至少一些方面的示例燃料流量測量系統(tǒng)可包括：導(dǎo)管，布置成使燃 料大體沿流動軸(flow axis)流經(jīng)其中；第一換能器，布置成通過接近流動面積的導(dǎo)管將第 一信號引導(dǎo)到第二換能器，第二換能器，布置成通過接近流動面積的導(dǎo)管將第二信號引導(dǎo) 到第一換能器，第一換能器與第二換能器間隔開信號通路長度，第一換能器和第二換能器 在與流動軸平行的方向上間隔開軸向距離；以及處理器，用于至少部分基于第一信號從第 一換能器傳播到第二換能器的第一信號渡越時間、第二信號從第二換能器傳播到第一換能 器的第二信號渡越時間、一個或多個已知燃料流量性質(zhì)和燃料溫度來計算通過導(dǎo)管的燃料 質(zhì)量流率。
[0008] 按照本公開的至少一些方面的示例發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可包括：電子發(fā)動機(jī)控制器， 配置成以更新速率進(jìn)行操作;燃料流量測量系統(tǒng)，操作上耦合以向電子發(fā)動機(jī)控制器提供 燃料質(zhì)量流率信號，燃料流量測量系統(tǒng)包括:導(dǎo)管，燃料能夠流經(jīng)導(dǎo)管;至少一個燃料溫度 傳感器，布置成測量與流經(jīng)導(dǎo)管的燃料相關(guān)聯(lián)的燃料溫度;第一超聲換能器和第二超聲換 能器，布置成通過導(dǎo)管的至少一部分來引導(dǎo)超聲信號，第二超聲換能器面向第一超聲換能 器，第一和第二換能器以測量間隔進(jìn)行操作；以及處理器，配置成至少部分基于第一信號從 第一超聲換能器傳播到第二超聲換能器的第一信號渡越時間、第二信號從第二超聲換能器 傳播到第一超聲換能器的第二信號渡越時間和燃料溫度來計算通過導(dǎo)管的燃料的質(zhì)量流 率。測量間隔可與電子發(fā)動機(jī)控制器的更新速率基本上相同或者比其更短。
[0009]按照本公開的至少一些方面的示例燃料流量傳感器可包括：導(dǎo)管，布置成經(jīng)過其 中傳送燃料，導(dǎo)管從上游到下游包括第一導(dǎo)管部分、第二導(dǎo)管部分和第三導(dǎo)管部分，第二導(dǎo) 管部分包括第一端和第二端;第一超聲換能器，布置成接近第二導(dǎo)管部分的第一端；以及第 二超聲換能器，布置成接近所述第二導(dǎo)管部分的第二端;其中第一導(dǎo)管部分和第三導(dǎo)管部 分基本上平行，并且第二導(dǎo)管部分相對于第一導(dǎo)管部分和第三導(dǎo)管部分以非零角度設(shè)置。 [0010]按照本公開的至少一些方面的示例燃料流量測量系統(tǒng)可包括:導(dǎo)管，布置成使燃 料大體沿流動軸流經(jīng)其中，導(dǎo)管限定與流動軸大體正交的流動面積;第一換能器，布置成通 過接近流動面積的導(dǎo)管將第一信號引導(dǎo)到第二換能器，第三換能器，布置成通過接近流動 面積的導(dǎo)管將第二信號引導(dǎo)到第四換能器，第一換能器與第二換能器間隔開信號通路長 度，第一換能器和第二換能器在與流動軸平行的方向上間隔開軸向距離;第三換能器與第 四換能器間隔開信號通路長度，第三換能器和第四換能器在與流動軸平行的方向上間隔開 軸向距離；以及處理器，布置成至少部分基于第一信號從第一換能器傳播到第二換能器的 第一信號渡越時間、第二信號從第三換能器傳播到第四換能器的第二信號渡越時間、一個 或多個已知燃料性質(zhì)和燃料溫度來計算通過導(dǎo)管的燃料質(zhì)量流率。
【附圖說明】
[0011] 本文中具體指出并且要求保護(hù)尋求專利權(quán)利要求涵蓋范圍的主題。但是通過參照 結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述，可以最好地理解其主題和實(shí)施例，附圖包括： 圖1是配置供飛行器發(fā)動機(jī)上使用的示例燃料流量測量系統(tǒng)的框圖； 圖2是以標(biāo)準(zhǔn)配置的示例超聲燃料流量傳感器的側(cè)視圖； 圖3是以偏移U形配置的示例超聲燃料流量傳感器的側(cè)視圖； 圖4是以內(nèi)聯(lián)(inline)配置的示例超聲燃料流量傳感器的側(cè)視圖； 圖5是以偏移S形配置的示例超聲燃料流量測量系統(tǒng)的側(cè)視圖； 圖6是示出作為各種噴氣燃料類型的燃料溫度的函數(shù)的音速的示例圖表； 圖7是示出作為各種噴氣燃料類型的燃料溫度的函數(shù)的衰減系數(shù)的示例圖表； 圖8是示出作為各種噴氣燃料類型的音速的函數(shù)的密度的示例圖表； 圖9是示出作為各種噴氣燃料類型的衰減相關(guān)性的函數(shù)的密度的圖表;以及 圖10是全部按照本公開的至少一些方面、以具有獨(dú)立發(fā)射器和接收器的配置的示例超 聲燃料流量傳感器的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 在以下詳細(xì)描述中，參照形成其一部分的附圖。附圖中，相似標(biāo)號通常標(biāo)識相似組 件，除非上下文另加說明。詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求書中所描述的說明性實(shí)施例并不意在 進(jìn)行限制。可利用其他實(shí)施例，并且可進(jìn)行其他改變，而沒有背離本文所提出主題的精神或 范圍。將易于理解，如本文一般所描述和附圖所示，本公開的方面能夠以各種各樣的不同配 置來布置、置換、組合和設(shè)計，其全部被明確預(yù)期并且組成本公開的一部分。
[0013] 本公開尤其包括用于燃料流量測量系統(tǒng)的方法和設(shè)備以及更具體來說是用于測 量導(dǎo)管內(nèi)的液體燃料流量的方法和設(shè)備。
[0014] 本公開預(yù)期超聲流量計量表可用來代替其他流量計量表，其可減小壓力降以及所 要求導(dǎo)管的長度。但是，如果在超聲換能器之間不存在管道的充分長度，則超聲流量計量表 的流量測量的精度可受到限制。一些示例偏移流量計量表配置可允許換能器之間的管道的 更大長度，但是通常還可導(dǎo)致壓力降以及燃料與流量計量表的內(nèi)壁的可能分離 (seperation)。此外，操作換能器的測量間隔通常不足以允許燃料流量計量表用來控制燃 料流動到的裝置或機(jī)器。
[0015] 本公開預(yù)期，在一些情況下，可能難以按照沒有充分阻止或阻礙流動的方式準(zhǔn)確 地測量液體燃料流量。因此，超聲傳感器在一些情況下可以是有利解決方案。例如，能夠充 當(dāng)信號發(fā)射器和接收器的上游和下游超聲傳感器可按照如下方式跨流動通路放置:連接兩 個傳感器的線路(例如信號通路)包含燃料流動方向的至少小分量?？捎嬎阈盘柖稍綍r間， 以確定信號從上游移動到下游傳感器(并且反之亦然)花費(fèi)多長時間。信號渡越時間可使用 例如集成到燃料流量測量系統(tǒng)處理器或電子盒中的時鐘或定時器來測量。信號渡越時間之 間的差然后可用來計算液體燃料移動多快。這種方式可涉及安裝傳感器之后接著系統(tǒng)校 準(zhǔn)。可存在由超聲信號所創(chuàng)建的在燃料流量上的極少或者沒有阻礙。但是，例如當(dāng)可存在燃 料密度中的大量的波動時，只獲得燃料速度可能沒有轉(zhuǎn)化成知道質(zhì)量流量。
[0016] 本公開預(yù)期，在一些情況下，一些燃料流量測量系統(tǒng)和裝置可包括若干移動部件， 其在用于本身移動的系統(tǒng)(例如在飛行器或機(jī)車上，其可周期地創(chuàng)建高慣性或重力的環(huán)境） 內(nèi)時可隨時間而磨損、粘住或壓緊。因此，超聲傳感器在一些情況下可以是有利解決方案。 例如，上游和下游超聲傳感器可相對于流動導(dǎo)管剛性地放置在固定位置，以便使導(dǎo)管與傳 感器之間的相對移動為最小。超聲信號或脈沖可跨流動通路來傳送，從而消除具有任何移 動固體或機(jī)械部件的需要。
[0017] 按照本公開的至少一些方面的一些示例實(shí)施例可包括結(jié)合一個或多個所測量燃 料