测量容器中的流体的体积的制作方法

测量容器中的流体的体积的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于测量可变容积的容器中的流体的体积的方法和设备。
【专利说明】测量容器中的流体的体积

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于测量可变容积的容器中的流体的体积的方法和设备。

【背景技术】
[0002] 交通工具的传动装置通常包括由一个或更多个减震器提供阻尼的一个或更多个 悬架弹簧。悬架弹簧和阻尼功能可以设置在单个悬架支杆中。通常可以在飞行器起落架中 发现这样的双重功能支杆的示例。在这样的支杆中，通常由气弹簧提供悬架弹簧并且液压 流体提供阻尼。流体可以包含在支杆内的单个可伸缩容器或腔室中。在使用中，一部分气 体或液压流体溢出并且需要被补充到预定水平以使得支杆满足针对悬架和减震的所需性 能标准。
[0003] 对于确保支杆的合适的性能来说，这样的支杆中的流体中的每种流体的水平通常 很关键。因此，给这样的设备加注（service)需要准确地确定气体和液压流体的水平。在没 有这样的确定的情况下，不可能知道支杆是否需要加注或者支杆是否已被适当地加注。在 大部分支杆中，不同的流体水平不是外部可见的。因此，对水平的准确确定需要引入适当的 传感器或详尽的加注技术，该加注技术包括将支杆移入预定配置并且然后遵循规定的再填 充步骤。特别在支杆是大型交通工具诸如飞行器的部件的情况下，这样的加注步骤耗时、危 险且困难。


【发明内容】

[0004] 本发明的实施方式提供了 一种用于测量可变容积的容器中的流体的体积的方法， 该方法包括下述步骤：
[0005] 记录表示来自容器的气体的温度和压强的数据；
[0006] 通过测量的体积改变容器中的气体的体积；
[0007] 从来自下述区域的所记录的温度和压强数据中选择多个数据点，所述区域为压强 数据中的表示容器的基本恒定的容积的区域；
[0008] 根据测量的体积以及所选择的数据点的温度和压强数据来计算容器中的气体的 体积；以及
[0009] 输出所计算的气体体积。
[0010] 可以将测量的体积引入容器。可以从容器中抽出气体的所引入的体积的至少一部 分。容器可以部分地填充有液体，并且该方法还可以包括下述步骤：识别容器的内部容积； 以及根据所计算的气体的体积和内部容积之间的差来计算液体的体积。
[0011] 容器可以包括被布置成相对彼此移动的两个或更多个部分，并且两个部件之间的 界面包括气密密封件，该气密密封件提供摩擦力来对抗两个部件的相对移动，使得容器的 容积可以在摩擦力被克服时响应于容器的加载或者内部压强的变化而改变。可以外部地加 载容器以给容器施加压强。可以通过活塞泵（displacementpump)从容器中抽出气体。泵 可以被控制系统操作，该控制系统还可操作以：记录压强和温度数据、选择数据点、计算气 体的体积以及输出所计算的体积。
[0012] 气体可以被布置成提供气弹簧。液体可以被布置成给气弹簧提供阻尼。容器可以 包括用于交通工具的悬架支杆。交通工具可以是飞行器。
[0013] 可以通过基本线性的压强数据的变化率来识别压强数据中的表示容器的基本恒 定的容积的区域。可以使用表示容器的外部测量的尺寸的数据来识别压强数据中的表示容 器的基本恒定的容积的区域。
[0014] 另一实施方式提供了一种用于测量可变容积的容器中的流体的体积的设备，所述 设备可操作以：
[0015] 记录表示来自容器的气体的温度和压强的数据；
[0016] 通过测量的体积改变容器中的气体的体积；
[0017] 从来自下述区域的所记录的温度和压强数据中选择多个数据点，所述区域为压强 数据中的表示容器的基本恒定的容积的区域；
[0018] 根据测量的体积以及所选择的数据点的温度和压强数据来计算容器中的气体的 体积；以及
[0019] 输出所计算的气体体积。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 现在参照附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施方式，在附图中：
[0021] 图1是飞行器的示意正视图；
[0022] 图2是图1的飞行器中的起落架支杆的剖视图；
[0023] 图3是用于确定图2的支杆中的流体的体积的体积测量系统的示意图；
[0024] 图4是图3的系统中的注射器的剖视图；
[0025] 图5是示出了在图3的体积测量系统的操作期间图2的起落架支杆中的压强的变 化的图表；
[0026] 图6是示出了在确定图2的支杆中的流体的体积时由图3的体积测量系统进行的 处理的流程图；以及
[0027] 图7是根据本发明的另一实施方式的用于确定图2的支杆中的流体的体积的体积 测量系统的示意图。

【具体实施方式】
[0028] 参照图1，飞行器101包括平滑地连接到机身103的一对机翼102。机翼102均载 有引擎104。飞行器101通过行走机构（runninggear)支撑在地面上，行走机构为包括主 起落架105和前起落架106的一组起落架的形式。起落架105和起落架106中的每个起落 架设置有悬架和减震功能。
[0029] 参照图2,每个起落架105和起落架106包括悬架支杆201，悬架支杆201包括具有 中空圆柱形上部件202和中空圆柱形下部件203的通常为圆柱形的中空容器。上部件202 和下部件203的相应的末端204闭合。上部件202被布置成在下部件203内滑动使得支杆 201是可伸缩的。液密密封件205通常与下部件203的近侧开口端206相邻地设置在下部 件203的内表面上。阀207安装在上部件202的闭合端204中并且被布置成使得能够控制 将流体注入支杆201的内部腔室或从支杆201的内部腔室抽出流体。
[0030] 限制上部件的近侧开口端的开口 208以对部件202的内部腔室209和部件203的 内部腔室210之间的流体流动提供阻力。内部腔室209和内部腔室210填充有液压流体形 式的液体211和氮气形式的气体212。气体被布置成提供气弹簧，因而提供支杆201的悬架 功能。通过部件202、部件203这两个部件的相对滑动来推动液压流体通过受限开口 208， 从而起到给相对移动提供阻尼的作用并且因而提供支杆201的减震功能。
[0031] 在图2中，支杆201被示出为被载荷L压缩为高度H。液压流体被设置在其所需水 平4处，Hf等同于液体体积^。剩余的体积填充有压强为Pg的气体。假定液压流体水平Hf 适当，则对支杆201的压缩以及由此产生的支杆201的高度H是气体212的压强Pg和温度 Tg的函数。因此，为了能够适当加注支杆201，设置加注数据（未示出），该加注数据指示针 对气体212的给定压强Pg和温度Tg的适当高度H。然后可以经由阀207注入或抽出氮气 212以升高或降低支杆201，直到实现适当高度H为止。
[0032] 参照图3,在本实施方式中被布置成测量容器中的气体的体积的设备301测量的 是支杆201中的氮气212的体积Vg。设备301包括控制单元302和为气体注射器303形式 的活塞泵器件。控制单元302包括用户界面304、处理器305以及液压致动器306。注射器 303经由短软管307流体连接到支杆201的阀207。注射器303包括通过液压软管309被 连接至液压致动器306的液压输入端308。液压输入端308使得能够由液压致动器306致 动注射器303以经由阀207将气体212注入支杆201或从支杆201抽出气体212。
[0033] 注射器303还包括线性可变位移变换器（LVDT)310和压强温度（P/T)传感器311。 LVDT310被布置成提供表示注射器303中包含的气体212体积的数据并且将该数据输入至 处理器305。P/T传感器311采集注射器303内的气体的温度和压强数据并且将该数据输 入至处理器305。
[0034] 用户界面（UI) 304包括启动按钮312和显示器313。启动按钮312被布置成使得 用户能够指令设备301测量所附接的支杆201中的气体212的体积。显示器313被布置成 将所测量的体积显示给用户。处理器305被布置成响应于经由启动按钮312的用户输入来 使用液压致动器306操作注射器303,以从支杆201抽出预定的测量的体积的气体并且然后 使所抽出的气体返回至支杆201。在该处理中，处理器被布置成记录从P/T传感器311接收 到的温度和压强数据。根据该所记录的压强和温度数据以及所抽出并且返回的气体的测量 的体积，处理器然后被布置成计算支杆201中的气体212的体积并且经由显示器313将气 体212的体积显示给用户。
[0035] 参照图4,注射器303包括限定了内部腔室402的通常圆柱形中空体构件401。活 塞403被可滑动地布置在腔室402中，将该腔室402分成活塞403 -侧的致动腔室404和 活塞403另一侧的抽出腔室405。
[0036] 抽出腔室405包括气体端口 406,用于附接短软管307以连接至支杆201的阀207。 抽出腔室405还包括P/T传感器端口 407,P/T传感器311通过气密密封被固定在P/T传感 器端口 407中。致动腔室404包括用于将液压软管309连接至液压致动器306的液压端口 408。
[0037] 活塞403载有两个圆周密封件409以确保致动腔室404和抽出腔室405之间的气 密可滑动密封。活塞403还载有包括铁磁部分411的杆410。杆410容置在固定在体构件 401的致动腔室端处的中空传感器体构件412中并且与致动腔室404流体连通。杆410还 包括内部管道413,该内部管道413被布置成在致动腔室404和传感器体构件412的内部 末端之间提供流体以流动。传感器体构件412载有环绕杆410的一组三个LVDT线圈413。 杆410的铁磁部分411和LVDT线圈413 -起包括下述LVDT310 :该LVDT310被适当校准 时，在任何给定时间检测活塞403的位置以及因此检测抽出腔室405的容积。在处理器305 的控制下通过将液压流体泵进致动腔室404或从致动腔室404泵出液压流体来操作注射器 303,从而可控制地改变抽出腔室405的容积。在任何时候，通过来自LVDT310的数据来指 示抽出腔室的容积。
[0038] 在本实施方式中，参照图5,由设备301执行的体积测量处理包括抽出阶段和注入 阶段，在抽出阶段中将气体从支杆201抽出到注射器303中，在注入阶段中将气体从注射器 303重新注入到支杆201中。图5的图表501将体积测量处理期间由P/T传感器311测量 的支杆201的压强的变化制成图表。支杆201是在地面上支撑飞行器101的三个支杆之一， 并且因而在本实施方式中支杆201受到压缩载荷。在抽出阶段的初始部分期间，从点A到 点B所测量的压强随着气体212从支杆201扩充到注射器303而下降。在点B处作用在支 杆201的外部载荷克服了密封件205中的摩擦力，引起支杆201移动并且在飞行器101的 重力作用下在点C处再压缩气体212。从点C处开始密封件205中的摩擦力已被克服，进一 步从支杆201中抽出气体212几乎不会引起进一步的压强变化，这是因为支杆201还由此 伸缩直到在点D处抽出阶段结束为止。
[0039] 注入阶段在点E处开始，并且作为密封件205抵抗支杆201的伸缩方向上的任何 变化的结果，压强立即增大。在本实施方式中，在注入阶段期间，密封件205中的摩擦力和 飞行器101的重力在相同方向上作用，并且因而在支杆201可能扩张前可以将更多的气体 212再注入支杆201中。在图表501中所示的本示例中，在密封摩擦力和飞行器重力的组合 被克服之前，再注入全部所抽出的气体212以引起支杆201的任何扩张。
[0040] 针对以上处理采集的数据表示当密封件205滑动时从点A处的初始压强Pel降到 点B处的低的压强P62的抽出阶段中的最大压强差。该数据还表示在从点E处的初始压强 Pil升到点F处的高的压强P4的注入阶段中的最大压强差。选择表明最大压强差的阶段 是因为对体积测量提供最大的准确度。本领域的技术人员将理解，压强差取决于给定的起 落架和所抽出的体积。在本示例中，因为支杆201受压缩，所以注入阶段中的压强差6? 1大 于抽出阶段中的压强差SP6。压强的变化率取决于注射器303的操作的速率。
[0041] 在点A和点B之间以及点E和点F之间的阶段的部分中，针对给定的移动方向密 封件205的摩擦力还未被克服，并且因而支杆201包括固定容积的容器。当密封摩擦力被 克服时，支杆201具有可变容积。在本实施方式中，处理器305被布置成利用理想气体定律 来确定支杆的气体体积Vg并且因而仅使用数据的固定容器部分。然而，可以在或者抽出阶 段或者注入阶段中的任何点处被克服，并且导致支杆201的相应的收缩或扩张。在本实施 方式中，处理器305被布置成分析来自P/T传感器311的所记录的压强数据，以识别在其处 密封件205中的为静摩擦力形式的摩擦力被克服的点。在本实施方式中，分析压强数据以 识别由克服密封件205中的静摩擦力引起的压强的跳跃。在图5中，可以在点B和点C之 间识别出这样的压强跳跃。当识别出压强跳跃时，在该跳跃之前以预定间隔选择边界点以 描绘数据的固定容器部分。
[0042] 可以用公式1如下地陈述理想气体定律：

【权利要求】
1. 一种用于测量可变容积的容器中的流体的体积的方法，所述方法包括下述步骤： 记录表示来自所述容器的气体的温度和压强的数据； 通过测量的体积改变所述容器中的气体的体积； 从来自下述区域的所记录的温度和压强数据中选择多个数据点，所述区域为所述压强 数据中的表示所述容器的基本恒定的容积的区域； 根据所述测量的体积以及所选择的数据点的所述温度和压强数据来计算所述容器中 的气体的体积；以及 输出所计算的气体体积。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量的体积被引入到所述容器中。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，气体的所引入的体积的至少一部分被从所述容 器中抽出。
4. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述容器部分地填充有液体，并且所述方 法还包括下述步骤： 识别所述容器的内部容积；以及 根据所计算的气体的体积和所述内部容积之间的差来计算所述液体的体积。
5. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述容器包括被布置成相对彼此移动的 两个或更多个部件，并且所述两个部件之间的界面包括气密密封件，所述气密密封件提供 对抗所述两个部件的所述相对移动的摩擦力，使得所述容器的容积能够在所述摩擦力被克 服时响应于所述容器的加载或者内部压强的变化而改变。
6. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述容器被外部地加载以给所述容器施 加压强。
7. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述气体被通过活塞泵从所述容器抽出。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述泵能够被控制系统操作，所述控制系统还能 够操作以：记录所述压强和温度数据、选择所述数据点、计算气体的体积以及输出所计算的 体积。
9. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述气体被布置成提供气弹簧。
10. 根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其中，所述液体被布置成给气弹簧提供 阻尼。
11. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述容器包括用于交通工具的悬架支 杆。
12. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述交通工具是飞行器。
13. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述压强数据中的表示所述容器的基本 恒定的容积的所述区域通过基本线性的所述压强数据的变化率来识别。
14. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述压强数据中的表示所述容器的基本 恒定的容积的所述区域使用表示所述容器的外部测量的尺寸的数据来识别。
15. -种用于测量可变容积的容器中的流体的体积的设备，所述设备能够操作以： 记录表示来自所述容器的气体的温度和压强的数据； 通过测量的体积改变所述容器中的气体的体积； 从来自下述区域的所记录的温度和压强数据中选择多个数据点，所述区域为所述压强 数据中的表示所述容器的基本恒定的容积的区域； 根据所述测量的体积以及所选择的数据点的所述温度和压强数据来计算所述容器中 的气体的体积；以及 输出所计算的气体体积。
16. 根据权利要求15所述的设备，其中，所述测量的体积被引入到所述容器中。
17. 根据权利要求16所述的设备，其中，气体的所引入的体积的至少一部分被从所述 容器中抽出。
18. 根据权利要求15至17中任一项所述的设备，其中，所述容器部分地填充有液体，并 且所述设备还能够操作以： 识别所述容器的内部容积；以及 根据所计算的气体的体积和所述内部容积之间的差来计算所述液体的体积。
19. 根据权利要求15至18中任一项所述的设备，其中，所述容器包括被布置成相对彼 此移动的两个或更多个部件，并且所述两个部件之间的界面包括气密密封件，所述气密密 封件提供对抗所述两个部件的所述相对移动的摩擦力，使得所述容器的容积能够在所述摩 擦力被克服时响应于所述容器的加载或者内部压强的变化而改变。
20. 根据权利要求15至19中任一项所述的设备，其中，所述容器被外部地加载以给所 述容器施加压强。
21. 根据权利要求15至20中任一项所述的设备，其中，所述气体通过活塞泵从所述容 器被抽出。
22. 根据权利要求21所述的设备，其中，所述泵能够被控制系统操作，所述控制系统还 能够操作以：记录所述压强和温度数据、选择所述数据点、计算气体的体积以及输出所计算 的体积。
23. 根据权利要求15至22中任一项所述的设备，其中，所述气体被布置成提供气弹簧。
24. 根据权利要求18至23中任一项所述的设备，其中，所述液体被布置成给气弹簧提 供阻尼。
25. 根据权利要求15至24中任一项所述的设备，其中，所述容器包括用于交通工具的 悬架支杆。
26. 根据权利要求25所述的设备，其中，所述交通工具是飞行器。
27. 根据权利要求15至26中任一项所述的设备，其中，所述压强数据中的表示所述容 器的基本恒定的容积的所述区域通过基本线性的所述压强数据的变化率来识别。
28. 根据权利要求15至27中任一项所述的设备，其中，所述压强数据中的表示所述容 器的基本恒定的容积的所述区域使用表示所述容器的外部测量的尺寸的数据来识别。
【文档编号】G01F22/02GK104395712SQ201380034343
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】艾伦·谢泼德, 朱利安·邓肯 申请人:空中客车营运有限公司