超声燃料流量感测和控制的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用 本PCT实用申请要求具有提交日期为2013年10月11日并且标题为"Ultrasound Fuel Flow Sensing and Control"的当前待决美国临时申请序列号61/889552的优先权和权益， 通过引用将其全部结合到本文中。
技术领域
[0002] 本文所公开的主题一般涉及燃料流量测量系统，以及更具体来说涉及用于测量导 管内的液体燃料流量的方法和设备。
【背景技术】
[0003] 由于需要知道车辆或一个机械将消耗多少燃料(或者备选地需要知道多少燃料经 过管道或导管），燃料流量测量系统对许多行业，包括汽车、石油和天然气、电力和航空，是 至关重要的。在许多高通流量应用中，甚至燃料流量测量中的小的不准确也能够导致大的 收益损失。
[0004] 现有燃料测量系统可使用涡轮机类型计量表，其以与容积流率成比例的速率自 旋。由于在涡轮机轴承上的应力，这些类型的系统趋向于随时间而被磨损。另外，它们因与 使涡轮机计量表自旋相关联的固有摩擦而能够限制燃料流量。其他类型的计量表使用流动 截面(flow section)或孔板以及与流率成比例的差压测量。这些类型的系统还导致燃料流 量压力损失。此外，一般假定涡轮机和孔板类型燃料计量表提供有限精度。文丘里 (Venturi)类型流量计量表能够要求过长流动截面，其对其中空间和/或重量限制存在的许 多应用可能不是理想的。一些常规超声流量计量表可遭受类似缺点。
[0005] 期望具有带有较低压力损失的耐用、更轻重量的燃料流量测量系统，其具有更大 精度并且能够与控制器配合使用。
【发明内容】
[0006] 由本公开提供解决方案，包括为说明性教导而不是意在限制所提供的示例实施 例。
[0007] 按照本公开的至少一些方面的示例燃料流量测量系统可包括：导管，布置成使燃 料大体沿流动轴(flow axis)流经其中；第一换能器，布置成通过接近流动面积的导管将第 一信号引导到第二换能器，第二换能器，布置成通过接近流动面积的导管将第二信号引导 到第一换能器，第一换能器与第二换能器间隔开信号通路长度，第一换能器和第二换能器 在与流动轴平行的方向上间隔开轴向距离；以及处理器，用于至少部分基于第一信号从第 一换能器传播到第二换能器的第一信号渡越时间、第二信号从第二换能器传播到第一换能 器的第二信号渡越时间、一个或多个已知燃料流量性质和燃料温度来计算通过导管的燃料 质量流率。
[0008] 按照本公开的至少一些方面的示例发动机控制系统可包括：电子发动机控制器， 配置成以更新速率进行操作;燃料流量测量系统，操作上耦合以向电子发动机控制器提供 燃料质量流率信号，燃料流量测量系统包括:导管，燃料能够流经导管;至少一个燃料温度 传感器，布置成测量与流经导管的燃料相关联的燃料温度;第一超声换能器和第二超声换 能器，布置成通过导管的至少一部分来引导超声信号，第二超声换能器面向第一超声换能 器，第一和第二换能器以测量间隔进行操作；以及处理器，配置成至少部分基于第一信号从 第一超声换能器传播到第二超声换能器的第一信号渡越时间、第二信号从第二超声换能器 传播到第一超声换能器的第二信号渡越时间和燃料温度来计算通过导管的燃料的质量流 率。测量间隔可与电子发动机控制器的更新速率基本上相同或者比其更短。
[0009]按照本公开的至少一些方面的示例燃料流量传感器可包括：导管，布置成经过其 中传送燃料，导管从上游到下游包括第一导管部分、第二导管部分和第三导管部分，第二导 管部分包括第一端和第二端;第一超声换能器，布置成接近第二导管部分的第一端；以及第 二超声换能器，布置成接近所述第二导管部分的第二端;其中第一导管部分和第三导管部 分基本上平行，并且第二导管部分相对于第一导管部分和第三导管部分以非零角度设置。 [0010]按照本公开的至少一些方面的示例燃料流量测量系统可包括:导管，布置成使燃 料大体沿流动轴流经其中，导管限定与流动轴大体正交的流动面积;第一换能器，布置成通 过接近流动面积的导管将第一信号引导到第二换能器，第三换能器，布置成通过接近流动 面积的导管将第二信号引导到第四换能器，第一换能器与第二换能器间隔开信号通路长 度，第一换能器和第二换能器在与流动轴平行的方向上间隔开轴向距离;第三换能器与第 四换能器间隔开信号通路长度，第三换能器和第四换能器在与流动轴平行的方向上间隔开 轴向距离；以及处理器，布置成至少部分基于第一信号从第一换能器传播到第二换能器的 第一信号渡越时间、第二信号从第三换能器传播到第四换能器的第二信号渡越时间、一个 或多个已知燃料性质和燃料温度来计算通过导管的燃料质量流率。
【附图说明】
[0011] 本文中具体指出并且要求保护寻求专利权利要求涵盖范围的主题。但是通过参照 结合附图所进行的以下描述，可以最好地理解其主题和实施例，附图包括： 图1是配置供飞行器发动机上使用的示例燃料流量测量系统的框图； 图2是以标准配置的示例超声燃料流量传感器的侧视图； 图3是以偏移U形配置的示例超声燃料流量传感器的侧视图； 图4是以内联(inline)配置的示例超声燃料流量传感器的侧视图； 图5是以偏移S形配置的示例超声燃料流量测量系统的侧视图； 图6是示出作为各种喷气燃料类型的燃料温度的函数的音速的示例图表； 图7是示出作为各种喷气燃料类型的燃料温度的函数的衰减系数的示例图表； 图8是示出作为各种喷气燃料类型的音速的函数的密度的示例图表； 图9是示出作为各种喷气燃料类型的衰减相关性的函数的密度的图表;以及 图10是全部按照本公开的至少一些方面、以具有独立发射器和接收器的配置的示例超 声燃料流量传感器的侧视图。
【具体实施方式】
[0012] 在以下详细描述中，参照形成其一部分的附图。附图中，相似标号通常标识相似组 件，除非上下文另加说明。详细描述、附图和权利要求书中所描述的说明性实施例并不意在 进行限制。可利用其他实施例，并且可进行其他改变，而没有背离本文所提出主题的精神或 范围。将易于理解，如本文一般所描述和附图所示，本公开的方面能够以各种各样的不同配 置来布置、置换、组合和设计，其全部被明确预期并且组成本公开的一部分。
[0013] 本公开尤其包括用于燃料流量测量系统的方法和设备以及更具体来说是用于测 量导管内的液体燃料流量的方法和设备。
[0014] 本公开预期超声流量计量表可用来代替其他流量计量表，其可减小压力降以及所 要求导管的长度。但是，如果在超声换能器之间不存在管道的充分长度，则超声流量计量表 的流量测量的精度可受到限制。一些示例偏移流量计量表配置可允许换能器之间的管道的 更大长度，但是通常还可导致压力降以及燃料与流量计量表的内壁的可能分离 (seperation)。此外，操作换能器的测量间隔通常不足以允许燃料流量计量表用来控制燃 料流动到的装置或机器。
[0015] 本公开预期，在一些情况下，可能难以按照没有充分阻止或阻碍流动的方式准确 地测量液体燃料流量。因此，超声传感器在一些情况下可以是有利解决方案。例如，能够充 当信号发射器和接收器的上游和下游超声传感器可按照如下方式跨流动通路放置:连接两 个传感器的线路(例如信号通路)包含燃料流动方向的至少小分量。可计算信号渡越时间， 以确定信号从上游移动到下游传感器(并且反之亦然)花费多长时间。信号渡越时间可使用 例如集成到燃料流量测量系统处理器或电子盒中的时钟或定时器来测量。信号渡越时间之 间的差然后可用来计算液体燃料移动多快。这种方式可涉及安装传感器之后接着系统校 准。可存在由超声信号所创建的在燃料流量上的极少或者没有阻碍。但是，例如当可存在燃 料密度中的大量的波动时，只获得燃料速度可能没有转化成知道质量流量。
[0016] 本公开预期，在一些情况下，一些燃料流量测量系统和装置可包括若干移动部件， 其在用于本身移动的系统(例如在飞行器或机车上，其可周期地创建高惯性或重力的环境） 内时可随时间而磨损、粘住或压紧。因此，超声传感器在一些情况下可以是有利解决方案。 例如，上游和下游超声传感器可相对于流动导管刚性地放置在固定位置，以便使导管与传 感器之间的相对移动为最小。超声信号或脉冲可跨流动通路来传送，从而消除具有任何移 动固体或机械部件的需要。
[0017] 按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例可包括结合一个或多个所测量燃 料