本公開內(nèi)容總體上涉及用于測量燃料箱(諸如貯藏箱或其它容器)中的液體燃料的量的方法和系統(tǒng)。更具體地，本公開內(nèi)容涉及通過在燃料箱中不需要引入電組件的方式來測量在燃料箱中的液體燃料的量的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在許多商業(yè)和軍事應(yīng)用中，需要連續(xù)測量燃料箱中的液體燃料的量。例如，液位傳感器通常被用在飛機、汽車和卡車的燃料箱中。液位傳感器還被用于監(jiān)測用于分配燃料的貯藏箱內(nèi)的液位。

許多用于測量液位的傳感器都是利用電力。這種傳感器的電力輸出響應(yīng)于待測量的液位中的變化而變化，并通常以電阻、電容、電流、磁場、頻率等形式變化。這種類型的傳感器可包括可變電容器或電阻器、光學(xué)組件、霍爾效應(yīng)傳感器、應(yīng)變儀、超聲波設(shè)備等。

當(dāng)前在飛機上的大多燃料傳感器使用電力。例如，現(xiàn)有的電力電容傳感器需要在箱內(nèi)部的電線，其依次需要復(fù)雜的安裝以及保護措施以防止在特定電力故障的狀態(tài)下的安全問題。這種電線需要仔細(xì)的屏蔽、壓焊以及接地，以減小雜散電容，并且還需要定期維護以確保電接觸的完整性。

在商用和軍用飛行的情況下，對于機組成員來說，在每次飛行之前知曉裝載有足夠用于任務(wù)的燃料是非常重要的。對于機組成員來說同樣重要的是，在飛行期間知曉在箱中剩余足夠的燃料以安全完成每次飛行。需要簡單并準(zhǔn)確的燃料的量的度量系統(tǒng)。對于典型的遠(yuǎn)距離運輸機，它需要四分之一磅到半磅的燃料來運輸一磅的重量。額外的燃料是固定負(fù)載(dead weight)并且需要額外重量的燃料來對其進行傳輸。

如果可以在不引入電流到燃料箱以及在不使用光學(xué)技術(shù)的情況下測量燃料箱中的液體燃料的量將是有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

以下詳細(xì)公開的主題涉及用于在不需要準(zhǔn)確定位整個燃料箱中的燃料高度的情況下，使用多個燃料測量探頭直接測量燃料箱中的液體燃料的量的測量燃料的量的方法和系統(tǒng)。該方法可包括當(dāng)燃料流出燃料箱時執(zhí)行的以下步驟：(a)改變在時間區(qū)間內(nèi)在燃料箱中的氣體的體積(通過注入或排出氣體)；(b)測量在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的氣體的體積的變化率；(c)測量在時間區(qū)間內(nèi)燃料流出燃料箱的速率；(d)測量在時間區(qū)間的起始點處燃料箱中的氣體的第一壓力和第一溫度；(e)測量在時間區(qū)間的結(jié)束點處燃料箱中的氣體的第二壓力和第二溫度；(f)基于從步驟(c)到(f)所獲得的測量數(shù)據(jù)來計算燃料箱中的燃料的量。由處理單元執(zhí)行步驟(f)。該計算很簡單并且不需要計算瞬時燃料體積的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。計算能力的要求也是最低的。與電氣和電子探頭不同，燃料箱中不需要電流。

為了滿足航行需要，需要兩組完全獨立的燃料測量器。典型的飛機可以具有用于飛行的多點電子系統(tǒng)，以及能夠在燃料加載過程中地面工作人員所使用的磁性系統(tǒng)或機械系統(tǒng)。本文中所提出的系統(tǒng)可以用作主系統(tǒng)或輔助系統(tǒng)。它也可以與當(dāng)前的電子系統(tǒng)一起使用，使得機組人員可以使用兩個獨立的飛行實用系統(tǒng)。本文中所公開的方法并不限于飛機應(yīng)用，而是也可用于陸地和海洋交通工具以及固定液體燃料箱。

在以下詳細(xì)公開的主題的一個方面是用于測量燃料箱(例如，飛機上的燃料箱)中的液體燃料的量的系統(tǒng)，包括：第一計量器測量通過與所述燃料箱流體連通的氣體管道的氣體的流動速率；第二計量器，測量經(jīng)由燃料管道流出所述燃料箱的所述液體燃料的速率；第一測量器，測量燃料箱的氣隙中的氣隙溫度；第二測量器，測量燃料箱的氣隙中的氣隙壓力；以及處理單元，被編程為基于來自第一計量器與第二計量器以及來自第一測量器與第二測量器的測量數(shù)據(jù)計算燃料箱中的液體燃料的量。該系統(tǒng)可進一步包括燃料測量器，被連接以接收并顯示表示燃料的量的符號(symbology)。

根據(jù)一些實施方式，處理單元被編程部分地基于由所述第一測量器與第二測量器在第一時間和第二時間所測量的相應(yīng)的氣隙溫度和氣隙壓力，來計算在所述第一時間之后的所述第二時間時所述燃料箱中的所述液體燃料的量。

根據(jù)其它實施方式，處理單元被編程為：通過在從第一時間到第二時間的時間區(qū)間上對第一計量器的輸出進行積分來計算燃料箱中的氣體的質(zhì)量的變化；通過在時間區(qū)間上對第二計量器的輸出進行積分來計算燃料箱中的液體燃料的體積的變化；并且基于所計算出的在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的氣體的質(zhì)量和液體燃料的體積的變化以及通過第一測量器和第二測量器在第一時間和第二時間測量出的相應(yīng)的氣隙溫度和氣隙壓力，來計算在第二時間時燃料箱中的液體燃料的量。

在以下詳細(xì)公開的主題的一個方面是用于當(dāng)燃料流出燃料箱時測量燃料箱中的液體燃料的量的方法，包括以下步驟：(a)在開始于第一時間并結(jié)束于第二時間的時間區(qū)間內(nèi)改變?nèi)剂舷渲械臍怏w的體積；(b)測量在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的氣體的體積的變化率；(c)測量時間區(qū)間內(nèi)燃料流出燃料箱的速率；(d)測量在第一時間時燃料箱中的氣體的第一壓力；(e)測量在第一時間時燃料箱中的氣體的第一溫度；(f)測量在第二時間時燃料箱中的氣體的第二壓力；(g)測量在第二時間時燃料箱中的氣體的第二溫度；并且(h)基于從步驟(b)到(g)所獲得的測量數(shù)據(jù)來計算燃料箱中的燃料的量，其中，由處理單元執(zhí)行步驟(h)。該方法可進一步包括在步驟(a)之前關(guān)閉與氣隙流體連通的排放口，其中，步驟(a)包括當(dāng)閥門被關(guān)閉時，在時間區(qū)間內(nèi)經(jīng)由氣體管道將氣體注入燃料箱中，并且步驟(b)包括：測量經(jīng)由氣體管道流入燃料箱的氣體的速率。在可替代實施方式中，該方法可進一步包括：在步驟(a)之前打開與氣隙流體連通的排放口，其中，步驟(a)包括在時間區(qū)間內(nèi)經(jīng)由打開的排放口排出所述氣隙中的氣體，并且步驟(b)包括測量氣隙中的氣體經(jīng)由打開的排放口流出的速率。該方法可進一步包括顯示表示燃料的量的符號。在一個實施方案中，執(zhí)行步驟(a)到(h)是在飛機上執(zhí)行的。

另一個方面是用于測量在飛行過程中機載的燃料箱中的液體燃料的量的方法，包括以下步驟：(a)在開始于第一時間并結(jié)束于第二時間的時間區(qū)間內(nèi)改變?nèi)剂舷渲械臍怏w的體積；(b)測量在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的氣體的體積的變化率；(c)測量在時間區(qū)間內(nèi)燃料流出燃料箱的速率；(d)測量在第一時間時燃料箱中的氣體的第一壓力和第一溫度；(e)測量在第二時間時燃料箱中的氣體的第二壓力和第二溫度；(f)計算在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的氣體的質(zhì)量的變化；(g)計算在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的燃料的體積的變化；(h)基于所計算的在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的氣體的質(zhì)量和燃料的體積的變化、第一和第二溫度以及第一壓力和第二壓力來計算在第二時間時燃料箱中的燃料的量；以及(i)顯示表示燃料的量的符號，其中，由處理單元執(zhí)行步驟(f)到步驟(h)。

在以下公開了用于測量燃料箱中的燃料的量的方法和系統(tǒng)的其它方面。

附圖說明

圖1是示出用于將液體燃料轉(zhuǎn)換成動力的機載系統(tǒng)的主要組件的框圖。

圖2是示出含有液體燃料和氣隙氣體的燃料箱以及用于測量在開始注入氣體(由標(biāo)示為“氣體ΔM”的虛線箭頭表示)時的氣隙氣體的壓力和溫度的測量器的框圖。

圖3是示出在注入等于ΔM的量的氣體(由標(biāo)示為“氣體ΔM”的實線箭頭表示)之后與在圖2中所示相同的組件的框圖。

圖4是示出根據(jù)一個實施方式的當(dāng)氣體被注入到燃料箱時用于直接測量燃料箱中的液體燃料的量的方法的步驟的流程圖。

圖5是示出根據(jù)另一個實施方式的當(dāng)氣體排出燃料箱時用于直接測量燃料箱中的液體燃料的量的方法的步驟的流程圖。

圖6是標(biāo)識根據(jù)某些實施方式的用于測量燃料箱中的液體燃料的液位的系統(tǒng)的組件的框圖。

在下文中將參考附圖，其中，在不同的附圖中相同的元件具有相同的參考標(biāo)號。

具體實施方式

為了說明的目的，現(xiàn)將對用于測量飛機上的燃料箱中的液體燃料的量(即，體積或質(zhì)量)的方法及系統(tǒng)進行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本文中所公開的方法并不限于飛機應(yīng)用，而是還可用于陸地和海洋的交通工具以及靜止的液體燃料箱。在以下公開的至少一些細(xì)節(jié)涉及可選的特征或者方面，在一些應(yīng)用中，在不背離所附的權(quán)利要求書的范圍的情況下可省略該可選的特征或者方面。

在交通工具中的燃料箱裝載了被用于操作交通工具的發(fā)動機的燃料。該燃料在存在氧氣或者空氣的情況下是易燃的。當(dāng)使用燃料時，燃料的液位降低。這種降低的燃料的液位導(dǎo)致填充氣體的空間大小變大，高于在燃料箱中的液體燃料的液位。液體燃料上方的空間可包含空氣和燃料蒸氣。該空間被稱為“氣隙(ullage)”。

可通過使用惰性氣體系統(tǒng)來增加燃料箱的安全性。惰性氣體系統(tǒng)可以生成并分配惰性氣體，以減少在燃料箱中存在的氧氣的含量。具體地，在燃料箱中的燃料表面上方的空間(即，氣隙)填充有惰性氣體。在燃料箱中的惰性氣體取代包含氧氣的空氣。惰性氣體還可取代燃料蒸氣和其它元素。這個過程被稱為“惰化”。惰性氣體通過減少燃燒事件(包括點火、爆震或爆燃)的可能性的方式來減小空間內(nèi)的氧氣含量。燃燒事件可以是燃料的燃燒、燃料蒸汽的燃燒，或者兩者。

機載惰性氣體發(fā)生系統(tǒng)(OBIGGS)可以被用于產(chǎn)生貧氧(即，惰性的)氣體以使燃料箱中的氣隙惰化。惰化燃料箱的氣隙部分減少了在燃料箱中的氧化劑，并因此減少了在其中的蒸汽的可燃性。例如，此惰性氣體可以是氮氣、富氮氣體、二氧化碳以及其它類型的惰性氣體。

圖1是示出用于將液體燃料轉(zhuǎn)換成動并惰化燃料箱的機載系統(tǒng)的主要組件的框圖。該系統(tǒng)包括機載惰性氣體發(fā)生系統(tǒng)(OBIGGS)2。氣體被輸送到OBIGGS 2。OBIGGS 2在與燃料箱4連通的流體中。在OBIGGS 2中，氧氣被從空氣中分離，并且剩余的貧氧氣體被發(fā)送到燃料箱4。燃料箱4的內(nèi)部體積包含覆蓋液體燃料10的氣隙氣體8。典型的OBIGGS 2將空氣的兩個主要組成部分(氧氣和氮氣)進行分離。不使用氧氣，而是將富氮氣體注入燃料箱4，以減少氣隙氣體8的氧氣濃度。在某些實施方式中，OBIGGS 2從發(fā)動機的排氣產(chǎn)生富氮氣體(即，飛機上的氣壓系統(tǒng)消耗的從不同的發(fā)動機的壓縮機級排出的加壓空氣)。氣隙氣體8可以從燃料箱4排出機外。燃料從燃料箱4輸送到發(fā)送機或者輸送到輔助動力單元(APU)6，從而當(dāng)燃料燃燒時能夠產(chǎn)生電力。通常每次飛行之前、裝載燃料之后打開OBIGGS 2。對于軍用飛機，通常開啟該系統(tǒng)。在商用飛機上，可能在飛行中關(guān)閉該系統(tǒng)。

氣體(包括燃料箱中的氣隙氣體)是可壓縮的，這意味著當(dāng)給定質(zhì)量的氣體被加壓時，其體積減小，即，在漸增的壓力下，更大質(zhì)量的氣體可被壓縮成相同的體積?？諝夂透坏獨怏w兩者均是可壓縮的，并且是理想氣體。由理想氣體定律決定理想氣體的性能：

PV＝MRT

其中P是壓力，V是體積，M是量(例如，質(zhì)量)，R是理想氣體常數(shù)以及T是溫度。在SI單位中，P的單位是帕斯卡，V的單位是立方米，M的單位是摩爾以及T的單位是開氏度。如果用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)代替帕斯卡，并且用公升代替立方米，則R的值是8.314J·K^-1mol，或者是0.08206L atm mol^-1K^-1。

相比于氣體的可壓縮性，液體則是不可壓縮的，這意味著，當(dāng)液體被加壓時，其體積不發(fā)生變化。液體燃料是不可壓縮的。

在各種實施方式中，該飛機包括兩個主要類型的燃料測量系統(tǒng)：發(fā)動機的燃料流量計量器和燃料箱的燃料量測量器。發(fā)動機的燃料流量計量器在發(fā)動機中的燃料管道上。它非常準(zhǔn)確地給出提供給各發(fā)動機的燃料的瞬時燃料流量的讀數(shù)。對來自所有燃料流量計量器的讀數(shù)求和并且對飛行時間積分得出在飛行中消耗的燃料總量。該系統(tǒng)的問題僅在于只有進入發(fā)動機的燃料的量是已知的。燃料流量計量器不提供在每個燃料箱中有多少燃料的量。

在飛行中至少使用五種類型的燃料箱的燃料量測量器：(1)觀察鏡(sight glass)、(2)機械式的、(3)電氣式的；(4)電子式的以及(5)光學(xué)式的。由于燃料箱的復(fù)雜性，飛行狀態(tài)的變化性以及飛機姿勢不恒定，因此為了準(zhǔn)確性，需要在箱中的多個位置進行讀數(shù)。典型的小型商用飛機可能需要最少二十個燃料測量探頭，并且大型飛機可能有超過六十個燃料測量探頭。總系統(tǒng)重量很高，并且任何一個探頭出現(xiàn)故障都會降低準(zhǔn)確性。為了將瞬時探頭數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成燃料的量，需要精密的算法。該算法需要大量運算力。當(dāng)設(shè)計變化時，諸如改變注入燃料箱的路徑時，需要更新燃料的量的軟件。除了燃料測量探頭，飛機可能需要用于補償燃料電容率的變化的探頭補償器，測量燃料密度的光密度計，以及測量燃料溫度的溫度傳感器。在大部分時間都是在水平巡航的飛行中，燃料和氣隙接口管道相對穩(wěn)定和水平。在這種狀態(tài)下，水平傳感測量器提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在飛機不斷機動(maneuvered)的飛行中，這些測量器可能不能提供理想的結(jié)果。

本文中提出的燃料測量系統(tǒng)克服了在前面段落中所描述的許多缺點。對于各燃料箱，該燃料測量系統(tǒng)包括：輸入氣體管道、具有閥門的排放管道、氣隙氣壓測量器以及氣隙氣溫測量器。在讀取各燃料的量期間進行壓力測量和溫度測量。

圖2是示出含有液體燃料10和氣隙氣體8的燃料箱4、用于測量燃料箱4內(nèi)的氣隙氣體的壓力的壓力測量器12以及用于測量燃料箱4內(nèi)的氣隙氣體的溫度的溫度測量器14的框圖。在圖2中所示的系統(tǒng)還包括用于經(jīng)由輸入氣體管道(未示出)將富氧氣體(由標(biāo)記為“氣體ΔM”的虛線箭頭表示)注入燃料箱4中的一個或多個注入管口(未示出)、用于燃料箱排出(均壓)以及排出氣隙氣體的排放管道16以及排放管道16上控制排氣的爬升/俯沖閥門(climb/dive valve)18。隨著排放管道16上的閥門18關(guān)閉時，由在圖2中的ΔM表示的少量(質(zhì)量)氣體被注入到燃料箱4中。由燃料箱過壓設(shè)計的限制來限定量ΔM。在圖2中所示的在壓力測量器12和溫度測量器14上的讀數(shù)旨在表示在時間區(qū)間(該時間區(qū)間在時間2結(jié)束，其中，時間2-時間1＝ΔT)的起始處(以下也稱為“時間1”)的氣隙的壓力和溫度。在圖2中用虛線箭頭標(biāo)記的“氣體ΔM”表示在時間1開始注入的氣體。該氣體的注入至少持續(xù)到時間2。

圖3是在從時間1到時間2的時間區(qū)間注入等于ΔM(由標(biāo)記為“氣體ΔM”的實線箭頭表示)的氣體量之后與在圖2中所示相同的組件的框圖。換句話說，ΔM表示在ΔT期間氣隙氣體的質(zhì)量的變化。如將在稍后更詳細(xì)地描述的，可通過對從時間1到時間2的時間區(qū)間內(nèi)氣體流入燃料箱4的速率進行積分來計算ΔM。

雖然未在圖2和圖3中標(biāo)明，但是當(dāng)氣體被注入燃料箱4時，液體燃料10也從燃料箱4中流出。如將在后面更詳細(xì)描述的，可通過對從時間1到時間2的時間區(qū)間內(nèi)燃料流出燃料箱4的速率進行積分來計算ΔV。

由于氣體被注入燃料箱4并且燃料10流出燃料箱4，因此氣隙氣體8的壓力和溫度發(fā)生變化，可將在圖3中所示的壓力測量器12和溫度測量器14的讀數(shù)與在圖2中的相同的測量器的各讀數(shù)進行比較來表示該變化。

根據(jù)一種方法，如通過在圖2中示出的壓力測量器12和溫度測量器14的讀數(shù)所指示的，在時間1進行的第一壓力測量和第一溫度測量。如通過在圖3中示出的壓力測量器12和溫度測量器14的讀數(shù)所指示的，在時間2進行第二壓力測量和第二溫度測量。當(dāng)在從時間1到時間2的時間區(qū)間內(nèi)(在此期間排放管道16的閥門18被關(guān)閉)將氣體被添加入氣隙8時，由于氣體是可壓縮的并且氣隙是受限的，因此所測量的氣隙的壓力和氣隙的溫度都應(yīng)增加。相反，燃料是不可壓縮的。因此，雖然隨著氣體被注入，氣隙壓力增大，但是由于這種氣隙壓力的增大的燃料體積不發(fā)生變化(盡管它確實由于流向發(fā)動機的燃料流而變化)。

在OBIGGS不可用或飛機沒有OBIGGS的情況下，發(fā)動機的排出氣體可以被用作注入氣體。發(fā)動機的排出氣體很熱，因此可能需要預(yù)冷卻。在注入氣體的情況下，可由沿著入氣管道放置的氣流計量器來測量氣體速率。通過對時間1與時間2之間的氣流速率進行積分，可得到氣體質(zhì)量的變化ΔM。在飛行過程中，可在發(fā)動機處測量流向發(fā)動機的燃料流速率(gpm或lb/小時)，并且這是已知量。通過對時間1和時間2之間的燃料流速率進行積分，可以得到燃料體積的變化ΔV。由于燃料箱的體積是恒定的，因此在時間區(qū)間內(nèi)燃料體積的變化將等于或者對等于氣隙體積中的變化。

增壓氣體的另一個來源是來自機艙的氣體。對于商用飛機來說，在機艙中的氣體不斷地變化。氣體被排到機外。對于長距離的飛機來說，可使用這種氣體對氣隙進行加壓。在飛機機艙內(nèi)的壓力通常設(shè)定為8000英尺的海拔的壓力或者每平方英寸11磅。在35000英尺的巡航海拔處的周圍氣體的壓力是每平方英寸3.5磅。在機艙的氣體內(nèi)存在充足的氣壓來運行燃料測量系統(tǒng)。此外，機艙氣體是廢氣，因此它不會消耗用于增壓的燃料。

然后使用理想氣體定律計算在時間2的氣隙體積(V+ΔV)。在時間1和時間2的兩個氣體定律如下：

P₁V＝MRT₁

P₂(V+ΔV)＝(M+ΔM)RT₂

在時間1(在開始注入氣體時或者在開始注入氣體之后)處測量壓力P₁和溫度T₁；在時間2(在此時刻繼續(xù)注入氣體)處測量壓力P₂和溫度T₂；并且在注入氣體的時間區(qū)間(從時間1到時間2)測量ΔM。R是理想氣體常數(shù)。在時間1處的燃料箱4中的初始?xì)庀扼w積V和初始?xì)怏w質(zhì)量M僅是兩個未知數(shù)。同時求解時間1和時間2處的相應(yīng)的熱力學(xué)狀態(tài)方程，用于時間1的氣隙體積V和時間1的氣隙氣體質(zhì)量M。在每個示例中所計算的氣隙體積是在忽略了氣隙形狀或者多少氣泡組成了氣隙體積的情況下真實的氣隙體積。

在時間2處的燃料箱的內(nèi)部體積與氣隙體積(V+ΔV)之間的差是在時間2處的燃料體積。同樣，可通過時間2和時間3或者時間1和時間3的理想氣體定律來計算在時間3(繼時間2之后)處的燃料體積。在各示例中，燃料體積與燃料密度的乘積是燃料重量。

繼續(xù)進行測量和計算過程，直到氣隙的氣壓達到一個預(yù)先規(guī)定的界限。受限的氣隙壓力一直低于燃料箱的過壓設(shè)計的限制。當(dāng)達到受限的氣隙壓力時，閥門18被打開以允許氣隙減壓。在減壓期間，繼續(xù)測量氣隙的氣壓和溫度。唯一的區(qū)別是，氣隙氣體ΔM的質(zhì)量的變化現(xiàn)在為負(fù)。

圖4是示出根據(jù)一個實施方式的當(dāng)氣體被注入并且燃料流出燃料箱時，直接測量在燃料箱中的液體燃料的量的方法的步驟的流程圖。首先，將排氣閥關(guān)閉(步驟20)。然后在時間T處開始并在時間(T+ΔT)處結(jié)束的時間區(qū)間內(nèi)經(jīng)由氣體管道將氣體注入燃料箱，同時關(guān)閉排放閥門(步驟22)。在整個時間區(qū)間內(nèi)對氣體流入燃料箱的速率以及燃料流出燃料箱的速率進行測量(步驟24)。此外，在時間T處測量燃料箱中的氣體的壓力和溫度(步驟26)，并且在時間(T+ΔT)測量燃料箱中的氣體的壓力和溫度(步驟28)。然后計算在時間區(qū)間ΔT期間在燃料箱中的燃料的體積的變化(步驟30)。同樣地，計算在時間區(qū)間ΔT期間內(nèi)注入燃料箱的氣體的質(zhì)量的變化(步驟32)。然后使用如前述的時間T和(T+ΔT)的相應(yīng)的氣體定律方程來計算在時間T處的氣隙的氣體質(zhì)量M和氣隙的氣體體積V(步驟34)。然后可計算在時間(T+ΔT)處的燃料體積(步驟36)。同時，確定氣隙的氣壓是否已經(jīng)達到預(yù)設(shè)的最大壓力(步驟38)。如果已經(jīng)達到預(yù)設(shè)的最大壓力，那么停止注入氣體(步驟40)。如果尚未達到預(yù)設(shè)的最大壓力，則繼續(xù)注入氣體，并且處理返回到步驟28，即，在經(jīng)過以時間(T+ΔT)開始并以時間(T+2ΔT)結(jié)束的第二時間區(qū)間之后，再次測量燃料箱中的氣體的壓力和溫度?？梢栽谝?guī)律的時間增量ΔT，即，連續(xù)的時間(T+nΔT)(其中n＝1，2，3，等…)來獲得連續(xù)的數(shù)據(jù)點。

圖5是示出根據(jù)另一個實施方式的當(dāng)氣體被注入并且燃料流出燃料箱時直接測量燃料箱中的液體燃料的量的方法的步驟的流程圖。首先，將排氣閥打開(步驟60)。然后在時間T處開始并在時間(T+ΔT)處結(jié)束的時間區(qū)間內(nèi)經(jīng)由排放管道(例如，使用的氣體泵)將氣隙的氣體排出燃料箱，同時打開排放閥門(步驟62)。在整個時間區(qū)間對氣體流入燃料箱的速率以及燃料流出燃料箱的速率進行測量(步驟24)。此外，在時間T測量燃料箱中的氣體的壓力和溫度(步驟26)，并且在時間(T+ΔT)處測量燃料箱中的氣體的壓力和溫度(步驟28)。然后計算在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的燃料的體積變化(步驟30)。同樣，計算在時間區(qū)間內(nèi)排出燃料箱的氣體的質(zhì)量的變化(步驟64)。然后使用如前述的時間T和(T+ΔT)的相應(yīng)的氣體定律方程來計算在時間T處的氣隙的氣體質(zhì)量M和氣隙的氣體體積V(步驟34)。然后可計算在時間(T+ΔT)處的燃料體積(步驟36)。同時，確定氣隙的氣壓是否已經(jīng)達到零(相對于周圍環(huán)境的壓力)(步驟66)。如果氣隙的氣壓已經(jīng)達到零，則關(guān)閉排放閥門(步驟20)。如果氣隙的氣壓沒有達到零，那么繼續(xù)排出氣體，并且處理返回到步驟28，即，在經(jīng)過前述的第二時間區(qū)間之后，再次測量燃料箱中的氣體的壓力和溫度。

圖6是標(biāo)識根據(jù)上述的實施方式的用于測量燃料箱中的液體燃料的液位的系統(tǒng)的組件的框圖。由處理單元44執(zhí)行所有的計算，該處理單元從壓力測量器12、溫度測量器14、燃料流速計量器48以及氣體流速計量器50接收測量數(shù)據(jù)。處理單元44被編程以執(zhí)行將在燃料箱中的燃料的量進行量化的算法。處理單元44將燃料的量的數(shù)據(jù)輸出給顯示表示燃料的量的符號的燃料測量器46。燃料測量器46可采取具有顯示處理器的顯示設(shè)備，顯示處理器被編程以在顯示屏幕上以圖形和/或字母數(shù)字顯示測量結(jié)果(例如，燃料液位)。由處理單元44提供給燃料測量器46的讀數(shù)在被呈現(xiàn)之前可被積分或者求平均值，并且可在基本連續(xù)或者不同的時間區(qū)間內(nèi)實時地提供。

處理單元44可以是一個專用的微處理器或通用計算機。根據(jù)一個實施方式，由處理單元44所執(zhí)行的算法包括：(1)通過對在時間區(qū)間內(nèi)燃料流出燃料箱的速率(由燃料流計量器48提供)進行積分來計算在時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的燃料的體積的變化ΔV的算法；(2)通過對在時間區(qū)間內(nèi)流入或者流出燃料箱的氣流的速率(由氣流計量器50提供)進行積分來計算在時間區(qū)間內(nèi)的燃料箱中的氣體的質(zhì)量的變化ΔM的算法；(3)基于ΔV、ΔM計算在時間區(qū)間的起點的氣隙的氣體質(zhì)量M和氣隙的氣體體積V，由壓力測量器12測量在時間區(qū)間的開始和結(jié)束點的壓力，并且由溫度測量器14測量在時間區(qū)間的開始和結(jié)束點的溫度的算法，以及(4)基于(V+ΔV)和燃料箱固定的體積計算在時間區(qū)間內(nèi)的終點處的燃料體積的算法?？捎萌剂象w積與燃料密度的乘積來計算燃料重量。

上述系統(tǒng)的一個優(yōu)點是，它測量氣隙而不是燃料液位(即，燃料的表面位置)。飛機的海拔或者飛行狀態(tài)都不影響讀數(shù)或者測量的準(zhǔn)確性。

大多數(shù)飛機有多個燃料箱。與目前燃料系統(tǒng)的應(yīng)用相似，每個燃料箱可設(shè)置有其自己的單獨的燃料的量測量系統(tǒng)。對于具有多個分區(qū)的油箱，可能需要一個以上的溫度探頭。

氣隙的氣體不限于OBIGGS富氮氣體或者發(fā)動機的排氣?？梢允褂闷渌鼩怏w或惰性氣體，如二氧化碳。對于非飛機和固定箱的應(yīng)用，可以使用加壓氣體或瓶裝氣體。

此外，氣隙的氣體并不限定于理想氣體?？梢允褂萌魏螝怏w。例如，當(dāng)使用范德華氣體時，可以使用氣體的范德華方程和相應(yīng)的范德華常數(shù)。

混合兩種不同的氣體(即，添加氣體)是與在燃料箱中的情況不同的，它可以實施但是可能會使最終的運算更加繁瑣。

所有飛機系統(tǒng)都需要有備份系統(tǒng)以備不時之需。這種燃料測量系統(tǒng)重量輕并且價格低廉?？梢酝ㄟ^復(fù)制燃料箱中的整個系統(tǒng)來實現(xiàn)備份，只要他們是獨立于彼此的。

盡管已經(jīng)參考各種實施方式對用于測量燃料箱中的液體燃料的量的方法進行了說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，在不背離本文的教導(dǎo)的情況下，可進行各種變化以及可用等價物來代替其元件。此外，可作出許多修改以適應(yīng)在本文所公開的特定情況的做法的構(gòu)思以及應(yīng)用的變形。因此，其意圖是由權(quán)利要求涵蓋的主題并不限于所公開的實施方式。

此外，本公開內(nèi)容包括根據(jù)以下項的實施方式：

項1.一種用于測量在燃料箱中的液體燃料的量的系統(tǒng)，包括：

第一計量器，測量通過與所述燃料箱流體連通的氣體管道的氣體的流動速率；

第二計量器，測量經(jīng)由燃料管道流出所述燃料箱的所述液體燃料的速率；

第一測量器，測量所述燃料箱的氣隙中的氣隙溫度；

第二測量器，測量所述燃料箱的所述氣隙中的氣隙壓力；以及

處理單元，被編程為基于來自所述第一計量器與所述第二計量器以及來自所述第一測量器與所述第二測量器的測量數(shù)據(jù)計算所述燃料箱中的所述液體燃料的量。

項2.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，進一步包括連接用于接收和顯示表示所述燃料的量的符號的燃料測量器。

項3.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理單元被編程以部分地基于由第一測量器與第二測量器在第一時間和第二時間所測量的相應(yīng)的氣隙溫度和氣隙壓力，來計算在第一時間之后的第二時間時的燃料箱中的液體燃料的量。

項4.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理單元被編程為：

通過在從第一時間到第二時間的時間區(qū)間上對所述第一計量器的輸出進行積分來計算所述燃料箱中的氣體的質(zhì)量的變化；

通過在所述時間區(qū)間上對所述第二計量器的輸出進行積分來計算所述燃料箱中的所述液體燃料的體積的變化；并且

基于所計算出的在所述時間區(qū)間內(nèi)所述燃料箱中的氣體的質(zhì)量和所述液體燃料的體積的變化以及通過所述第一測量器和所述第二測量器在所述第一時間和所述第二時間測量出的相應(yīng)的氣隙溫度和氣隙壓力，來計算在所述第二時間時所述燃料箱中的所述液體燃料的量。

項5.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理單元進一步被編程為響應(yīng)于氣隙壓力等于預(yù)設(shè)的最大壓力而關(guān)閉所述氣體管道。

項6.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體管道被連接至機載的惰性氣體生成系統(tǒng)。

項7.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體管道接收發(fā)動機的排出氣體。

項8.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體管道是排氣管。

項9.根據(jù)項1所述的系統(tǒng)，其中，燃料箱是飛機的一部分。

項10.一種用于測量在燃料流出燃料箱時燃料箱中的液體燃料的量的方法，包括以下步驟：

(a)在開始于第一時間并結(jié)束于第二時間的時間區(qū)間內(nèi)改變所述燃料箱中的所述液體燃料上方的氣隙中的氣體的體積；

(b)測量在所述時間區(qū)間內(nèi)所述燃料箱中的氣體的體積的變化率；

(c)測量在所述時間區(qū)間內(nèi)所述液體燃料流出所述燃料箱的速率；

(d)測量在所述第一時間時所述燃料箱中的氣體的第一壓力；

(e)測量在所述第一時間時所述燃料箱中的氣體的第一溫度；

(f)測量在所述第二時間時所述燃料箱中的氣體的第二壓力；

(g)測量在所述第二時間時所述燃料箱中的氣體的第二溫度；并且

(h)基于從步驟(b)到步驟(g)所獲得的測量數(shù)據(jù)來計算所述燃料箱中的所述液體燃料的量，

其中，由處理單元執(zhí)行步驟(h)。

項11.根據(jù)項10所述的方法，進一步包括在步驟(a)之前關(guān)閉與所述氣隙流體連通的排放口，其中，步驟(a)包括當(dāng)所述排放口關(guān)閉時，在所述時間區(qū)間內(nèi)經(jīng)由氣體管道將氣體注入所述燃料箱中，并且步驟(b)包括測量經(jīng)由所述氣體管道流入所述燃料箱的氣體的速率。

項12.根據(jù)項11所述的方法，進一步包括響應(yīng)于氣隙壓力等于預(yù)設(shè)最大電壓而關(guān)閉氣體管道。

項13.根據(jù)項10所述的方法，進一步包括在步驟(a)之前打開與所述氣隙流體連通的排放口，其中，步驟(a)包括在所述時間區(qū)間內(nèi)經(jīng)由打開的所述排放口排出所述氣隙中的氣體，并且步驟(b)包括測量所述氣隙中的氣體經(jīng)由打開的所述排放口流出的速率。

項14.根據(jù)項13所述的方法，進一步包括響應(yīng)于氣隙壓力等于零而關(guān)閉所述排放口。

項15.根據(jù)項10所述的方法，進一步包括：顯示表示所述燃料量的符號。

項16.根據(jù)項10所述的方法，其中，步驟(h)包括：

計算在所述時間區(qū)間內(nèi)所述燃料箱中的氣體的質(zhì)量的變化；

計算在所述時間區(qū)間內(nèi)所述燃料箱中的液體燃料的體積的變化；并且

基于所計算出的在所述時間區(qū)間內(nèi)所述燃料箱中的氣體的質(zhì)量和所述液體燃料的體積的變化以及所述第一溫度和所述第二溫度與所述第一壓力和所述第二壓力，來計算在所述第二時間時所述燃料箱中的所述液體燃料的量。

項17.根據(jù)項10所述的方法，其中，所述注入氣體是富氮氣體。

項18.根據(jù)項10所述的方法，其中，所述注入氣體是發(fā)動機排出氣體。

項19.根據(jù)項10所述的方法，其中，步驟(a)到(h)是在飛機上執(zhí)行的。

項20.一種用于測量在飛行中機載的燃料箱中的液體燃料的量的方法，包括以下步驟：

(a)改變在開始于第一時間并結(jié)束于第二時間的時間區(qū)間內(nèi)高于燃料箱中的液體燃料的氣隙中的氣體的體積；

(b)測量在所述時間區(qū)間內(nèi)在燃料箱中的氣體的體積的變化率；

(c)測量在所述時間區(qū)間內(nèi)燃料流出燃料箱的速率；

(d)測量在第一時間時在燃料箱中的氣體的第一壓力和第一溫度；

(e)測量在第二時間時在燃料箱中的氣體的第二壓力和第二溫度

(f)計算在所述時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的氣體的質(zhì)量的變化；

(g)計算在所述時間區(qū)間內(nèi)燃料箱中的燃料的體積的變化；

(h)基于所計算的在所述時間區(qū)間內(nèi)、所述第一溫度和第二溫度下以及所述第一壓力和第二壓力下燃料箱中的氣體的質(zhì)量和燃料的體積的變化來計算在所述第二時間時燃料箱中的燃料的量；并且

(i)顯示表示所述燃料的量的符號，

其中，由處理單元執(zhí)行步驟(f)到(h)。

下文中陳述的方法權(quán)利要求不應(yīng)解釋為要求其中所陳述的操作要按照字母順序(權(quán)利要求中的字母順序僅用于引用以上陳述的操作的目的)或者按照它們被陳述的順序執(zhí)行。它們也不應(yīng)被解釋為排除同時或交替執(zhí)行兩個或多個操作。