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超声 燃料流量感测和控制

阅读：384发布：2020-12-07

专利汇可以提供超声燃料流量感测和控制专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开用于测量导管 (104)内的液体燃料流量的方法和设备。示例流量传感器 (101)可包括导管(104)，其布置成使燃料沿流动轴(154)流经其中，导管(104)限定与流动轴(154) 正交的流动面积。流量传感器(101)还可包括第一换能器(102)，其布置成通过接近流动面积(152)的导管(104)将第一信号引导到第二换能器(114)，第二换能器(114)布置成通过接近流动面积(152)的导管（104）将第二信号引导到第一换能器(102)，第一换能器(102)与第二换能器(114)间隔开信号通路长度(112)，并且在与流动轴(154)平行的方向上间隔开轴向距离。燃料流量测量系统(100)还可包括处理器(180)，其布置成基于第一和第二信号渡越时间(122，118)、已知燃料性质和燃料温度 (150)来计算燃料质量流率(170)。，下面是超声燃料流量感测和控制专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃料流量测量系统(100)，包括：
导管(104)，布置成使燃料基本上沿流动轴(154)流经其中，
第一换能器(102)，布置成通过接近流动面积(152)的所述导管(104)将第一信号引导到第二换能器(114)，所述第二换能器(114)布置成通过接近所述流动面积(152)的所述导管(104)将第二信号引导到所述第一换能器(102)，所述第一换能器(102)与所述第二换能器(114)间隔开信号通路长度(112)，所述第一换能器(102)和所述第二换能器(114)在与所述流动轴(154)平行的方向上间隔开轴向距离(116)；以及
处理器(180)，用于至少部分基于所述第一信号从所述第一换能器(102)传播到所述第二换能器(114)的第一信号渡越时间(122)、所述第二信号从所述第二换能器(114)传播到所述第一换能器(102)的第二信号渡越时间(118)、一个或多个已知燃料流量性质或燃料性质和燃料温度(150)来计算通过所述导管(104)的燃料质量流率(170)。
2.如权利要求1所述的燃料流量测量系统(100)，其中，所述燃料流量性质包括差压。
3.如权利要求1所述的燃料流量测量系统(100)，其中，所述燃料性质包括密度、燃料类型(160)和衰减系数中的至少一个。
4.如权利要求1所述的燃料流量测量系统(100)，还包括燃料温度传感器，其操作上耦合以提供与所述燃料温度(150)相关联的燃料温度信号。
5.如权利要求1所述的燃料流量测量系统(100)，其中，所述燃料温度传感器包括电阻温度检测器、热电偶、热敏电阻、高温计和使用音速来测量温度(150)的一个或多个超声传感器中的至少一个。
6.如权利要求1所述的燃料流量测量系统，其中，所述燃料包括Jet-A、JP5、JP8和JP4中的至少一个。
7.如权利要求1所述的燃料流量测量系统(100)，其中，所述信号通路长度(112)相对于所述流动轴以锐角或钝角(106)设置。
8.如权利要求1所述的燃料流量测量系统(100)，其中，所述导管(104)包括相对于所述流动轴以第一角度设置的入口部分以及相对于所述流动轴以第二角度设置的出口部分。
9.一种发动机控制系统，包括：
电子发动机控制器(190)，配置成以更新速率进行操作；
燃料流量测量系统，操作上耦合以向所述电子发动机控制器提供燃料质量流率(170)信号，所述燃料流量测量系统包括
导管(104)，燃料能够流经其中，
至少一个燃料温度传感器，布置成测量与流经所述导管(104)的燃料相关联的燃料温度(150)，
第一超声换能器(102)和第二超声换能器(114)，布置成通过所述导管(104)的至少一部分来引导超声信号，所述第二超声换能器(114)面向所述第一超声换能器(102)，所述第一和第二换能器(102，114)以换能器测量间隔进行操作，以及
处理器(180)，配置成至少部分基于第一信号从所述第一超声换能器(102)传播到所述第二超声换能器(114)的第一信号渡越时间(122)、第二信号从所述第二超声换能器(114)传播到所述第一超声换能器(102)的第二信号渡越时间和所述燃料温度(150)来计算通过所述导管(104)的燃料的质量流率(170)；
其中所述换能器测量间隔与所述电子发动机控制器(190)所述更新速率基本上相同或者比其更短。
10. 如权利要求9所述的发动机控制系统，其中，所述换能器测量间隔处于大约25 Hz与大约200 Hz之间。
11.一种燃料流量传感器，包括：
导管(104)，布置成经过其中传送燃料，所述导管(104)从上游到下游包括，导管入口部分、导管中心部分和导管出口部分，所述导管中心部分包括耦合到所述导管入口部分的第一端和耦合到所述导管出口部分的第二端；
第一超声换能器(102)，设置成接近所述导管中心部分的所述第一端；以及第二超声换能器(114)，设置成接近所述导管中心部分的所述第二端；
其中所述导管入口部分和所述导管出口部分基本上平行，并且所述导管中心部分相对于所述导管入口部分和所述导管出口部分以非零角度设置。
12.如权利要求11所述的燃料流量传感器，其中，所述第二导管部分相对于所述第一导管部分和所述第三导管部分成大于大约0度但小于大约90度的角度。
13.如权利要求12所述的燃料流量传感器，其中，所述第二导管部分相对于所述第一导管部分和所述第三导管部分成大于大约20度但小于大约70度的角度。
14.如权利要求13所述的燃料流量传感器，其中，所述第二导管部分相对于所述第一导管部分和所述第三导管部分成大于大约40度但小于大约60度的角度。
15.如权利要求11所述的燃料流量传感器，其中，接近所述第一导管部分和所述第二导管部分的交汇处的第一过渡区被造型以减小流分离。
16.如权利要求11所述的燃料流量传感器，其中，接近所述第二导管部分和所述第三导管部分的交汇处的第一过渡区被造型以减小流分离。
17. 如权利要求11所述的燃料流量传感器，还包括：
文丘里，按照与所述导管(104)的串行流布置来设置；以及
差压换能器，操作上布置成检测跨所述文丘里的差压。
18.如权利要求11所述的燃料流量传感器，其中，所述燃料流量测量系统布置成测量进入燃气涡轮发动机(200)的所述燃料流量。
19.如权利要求11所述的燃料流量传感器，其中，所述燃料流量测量系统布置成测量进入飞行器发动机的所述燃料流量。
20.一种燃料流量测量系统，包括：
导管(104)，布置成使燃料大体沿流动轴(154)流经其中，所述导管限定与所述流动轴(154)大体正交的流动面积；
第一换能器(102)，布置成通过接近所述流动面积的所述导管(104)将第一信号引导到第二换能器(114)；
第三换能器，布置成通过接近所述流动面积的所述导管将第二信号引导到第四换能器；
所述第一换能器(102)与所述第二换能器(114)间隔开信号通路长度(112)，所述第一换能器(102)和所述第二换能器(114)在与所述流动轴平行的方向上间隔开轴向距离；
所述第三换能器与所述第四换能器间隔开信号通路长度，所述第三换能器和所述第四换能器在与所述流动轴(154)平行的方向上间隔开轴向距离；以及
处理器(180)，布置成至少部分基于所述第一信号从所述第一换能器(102)传播到所述第二换能器(114)的第一信号渡越时间(122)、所述第二信号从所述第三换能器传播到所述第四换能器的第二信号渡越时间(118)、一个或多个已知燃料性质和燃料温度(150)来计算通过所述导管(104)的燃料质量流率(170)。

说明书全文

超声燃料流量感测和控制

[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性质来使用燃料的一个或多个已知燃料性质，以将燃料速度转化成燃料质量流率。示例可包括测量已知喷气燃料的燃料温度，并且基于燃料落在的燃料类别来得出燃料密度、音速和/或衰减系数。

[0018] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，超声传感器基本上可以是管道和/或导管，具有信号通路大体平行于(或者大体正交于)燃料流动的方向，的内部。示例可包括超声传感器大体同心地位于管道内的配置，其中燃料流过传感器与管道内壁之间的环面中的传感器。

[0019] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，管道和/或导管可具有大体U形配置，其中入口部分与中心部分(其与出口部分形成非零角度)形成非零角度。示例可包括其中中心部分的端部包含两个超声换能器的配置，从而允许两个传感器之间的充分信号通路长度。另一个示例可包括S形配置，其中入口和出口部分基本上相互平行或正交，同时中心部分相对于入口和出口部分旋转。S形配置的另一个示例可包括入口与中心部分之间的过渡附近的管道或导管的造型(contouring)以及管道或导管的中心与出口部分之间的过渡附近的管道或导管的造型，以便减小或消除燃料流与管道或导管的内壁的分离。

[0020] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，运行超声传感器的测量间隔可以足够短，以允许传感器与电子发动机控制器结合使用。示例可包括一种应用，其中燃料流量测量系统用于飞行器发动机上，并且传感器测量间隔足够短，使得它匹配或超过飞行器发动机控制系统的更新速率，从而允许传感器用作对飞行器发动机的控制系统的输入。本公开预期超声传感器的一些先前使用可包括在大约0至大约10 Hz的范围中的超声传感器测量间隔，例如可通过使用传感器的系统的精度要求来规定。通过使用以较短测量间隔(例如，在大约50至大约200 Hz的范围中，和/或更具体来说例如在大约80至大约120 Hz的范围中)进行操作的超声传感器，超声传感器测量间隔可足够短，使得传感器可用于飞行器发动机控制系统的内控制反馈环路中。可运行超声传感器的测量间隔可至少部分取决于超声通路长度以及取决于所使用的处理器的处理能力(其必须配置成以预期测量间隔来接收数据)。例如，在大约0至大约12英寸的范围中的超声通路长度可允许信号足够快地通过流动通路传播，以确保保持所需系统精度，因为信号必须传播的距离不是非常长。类似地，另一个示例可包括一种应用，其中燃料流量测量系统用于机车发动机上，并且传感器测量间隔足够短，使得它匹配或超过机车电子发动机控制器的更新速率，从而允许传感器用作对机车电子发动机控制器的输入。应当完全理解，本文所描述的方法和设备还可适用于其他类型的燃气涡轮发动机以及其他类型的内燃机。在上述情况的每个中，可有利的是设计一种系统，其中实现合乎需要的旋转角、信号通路长度、传感器测量间隔和/或流段造型。

[0021] 如本文所论述，在诸如角度、长度和测量间隔的许多设计参数上可存在实际限制。非限制性地例如，可有利地是设计一种传感器，具有与最小角度(其仍然允许实现所需测量精度所需的导管的中心部分的充分长度)对应的旋转角。类似地，可期望设计一种传感器，具有燃料流量测量系统可用作控制输入的最小传感器测量间隔。另外，可期望设计一种传感器，具有确保保持可接受流分离等级以便避免过度燃料压力降所需的最小曲率长度。

[0022] 按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例可布置成与飞行器发动机结合使用。图1是按照本公开的至少一些方面，可配置成测量流动到飞行器发动机的燃料的示例燃料流量测量系统100的框图。燃料流量测量系统100可包括超声燃料流量传感器110、包括处理器180的电子盒120和数据总线输出130。燃料流量测量系统100可配置成接收来自传感器校准的数据140以及燃料温度150和燃料类型160。燃料流量测量系统还可配置成使用处理器180来计算流动到飞行器发动机的燃料的质量流量170，并且经由数据总线输出130来输出质量流量。数据总线输出130可配置成与电子发动机控制器190(其可配置成控制例如燃气涡轮发动机200)进行通信。

[0023] 按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例可包括外部安装到管道或导管的超声传感器。在一些示例实施例中，在安装传感器的方向上可与管道或导管形成某个角度。图2是以标准配置的示例超声燃料流传感器101的侧视图。燃料流量传感器101可包括图1的燃料流量传感器110。上游超声换能器102可与管道或导管104形成角度(θ)106。这个角度可从大约零至大约90度。但是，一般应当避免使用正好90度的角度，以便确保流动方向108的某个分量沿信号通路长度(P)112的方向来捕获。类似地，下游超声换能器114可与管道或导管104形成角度106。下游超声换能器114一般可位于管道或导管104的相对侧上，和/或可定位成使得它能够充当上游超声传感器102所发送的信号的接收器。类似地，上游超声传感器
102还可定位成充当下游超声传感器114所发送的信号的接收器。下游渡越时间(tdn)118可表示离开上游超声换能器102的信号到达下游超声换能器114所花费的时间。类似地，上游渡越时间(tup)122可表示离开下游超声换能器114的信号到达上游超声换能器102所花费的时间。一般来说，对于图2所示的配置，超声信号可通过燃料流量部分衰减，从而使下游渡越时间118比上游渡越时间122要短。换言之，信号可因燃料经过导管104的流动而表现为沿至少部分下游方向比在至少部分上游方向上“更快地”移动。下游方向与沿流动轴154的燃料流动方向108相同。传感器之间的流动方向距离(L)116和流动速度(V)124各可分别影响下游与上游渡越时间(tdn和tup)118和122之间的差。下游和上游渡越时间118和122可由两个超声换能器102和114来测量。信号通路长度(P)112和传感器之间的流动方向距离(L)116对给定配置可以是固定的，和/或可校准到系统。因此，流体速度(V)124能够计算如下：
燃料的质量流率则能够计算如下：
其中：
M可表示燃料的质量流率；
ρ可表示燃料的密度；
V可表示燃料的速度(例如，如上所述所计算)；以及
A可表示管道或导管的截面积。

[0024] 管道或导管的截面积(即，流动面积152)可以是固定的并且因而预先校准到系统。另一方面，可按照以下所述方法之一例如通过使用燃料温度来确定密度。

[0025] 按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例可包括使用所测量温度、燃料类型和声音经过燃料传播的速度来得出燃料的密度。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。虽然图8中的示例图表对应于单个温度，但是一些样本燃料流量测量系统100(例如图1所示的电子盒120)可包括(或者有权访问)燃料温度的范围的类似数据。

[0026] 按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例可包括使用所测量温度、燃料类型和燃料的衰减系数来得出燃料的密度。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9是示出作为各种喷气燃料类型的衰减系数的函数的密度的示例图表。虽然图9中的示例图表对应于单个温度，但是一些样本燃料流量测量系统100(例如图1所示的电子盒120)可包括(或者有权访问)燃料温度的范围的类似数据。使用例如图6-9所示的数据，有可能通过知道燃料类型并且使用燃料音速或者燃料衰减系数和燃料音速，从燃料温度来得出燃料密度。此外，图11是示出作为燃料类型和燃料温度的函数的密度的示例图表。

[0027] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，所测量的燃料的类型可包括JET-A、JP-4、JP-5和/或JP-8。应当完全理解，本文所列示的燃料类型并不构成详尽列表，而是也可采用具有一般可预测燃料性质的多种其他燃料。类似地，在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，温度测量装置的类型可包括热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器、高温计和/或超声传感器，其使用音速来测量温度。例如，从超声传感器发射的脉冲通过已知燃料传播的速度基本上可与那种燃料的温度成比例。燃料的温度可从信号从一个超声传感器传送到另一个超声传感器花费多长时间来得出。类似地，燃料的温度可从信号从传感器传播到内部导管壁、然后在从壁反射之后回到传感器花费多长时间来得出。再次应当完全理解，这些类型的温度测量装置并不构成详尽列表，而是也可采用多种其他温度测量装置。

[0028] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，燃料流量测量系统100可包括偏移流量计，其中管道或导管的入口和出口部分与燃料流量传感器110的中心部分不是共线的。图3是以其中导管入口部分1148与导管中心部分1128可形成非零角度1126的偏移U形配置的示例超声燃料流量传感器1000的侧视图。燃料流量传感器1000可包括图1的燃料流量传感器110。类似地，导管出口部分1132也可与导管中心部分1128形成非零角度1134。上游超声换能器1102处于导管中心部分1128的第一端1136，而下游超声换能器1114处于导管中心部分1128的第二端1138。信号通路长度(P)1112、燃料流动速度(V)1124和传感器之间的流动方向距离(L)1116在图3中以偏移U形配置在尺寸上示出，并且可用来以用于图2所示的配置中并且如以上章节所述的大体相同方式来计算燃料的质量流率。类似地，下游渡越时间1118和上游渡越时间1122也在图3中示出。下游方向可一般处于沿在燃料的流动方向上的流动轴1154的方向。还示出管道截面积或流动面积1152，其可用来按上述章节0022所示的等式将燃料流动速度转换为质量流率。

[0029] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，燃料流量测量系统100可包括一般采取内联流量计量表形式的燃料流量传感器2000，其中上游超声换能器2102和下游超声换能器2114基本上是管道或导管2104内部的。图4是信号通路方向和燃料流动方向大体平行的内联配置的示例超声燃料流量测量系统的侧视图。燃料流量传感器2000可包括图1的燃料流量传感器110。信号通路长度(P)2112、燃料流动速度(V)2124和传感器之间的流动方向距离(L)2116在图4中以内联配置在尺寸上示出，并且可用来以用于图2所示的配置中的大体相同方式来计算质量燃料流量。类似地，下游信号渡越时间2118和上游信号渡越时间2122也在图4中示出。应当注意，在内联配置中，传感器之间的流动方向距离(L)2116和信号通路长度(P)2112可具有相等长度。下游方向可一般处于沿在燃料的流动方向上的流动轴2154的方向。还示出管道截面积或流动面积2152，其可用来按上述章节0022所示的等式将燃料流动速度转换为质量流率。

[0030] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，燃料流量测量系统100可包括具有大体S形配置的燃料流量传感器3000，其中导管中心部分3128相对于导管入口部分3148和导管出口部分3132旋转。图5是以其中导管入口部分3148与导管中心部分3128形成角度3106的偏移S形配置的示例超声燃料流量传感器3000的侧视图。燃料流量传感器3000可包括图1的燃料流量传感器110。类似地，导管中心部分3128还与导管出口部分3132(其与导管入口部分3148基本上共线和/或平行)形成角度3106。上游超声换能器3102处于导管中心部分3128的第一端3136，而下游超声换能器3114处于导管中心部分3128的第二端3138。
信号通路长度(P)3112、燃料流动速度(V)3124和传感器之间的流动方向距离(L)3116在图5中以偏移S形配置在尺寸上示出，并且可用来以用于图2所示的配置中并且如以上章节所述的大体相同方式来计算燃料的质量流率。类似地，下游渡越时间3118和上游渡越时间3122也在图5中示出。导管入口部分3148与导管中心部分3128之间的第一过渡区3144包括导管的内壁上的造型3142，以防止或减小流的分离。类似地，导管中心部分3128与导管出口部分
3132之间的第二过渡区3146包括导管的内壁上的造型3150，以防止或减小流的分离并且因而减小阻力（drag）。下游方向一般可以是沿在燃料的流动方向上的流动轴3154的方向。还示出管道截面积或流动面积3152，其可用来按上述章节0022所示的等式将燃料流动速度转换为质量流率。文丘里冗余燃料测量系统也出现在图5中。上游取压分接管3156测量接近第二过渡区3146的流量压缩3160上游的燃料流量压力。类似地，下游取压分接管3158测量接近第二过渡区3146的流量压缩3160下游的燃料流量压力。使用上游和下游燃料取压分接管
3156和/或3158，差压能够被计算并且用来得出冗余或辅助燃料流量测量。

[0031] 在按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例中，燃料流量测量系统100可包括具有大体S形配置的燃料流量传感器3000，其中上游和下游取压分接管3156和3158用来计算跨流量压缩3160的差压。上述章节22描述如何能够基于上游渡越时间122、下游渡越时间118、信号通路长度(P)112和传感器之间的流动方向距离(L)116来计算容积流率。然后使用燃料类型和燃料温度，能够得出燃料密度，并且如章节23所述能够计算质量流率。但是，在流量压缩3160以及上游和下游取压分接管(3156和/或3158)存在的系统中，有可能甚至在不知道燃料类型的情况下计算质量流率。燃料密度能够从差压来计算如下：其中，
A=上游管道截面积3152
A1=在流量压缩3160的位置的管道截面积
V=在上游位置的流体速度(使用如上述章节22所述的超声传感器所计算)，以及ΔP=上游压力-下游压力。

[0032] 质量流率则能够使用章节23中的等式从密度来计算。应当注意，这个流量测量的精度以低流率降低，因为上游与下游取压分接管之间的差压接近零。但是，测量在较高流率(例如飞行器发动机在飞行一开始起飞期间遇到的燃料流率)非常准确。因此，使用这种方法，燃料的密度能够在飞行开始的起飞期间准确地建立。此后，超声流量计能够与密度结合用来准确地计算整个飞行的质量流率，甚至当发动机工作在较低燃料流率时。另外，参照图11，显而易见，甚至当航空级喷气燃料的准确混合未知时，密度与音速之间的关系也是可预测的。换言之，使用喷气燃料的混合物将图11所示的线条上移或下移，使得斜率是相同的，并且线条保持与已知喷气燃料平行。因此，如果燃料的混合的密度在单个音速来确定，则密度能够使用图11对音速的全范围来得出。

[0033] 按照本公开的至少一些方面的一些示例实施例可包括外部安装到管道或导管的超声传感器。在一些示例实施例中，在安装传感器的方向上可与管道或导管形成某个角度。图10是具有独立发射器和接收器的配置的示例超声燃料流传感器4101的侧视图。燃料流量传感器4101可包括图1的燃料流量传感器110。上游超声换能器4102和4158可与管道或导管
4104形成角度(θ)4106。这个角度例如可从大约零至大约90度。但是，可避免使用基本上90度的角度，以便确保流动方向4108的某个分量沿信号通路长度(P)4112的方向来捕获。类似地，下游超声换能器4114和4156可与管道或导管4104形成角度4106。下游超声换能器4114一般可位于管道或导管4104的相对侧上，和/或可定位成使得它能够充当上游超声换能器
4102所发送的信号的接收器。类似地，上游超声传感器4158可定位成充当下游超声传感器
4156所发送的信号的接收器。下游渡越时间(tdn)4118可表示离开上游超声换能器4102的信号到达下游超声换能器4114所花费的时间。类似地，上游渡越时间(tup)4122可表示离开下游超声换能器4156的信号到达上游超声换能器4158所花费的时间。一般来说，对于图10所示的配置，超声信号可通过燃料流量部分衰减，从而使下游渡越时间4118比上游渡越时间
4122要短。换言之，信号可因燃料经过导管4104的流动而表现为在至少部分下游方向上比在至少部分上游方向上“更快地”移动。下游方向可与沿流动轴4154的燃料流动方向4108大体相同。传感器之间的流动方向距离(L)4116和流动速度(V)4124各可分别影响下游与上游渡越时间(tdn和tup)4118和4122之间的差。下游和上游渡越时间4118和4122可由四个超声换能器4102、4114、4156和4158来测量。信号通路长度(P)4112和传感器之间的流动方向距离(L)4116对给定配置可以是固定的，和/或可校准到系统。还示出管道截面积或流动面积
4152，其可用来按上述章节0022所示的等式将燃料流动速度转换为质量流率。

[0034] 本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的可取得专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在落入权利要求书的范围之内。

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