測量容器中的流體的體積的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于測量可變容積的容器中的流體的體積的方法和設備。
【專利說明】測量容器中的流體的體積
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于測量可變容積的容器中的流體的體積的方法和設備。
【背景技術】
[0002] 交通工具的傳動裝置通常包括由一個或更多個減震器提供阻尼的一個或更多個 懸架彈簧。懸架彈簧和阻尼功能可以設置在單個懸架支桿中。通常可以在飛行器起落架中 發現這樣的雙重功能支桿的示例。在這樣的支桿中，通常由氣彈簧提供懸架彈簧并且液壓 流體提供阻尼。流體可以包含在支桿內的單個可伸縮容器或腔室中。在使用中，一部分氣 體或液壓流體溢出并且需要被補充到預定水平以使得支桿滿足針對懸架和減震的所需性 能標準。
[0003] 對于確保支桿的合適的性能來說，這樣的支桿中的流體中的每種流體的水平通常 很關鍵。因此，給這樣的設備加注（service)需要準確地確定氣體和液壓流體的水平。在沒 有這樣的確定的情況下，不可能知道支桿是否需要加注或者支桿是否已被適當地加注。在 大部分支桿中，不同的流體水平不是外部可見的。因此，對水平的準確確定需要引入適當的 傳感器或詳盡的加注技術，該加注技術包括將支桿移入預定配置并且然后遵循規定的再填 充步驟。特別在支桿是大型交通工具諸如飛行器的部件的情況下，這樣的加注步驟耗時、危 險且困難。
【發明內容】
[0004] 本發明的實施方式提供了 一種用于測量可變容積的容器中的流體的體積的方法， 該方法包括下述步驟：
[0005] 記錄表示來自容器的氣體的溫度和壓強的數據；
[0006] 通過測量的體積改變容器中的氣體的體積；
[0007] 從來自下述區域的所記錄的溫度和壓強數據中選擇多個數據點，所述區域為壓強 數據中的表示容器的基本恒定的容積的區域；
[0008] 根據測量的體積以及所選擇的數據點的溫度和壓強數據來計算容器中的氣體的 體積；以及
[0009] 輸出所計算的氣體體積。
[0010] 可以將測量的體積引入容器。可以從容器中抽出氣體的所引入的體積的至少一部 分。容器可以部分地填充有液體，并且該方法還可以包括下述步驟：識別容器的內部容積； 以及根據所計算的氣體的體積和內部容積之間的差來計算液體的體積。
[0011] 容器可以包括被布置成相對彼此移動的兩個或更多個部分，并且兩個部件之間的 界面包括氣密密封件，該氣密密封件提供摩擦力來對抗兩個部件的相對移動，使得容器的 容積可以在摩擦力被克服時響應于容器的加載或者內部壓強的變化而改變。可以外部地加 載容器以給容器施加壓強。可以通過活塞泵（displacementpump)從容器中抽出氣體。泵 可以被控制系統操作，該控制系統還可操作以：記錄壓強和溫度數據、選擇數據點、計算氣 體的體積以及輸出所計算的體積。
[0012] 氣體可以被布置成提供氣彈簧。液體可以被布置成給氣彈簧提供阻尼。容器可以 包括用于交通工具的懸架支桿。交通工具可以是飛行器。
[0013] 可以通過基本線性的壓強數據的變化率來識別壓強數據中的表示容器的基本恒 定的容積的區域。可以使用表示容器的外部測量的尺寸的數據來識別壓強數據中的表示容 器的基本恒定的容積的區域。
[0014] 另一實施方式提供了一種用于測量可變容積的容器中的流體的體積的設備，所述 設備可操作以：
[0015] 記錄表示來自容器的氣體的溫度和壓強的數據；
[0016] 通過測量的體積改變容器中的氣體的體積；
[0017] 從來自下述區域的所記錄的溫度和壓強數據中選擇多個數據點，所述區域為壓強 數據中的表示容器的基本恒定的容積的區域；
[0018] 根據測量的體積以及所選擇的數據點的溫度和壓強數據來計算容器中的氣體的 體積；以及
[0019] 輸出所計算的氣體體積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 現在參照附圖僅通過示例的方式來描述本發明的實施方式，在附圖中：
[0021] 圖1是飛行器的示意正視圖；
[0022] 圖2是圖1的飛行器中的起落架支桿的剖視圖；
[0023] 圖3是用于確定圖2的支桿中的流體的體積的體積測量系統的示意圖；
[0024] 圖4是圖3的系統中的注射器的剖視圖；
[0025] 圖5是示出了在圖3的體積測量系統的操作期間圖2的起落架支桿中的壓強的變 化的圖表；
[0026] 圖6是示出了在確定圖2的支桿中的流體的體積時由圖3的體積測量系統進行的 處理的流程圖；以及
[0027] 圖7是根據本發明的另一實施方式的用于確定圖2的支桿中的流體的體積的體積 測量系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 參照圖1，飛行器101包括平滑地連接到機身103的一對機翼102。機翼102均載 有引擎104。飛行器101通過行走機構（runninggear)支撐在地面上，行走機構為包括主 起落架105和前起落架106的一組起落架的形式。起落架105和起落架106中的每個起落 架設置有懸架和減震功能。
[0029] 參照圖2,每個起落架105和起落架106包括懸架支桿201，懸架支桿201包括具有 中空圓柱形上部件202和中空圓柱形下部件203的通常為圓柱形的中空容器。上部件202 和下部件203的相應的末端204閉合。上部件202被布置成在下部件203內滑動使得支桿 201是可伸縮的。液密密封件205通常與下部件203的近側開口端206相鄰地設置在下部 件203的內表面上。閥207安裝在上部件202的閉合端204中并且被布置成使得能夠控制 將流體注入支桿201的內部腔室或從支桿201的內部腔室抽出流體。
[0030] 限制上部件的近側開口端的開口 208以對部件202的內部腔室209和部件203的 內部腔室210之間的流體流動提供阻力。內部腔室209和內部腔室210填充有液壓流體形 式的液體211和氮氣形式的氣體212。氣體被布置成提供氣彈簧，因而提供支桿201的懸架 功能。通過部件202、部件203這兩個部件的相對滑動來推動液壓流體通過受限開口 208， 從而起到給相對移動提供阻尼的作用并且因而提供支桿201的減震功能。
[0031] 在圖2中，支桿201被示出為被載荷L壓縮為高度H。液壓流體被設置在其所需水 平4處，Hf等同于液體體積^。剩余的體積填充有壓強為Pg的氣體。假定液壓流體水平Hf 適當，則對支桿201的壓縮以及由此產生的支桿201的高度H是氣體212的壓強Pg和溫度 Tg的函數。因此，為了能夠適當加注支桿201，設置加注數據（未示出），該加注數據指示針 對氣體212的給定壓強Pg和溫度Tg的適當高度H。然后可以經由閥207注入或抽出氮氣 212以升高或降低支桿201，直到實現適當高度H為止。
[0032] 參照圖3,在本實施方式中被布置成測量容器中的氣體的體積的設備301測量的 是支桿201中的氮氣212的體積Vg。設備301包括控制單元302和為氣體注射器303形式 的活塞泵器件。控制單元302包括用戶界面304、處理器305以及液壓致動器306。注射器 303經由短軟管307流體連接到支桿201的閥207。注射器303包括通過液壓軟管309被 連接至液壓致動器306的液壓輸入端308。液壓輸入端308使得能夠由液壓致動器306致 動注射器303以經由閥207將氣體212注入支桿201或從支桿201抽出氣體212。
[0033] 注射器303還包括線性可變位移變換器（LVDT)310和壓強溫度（P/T)傳感器311。 LVDT310被布置成提供表示注射器303中包含的氣體212體積的數據并且將該數據輸入至 處理器305。P/T傳感器311采集注射器303內的氣體的溫度和壓強數據并且將該數據輸 入至處理器305。
[0034] 用戶界面（UI) 304包括啟動按鈕312和顯示器313。啟動按鈕312被布置成使得 用戶能夠指令設備301測量所附接的支桿201中的氣體212的體積。顯示器313被布置成 將所測量的體積顯示給用戶。處理器305被布置成響應于經由啟動按鈕312的用戶輸入來 使用液壓致動器306操作注射器303,以從支桿201抽出預定的測量的體積的氣體并且然后 使所抽出的氣體返回至支桿201。在該處理中，處理器被布置成記錄從P/T傳感器311接收 到的溫度和壓強數據。根據該所記錄的壓強和溫度數據以及所抽出并且返回的氣體的測量 的體積，處理器然后被布置成計算支桿201中的氣體212的體積并且經由顯示器313將氣 體212的體積顯示給用戶。
[0035] 參照圖4,注射器303包括限定了內部腔室402的通常圓柱形中空體構件401。活 塞403被可滑動地布置在腔室402中，將該腔室402分成活塞403 -側的致動腔室404和 活塞403另一側的抽出腔室405。
[0036] 抽出腔室405包括氣體端口 406,用于附接短軟管307以連接至支桿201的閥207。 抽出腔室405還包括P/T傳感器端口 407,P/T傳感器311通過氣密密封被固定在P/T傳感 器端口 407中。致動腔室404包括用于將液壓軟管309連接至液壓致動器306的液壓端口 408。
[0037] 活塞403載有兩個圓周密封件409以確保致動腔室404和抽出腔室405之間的氣 密可滑動密封。活塞403還載有包括鐵磁部分411的桿410。桿410容置在固定在體構件 401的致動腔室端處的中空傳感器體構件412中并且與致動腔室404流體連通。桿410還 包括內部管道413,該內部管道413被布置成在致動腔室404和傳感器體構件412的內部 末端之間提供流體以流動。傳感器體構件412載有環繞桿410的一組三個LVDT線圈413。 桿410的鐵磁部分411和LVDT線圈413 -起包括下述LVDT310 :該LVDT310被適當校準 時，在任何給定時間檢測活塞403的位置以及因此檢測抽出腔室405的容積。在處理器305 的控制下通過將液壓流體泵進致動腔室404或從致動腔室404泵出液壓流體來操作注射器 303,從而可控制地改變抽出腔室405的容積。在任何時候，通過來自LVDT310的數據來指 示抽出腔室的容積。
[0038] 在本實施方式中，參照圖5,由設備301執行的體積測量處理包括抽出階段和注入 階段，在抽出階段中將氣體從支桿201抽出到注射器303中，在注入階段中將氣體從注射器 303重新注入到支桿201中。圖5的圖表501將體積測量處理期間由P/T傳感器311測量 的支桿201的壓強的變化制成圖表。支桿201是在地面上支撐飛行器101的三個支桿之一， 并且因而在本實施方式中支桿201受到壓縮載荷。在抽出階段的初始部分期間，從點A到 點B所測量的壓強隨著氣體212從支桿201擴充到注射器303而下降。在點B處作用在支 桿201的外部載荷克服了密封件205中的摩擦力，引起支桿201移動并且在飛行器101的 重力作用下在點C處再壓縮氣體212。從點C處開始密封件205中的摩擦力已被克服，進一 步從支桿201中抽出氣體212幾乎不會引起進一步的壓強變化，這是因為支桿201還由此 伸縮直到在點D處抽出階段結束為止。
[0039] 注入階段在點E處開始，并且作為密封件205抵抗支桿201的伸縮方向上的任何 變化的結果，壓強立即增大。在本實施方式中，在注入階段期間，密封件205中的摩擦力和 飛行器101的重力在相同方向上作用，并且因而在支桿201可能擴張前可以將更多的氣體 212再注入支桿201中。在圖表501中所示的本示例中，在密封摩擦力和飛行器重力的組合 被克服之前，再注入全部所抽出的氣體212以引起支桿201的任何擴張。
[0040] 針對以上處理采集的數據表示當密封件205滑動時從點A處的初始壓強Pel降到 點B處的低的壓強P62的抽出階段中的最大壓強差。該數據還表示在從點E處的初始壓強 Pil升到點F處的高的壓強P4的注入階段中的最大壓強差。選擇表明最大壓強差的階段 是因為對體積測量提供最大的準確度。本領域的技術人員將理解，壓強差取決于給定的起 落架和所抽出的體積。在本示例中，因為支桿201受壓縮，所以注入階段中的壓強差6? 1大 于抽出階段中的壓強差SP6。壓強的變化率取決于注射器303的操作的速率。
[0041] 在點A和點B之間以及點E和點F之間的階段的部分中，針對給定的移動方向密 封件205的摩擦力還未被克服，并且因而支桿201包括固定容積的容器。當密封摩擦力被 克服時，支桿201具有可變容積。在本實施方式中，處理器305被布置成利用理想氣體定律 來確定支桿的氣體體積Vg并且因而僅使用數據的固定容器部分。然而，可以在或者抽出階 段或者注入階段中的任何點處被克服，并且導致支桿201的相應的收縮或擴張。在本實施 方式中，處理器305被布置成分析來自P/T傳感器311的所記錄的壓強數據，以識別在其處 密封件205中的為靜摩擦力形式的摩擦力被克服的點。在本實施方式中，分析壓強數據以 識別由克服密封件205中的靜摩擦力引起的壓強的跳躍。在圖5中，可以在點B和點C之 間識別出這樣的壓強跳躍。當識別出壓強跳躍時，在該跳躍之前以預定間隔選擇邊界點以 描繪數據的固定容器部分。
[0042] 可以用公式1如下地陳述理想氣體定律：
【權利要求】
1. 一種用于測量可變容積的容器中的流體的體積的方法，所述方法包括下述步驟： 記錄表示來自所述容器的氣體的溫度和壓強的數據； 通過測量的體積改變所述容器中的氣體的體積； 從來自下述區域的所記錄的溫度和壓強數據中選擇多個數據點，所述區域為所述壓強 數據中的表示所述容器的基本恒定的容積的區域； 根據所述測量的體積以及所選擇的數據點的所述溫度和壓強數據來計算所述容器中 的氣體的體積；以及 輸出所計算的氣體體積。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述測量的體積被引入到所述容器中。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，氣體的所引入的體積的至少一部分被從所述容 器中抽出。
4. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述容器部分地填充有液體，并且所述方 法還包括下述步驟： 識別所述容器的內部容積；以及 根據所計算的氣體的體積和所述內部容積之間的差來計算所述液體的體積。
5. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述容器包括被布置成相對彼此移動的 兩個或更多個部件，并且所述兩個部件之間的界面包括氣密密封件，所述氣密密封件提供 對抗所述兩個部件的所述相對移動的摩擦力，使得所述容器的容積能夠在所述摩擦力被克 服時響應于所述容器的加載或者內部壓強的變化而改變。
6. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述容器被外部地加載以給所述容器施 加壓強。
7. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述氣體被通過活塞泵從所述容器抽出。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述泵能夠被控制系統操作，所述控制系統還能 夠操作以：記錄所述壓強和溫度數據、選擇所述數據點、計算氣體的體積以及輸出所計算的 體積。
9. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述氣體被布置成提供氣彈簧。
10. 根據權利要求4至9中任一項所述的方法，其中，所述液體被布置成給氣彈簧提供 阻尼。
11. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述容器包括用于交通工具的懸架支 桿。
12. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述交通工具是飛行器。
13. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述壓強數據中的表示所述容器的基本 恒定的容積的所述區域通過基本線性的所述壓強數據的變化率來識別。
14. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中，所述壓強數據中的表示所述容器的基本 恒定的容積的所述區域使用表示所述容器的外部測量的尺寸的數據來識別。
15. -種用于測量可變容積的容器中的流體的體積的設備，所述設備能夠操作以： 記錄表示來自所述容器的氣體的溫度和壓強的數據； 通過測量的體積改變所述容器中的氣體的體積； 從來自下述區域的所記錄的溫度和壓強數據中選擇多個數據點，所述區域為所述壓強 數據中的表示所述容器的基本恒定的容積的區域； 根據所述測量的體積以及所選擇的數據點的所述溫度和壓強數據來計算所述容器中 的氣體的體積；以及 輸出所計算的氣體體積。
16. 根據權利要求15所述的設備，其中，所述測量的體積被引入到所述容器中。
17. 根據權利要求16所述的設備，其中，氣體的所引入的體積的至少一部分被從所述 容器中抽出。
18. 根據權利要求15至17中任一項所述的設備，其中，所述容器部分地填充有液體，并 且所述設備還能夠操作以： 識別所述容器的內部容積；以及 根據所計算的氣體的體積和所述內部容積之間的差來計算所述液體的體積。
19. 根據權利要求15至18中任一項所述的設備，其中，所述容器包括被布置成相對彼 此移動的兩個或更多個部件，并且所述兩個部件之間的界面包括氣密密封件，所述氣密密 封件提供對抗所述兩個部件的所述相對移動的摩擦力，使得所述容器的容積能夠在所述摩 擦力被克服時響應于所述容器的加載或者內部壓強的變化而改變。
20. 根據權利要求15至19中任一項所述的設備，其中，所述容器被外部地加載以給所 述容器施加壓強。
21. 根據權利要求15至20中任一項所述的設備，其中，所述氣體通過活塞泵從所述容 器被抽出。
22. 根據權利要求21所述的設備，其中，所述泵能夠被控制系統操作，所述控制系統還 能夠操作以：記錄所述壓強和溫度數據、選擇所述數據點、計算氣體的體積以及輸出所計算 的體積。
23. 根據權利要求15至22中任一項所述的設備，其中，所述氣體被布置成提供氣彈簧。
24. 根據權利要求18至23中任一項所述的設備，其中，所述液體被布置成給氣彈簧提 供阻尼。
25. 根據權利要求15至24中任一項所述的設備，其中，所述容器包括用于交通工具的 懸架支桿。
26. 根據權利要求25所述的設備，其中，所述交通工具是飛行器。
27. 根據權利要求15至26中任一項所述的設備，其中，所述壓強數據中的表示所述容 器的基本恒定的容積的所述區域通過基本線性的所述壓強數據的變化率來識別。
28. 根據權利要求15至27中任一項所述的設備，其中，所述壓強數據中的表示所述容 器的基本恒定的容積的所述區域使用表示所述容器的外部測量的尺寸的數據來識別。
【文檔編號】G01F22/02GK104395712SQ201380034343
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年4月26日 優先權日:2012年4月27日
【發明者】艾倫·謝潑德, 朱利安·鄧肯 申請人:空中客車營運有限公司