Capteurs de niveau de carburant
Les types mécaniques, magnétiques, à pression, électrostatiques et ultrasoniques conviennent chacun à différentes conceptions de réservoir et exigences de mesure.
Un capteur de niveau de carburant est un appareil conçu pour effectuer des mesures précises du niveau de carburant dans les véhicules. Ces mesures, combinées aux fonctionnalités d'une plateforme de suivi et de télémétrie GPS, permettent de recueillir les données suivantes :
niveau de carburant dans le réservoir d'un véhicule
ravitaillement en carburant
véhicule au ralenti
suivi de l'utilisation du carburant
prévention du vol de carburant
ravitaillements ou vidanges de carburant
consommation de carburant par période
consommation moyenne de carburant (miles per gallon, mpg)
Technologies de détection de niveau de liquide
Pour détecter de manière générale le volume/niveau d'un fluide dans un réservoir particulier, il existe un large éventail de technologies de détection disponibles, notamment mécaniques, magnétiques, de pression (hydrostatique, à bullage, différentielle), électrostatiques (capacitives, inductives), radar et ultrasoniques.
Les capteurs de réservoir mécaniques détectent normalement la position d'un flotteur au moyen d'une liaison mécanique à l'intérieur/à l'extérieur du réservoir.
Les capteurs de réservoir magnétiques détectent couramment la position d'un flotteur au moyen d'une liaison mécanique fixée du flotteur à un aimant. Les capteurs magnétiques modernes sont basés sur l'effet Hall (un phénomène qui se produit lorsqu'un courant électrique circulant dans un conducteur est exposé à un champ magnétique externe appliqué à angle droit, dans lequel un potentiel électrique se développe dans le conducteur à angle droit à la fois par rapport à la direction du courant et au champ magnétique.).
Les capteurs de pression comprennent les capteurs hydrostatiques, à bullage et différentiels. Un capteur de réservoir hydrostatique détecte généralement la pression du fluide au fond du réservoir. La quantité de pression dépend du poids du fluide au-dessus du capteur, qui dépend de la quantité de fluide dans le réservoir. Un capteur à bullage repose effectivement sur le fait que la quantité de pression nécessaire pour forcer l'air à sortir par le bas du tube dépend de la pression au fond du réservoir, une pression qui résulte de la quantité de fluide dans le réservoir. Un capteur de pression différentielle détecte la différence de pression entre le haut et le bas d'un réservoir et la traduit en une quantité de fluide.
Les capteurs de type électrostatique sont représentés par des versions capacitives et inductives. En plaçant le liquide entre les électrodes, la capacité du condensateur à stocker de l'énergie change, de sorte que la capacité réelle change.
Les capteurs de niveau à ultrasons fonctionnent en émettant une rafale d'ondes sonores en séquence très rapide. Ces ondes sonores frappent la cible visée, rebondissent vers le capteur et se propagent à la vitesse connue du son. Ensuite, le temps nécessaire au retour de l'onde sonore peut être utilisé pour calculer la distance. Le radar, en revanche, fonctionne non pas avec des ondes sonores, mais avec des ondes électromagnétiques.
Types de capteurs de niveau de carburant
Diverses méthodes ont été employées jusqu'à présent pour mesurer le niveau de carburant : film résistif, résistances discrètes, capacitif, ultrasonique, etc. Les capteurs à base de résistance figurent parmi les plus couramment utilisés. Ces capteurs sont reliés mécaniquement à un flotteur qui monte ou descend en fonction du niveau de carburant. Lorsque le flotteur se déplace, la résistance du capteur change et la position de l'aiguille change proportionnellement au courant traversant la bobine. Un FLS typique à base de résistance est illustré dans la figure ci-dessous.
L'inconvénient du capteur à contact résistif est l'usure du capteur due au contact glissant à l'intérieur des éléments du capteur, qui entraîne également une réduction de la durabilité du capteur.
Le principe de base du niveau de carburant à détection capacitive est illustré dans la figure ci-dessous. Un condensateur à plaques parallèles dont les plaques adhèrent étroitement à la paroi extérieure du réservoir et s'étendent jusqu'à proximité du fond du réservoir. À mesure que le niveau de carburant change, la quantité de matériau diélectrique entre les plaques change, produisant ainsi une variation de capacité. Un second capteur capacitif situé près du fond sert de canal de référence pour produire des mesures ratiométriques. Les capacités du capteur et de référence sont converties en numérique et les données sont transmises via le port I2C au PC hôte ou au microcontrôleur.
Les capteurs capacitifs sont assez sensibles aux changements des conditions environnementales, et la mesure de la capacité est également plus difficile que la mesure de la résistance.
Les ondes ultrasonores détectent un objet de manière similaire au radar. L'ultrason utilise des ondes sonores, et le radar utilise des ondes radio. Lorsqu'un signal d'impulsion ultrasonique est dirigé vers un objet, il est réfléchi par l'objet et l'écho revient vers l'émetteur. La distance à l'objet est déterminée en fonction du temps de trajet calculé de l'impulsion ultrasonique. En surveillant en continu le temps entre le retour réfléchi des impulsions, le niveau réel du fluide peut être examiné.
Le capteur à ultrasons est la partie clé du dispositif émetteur ultrasonique. Ce capteur transforme l'énergie électrique en ondes ultrasoniques. Les cristaux piézoélectriques sont cruciaux pour ce processus de conversion. Ces cristaux génèrent soit des signaux électriques à la réception d'ultrasons, soit oscillent à haute fréquence lorsqu'une énergie électrique leur est appliquée. La détection ultrasonique du niveau de carburant implique les défis de mise en œuvre / mesure suivants : exigences d'étalonnage de l'émetteur, variation de la vitesse du son avec la variation de la température de l'air, échos d'interférence.
Les techniques optiques peuvent être largement appliquées aux mesures du débit des fluides et sont moins courantes dans les mesures de niveau de liquide. La raison en est que la précision des mesures est affectée par des facteurs tels que la variation de la puissance du rayonnement et la sensibilité à la température. Cependant, les avancées récentes dans ce domaine visent à réduire l'erreur de température dans ces dispositifs. Un exemple d'un tel dispositif est donné dans la figure ci-dessous.
Le dispositif réel se compose de : 1 — corps, 2 — support, 3 — LED 3L107B, 4 — photodiodes de compensation PD-19KK, 5 — photodiode de fonctionnement PD20—32К, 6, 7 — lentilles de plus petit et de plus grand diamètre, 8 — carte de circuit imprimé, 9 – écrous internes, 10 – écrous de montage, 11 — joint torique, 12 — verre de sécurité, 13 — écrou, 14 — collier, 15 — connecteur ST1-10-5-V, 16 — miroir.
Un tel dispositif permet une technique de mesure du niveau de carburant en enregistrant l'intensité du trajet optique réfléchi par le miroir au fond du réservoir ou à un autre niveau du réservoir. L'erreur typique serait, selon les affirmations, comprise dans une plage de 1 à 2 %.
Ici, nous avons décrit certaines des technologies populaires de détection du niveau de carburant. Cependant, il existe évidemment d'autres techniques disponibles. De nombreux fabricants de capteurs de niveau de carburant fournissent leurs dispositifs avec des fonctionnalités supplémentaires. Certaines d'entre elles peuvent être assez avant-gardistes et utiles. Vous êtes invités à en savoir plus sur les aspects pratiques des capteurs de niveau de carburant dans nos documents ultérieurs Types de capteurs de niveau de carburant et installation des capteurs de niveau de carburant.
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