Датчики уровня топлива
Механические, магнитные, датчики давления, электростатические и ультразвуковые датчики подходят для разных конструкций баков и требований к измерениям.
Датчик уровня топлива — это устройство, предназначенное для точных измерений уровня топлива в транспортных средствах. Эти измерения в сочетании с функциональностью платформы GPS-мониторинга и телематики позволяют получать следующие данные:
уровень топлива в баке транспортного средства
заправка топлива
работа двигателя транспортного средства на холостом ходу
мониторинг расхода топлива
предотвращение хищения топлива
заправки или сливы топлива
расход топлива за период времени
средний расход топлива (миль на галлон, mpg)
Технологии измерения уровня жидкости
Для общего назначения по определению объема/уровня жидкости в конкретном баке существует широкий спектр доступных технологий измерения, включая механические, магнитные, давления (гидростатические, барботажные, дифференциальные), электростатические (емкостные, индуктивные), радарные и ультразвуковые.
Механические датчики бака обычно определяют положение поплавка с помощью механической тяги внутри/снаружи бака.
Магнитные датчики бака обычно определяют положение поплавка с помощью механической тяги, соединенной с поплавком и магнитом. Современные магнитные датчики основаны на эффекте Холла (явление, которое возникает, когда электрический ток, проходящий через проводник, подвергается воздействию внешнего магнитного поля, приложенного под прямым углом, при котором в проводнике возникает электрический потенциал под прямым углом как к направлению тока, так и к магнитному полю.).
Датчики давления включают гидростатические, барботажные и дифференциальные датчики. Гидростатический датчик бака обычно измеряет давление жидкости на дне бака. Величина давления зависит от веса жидкости над датчиком, который зависит от количества жидкости в баке. Барботажный датчик фактически опирается на тот факт, что количество давления, необходимого для выталкивания воздуха через нижнюю часть трубки, зависит от давления на дне бака — давления, которое обусловлено количеством жидкости в баке. Дифференциальный датчик давления определяет разницу давления между верхом и дном бака и преобразует ее в количество жидкости.
Электростатические датчики представлены емкостными и индуктивными вариантами. При размещении жидкости между электродами способность конденсатора накапливать энергию изменяется, поэтому фактическая емкость меняется.
Ультразвуковые датчики уровня работают, испуская серию звуковых волн с очень высокой скоростью. Эти звуковые волны достигают цели, отражаются обратно к датчику и распространяются со скоростью звука, известной заранее. Затем время, за которое звуковая волна возвращается, можно использовать для расчета расстояния. В отличие от них, радар работает не со звуковыми, а с электромагнитными волнами.
Типы датчиков уровня топлива
Для измерения уровня топлива до сих пор применялись различные методы: резистивная пленка, дискретные резисторы, емкостные, ультразвуковые и т. д. Датчики на резистивной основе относятся к наиболее часто используемым. Эти датчики механически соединены с поплавком, который перемещается вверх или вниз в зависимости от уровня топлива. По мере перемещения поплавка сопротивление датчика изменяется, а положение стрелки меняется пропорционально току, протекающему через катушку. Типичный резистивный датчик уровня топлива показан на рисунке ниже.
Недостаток резистивного контактного датчика состоит в износе датчика из-за скользящего контакта внутри элементов датчика, что также приводит к снижению его долговечности.
Основной принцип емкостного измерения уровня топлива показан на рисунке ниже. Параллельнопластинчатый конденсатор с пластинами, плотно прилегающими к внешней стенке бака и доходящими почти до его дна. По мере изменения уровня топлива изменяется количество диэлектрического материала между пластинами, тем самым вызывая изменение емкости. Второй емкостный датчик, расположенный near bottom, действует как опорный канал для получения измерений по отношению. Емкости датчика и опорного канала преобразуются в цифровой формат, а данные передаются через порт I2C на хост-ПК или микроконтроллер.
Емкостные датчики довольно чувствительны к изменениям условий окружающей среды, а также измерение емкости сложнее по сравнению с измерением сопротивления.
Ультразвуковые волны обнаруживают объект аналогично тому, как это делает радар. Ультразвук использует звуковые волны, а радар — радиоволны. Когда ультразвуковой импульс направлен на объект, он отражается от объекта, и эхо возвращается к источнику. Расстояние до объекта определяется на основе рассчитанного времени распространения ультразвукового импульса. Постоянно отслеживая время между отраженным возвращением импульсов, можно определить фактический уровень жидкости.
Ультразвуковой датчик является ключевой частью ультразвукового передающего устройства. Этот датчик преобразует электрическую энергию в ультразвуковые волны. Пьезоэлектрические кристаллы имеют решающее значение для этого процесса преобразования. Такие кристаллы либо генерируют электрические сигналы при получении ультразвука, либо колеблются на высоких частотах при подаче электрической энергии. Ультразвуковое измерение уровня топлива включает следующие задачи реализации/измерения: требования к калибровке передатчика, изменение скорости звука при колебаниях температуры воздуха, помехи от эха.
Оптические методы могут широко применяться при измерениях потока жидкости и реже — при измерениях уровня жидкости. Причина в том, что на точность измерения влияют такие факторы, как изменение мощности излучения и температурная чувствительность. Однако недавние достижения в этой области направлены на уменьшение температурной погрешности в этих устройствах. Пример такого устройства приведен на рисунке ниже.
Фактическое устройство состоит из: 1 — корпус, 2 — держатель, 3 — светодиоды 3L107B, 4 — компенсирующие фотодиоды PD-19KK, 5 — рабочий фотодиод PD20—32К, 6, 7 — линзы меньшего и большего диаметра, 8 — печатная плата, 9 — внутренние гайки, 10 — монтажные гайки, 11 — уплотнительное кольцо O-ring, 12 — защитное стекло, 13 — гайка, 14 — муфта, 15 — заглушка ST1-10-5-V, 16 — зеркало.
Такое устройство позволяет измерять уровень топлива путем регистрации интенсивности оптического пути, отраженного от зеркала на дне резервуара или на другом уровне резервуара. Заявленная типичная погрешность составляет 1–2 %.
Здесь мы описали некоторые популярные технологии измерения уровня топлива. Однако, очевидно, существуют и другие доступные методы. Многие производители датчиков уровня топлива оснащают свои устройства дополнительными функциями. Некоторые из них могут быть весьма передовыми и полезными. Приглашаем вас узнать больше о практических аспектах датчиков уровня топлива в наших дальнейших документах Типы датчиков уровня топлива и установке датчика уровня топлива.
Последнее обновление
Это было полезно?