Датчики уровня топлива
Датчик уровня топлива — это устройство, предназначенное для точного измерения уровня топлива в транспортных средствах. Эти измерения в сочетании с функциональностью платформы GPS-трекинга и телематики позволяют получать следующие данные:
уровень топлива в баке транспортного средства
дозаправка топлива
холостая работа автомобиля
мониторинг расхода топлива
предотвращение хищения топлива
заправки или сливы топлива
потребление топлива за период времени
средний расход топлива (миль на галлон, mpg)
Технологии измерения уровня жидкости
Для общего определения объёма/уровня жидкости в конкретном баке существует широкий спектр доступных технологий датчиков, включая механические, магнитные, датчики давления (гидростатические, пузырьковые, дифференциальные), электростатические (ёмкостные, индуктивные), радарные и ультразвуковые.
Механические датчики бака обычно определяют положение поплавка с помощью механической связи внутри/снаружи бака.
Магнитные датчики бака обычно определяют положение поплавка с помощью механической связи, соединяющей поплавок с магнитом. Современные магнитные датчики основаны на эффекте Холла (явлении, которое возникает, когда электрический ток, проходящий через проводник, подвергается внешнему магнитному полю, приложенному под прямым углом, в результате чего в проводнике возникает электрический потенциал, перпендикулярный как направлению тока, так и магнитному полю).
Датчики давления включают гидростатические, пузырьковые и дифференциальные датчики. Гидростатический датчик бака обычно измеряет давление жидкости на дне бака. Величина давления зависит от веса жидкости над датчиком, что, в свою очередь, зависит от объёма жидкости в баке. Пузырьковый датчик фактически опирается на то, что давление, необходимое для выталкивания воздуха из нижней части трубки, зависит от давления на дне бака — давления, возникающего из-за количества жидкости в баке. Дифференциальный датчик давления фиксирует разницу давлений между верхней и нижней частью бака и преобразует её в количество жидкости.
К электростатическому типу датчиков относятся ёмкостные и индуктивные варианты. При размещении жидкости между электродами способность конденсатора накапливать энергию изменяется, вследствие чего изменяется фактическая ёмкость.
Ультразвуковые датчики уровня работают, излучая серию звуковых волн с очень высокой частотой. Эти звуковые волны отражаются от цели, возвращаются к датчику и распространяются с известной скоростью звука. Затем время, за которое звуковая волна вернулась, используется для расчёта расстояния. Радар, в отличие от этого, работает не со звуковыми волнами, а с электромагнитными волнами.
Датчики уровня топлива
Различные методы уже применялись для измерения уровня топлива: резистивная плёнка, дискретные резисторы, ёмкостные, ультразвуковые и т.д. Датчики на основе сопротивления являются одними из наиболее широко используемых. Эти датчики механически соединены с поплавком, который перемещается вверх или вниз в зависимости от уровня топлива. По мере движения поплавка сопротивление датчика изменяется, и положение указателя меняется пропорционально току, протекающему в катушке. Типичный резисторный FLS показан на рисунке ниже.
Недостатком контактного резистивного датчика является износ самого датчика из‑за скользящего контакта внутри элементов датчика, что также приводит к снижению долговечности датчика.
Базовый принцип для ёмкостного определения уровня топлива показан на приведённом ниже рисунке. Параллельный пластинчатый конденсатор с пластинами, плотно прилегающими к внешней стенке бака и простирающимися почти до дна бака. По мере изменения уровня топлива объём диэлектрика между пластинами изменяется, что приводит к изменению ёмкости. Второй ёмкостный датчик, расположенный около дна, служит опорным каналом для получения ратиометрических измерений. Ёмкости датчика и опоры преобразуются в цифровой вид, и данные передаются через порт I2C на ПК-хост или микроконтроллер.
Ёмкостные датчики довольно чувствительны к изменениям условий окружающей среды, кроме того измерение ёмкости сложнее по сравнению с измерением сопротивления.
Ультразвуковые волны обнаруживают объект аналогично радару. Ультразвук использует звуковые волны, а радар — радиоволны. Когда ультразвуковой импульс направлен на объект, он отражается от объекта, и эхо возвращается к передатчику. Расстояние до объекта определяется исходя из рассчитанного времени прохождения ультразвукового импульса. При постоянном мониторинге времени между отправкой и возвращением импульсов можно отслеживать 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 приёме ультразвука, либо колеблются на высоких частотах при подаче электрической энергии. Измерение уровня топлива ультразвуковым способом подразумевает следующие проблемы реализации/измерений: требования к калибровке передатчика, изменение скорости звука при изменении температуры воздуха, помехи от отражённых эхо-сигналов.
Оптические методы могут широко применяться при измерениях расхода жидкости, но реже используются при измерениях уровня жидкости. Причина в том, что точность измерения зависит от таких факторов, как изменение мощности излучения и температурная чувствительность. Тем не менее последние достижения в этой области направлены на уменьшение температурной ошибки в этих устройствах. Пример такого устройства показан на рисунке ниже.
Фактическое устройство состоит из: 1 — корпуса, 2 — держателя, 3 — светодиодов 3L107B, 4 — компенсирующих фотодиодов PD-19КК, 5 — рабочего фотодиода PD20-32К, 6, 7 — линз меньшего и большего диаметра, 8 — печатной платы, 9 — внутренних гаек, 10 — монтажных гаек, 11 — уплотнительного кольца (O-ring), 12 — защитного стекла, 13 — гайки, 14 — втулки, 15 — заглушки ST1-10-5-V, 16 — зеркала.
Такое устройство обеспечивает метод измерения уровня топлива путём регистрации интенсивности оптического пути, отражённого от зеркала на дне резервуара или от другой отметки уровня резервуара. Типичная погрешность заявляется в пределах 1–2%.
Здесь мы описали некоторые из популярных технологий измерения уровня топлива. Однако, очевидно, существуют и другие доступные методы. Многие производители датчиков топлива оснащают свои устройства дополнительными функциями. Некоторые из них могут быть весьма передовыми и полезными. Вы можете ознакомиться с практическими аспектами датчиков уровня топлива в наших последующих документах. Виды датчиков уровня топлива и установка датчика уровня топлива.
Последнее обновление
Это было полезно?