Sensores de nivel de combustible: Revisión de la tecnología de detección

Un sensor de nivel de combustible es un dispositivo diseñado para realizar mediciones precisas del nivel de combustible en los tanques de los vehículos. Estas mediciones, combinadas con un rastreo GPS y las funcionalidades de una plataforma telemática, permiten recopilar los siguientes datos:

  • Nivel de combustible en el tanque de un vehículo
  • Recarga de combustible
  • Ralentí
  • Monitoreo del uso de combustible
  • Prevención de robo de combustible
  • Rellenos o drenados de combustible
  • Consumo de combustible por período de tiempo
  • Consumo promedio de combustible (millas por galón, mpg)

Tecnologías de detección de nivel de líquido

Para detectar el volumen/nivel de fluido en un tanque existe una amplia gama de tecnologías de detección disponibles bajo principios mecánicos, magnéticos, de presión (hidrostática, burbujeador, diferencial), electrostáticos (capacitiva, inductiva), de radar y ultrasónico.

FLS types

Los sensores mecánicos del tanque normalmente detectan la posición de un flotador, flotando sobre el fluido, mediante un enlace mecánico dentro/fuera del tanque.

Los sensores de tanque magnético comúnmente detectan la posición de un flotador mediante un enlace mecánico conectado desde un flotador a un imán. Los sensores magnéticos modernos se basan en el efecto Hall (Un fenómeno que ocurre cuando una corriente eléctrica que se mueve a través de un conductor se expone a un campo magnético externo aplicado en ángulo recto, en el que se desarrolla un potencial eléctrico en el conductor en ángulo recto con ambos lados dirección de la corriente y el campo magnético).

La familia de sensores de presión incluye sensores hidrostáticos, de burbujeo y diferenciales. Un sensor de tanque hidrostático típicamente detecta la presión del fluido en el fondo del tanque. La cantidad de presión depende del peso del líquido sobre el sensor, que, a su vez, depende de la cantidad de líquido. Un sensor de burbujeo se basa efectivamente en el hecho de que la cantidad de presión requerida para expulsar el aire por el fondo del tubo depende de la presión en el fondo del tanque, una presión que resulta de la cantidad de líquido dentro del tanque. Un sensor de presión diferencial detecta la diferencia de presión entre la parte superior e inferior de un tanque y la traduce en una cantidad de líquido.

El tipo de sensores electrostáticos está representado por capacitivos e inductivos. Al colocar líquido entre los electrodos, la capacidad del capacitor para almacenar energía cambia, por lo que cambia la capacitancia real.

Los sensores de nivel ultrasónicos funcionan emitiendo una ráfaga de ondas sonoras en una secuencia muy rápida. Estas ondas sonoras golpean el objetivo previsto, rebotan en el sensor y viajan a una velocidad conocida del sonido. Posteriormente, el tiempo de vuelo se puede utilizar para calcular la distancia. El radar, por el contrario, no funciona con ondas sonoras, sino con ondas electromagnéticas.

Sensores de nivel de combustible

Hasta ahora se han empleado varios métodos para medir el nivel de combustible: película resistiva, resistencias discretas, capacitivas, ultrasónicas, etc. Los sensores basados ​​en resistividad se encuentran entre los más utilizados. Estos sensores están conectados mecánicamente a un flotador que se mueve hacia arriba o hacia abajo según el nivel de combustible. A medida que el flotador se mueve, la resistencia del sensor cambia y la posición de la aguja cambia proporcionalmente a la corriente que fluye en la bobina. En la figura siguiente se muestra un FLS típico basado en resistencias.

La desventaja del sensor basado en contacto resistivo es el desgaste del sensor debido al contacto deslizante dentro de los elementos del sensor que también conduce a una reducción de la vida útil del sensor.

El principio básico para la detección del nivel de combustible capacitivo se muestra en una figura a continuación. Un condensador de placas paralelas con placas que se adhieren firmemente a la pared exterior del tanque y se extienden hasta cerca del fondo del tanque. A medida que cambia el nivel de combustible, cambia la cantidad de material dieléctrico entre las placas, produciendo así un cambio en la capacitancia. Un segundo sensor capacitivo ubicado cerca del fondo actúa como canal de referencia para producir mediciones radiométricas. Las capacitancias del sensor y de referencia se convierten a digitales y los datos se transmiten a través del puerto I2C a la PC host o al microcontrolador.

capacity FLS

Los sensores capacitivos son bastante sensibles a los cambios en las condiciones ambientales, además la medición de la capacitancia es más difícil en comparación con la medición de la resistencia.

Las ondas ultrasónicas detectan un objeto de manera similar a como lo hace un Radar. El principio ultrasónico usa ondas de sonido y el de radar ondas de radio. Cuando la señal de pulso ultrasónico se dirige hacia un objeto, es reflejada por el objeto y el eco regresa al emisor. La distancia al objeto se calcula en función del tiempo de viaje del pulso ultrasónico calculado. Al monitorear continuamente el tiempo entre el retorno reflejado de los pulsos, se puede examinar el nivel de fluido real.

El sensor ultrasónico es la parte clave del dispositivo transmisor ultrasónico. Este sensor transforma la energía eléctrica en ondas ultrasónicas. Los cristales piezoeléctricos son cruciales para este proceso de conversión. Dichos cristales generan señales eléctricas al recibir ultrasonidos u oscilan a altas frecuencias cuando se les aplica energía eléctrica. La detección ultrasónica del nivel de combustible implica los siguientes desafíos de implementación / medición: requisitos de calibración del transmisor, cambio de velocidad del sonido con la variación de la temperatura del aire, ecos de interferencia.

Las técnicas ópticas son ampliamente aplicadas en mediciones de flujo de fluidos y menos comunes en mediciones de nivel de líquidos. La razón es que la precisión de las mediciones se ve afectada por factores como el cambio de potencia de la fuente de radiación y la sensibilidad a la temperatura. Sin embargo, los recientes avances de la investigación en este campo tienen como objetivo la reducción del error de temperatura en estos dispositivos. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de dicho dispositivo.

El dispositivo real consta de: 1- cuerpo, 2 – soporte, 3 – LED 3L107B, 4 – fotodiodos de compensación PD-19КК, 5 – fotodiodo operativo PD20-32К, 6, 7 – lentes de menor y mayor diámetro, 8 – impresas -placa de circuito, 9 – tuercas interiores, 10 – tuercas de montaje, 11 – junta tórica, 12 – vidrio de seguridad, 13 – tuerca, 14 – collar, 15 – tapón ST1-10-5-V, 16 – espejo.

Tal dispositivo permite una técnica para medir el nivel de combustible, registrando el valor de intensidad de la trayectoria óptica reflejada por el espejo en el fondo del depósito o en otro nivel del depósito. Se afirma que el error de temperatura está dentro de un rango de 1-2%.

Aquí describimos algunas de las tecnologías populares de detección de nivel de combustible. Sin embargo, es evidente que existen otras técnicas disponibles. Muchos fabricantes de sensores de combustible proporcionan a sus dispositivos funciones adicionales. Algunos de ellos pueden ser bastante innovadores y útiles. Le invitamos a leer más sobre los aspectos prácticos de los sensores de nivel de combustible en nuestro Tutorial de sensores de combustible.

Referencs

1.https://www.sstsensing.com/7-main-types-of-level-sensors

2.T. I. Murashkina et al 2017 J. Phys.: Conf. Ser. 803 012103

3.https://www.analog.com/ru/analog-dialogue/articles

4.https://www.jv-technoton.com/products/fuel-level-sensors

5.Fuel Level Sensor Using Hall-Effect Sensor ICs. By S. Wekhande and R. Farakate

6.Liquid Level Sensing Using Capacitive-to-Digital Converters by Jiayuan Wang

7.http://www.leveldevilsensors.com

8.https://instrumentationtools.com

9.https://www.levelsensorsolutions.com

10.https://www.fmeter.ru/en

11.https://www.omnicomm-world.com/fleet-owners/products/sensors

12.https://navixy.com/docs/academy/fuel-sensor

 

 

 

 

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