Датчики уровня топлива: краткий обзор технологии

Датчик уровня топлива — это устройство, предназначенное для измерения уровня топлива в баках транспортного средства. Эти измерения совместно с функционалом телематической платформы и функции GPS трекинга позволяют собирать следующие данные:

  • уровень топлива в баке транспортного средства
  • заправки и сливы топлива
  • простой автомобиля
  • мониторинг расхода топлива
  • предотвращение хищения топлива
  • расход топлива за определенный период времени
  • среднее потребление топлива (количество литров на 100 километров)

Технологии измерения уровня жидкости

Для определения объема/уровня жидкости в резервуаре имеется широкий спектр доступных технологий измерения, включая механические, магнитные датчики, датчики давления (гидростатические, пузырьковые, дифференциальные), электростатические (емкостные, индуктивные), радарные и ультразвуковые датчики.

Механические датчики бака, как правило, определяют положение поплавка, плавающего на жидкости, с помощью механической тяги внутри или снаружи бака.

Магнитные датчики бака обычно определяют положение поплавка с помощью механической тяги, прикрепленной от поплавка к магниту. 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 электрический потенциал развивается в проводнике под прямым углом как к направлению тока, так и к магнитному полю).

Семейство датчиков давления включает в себя гидростатические, пузырьковые и дифференциальные датчики. Датчик гидростатического резервуара, как правило, воспринимает давление жидкости на дне резервуара. Количество давления зависит от веса жидкости поверх датчика, который, в свою очередь, зависит от количества жидкости в резервуаре. Датчик пузырькового типа фактически полагается на то, что количество давления, необходимое для выталкивания воздуха из дна трубы, зависит от давления на дне резервуара — давления, которое является результатом количества жидкости в резервуаре. Датчик перепада давления определяет разницу в давлении между верхней и нижней частями резервуара и преобразует ее в количество жидкости.

Электростатический тип датчиков представлен в виде емкостных и индуктивных датчиков. При попадании жидкости между электродами, изменяется способность конденсатора накапливать энергию, что приводит к изменению фактической емкости.

Ультразвуковые датчики уровня излучают звуковые волны с очень быстрой частотой. Эти звуковые волны попадают в намеченную цель, отскакивают назад к датчику и движутся с известной скоростью звука. После этого время полета может быть использовано для расчета расстояния. Радар, в этом случае, работает не со звуковыми волнами, а с электромагнитными.

Датчики уровня топлива

Для измерения уровня топлива использовались различные методы преобразования сигнала: резистивные пленки, дискретные, емкостные, ультразвуковые резисторы. Датчики на основе резистивных технологий являются одними из наиболее часто используемых. Эти датчики механически соединены с поплавком, который движется вверх или вниз в зависимости от уровня топлива. При движении поплавка изменяется сопротивление датчика, а положение иглы меняется пропорционально протекающему в катушке току. Типичный резисторный ДУТ показан на рисунке ниже.

Недостатком резистивного контактного датчика является износ датчика из-за скользящего контакта внутри сенсорных элементов, что также приводит к сокращению срока службы датчика.

Основной принцип измерения уровня топлива с помощью изменения электрической емкости показан на рисунке ниже. Параллельный конденсатор с пластинами, которые плотно прилегают к наружной стенке бака, находятся вблизи дна бака. При изменении уровня топлива изменяется количество диэлектрического материала между пластинами, что приводит к изменению емкости. Второй емкостный датчик, расположенный вблизи дна бака, действует в качестве опорного канала для проведения логометрических измерений. Данные датчика и эталонной емкости с опорного канала преобразуется в цифровую форму, а данные передаются через порт I2C на главный компьютер или микроконтроллер.

Емкостные датчики достаточно чувствительны к изменениям условий окружающей среды, также измерение емкости сложнее по сравнению с измерением сопротивления.

Ультразвуковые датчики используют волновой эффект обнаружения, как и радарные датчики. Главное отличие, что ультразвуковые используют звуковые волны, а радарные — электромагнитные. Когда сигнал ультразвукового импульса направлен на объект, он отражается объектом, и эхо возвращается к отправителю. Расстояние до объекта определяется на основе вычисленного времени прохождения ультразвукового импульса. Постоянно отслеживая время между отраженным возвратом импульсов, можно наблюдать фактический уровень жидкости.

Ультразвуковой датчик является ключевой частью передатчика 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 на него электрической энергии. Ультразвуковое измерение уровня топлива сильно зависит от калибровки передатчика, изменении скорости звука при изменении температуры воздуха, эхосигналов помех.

Оптические датчики широко применяются при измерении расхода жидкости, и реже — при измерении уровня жидкости. Причина заключается в том, что на точность измерений влияют такие факторы, как изменение мощности источника излучения и температурной чувствительности. Однако последние достижения в этой области направлены на снижение температурной погрешности в этих устройствах. Пример такого устройства приведен на рисунке ниже.

Устройство состоит из следующий элементов: 1- тело, 2 — держатель, 3 — LED-светодиоды 3L107B, 4 — компенсирующие фотодиоды PD-19КК, 5 — управляемые фотодиоды PD20-32К, 6, 7–линзы большого и малого диаметра, 8 — печатная плата, 9 – внутренние гайки, 10 – монтажные гайки, 11 — уплотнительное кольцо, 12 — защитное стекло, 13 — гайка, 14 — хомут, 15 — разъем ST1-10-5-V, 16 – зеркало.

Такое устройство позволяет измерять уровень топлива путем регистрации изменения значения интенсивности оптического луча, отраженного от зеркала на дне резервуара или на другом уровне резервуара. Утверждается, что температурная погрешность находится в пределах 1-2%.

Здесь мы описали несколько популярных технологий измерения уровня топлива. Однако, очевидно, что существуют и другие доступные технологии. Многие производители датчиков уровня топлива предоставляют своим устройствам дополнительные функции. Некоторые из них могут быть довольно современными и полезными. Вы можете прочитать больше о практических аспектах датчиков уровня топлива в нашей статье «Датчики уровня топлива».

Ссылки

  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

 

Мы используем cookie-файлы для улучшения нашего сайта, платформы и сопутствующих услуг, а также для анализа посещаемости и повышения качества нашей рекламной деятельности. Если Вы продолжите пользоваться нашими услугами, мы будем считать, что Вы согласны с использованием cookie-файлов. Подробнее

Do you want to switch to English version?

Yes No