Sensores de nível de combustível
Os tipos de sensores mecânicos, magnéticos, de pressão, eletrostáticos e ultrassônicos atendem a diferentes projetos de tanque e requisitos de medição.
Um sensor de nível de combustível é um dispositivo projetado para fazer medições precisas do nível de combustível em veículos. Essas medições, combinadas com a funcionalidade de uma plataforma de rastreamento GPS e telemetria, permitem a coleta dos seguintes dados:
nível de combustível no tanque de um veículo
Reabastecimento de combustível
Motor ocioso do veículo
Monitoramento do uso de combustível
Prevenção de roubo de combustível
abastecimentos ou drenagens de combustível
consumo de combustível por período de tempo
Consumo médio de combustível (milhas por galão, mpg)
Tecnologias de sensoriamento de nível de líquidos
Para a detecção de uso geral do volume/nível de fluido em um tanque específico, há uma ampla gama de tecnologias de sensoriamento disponíveis, incluindo mecânicas, magnéticas, de pressão (hidrostáticas, de borbulhamento, diferenciais), eletrostáticas (capacitivas, indutivas), radar e ultrassônicas.
Sensores mecânicos de tanque normalmente detectam a posição de uma boia por meio de uma ligação mecânica dentro/fora do tanque.
Sensores magnéticos de tanque geralmente detectam a posição de uma boia por meio de uma ligação mecânica conectada de uma boia a um ímã. Sensores magnéticos modernos são baseados no efeito Hall (um fenômeno que ocorre quando uma corrente elétrica em movimento através de um condutor é exposta a um campo magnético externo aplicado em ângulo reto, no qual um potencial elétrico se desenvolve no condutor em ângulo reto tanto à direção da corrente quanto ao campo magnético.).
Os sensores de pressão incluem sensores hidrostáticos, de borbulhamento e diferenciais. Um sensor hidrostático de tanque normalmente detecta a pressão do fluido no fundo do tanque. A quantidade de pressão depende do peso do fluido acima do sensor, que depende da quantidade de fluido no tanque. Um sensor de borbulhamento baseia-se efetivamente no fato de que a quantidade de pressão necessária para forçar o ar a sair pela extremidade inferior do tubo depende da pressão no fundo do tanque, uma pressão que resulta da quantidade de fluido no tanque. Um sensor de pressão diferencial detecta a diferença de pressão entre a parte superior e a parte inferior de um tanque e a converte em uma quantidade de fluido.
Os sensores do tipo eletrostático são representados pelas versões capacitivas e indutivas. Ao colocar o líquido entre os eletrodos, a capacidade do capacitor de armazenar energia muda, então a capacitância real muda.
Os sensores ultrassônicos de nível operam emitindo uma rajada de ondas sonoras em sequência muito rápida. Essas ondas sonoras atingem o alvo pretendido, retornam ao sensor e viajam à velocidade conhecida do som. Depois, o tempo que a onda sonora levou para retornar pode ser usado para calcular a distância. O radar, por outro lado, não trabalha com ondas sonoras, mas com ondas eletromagnéticas.
Tipos de sensores de nível de combustível
Vários métodos têm sido empregados até agora para medir o nível de combustível: filme resistivo, resistores discretos, capacitivo, ultrassônico etc. Sensores baseados em resistência estão entre os mais usados. Esses sensores são mecanicamente conectados a uma boia que se move para cima ou para baixo dependendo do nível de combustível. À medida que a boia se move, a resistência do sensor muda, e a posição do ponteiro muda proporcionalmente à corrente que flui na bobina. Um FLS típico baseado em resistor é mostrado na figura abaixo.
A desvantagem do sensor resistivo baseado em contato é o desgaste do sensor devido ao contato deslizante dentro dos elementos do sensor, o que também leva à redução da durabilidade do sensor.
O princípio básico para o sensoriamento capacitivo de nível de combustível é mostrado na figura abaixo. Um capacitor de placas paralelas com placas que aderem firmemente à parede externa do tanque e se estendem até perto do fundo do tanque. À medida que o nível do combustível muda, a quantidade de material dielétrico entre as placas muda, produzindo assim uma mudança na capacitância. Um segundo sensor capacitivo localizado perto da parte inferior atua como um canal de referência para produzir medições ratiométricas. As capacitâncias do sensor e da referência são convertidas para digital e os dados são transmitidos pela porta I2C para o PC anfitrião ou microcontrolador.
Sensores capacitivos são bastante sensíveis a mudanças nas condições ambientais; além disso, a medição de capacitância é mais difícil em comparação com a medição de resistência.
As ondas ultrassônicas detectam um objeto de maneira semelhante ao que o radar faz. O ultrassom usa ondas sonoras, e o radar usa ondas de rádio. Quando um sinal de pulso ultrassônico é direcionado a um objeto, ele é refletido pelo objeto e o eco retorna ao emissor. A distância até o objeto é determinada com base no tempo de propagação calculado do pulso ultrassônico. Ao monitorar continuamente o tempo entre o retorno refletido dos pulsos, o nível real do fluido pode ser examinado.
O sensor ultrassônico é a parte principal do dispositivo transmissor ultrassônico. Esse sensor transforma energia elétrica em ondas ultrassônicas. Cristais piezoelétricos são cruciais para esse processo de conversão. Esses cristais geram sinais elétricos ao receber ultrassom ou oscilam em altas frequências quando energia elétrica é aplicada a eles. O sensoriamento ultrassônico do nível de combustível envolve os seguintes desafios de implementação/medição: requisitos de calibração do transmissor, mudança da velocidade do som com a variação da temperatura do ar, ecos de interferência.
Técnicas ópticas podem ser amplamente aplicadas em medições de fluxo de fluido e são menos comuns em medições de nível de líquido. A razão é que a precisão da medição é impactada por fatores como mudança da potência de radiação e sensibilidade à temperatura. No entanto, os avanços recentes nessa área têm como foco a redução do erro de temperatura nesses dispositivos. Um exemplo de tal dispositivo é mostrado na figura abaixo.
O dispositivo real consiste em: 1 — corpo, 2 — suporte, 3 — LEDs 3L107B, 4 — fotodiodos compensadores PD-19KK, 5 — fotodiodo operacional PD20—32К, 6, 7 — lentes de menor e maior diâmetro, 8 — placa de circuito impresso, 9 – porcas internas, 10 – porcas de montagem, 11 — vedação O-ring, 12 — vidro de segurança, 13 — porca, 14 — colar, 15 — conector ST1-10-5-V, 16 — espelho.
Esse dispositivo permite uma técnica para medir o nível de combustível registrando a intensidade do caminho óptico refletido pelo espelho no fundo do reservatório ou em outro nível do reservatório. O erro típico é dito estar dentro de uma faixa de 1-2%.
Aqui descrevemos algumas das tecnologias populares de sensoriamento de nível de combustível. No entanto, obviamente existem outras técnicas disponíveis. Muitos fabricantes de sensores de combustível fornecem seus dispositivos com recursos adicionais. Alguns deles podem ser bastante de ponta e úteis. Você pode ler mais sobre os aspectos práticos dos sensores de nível de combustível em nossos próximos documentos Tipos de sensores de nível de combustível e instalação do sensor de nível de combustível.
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