Датчики уровня топлива
Механические, магнитные, датчики давления, электростатические и ультразвуковые датчики подходят для различных конструкций баков и требований к измерениям.
Датчик уровня топлива — это устройство, предназначенное для точного измерения 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 на холостом ходу
мониторинг расхода топлива
предотвращение кражи топлива
заправки или сливы топлива
норма расхода за период времени
средний расход топлива (миль на галлон, mpg)
Технологии измерения уровня жидкости
Для общего назначения определения объема/уровня жидкости в конкретном резервуаре доступен широкий спектр технологий измерения, включая механические, магнитные, датчики 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, движущийся через проводник, подвергается воздействию внешнего магнитного поля, приложенного под прямым углом, в результате чего в проводнике возникает электрический потенциал, перпендикулярный как направлению тока, так и магнитному полю.).
Датчики давления включают гидростатические, барботажные и дифференциальные датчики. Гидростатический датчик бака обычно измеряет давление жидкости в нижней части бака. Величина давления зависит от веса жидкости над датчиком, а тот — от количества жидкости в баке. Барботажный датчик по сути основан на том, что количество давления, необходимого для выталкивания воздуха через нижний конец трубки, зависит от давления в нижней части бака, которое обусловлено количеством жидкости в баке. Дифференциальный датчик давления определяет разницу давления между верхней и нижней частью бака и преобразует ее в количество жидкости.
Электростатические датчики представлены емкостными и индуктивными версиями. При размещении жидкости между электродами способность конденсатора накапливать энергию меняется, поэтому фактическая емкость изменяется.
Ультразвуковые датчики уровня работают путем излучения серии звуковых волн с очень высокой частотой следования. Эти звуковые волны достигают целевого объекта, отражаются обратно к датчику и распространяются с известной скоростью звука. Затем время, которое потребовалось звуковой волне, чтобы вернуться, можно использовать для расчета расстояния. Радар, напротив, работает не со звуковыми, а с электромагнитными волнами.
Типы датчиков уровня топлива
До настоящего времени для измерения уровня топлива применялись различные методы: резистивная пленка, дискретные резисторы, емкостные, ультразвуковые и т. д. Датчики на основе сопротивления относятся к наиболее часто используемым. Эти датчики механически связаны с поплавком, который перемещается вверх или вниз в зависимости от уровня топлива. По мере перемещения поплавка сопротивление датчика меняется, а положение стрелки изменяется пропорционально току, протекающему в катушке. Типичный резистивный датчик уровня топлива показан на рисунке ниже.
Недостатком контактного датчика на основе сопротивления является износ датчика из-за скользящего контакта внутри его элементов, что также приводит к снижению долговечности датчика.
Основной принцип для емкостного измерения уровня топлива показан на рисунке ниже. Плоский конденсатор с пластинами, плотно прилегающими к наружной стенке бака и доходящими почти до его дна. По мере изменения уровня топлива количество диэлектрического материала между пластинами меняется, что приводит к изменению емкости. Второй емкостный датчик, расположенный вблизи дна, служит опорным каналом для получения ратиометрических измерений. 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 измерять емкость сложнее, чем сопротивление.
Ультразвуковые волны обнаруживают объект аналогично радару. Ультразвук использует звуковые волны, а радар — радиоволны. Когда импульс ультразвука направлен на объект, он отражается от него, и эхо возвращается к источнику. Расстояние до объекта определяется на основе рассчитанного времени прохождения ультразвукового импульса. Непрерывно отслеживая время между отраженным возвратом импульсов, можно определить фактический уровень жидкости.
Ультразвуковой датчик — ключевой элемент ультразвукового передающего устройства. Этот датчик преобразует электрическую энергию в ультразвуковые волны. Пьезоэлектрические кристаллы имеют решающее значение в этом процессе преобразования. Такие кристаллы либо генерируют электрические сигналы при приеме ультразвука, либо колеблются на высоких частотах при подаче на них электрической энергии. Измерение уровня топлива с помощью ультразвука связано со следующими задачами реализации/измерения: требованиями к калибровке передатчика, изменением скорости звука при изменении температуры воздуха, эхопомехами.
Оптические методы могут широко применяться в измерениях потока жидкости и реже используются в измерениях уровня жидкости. Причина в том, что на точность измерения влияют такие факторы, как изменение мощности излучения и чувствительность к температуре. Однако последние достижения в этой области направлены на снижение температурной погрешности в таких 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 — буртик, 15 — разъем ST1-10-5-V, 16 — зеркало.
Такое устройство позволяет измерять уровень топлива, регистрируя интенсивность оптического пути, отраженного от зеркала на дне резервуара или на другом уровне резервуара. Заявленная типичная погрешность составляет 1–2 %.
Здесь мы описали некоторые распространенные технологии измерения уровня топлива. Однако, очевидно, существуют и другие 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 материалах Типы датчиков уровня топлива и установке датчика уровня топлива.
Последнее обновление
Это было полезно?