Antelis

Присматриваемся к датчикам уровня топлива. Судя по рекламным статьям самые точные и доступные это емкостные как LLS, Стрела и другие. Обычно пишут так: «высокая точность, контроль заправок и слива топлива напрямую из бака, высокая надежность, но не контролируют постепенный слив топлива водителями через врезание в канал подачи или возврата топлива, большая сложность монтажа и сложность тарирования датчиков». Правда не упоминают про очень высокую стоимость всех работ. А что можно сказать по существу таких измерений на основе измерения емкости?

Измерение уровня жидкости/топлива за счёт изменения ёмкости используется для учета (измерения уровня) нефтепродуктов на нефтебазах, у нефтяников и т.д.

Как делают датчики, не требующие постоянной калибровки, нечувствительные к диэлектрической проницаемости (эпсилон) жидкого топлива и загрязнению последнего (что влияет на диэлектрическую проницаемость топлива).

Такой датчик состоит из одного центрального электрода и множества наружных колец высотой, например, 100 мм.
Наружные кольцевые электроды по одному подключаются к источнику напряжения высокой частоты, остальные при этом заземляются. В результате, на центральном электроде наводится напряжение, которое умножается на сигнал возбуждения, интегрируется и измеряется. Таким образом, можно по одному измерять ёмкость каждого наружного кольца.
Принцип очередности измерений такой: сначала находится кольцо, на которое приходится раздел сред. Кольцо ниже разделительного будет опорным по измерению эпсилона жидкости или твёрдого тела (если речь идёт о льде).
Кстати, эпсилон льда от 3,15 и до 193 (зависит от модификации льда), воды - 81, при загрязнении может изменяться туда-сюда. У бензина эпсилон около 2,3.
Кольцо выше разделительного будет опорным по газу. Именно по газу, т.к. в баке, особенно летом, не воздух, а пары газа.
Уровень в пределах разделительного кольца вычисляется методом простейшей линейной интерполяции. Далее считается количество колец до дна.
На каждое кольцо имеются поправочные коэффициенты. Причём они могут уточняться во время изменения уровня в баке.

Первые такие системы изготавливались с кольцами внахлёст для компенсации краевых эффектов. В настоящее время научились обходится без этого.
В итоге, получается реальная точность порядка +-1мм, не зависящая от диэлектрической проницаемости измеряемой жидкости, температуры и т.д. Причём, таким датчиком можно одновременно измерять 2 уровня: уровень нефтепродуктов и уровень воды.

Теперь рассмотрим измерение уровня топлива ёмкостным датчиком, состоящим всего из одного кольца.
Именно такие датчики используются многими российскими фирмами для измерения уровня в топливных баках автомобилей.
На основании измерений однокольцевых датчиков делается вывод о расходе топлива, сливах и заправках. Понятно, что тут ни о каких опорах ни по жидкости, ни по газу и речи нет. Измеряется общая диэлектрическая проницаемость в бензобаке. Т.е., всё в кучу: и воздух, и пары, и топливо, и вода. Хотя, например, наличие воды в топливе сделает такой датчик неработоспособным, т.к. эпсилон воды около 81, что примерно в 35 раз выше среднего бензинового эпсилона (равного 2,3).
Диэлектрическая проницаемость бензинов тоже разная и зависит от октанового числа. Раньше даже пытались вычислять октановое число через эпсилон. Но из этого ничего не вышло, т.к., например, добавка 2-х литров ацетона (эпсилон = 21,5) на тысячу (!) литров бензина превращает - с точки зрения эпсилона, - 92-й бензин в 95-й.
Получается, что для однокольцевого ёмкостного датчика, один литр ацетона (с эпсилон = 21,5) в баке, эквивалентен 9,3 литрам бензина (эпсилон = 2,3). Ацетон взят для примера, хотя есть и другие, растворимые в бензине жидкости с высоким эпсилон (например, этиловый спирт с эпсилон = 27).
У солярки эпсилон тоже около 2 (чуть меньше, чем у бензина), но разброс его больше.

А если объяснять «на пальцах», то: если при заправке слить 20 литров бензина/солярки в канистру, а в бак добавить 2 литра ацетона (случай приведен только для примера), то однокольцевой датчик ничего «не заметит», но потом по уровнемеру можно будет отметить повышенный расход такого топлива.

заинтересовала статья.
1.сообщите эпсилон паров солярки и бензина. можно ли их принять как для воздуха в баках автомобилей или нет. - для лучшего понимания работы приборов измерения уровня топлива.
2.зависит ли точность измерения от частоты генератора. обычно упоминается 20 -30 килогерц. стоит ли бороться за 200 кгц ?
3. у меня в разработке кустарный прибор показывающий время задержки между временем подачи электрического сигнала на форсунку и временем реального выхода струи топлива из форсунки на стенде. пьезо даёт много посторонних сигналов. омическое сопротивление топлива огромно. читал про добавки защищающие топливо от искры при перекачке в самолёты и повышающие проводимость. хотелось бы с помощью датчика в виде кольца вокруг отверстия выхода струи из форсунки замерять момент начала выхода струи топлива.
вижу Вашу продвинутость в данной области. буду благодарен за любую инфу по данному вопросу. Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

1. Эпсилон паров примерно во столько раз же меньше эпсилона жидкости, во сколько меньше их плотность. Т.е. для паров бензина и солярки это практически значит, что эпсилон =1.
Но испаряются, в первую очередь, лёгкие фракции. Т.е. если в бензин на 100 литров был добавлен литр ацетона (для примера) то пары будут в значительной части состоять из него. А у ацетона эпсилон на порядок выше, чем у бензина и, хотя, пары имеют плотность на 2 порядка меньше, всё равно получится эпсилон в районе 1.1, что внесёт заметную погрешность.
2. От частоты зависит ток. Чем больше частота, при прочих равных, тем больше ток, а больший ток легче измерить. Но добавляются погрешности от потерь в диэлектрике. Т.е. чем выше частота, тем меньше получается добротность конденсатора. Это можно несколько скомпенсировать, если измерять угол между током и напряжением, но реально этим редко кто занимается. Т.е. получается, что существует некая оптимальная частота. И её нужно подбирать экспериментально.
3. Ход якоря (в случае коммон-рейл форсунки - шарика) должен быть заметен на осциллограмме тока. Т.к. движение намагниченного предмета в катушке вызывает ЭДС, направленную против тока, вызвавшего притягивание якоря, а после прекращения этого движения ток нарастает по экспоненте. У бензиновых форсунок на осциллограмме тока явно виден горб, завершение которого означает, что якорь остановился. Там даже бывает видно несколько отскоков. Как у коммон-рейл - не знаю, не проверял.
Но струю топлива, вылетающую из КР форсунки на стенде, наверняка можно увидеть с помощью того же оборудования, каким измеряют скорость пули - в частности у пневматики. Т.е. быстродействующей оптопарой.