Обзор датчиков уровня топлива

Ввиду того, что топливные баки современных автомобилей отличаются достаточно сложной конфигурацией и различными линейными размерами, применение привычных приборов измеряющих уровень топлива не способно отражать настоящего количества используемого топлива.

На сегодняшний день функционирование системы онлайн-мониторинга транспортных средств, заключается в сборе информации с помощью трекеров и различных датчиков. Абонентский терминал (трекер) позволяет определить свое местоположение, скорость и направление движения при помощи сигналов со спутников систем ГЛОНАСС/GPS. К терминалу обычно подключают различные датчики через аналоговые или цифровые входы.

Исходные данные, полученные с датчиков, обычно или хранятся в локальном устройстве и затем выгружаются в общую базу по приезду в парк, либо транслируются на сервер в режиме онлайн, как правило через GPRS.

Принцип работы большинства топливомеров сводится к отслеживанию уровня топлива. Некоторые датчики отличаются большей простотой, как например поплавковые. А некоторые представляют собой сложные современные технологии, как например ультразвуковые.

Кроме того, датчики уровня топлива разнятся не только по конструкции, методу измерения топлива, но и по типу выходного сигнала. Он может быть цифровым, аналоговым или частотным. Об этой немаловажной характеристике и пойдет речь в этой статье.

Датчик уровня топлива с аналоговым выходным сигналом

Из-за наиболее приемлемой стоимости и минимального процента погрешности аналоговые датчики расхода топлива являются наиболее распространенным и в системе онлайн мониторинга транспортных средств. К тому же и само производство оборудования не требует значительных затрат и отличается последующей простотой в эксплуатации.

В основе принципа работы аналогового, как и типового, датчика лежит обработка первичных данных при помощи микропроцессора, который выдает данные в цифровом формате. Если речь идет об аналоговом ДУТ, то процессор вначале преобразовывает данные, полученные в цифровом виде, в аналоговые. Однако затем, для передачи на регистратор, ему опять нужно их оцифровать.

Для кодировки полученной информации аналоговые датчики используют значение физической величины, как например силы и напряжения тока. В реальности это может выглядеть следующим образом. Если для кодировки используются вольты, то показатели будут варьироваться от нуля до десяти вольт. Другими словами, если бак заполнен, то значение измерения будет равным 10 V, а полное отсутствие топлива будет выражаться в нулевом значении измерения. Промежуточные показатели от нуля до десяти вольт отображают степень наполненности бака, но не настолько точно, как в случае с цифровым ДУТ.

Так, например, если оборудование выдает значение «7 V», это означает, что уровень наполнения топливного бака равен 70 процентам. Как видно, для считывания показателей от диспетчера или водителя не требуется особых навыков. И все же, такая простота аналогового оборудования, по мнению специалистов, не перекрывает его недостатков из-за значительного процента итоговой или реальной погрешности. О чем идет речь?

Погрешность аналогового датчика уровня топлива

Итоговая, или как ее еще называют, относительная погрешность — это сумма погрешностей, которую выдает каждый из измерителей и преобразователей, входящих в комплектацию датчика уровня топлива. В обычных аналоговых датчиках устанавливают как минимум два измерителя. Один из них отвечает за измерение и передачу данных об уровне горючего в миллиметрах. Второй прибор преобразовывает эти данные в аналоговый сигнал для передачи на приемник.

Другими словами в величину реального отклонения всего измерительного маршрута будет входить значение погрешности измерения уровня, напряжения и преобразования, выраженного в процентах или литрах. В итоге общая погрешность может достигать более 3% от заявленной производителем. Ведь иногда изготовитель указывает исключительно разрядность аналогового преобразователя, не упоминая о параметрах точности. В глазах потребителя это означает, что общая погрешность измерений может выдаваться в пределах 0,1%, что будет свидетельствовать о высокой точности измерительного оборудования.

Однако корректность показателей зависит и от других характеристик — дополнительных или частных погрешностей (погрешность калибровки, погрешности измерения, промежуточных расчетов, погрешность дискретизации преобразования, погрешность из-за старения элементов, погрешность нелинейности, гистерезиса и пр.). В итоге реальное отклонение от заявленных величин может оказаться во много раз больше, чем заявленные 0,1%. Насколько это важно в измерениях уровня топлива? Разберем на примере.

Погрешности датчика уровня топлива «в действии»

Если представить, что в баке датчик зафиксировал значение в 60 литров, а реальный показатель уровня топлива равен 65 литрам, то разница значений — это показатель абсолютной погрешности. Некоторые могут утверждать, что такая неточность никак не скажется на работе транспортного средства. Может быть, если речь идет об автомобиле с объемом бака в 600 литров. Но для автомобиля с баком в 40 литров и меньше разница в пять литров может оказаться существенной.

Еще одна ситуация: когда изготовитель указывает разрядность аналогово-цифрового преобразователя, не упоминая о параметрах точности. Это, например, может выглядеть следующим образом: «АЦП — 10 бит с выходным значением 0 до 1023 градаций». Для потребителя это означает, что к сумме показателя основной погрешности будет добавлено около 0,1%. Но если к этим показателям приплюсовать погрешность нелинейности в 2%, погрешность измерителя из-за разброса параметров радиоэлементов, то конечная погрешность выйдет далеко за рамки 0,1%.

Следует также учесть, что в идеале основная погрешность рассчитывается для емкостей, имеющих идеальную форму параллелепипеда, а измерение производится по двум точкам. Однако, как известно идеальных форм не существует, поэтому погрешность будет увеличиваться прямо пропорционально несоответствию бака параметрам идеала.

К тому же на показатели топлива могут влиять различные внешние факторы: ветер, давление, температура. К примеру, в норме температура эксплуатации не должна превышать +25 градусов по Цельсию. Если же показатель внешней температуры будет подниматься либо опускаться хотя бы на 10 градусов, то и погрешность будет повышаться. Или допустим, что транспортное средство передвигается при температуре в минус 25. В таком случае разница между нормальной температурой работы датчика и реальной составит 50°С. Таким образом, только дополнительная погрешность составит 0,5%. Если же общая погрешность ДУТ была 0,5%, то она возрастет до 0,75%.

Поэтому при покупке оборудования необходимо обращать внимание на все погрешности, зашифрованные производителем в формулировке данных. Вместо параметров точности в 0,1% точнее выглядят датчики с погрешностью измерительной системы в ±1%. И тем более, не стоит укомплектовывать оборудование для измерения уровня топлива устройствами с разными показателями предела погрешности.

Несогласованность диапазонов индикатора и датчика уровня топлива

Следующей проблемой аналоговых ДУТ является различие между входным и выходным диапазонами в измерительной системе, что существенно искажает окончательные результаты измерений. Например, представим, что заявленная производителем погрешность оборудования не превышает 0,5 процента. Навигатор с аналоговым входом производит измерения напряжения от 0 до 30 V. В случае присоединения к нему датчика с входным сигналом от 0 до 5 V погрешность может достигать 3%. То есть точность всех измерений автоматически снизиться в 6 раз!

Но если выходной сигнал будет от 0 до 4 V, а общая погрешность оборудования составляет около 1%, то результаты измерений могут быть еще более искаженными. Конечно, для транспортных средств с большим объемом топливного бака это несущественно, но вот для «малолитражек» подобный датчик будет как минимум бесполезным.

Низкая помехоустойчивость датчика уровня топлива

На точность измерений аналогового датчика может влиять и плохая помехозащищенность. Не смотря на то, что эксперты в сфере электромагнитной совместимости разработали устройства, устойчивые перед электромагнитными помехами, возникающими из-за работающих в салоне автомобиля мобильных телефонов или радиоприемников, вероятность ошибки при работе аналоговых измерителей топлива остается весьма значительной.

Ситуацию усложняет и наполненность рынка аналоговых устройств для контроля работы механизмов автомобиля, не устойчивых к воздействию электромагнитных помех. Конечно, для потребителя аналоговое оборудование остается привлекательным исключительно из-за ценовой политики. Но при первой проверке пользователь столкнется с проблемой неточных измерений, которые влияют куда более заметнее, чем дополнительные погрешности и радость от низкой цены сменится на разочарование от низкого качества.

Резюме: как выбрать аналоговый датчик топлива

Датчики аналогового типа обычно выбирают из-за их низкой стоимости. Лучше всего их применять на объектах, в которых колебания уровня жидкости сведены к минимуму (например, стационарные объекты), или где есть доступ к стабильным источникам питания.

Кроме того, если бортовой блок не поддерживает протокол, который использует датчик, или же цифровой сигнал, то конечно, датчик с аналоговым выходным сигналом будет решением при мониторинге уровня топлива. Однако при этом необходимо учесть следующие факторы:

• Указание производителем уровня основной погрешности (или суммы погрешностей), отображенной в соответствующей маркировке.
• Погрешность преобразований.
• Дополнительная погрешность.
• Выходной и входной диапазоны.

Если же вы не ограничены выше приведенными причинами, и ваша цель — передовые и качественные технологии, тогда стоит обратить внимание на цифровой и частотный вид датчиков топлива. В чем их преимущества?

Датчик уровня топлива с частотным выходным сигналом

Принцип работы датчиков с частотной модуляцией сигнала основан на кодировке импульсов, на линии связи. Хотя погрешность такого оборудования стала заметно ниже, частотные ДУТ обладают более медленной передачей данных по сравнению с аналоговыми устройствами. Для ускорения обмена информацией используют увеличение частоты, однако это влечет за собой необходимость улучшения параметров источника.

Возникновение погрешностей в работе частотных датчиков уровня топлива связано с необходимостью конвертирования начального значения в частотное. Ко всему, частотный способ передачи сигнала не обладает цифровым кодированием сигнала, необходимый на выходе. Поэтому приборы с частотным выходным сигналом не получили широкого признания как среди автовладельцев, так и в сфере транспортной логистики.

Хотя данный тип датчиков являлся промежуточным вариантом в разработке стандартов для систем транспортного мониторинга, он по-прежнему остается универсальным из-за отсутствия серьезных погрешностей при передаче данных.

Датчик уровня топлива с цифровым выходным сигналом

Датчики цифрового типа способны анализировать показания и передавать информацию по цифровому протоколу на штатный приемник, осуществляющий мониторинг транспорта. По уровню точности информационных данных цифровые ДУТ значительно превосходят аналоговые и частотные измерители топлива.

За чистоту данных отвечает встроенный микропроцессор, способный не только считывать, но выравнивать и линеаризовать начальные значения измерений. Таким образом, степень суммарной погрешности либо сведена к нулевым показателям, либо максимально мала, что позволило вывести систему мониторинга за транспортом на принципиально новый уровень.

Последние разработки позволили создавать цифровые датчики, в которых вход индикатора и выход датчика скоординированы между собой: как на уровне интерфейса, так и на уровне протокола. Благодаря этому пользователь может моментально получать информацию в цифровом виде без кодировки и преобразования.

Все данные, поступающие через цифровые датчики, отличаются высокой степенью точности и помехозащищенности. В отличие от других ДУТ, на цифровые датчики не оказывают влияние не только использование мобильных устройств и радиоаппаратуры, но и внешние факторы, такие как погодные условия, магнитные поля, грязь, металлические предметы и пр.

Тем не менее, приобретая цифровой датчик уровня топлива, необходимо помнить, что погрешность все же возможна. Однако она связана с первичным измерителем, входящим в систему контроля над топливом, но на этапе обработки эта незначительная погрешность сглаживается.

Некоторые цифровые ДУТ обладают искусственной задержкой выдачи перемены сигнала уровня топлива. Этот параметр позволяет выравнивать кривизну параметров, возникающих из-за значительных колебаний топлива внутри бака. Кроме того, многие датчики с цифровым выходным сигналом имеют независимую развязку напряжения питания для бортовой сети. Таким образом, цифровые датчики работают автономно от генератора или аккумулятора.

Ультразвуковые датчики уровня топлива

Ультразвуковой датчик уровня топлива представляет собой УЗИ-излучатель, сигнал с которого отправляется на электронный блок с последующим цифровым преобразованием и передачей на систему ГЛОНАСС/ GPS-мониторинга. Излучающее устройство помещают в топливный бак и в процессе работы ультразвук, проходя через дно бака и попадая в жидкую среду, отражает уровень изменений в среде и возвращается на излучатель. Время возврата и является определяющим фактором в определении уровня топлива.

УЗИ-способ считается наиболее точным по сравнению с остальными методами контроля топлива в баке. К тому же, при установке ультразвукового датчика целостность самого бака не нарушается, поэтому установка УЗИ ДУТ оправдана в случаях, когда дополнительные отверстия в баке сделать невозможно или крайне нежелательно.

Основными недостатками ДУТ с ультразвуковым выходным сигналом являются: «капризность», высокая стоимость и дополнительное оборудование (программатор УЗИ). Установку УЗИ ДУТ лучше доверить специалистам, так как без специальных знаний и при неправильном монтаже повторное использование излучателя невозможно.

Вопрос выбора датчика уровня топлива

Область применения датчиков уровня топлива распространяется не только на сферу автомобильного транспорта. Кроме использования ДУТ на подвижных объектах, широкое распространение они получили в сфере контроля над стационарными цистернами хранения горюче-смазочных материалов. Однако в любом случае при помощи датчиков топлива стало возможным измерение и отслеживание следующих параметров:

• Расхода топлива
• Времени заправки/слива
• Количество слитого/залитого топлива
• Место слива/заправки.

Кроме того, использование датчиков уровня топлива поможет выявлять транспорт, нуждающийся в ремонте или замене, дисциплинировать водителей, оптимизировать заправку техники. Анализ расхода топлива позволит определять, где лучше всего и дешевле всего заправляться на маршруте следования автомобиля. Независимо от того, владелец крупного транспортного предприятия или владелец небольшого авто, использование ДУТ работает на экономию ваших средств. Остается только сделать выбор, какой именно датчик нужен вам.

Специально для наших читателей мы исследовали рынок ДУТ и провели их сравнительный анализ. Мы изучили технические характеристики приборов и узнали средний уровень цен на датчики топлива.

В обзоре приняли участие следующие цифровые датчики топлива:

• Эскорт ТД-500
• TKLS
• SAT-FUEL
• EPSILON EN
• Калибр
• СКАУТ PetrolX
• АСК-Sensor
• DUT-E
• Omnicomm LLS-AF 20310

Изучив технические аспекты каждого прибора, мы узнали возможности и отличительные особенности каждого ДУТа.

Так, например, ДУТ компании Omnicomm LLS-AF 20310, как и все топливные датчики Omnicomm LLS отличаются хорошими эксплуатационными качествами:

• высокая точность показаний и стабильность работы;
• бесперебойная работа при температуре от —60 до +85 С;
• надежная защита от помех, сбоев электропитания и ошибок подключения;
• имеют повышенное максимальное напряжение питания

Датчики Omnicomm LLS подключаются к терминалу системы мониторинга транспорта и передают на него измеренное значение уровня. Относительная приведенная погрешность измерения уровня во всем температурном диапазоне не превышает 1%.

На каждый топливный датчик распространяется пожизненная гарантия производителя. Датчики можно использовать на разных видах транспорта и спецтехники — грузовиках, бульдозерах, экскаваторах, тепловозах, больших коммерческих автомобилях (КамАЗы, МАЗы, БелАЗы, MAN, Volvo, SCANIA, Mercedes-Benz и др.) и др.

Таким образом, датчики уровня топлива (ДУТ) являются универсальным оборудованием, которое одинаково подходит как для установки на различные виды техники, так и на стационарные объекты.

Все топливные датчики Omnicomm LLS являются уровнемерами емкостного типа. По сравнению со штатными резистивными датчиками топлива, емкостные приборы отличаются полностью электронной схемой работы и отсутствием движущихся частей.

Такая конструкция обеспечивает надежность и стабильность работы, а также высокую точность снимаемых показаний. В отличие от проточных расходомеров топлива, емкостные датчики уровня не врезаются в топливную магистраль и не влияют на работу двигателя. При этом они безошибочно фиксируют объем и время заправок и сливов, что невозможно при использовании приборов контроля проточного типа.

Погрешность измерения у высокоточных датчиков уровня топлива Omnicomm LLS во всем температурном диапазоне не превышает 1%. Они надежны и долговечны — на каждый топливный датчик распространяется пожизненная гарантия производителя. Электронные датчики расхода топлива можно использовать на разных видах транспорта и спецтехники — грузовиках, бульдозерах, экскаваторах, тепловозах, больших коммерческих автомобилях (КамАЗы, МАЗы, БелАЗы, MAN, Volvo, SCANIA, Mercedes-Benz и др.) и др.

Прибор позволяет гибкую настройку пределов и свойств выходных сигналов. Выходной уровень сигнала не зависит от напряжения питания, благодаря чему датчик можно использовать совместно с любым терминалом, имеющим измерительный вход по частоте или напряжению.

Компания «Микро Лайн» выпускает датчик топлива «Калибр», преимуществами которого являются:

• Возможность выбора модификации ДУТ в зависимости от используемых абонентских терминалов.
• Возможность подключения по одной цепи одновременно нескольких ДУТов (Цифровой (интерфейс K-line)
• Удаленная диагностика Цифровых ДУТов (из Программы мониторинга)
• Удаленное обновление ПО ДУТа
• Высокая точность измерений +/- 1% от объема бака за счет высокого разрешения датчика, линенйности и температурной стабильности
• Ударопрочный, негорючий, токонепроводящий пластиковый корпус
• Пылевлагозащищенный автомобильный разъем
• Легкость монтажа — ДУТ не требует калибровки после обрезки измерительной части
• Широкий диапазон исполнений по длине — 0,3 — 3 м.
• Доступная цена

Прибор группы компаний СКАУТ насчитывает более 15 ключевых преимуществ, среди которых следующие:

• уникальный корпус датчика не подвержен коррозии и является огнестойким;
• благодаря конструктивным особенностям корпуса исключается его деформация при установке на неровные, в том числе, круглые баки;
• малый размер корпуса позволяет устанавливать датчик на большинство видов техники;
• конструкция дна корпуса имеет полости и ребра для идеального прижима к баку, а также удержания излишков герметика;
• попадание герметика в дренажные отверстия исключается благодаря специальной конструкции дренажа;
• крепление с помощью 6-ти саморезов обеспечивает равномерный прижим корпуса датчика к баку любого вида;
• разъем подключения датчика со степенью защиты IP66 позволяет эксплуатировать его при прямом попадании воды и грязи;
• настройка и конфигурация ДУТ могут производиться удаленно по GPRS — через терминалы МТ-700 и МТ-600.

Датчик группы компаний «СКАУТ» недавно был анонсирован и сейчас происходит его обкатка в различных климатических зонах. После завершения полевых испытаний, в июне этого года ГК «СКАУТ» планирует начать точечное партнерское тестирование прибора.

Датчик уровня топлива TKLS компании «ТехноКом» был недавно анонсирован и пока не поступил в массовую продажу. По представленным характеристикам видно, что это датчик уровня топлива с большим количеством современных функций, таких как дистанционное обновление программы и настройка, автотарировка и самодиагностика.

Датчик уровня топлива SAT-FUEL от компании Satellite Solutions каких то особых преимуществ перед конкурентами не имеет и при этом по функционалу особо не отличается от датчиков других производителей.

В ДУТ группы компаний «Ультра» EPSILON EN внедрены новые решения, которые расширяют возможности этого датчика. В датчике EPSILON EN предусмотрены модификации с частотным, аналоговым, цифровыми входами RS-232, RS-485.

Основные преимущества EPSILON^® EN:

• модульное исполнение (измерительная головка монтируется и демонтируется независимо от топливного зонда, что позволяет в случае необходимости легко и быстро менять измерительную головку без проведения повторной тарировки бака); наличие инклинометра (позволяет в значительной степени повысить точность измерения уровня топлива при эксплуатации пересеченной местности);
• наличие встроенного концентратора (возможность измерения суммарного объема топлива в транспортных средствах с несколькими баками);
• встроенная в датчик электронная гальваническая развязка; уровень взрывозащиты lEXiallB без наружного искрозащитного барьера в модификации базовая, расширенная и упрощенная.

ДУТ «АСК-Sensor» от компании «Автоматизированные системы контроля» имеет следующие отличия от конкурентов:

• Низкая цена
• Контроль качества на всех этапах производства
• Модульная конструкция — при выходе из строя одного из элементов датчика, меняется не вся модульная конструкция, а лишь неисправный элемент (замена происходит без повторной тарировки бака), тем самым исключаются дополнительные затраты
• Болты крепления закрыты и запечатаны спец. пломбой — исключается доступ к самим креплениям датчика
• Виброустойчивый
• Взрывобезопасный
• Кабель защищен металлической гофрой
• Защита измерительной головки IP68

Компания «Технотон» выпускает ДУТ DUT-E, который имеет следующие отличительные особенности:

• термокоррекция с настраиваемым коэффициентом позволяет проводить автоматическую коррекцию измерений исходя из температуры окружающей среды*;
• самодиагностика DUT-E позволяет контролировать достоверность данных*;
• сертифицирован на соответствие обязательным автомобильным стандартам РФ, РБ, ЕС;
• укорачивание без необходимости калибровки (модели А5, А10, F);
• наращивание длины с помощью дополнительных секций DUT-E — до 6000 мм*;
• эргономичное байонетное крепление датчика позволяет экономить время на монтаже;
• пломбировочныe отверстия для пресечения несанкционированного вмешательства в работу датчика;
• комплект поставки содержит все необходимое для установки и подключения (соединительный кабель, крепежная пластина, резиновые прокладки, винты, пломбы);

* — DUT-E 232, DUT-E 485.

Выводы

В сравнительной таблице опубликованы все основные характеристики датчиков уровня топлива. Из таблицы видно, что все датчики находятся на одном уровне по основным параметрам точности и параметрам эксплуатации. Однако есть некоторые модели, которые отличаются наличием инклинометра и функцией взрывозащиты.

По информации из таблицы видно, что средний уровень цен на ДУТ держится в диапазоне 6000-7000 рублей. При этом отслеживается увеличение цены на датчики производителей, которые уже давно существуют на рынке и зарекомендовали свою продукцию, как одну из самых надежных.

Сравнительная таблица характеристик ДУТ