Давайте попробуем разобраться в механике процесса измерения уровня топлива. А так же понять, почему, собственно, при использовании емкостных датчиков нельзя добиться погрешности определения количества топлива исходя из его объема.
Для начала попробуем понять, что же такое емкостной датчик уровня топлива. По сути – это электронная линейка, которая измеряет высоту столба диэлектрической жидкости, в которую погружен датчик.
И так, для нас уже стало понятно, что именно измеряет датчик уровня топлива. Исходя из того, что топливо меряется в сантиметрах. Представим себе две емкости – первая емкость – куб (Рисунок 1). Представим, что датчик (линейка) расположен в центре данного куба и имеет длину 1 метр. Точность измерений линейки составляет 1% — т.е. 1 мм. На каждый миллиметр в такой емкости приходиться 1 л. топлива. Это означает что при изменении уровня столба на 1 см, изменение уровня топлива составит 10 л. Теперь попробуем представить ту же самую емкость, но только меньшего объема при неизменной высоте – т.е. не куб, а скажем объемную фигуру 200х200х1000 мм. Ее объем будет равен всего 40 л. один сантиметр изменения уровня составит всего 0,4 л. Именно по этой причине невозможно рассчитать погрешность измерений без учета объема бака.
Рисунок 1.
Что же на самом деле происходит в поле? Если мы даже возьмем идеальный куб, который, не деформируется, а только наклоняется и установим датчик четко по центру, то при наклоне этого куба уровень столба в любом случае изменится. Это не сложно рассчитать для куба с помощью обычной геометрии.
Для более сложных конструкций бака (Рисунок 2), которые предусматривают переток топлива, деформацию и вибрации поверхности топлива, действует еще ряд различных закономерностей.
Рисунок 2.
Далеко не на всей технике датчики могут располагаться в центральных осевых точках конструкции бака. Это обусловлено существующими механическими особенностями исполнения техники (перегородки, крепления, рамы). А так же тем, что датчик, кроме того, что должен быть максимально расположен в осевом центре, еще и должен находится в самой высокой точке бака.
Еще одним фактором, который влияет на конечные показатели, является деформация, а особенно деформация пластиковых баков, которые в зависимости от температуры окружающей среды, воздействия высоких температур от деталей и механизмов, топлива, его уровня, а также внутреннего давления (которое часто превышает допустимые нормы из за неисправности клапанов) могут изменять свою форму, а как следствие свой объем (Рисунок 3,4). Т.е. при разном состоянии бака один и тот же уровень может означать разный объем топлива.
Рисунок 3.
Рисунок 4.
Так же при заправках на неровной поверхности, могут образовывается такие явления, как воздушные пробки. Следующий рисунок очень наглядно показывает, каким образом в задней части большого бака может образоваться воздушная пробка. Это обусловлено тем, что между заливной горловиной и задней частью бака, есть более низкая плоскость.
Теперь о том, каким образом высота столба (см) превращаются в литры. Именно для этой цели служит процесс тарировки. И чем более качественно и с меньшим шагом он выполнен, тем больше будет точность конечных показаний. Тарировка – это процесс при которой каждому уровню в сантиметрах, присваивается уровень в литрах. В результате строится таблица соответствия уровня и объема.
Есть еще несколько показателей, которые могут влиять на показания. Рассмотрим классический топливный бак. Датчик не может располагаться в самой верхней части бака, так как самая верхняя часть бака- это горловина. Так же датчик не может доставать до самого низа, по той причине, что во первых, там где расположен датчик на дне не должно быть ничего, а в самой нижней части, как правило расположен заборник и/или сливная пробка, а во вторых, потому что под товарная жидкость и мусор будут влиять на работу датчика (Рисунок 5).
Рисунок 5.
Таким образом в баке у нас появляются так называемые «мертвые зоны», которые выходят за зону контроля. У некоторых моделей техники эти зоны могут достигать 25-30 литров топлива.
Поэтому при оценке недолива, слива топлива или других нарушениях, необходима проверка со стороны квалифицированного специалиста. В первую очередь контролю поддаются качество и правильность введения тарировки, оценка работы оборудования на предмет неисправностей, целостность данных и техническое состояние устройств. После первичной оценки можно приступить к анализу движения топлива, учитывая факторы классификатора:
Характер движения техники:
- Остановки/стоянки.
- Скорость движения.
- Выполняемые работы и связанные с ними возможные изменения положения.
- Средний расход во время работы.
- Относительные обороты двигателя.
Физические свойства бака:
- Количество основных отсеков.
- Перетоки.
- Соотношения баков.
- Особенности конфигурации.
- Материал бака.
- Известные конструкционные особенности (клапана, перегородки).
- Особенности тарировки.
- Условия размещения датчиков.
Условия измерения температур:
- Нагрев топлива в баке.
- Нагрев бака в следствии воздействия выхлопных газов.
- Изменение температуры бака в зависимости от характера работы техники.
Рельеф местности:
- Изучение движения с точки зрения наклонов техники в разные стороны.
- Изучение данных по высоте и зависимость показаний от фазы движения.
- Время прохождения цикла и средний расход за предыдущие.
