Вимірювання витрати палива датчиками рівня палива у баці
- Загальні принципи.
- Огляд датчиків рівня палива.
- Вимірювання проточної паливної схеми:
- Відносна похибка вимірювання.
- Додаткова похибка вимірювання.
- Висновки.
- Загальні принципи
У зв’язку з тим, що вимірювання витрати палива по «проточній» та «псевдо-проточній» паливній схемі на транспортному засобі витратомірами є неприйнятним (через велику похибку принципу вимірювань), пропонуємо розглянути вимірювання витрати палива по датчику рівня палива в баці.
Датчик рівня палива встановлюється зверху паливного баку транспортного засобу, ближче до геометричного центру (можливо замість штатного датчику). У деяких типах транспортних засобів (наприклад деяких серій тепловозів), через особливості конструкції (компонування дизельного відсіку і баку), датчик рівня палива встановлюється знизу паливного баку.
2. Огляд датчиків рівня палива, датчику рівня рідини
Датчик рівня палива встановлюється у паливний бак та під’єднується до пристрою «ХХХ», що реєструє вимірювані показники або вирахувані значення рівня палива. Датчики рівня палива можна класифікувати по методам вимірювання та інтерфейсам передачі даних.
- Поплавковий резистивний датчик рівня палива. Як правило, такі датчики рівня палива є штатними (встановлюються при виробництві транспортного засобу) і за принципом дії є резистивними: положення поплавку визначає вихідний опір датчика рівня палива.
- Поплавковий герконовий датчик рівня палива. Вимірювання рівня палива досягається завдяки ковзанню магнітного поплавка до довжині вимірювальної лінійки (направляюча трубка), в якій встановлені геркони та резистори, що з’єднані за схемою резистивного дільника. Замикання геркону змінює опір, значення якого може бути перетворено в аналоговий або цифровий вихідний сигнал.
- Поплавковий магнітострикційний датчик рівня палива. Вимірювання значення датчику рівня палива досягається за рахунок ковзання магнітного поплавку по довжині вимірювальної лінійки (направляюча трубка), у якій натягнута струна з магнітного сплаву. Принцип вимірювання положення поплавку базується на ефекті магнітострикції.
- Ємнісний датчик рівня палива. Робота ємнісного датчика рівня палива базується на принципі вимірювання ємності між двома електродами, що виконані у вигляді трубок різного діаметру та вставлених одна в іншу. Ємність такого конденсатору змінюється у залежності від заповнення рідиною простору між електродами. Конденсатор увімкнений до ланцюга генератора частоти, значення якого може перетворюватися у аналогове та/або цифрове. Відповідно, ємнісний датчик рівня палива може мати дин чи два виходи: аналоговий та цифровий. Цифровий вихід може бути виконано у вигляді послідовного інтерфейсу передавання даних RS232, RS485 та ін., по якому відбувається приймання команд налаштувань роботи датчика рівня палива від системи контролю витрати палива та передавання фактичного значення частоти, вирахуваного рівня палива та додаткові значення, що отримані від одного або декількох датчиків температури, що встановлені у схемі перетворення та вираховування або розподілені по довжині електродів датчика. Встановлення декількох датчиків температури дає можливість більш точно проводити розрахунки рівня палива.
- Ультразвуковий датчик рівня палива. Такий датчик рівня палива складається з двох частин: електронний прилад та, власне, ультразвуковий датчик, що встановлюється на дно баку. Вимірювання рівня рідини відбувається засобом генерації короткого ультразвукового імпульсу від приладу до датчика. Цей імпульс розповсюджується до поверхні рідини, від якої він відображається та знову, пройшовши через рідину, приймається датчиком рівня палива. Час проходження імпульсу визначає рівень рідини.
Одним з часто застосовуваних датчиків рівня є СІО (виробник НВО «Дніпротехтранс»), що випускається у декількох варіантах виконання із похибкою до 0,2%. СІО має механізм компенсації нестабільності температури вимірюваного середовища та змін геометрії баку.
3. Вимірювання витрати палива по датчику рівня палива у баці
Похибка вимірювання фактичної витрати палива з баку тепловозу.
Витрата палива визначається по формулі: R=V₂-V₁, де R – фактична витрата, V₁ – виміряний об’єм палива у початковий момент часу, V₂ – виміряний об’єм палива у кінцевий момент часу.
Тоді похибка буде: λ=λv₁+λv₂+λᴅ, де λv₁ — похибка вимірювання об’єму у початковий момент часу, λv₂ — похибка вимірювання об’єму у кінцевий момент часу, λᴅ — додаткова похибка.
- Похибки вимірювання
Похибки вимірювання об’єму в початковий та кінцевий моменти часу визначаються похибкою СІО (за умови визначення об’єму для чистого, однорідного палива, що не має викривлень та коливань дзеркала).
- Додаткова похибка
Додаткова похибка залежить від неоднорідності та нестабільності температури змінюваного середовища, зміни геометрії баку та ін.
4. Висновок
Використовуючи точні датчики рівня палива, наприклад СІО, можна проводити вимірювання витрати палива на транспортному засобі із прийнятною похибкою за визначений проміжок часу.
