Дут: виды и принципы работы датчика уровня топлива

Виды датчиков измерения уровня топлива системы контроля ГЛОНАСС

Дут: виды и принципы работы датчика уровня топлива

Датчики уровня топлива (ДУТ) — это оборудование для контроля топлива, позволяющее повысить эффективность работы транспортного предприятия (или его подразделения). Использование ДУТ в составе систем мониторинга на основе системы ГЛОНАСС (сокращенно система ГЛОНАСС) позволяет автоматизировать и значительно упростить процесс контроля топлива на предприятии.

Использование ДУТ позволяет:

дистанционно контролировать уровень топлива транспортных средств (ТС)
отслеживать объем заправок ТС и возможные сливы топлива
выявлять факты незаконных сливов (недоливов) топлива.
определять фактический расход топлива на каждом ТС
выявлять факты и устанавливать причины перерасхода ГСМ
оптимизировать работу ТС в части экономии топлива

Установка ДУТ и внедрение системы мониторинга позволяет существенно (до 20%) снизить затраты, связанные с неэффективным расходом ГСМ.

Датчики уровня топлива ГЛОНАСС

На российском рынке представлен широкий спектр датчиков .

Традиционно выделяют несколько видов ДУТ.

Виды датчиков измерения уровня топлива системы контроля ГЛОНАСС

ДУТ можно объединить в три наиболее распространенные группы:

Емкостные
Поплавковые (резистивные или на заграничный лад — понтенциометрические
Ультразвуковые

Емкостные ДУТ

Это бесконтактные датчики уровня топлива. В емкостных ДУТ используется метод измерения емкости конденсатора. При этом в качестве конденсатора выступает пара трубок, вставленных одна в другую и погруженных в жидкость. Жидкость, заполняя пространство между трубками, изменяет емкость конденсатора. Зная закон изменения емкости от уровня заполняющей жидкости, можно измерить уровень (высоту столба) жидкости в баке. Далее необходимо преобразовать значение уровня топлива в его объем. Для этого производится тарирование топливного бака – каждому значению залитого топлива в литрах измеряется соответствующий уровень топлива. То есть топливо заливается известными порциями в бак и измеряется его уровень. В результате получается тарировочная таблица, используемая для преобразования показаний ДУТ в объем топлива в баке. Таблица хранится в памяти ДУТ или в системе мониторинга для автоматического расчета объема топлива. Примеры исполнения емкостных ДУТ можно посмотреть тут. Обучающее видео по установке емкостного датчика.

Поплавковые ДУТ

Это контактные датчики уровня топлива. Отличием поплавковых (резистивных) ДУТ состоит в том, что в них первичным измеряемым параметром служит сопротивление резистора, которое изменяется вместе с движением поплавка в топливном баке. С поплавком связан ползунок, который перемещается по обмотке резистора. При таком перемещении изменяется сопротивление в цепи ДУТ, что приводит к изменению напряжения (силы тока), в ДУТ. Остальной процесс аналогичен емкостному ДУТ. Штатные датчики автомобилей, как правило, выполнены в виде резистивных различных форм и модификаций. В современных автомобилях к штатному поплавковому датчику можно подключиться с использованием CAN – шины автомобиля (пара проводов, по которой передаются данные о параметрах автомобиля в цифровом виде.

Процесс подключения упрощенно выглядит следующим образом.

Находят CAN шину, руководствуясь документацией на автомобиль или сведениями, предоставляемыми производителем трекера ГЛОНАСС.
Подключается считыватель CAN в соответствии со схемой производителя.
Считыватель электрически соединяется с ГЛОНАСС прибором по протоколу RS 485 (или RS 232), в зависимости от используемого оборудования.
ГЛОНАСС трекер программно настраивается для работы с данными о топливе, поступающими с CAN шины.
Выполняется упрощенное тарирование топливного бака.

Ультразвуковые ДУТ

Это бесконтактные датчики уровня топлива. В ультразвуковых ДУТ измеряется высота уровня топлива. Используется принцип звуковой локации (как у летучих мышей или дельфинов), измеряется задержка отраженного от границы разделения сред (воздух/топливо) и преобразуется в расстояние. Далее – по известной схеме – пересчитывается уровень в объем. Датчик крепится на дно топливного бака. Для установки выбирается геометрический центр емкости. Такое расположение позволяет уменьшить погрешность измерений, связанных с наклонами автомобиля в процессе его эксплуатации. Место установки предварительно очищается от краски и грязи. Далее наносится специальный клей, улучшающий акустический контакт с баком, и затем датчик закрепляется специальными стяжками. Далее производится тарирование бака.

Где применяют и как он работает

По виду представляемой информации ДУТ можно объединить в два больших класса:

аналоговые
цифровые

В аналоговых контролируемый параметр выдается в виде непрерывного значения какой-либо переменной (напряжения, тока, емкости или др.)

В цифровых – значение первичного измеренного параметра преобразуется в число из заданного диапазона (например, 1024 или 4095) и выдается в виде цифрового значения, что позволяет существенно упростить и унифицировать процесс его дальнейшей обработки. При этом в ряде ДУТ в ходе преобразования показаний в «цифру» производится автоматическая компенсация колебаний топлива, температурные изменения объема топлива, изменения, связанные с использованием различных видов топлива (дизель, бензин)

Точность измерений современными цифровыми ДУТ составляет 1-2%.

По виду подключения ДУТ к трекеру ГЛОНАСС таже можно выделить два вида:

Отличием беспроводных ДУТ является использование беспроводных каналов передачи данных (блютуз, радиоканал). К достоинству таких датчиков следует отнести:

автономность
высокую вандалоустойчивость
более простую установку.
Особенно удобно использовать датчики этого типа, если возникают трудности при прокладке кабеля от ДУТ до места, где находится ГЛОНАСС трекер.

В качестве недостатка следует упомянуть более ограниченный, чем в проводных ДУТ срок работы, который определяется электрической емкостью, встроенной батареи и составляет примерно 3-5 лет

Место установки ДУТ выбирается как можно ближе к геометрическому центру топливного бака. Это позволят минимизировать колебания уровня топлива при наклонах автомобиля.

Особенности использования

В ряде случаев на один автомобиль требуется устанавливать более одного датчика. Это может быть вызвано:

наличием на одном автомобиле двух и более топливных баков
конструктивными особенностями топливного бака.

Примером может служить бак, выполненный в виде длинной, но мелкой емкости или бак сложной формы. В этом случае любое, даже незначительное колебание топлива по высоте будет приводить в существенным погрешностям в измерении объема топлива. Если же установить два ДУТ в противоположных углах бака и усреднять их показания, то изменения, связанные с колебаниями топлива будут в значительной мере устранены.

Установка ДУТ различных типов имеет свои особенности.

Наиболее простой нам представляется подключение к штатному (поплавковому) датчику. Сигнал с ДУТ подается либо непосредственно на аналоговый вход прибора ГЛОНАСС, либо с КАН шины автомобиля на цифровой вход терминала. Во втором случае необходимо, чтобы в приборе был реализован алгоритм чтения информации о топливе. Точность измерений при этом близка к индикаторной, поскольку резистивные датчики не могут обеспечить достаточную точность измерений чисто физически.

Ультразвуковые датчики устанавливать несколько сложнее. Их крепят специальным клеем ко дну бака, и электрически соединяют с терминалом. Точность измерений в этом случае выше, чем при использовании поплавковых датчиков. Однако существенное влияние на точность может оказывать форма емкости (наличие перегородок, бугров и вмятин), а также наличие осадка на дне.

Емкостные ДУТ устанавливать сложнее всего. Требуется высверлить установочное отверстие (в ряде случаев этот процесс сопряжен со снятием бака). Далее необходимо установить и закрепить ДУТ, проложить трассу электропроводки и подсоединиться к терминалу, и др. работы. Однако в этом случае показания будут наиболее точными ( до 1%).

Тарирование

Способы тарирования емкостных ДУТ.

Преобладающим типом ДУТ, используемым установщиками, является емкостной.

На практике специалисты пользуются тремя основными способами тарирования.

Тарирование с использованием подручных средств (если бак имеет простую геометрическую форму и емкость его известна или рассчитана):
- ДУТ сопрягают с программой калибровки, установленной на компьютере или мобильном устройстве
- Заливают топливо в пространство между трубками. Дут находится в перевернутом состоянии.
- После стабилизации колебаний топлива приводят в соответствие значение полученного от ДУТ сигнала максимальной величине объема.
- Сливают топливо. Приводят в соответствие значение полученного от ДУТ сигнала минимальной (нулевой) величине объема.
- Строят тарировочную характеристику для остальных значений. В случае параллелепипеда это будет прямая, соединяющая минимальную и максимальную точки.
Тарирование с помощью резервуара в виде трубки
- ДУТ сопрягают с программой калибровки, установленной на компьютере или мобильном устройстве
- Заливают топливо в резервуар – трубку (например, водопроводная труба с запаянным одним концом)
- Полностью погружают в резервуар ДУТ.
- После стабилизации колебаний топлива приводят в соответствие значение полученного от ДУТ сигнала максимальной величине объема.
- Сливают топливо. Приводят в соответствие значение полученного от ДУТ сигнала минимальной (нулевой) величине объема.
- Строят тарарировчную характеристику для остальных значений.
Полное тарирование.
- Устанавливают ДУТ в топливный бак.
- сопрягают с программой калибровки, установленной на компьютере или мобильном устройстве
- Наливают порциями топливо и снимают показания ДУТ
- Строят тарировочную таблицу, в которой каждому значению объема соответствует показатель с ДУТ.

Эксплуатация

На практике наиболее распространены емкостные ДУТ. Они врезаются в топливные баки транспортных средств. В процессе эксплуатации они подвергаются интенсивному воздействию как со стороны агрессивной рабочей среды, так и со стороны несознательного водительского персонала. Поэтому в числе неисправностей ДУТ наиболее распространены

Неисправность проводки, сознательно или несознательно разрушаемой водителями и/или под воздействием окружающей среды,
Засор в пространстве между трубками и нарушение работоспособности прибора. Происходит это в основном из-за некачественного топлива и накапливания отложений на дне топливного бака.
Протечки топлива в месте установки ДУТ, связанные с непрофессиональной его установкой.
Умышленное механическое и/или электрическое воздействие на ДУТ и его соединения.

Современные ДУТ выпускаются в вандалоустойчивом исполнении с механической и электрической защитой. Многие имеют «пожизненную» гарантию.

Ряд производителей расширят функциональные возможности своей продукции:

Запись данных о расходе топлива непосредственно в память ДУТ с возможностью их считывания по блютуз или другому радиоканалу. Это дает возможность восстановить данные о расходе топлива, сливах/заправках, если телематический терминал вышел (был выведен) из строя.
Совмещение функций ДУТ и терминала в одном корпусе. Это позволяет существенно упростить установку элементов системы мониторинга ГЛОНАСС на автомобиль и защитить от механических повреждений.
Первичная обработка измерений непосредственно программным обеспечением ДУТ. Позволяет улучшить точность измерений
Возможность управления настройками ДУТ по блютуз каналу с мобильных устройств. Это облегчает и сокращает время работ по установке и настройке оборудования.
Удаленная настройка ДУТ через связанный с ним ГЛОНАСС датчик.

На вопрос о целесообразности контроля топлива можно привести следующие причины

Основная – предотвращение нецелевого использования (хищения) топлива нерадивыми водителями.
Выявление и устранение фактов обмана (недолива) на АЗС
Получение статистики, выявление повышенного расхода топлива и устранение его причин (устранение фактов агрессивного вождения, превышения рекомендуемой скорости и пр.).
Автоматизация процесса контроля и учета ГСМ на предприятии и принятие своевременных мер, а не в конце календарной отчётности.

Статистика показывает, что установка датчика позволяет сократить затраты на ГСМ примерно на 10-15%. Расходы на установку и введение системы окупаются за несколько месяцев ее эксплуатации.

Данные о топливе, поступающие от датчиков уровня топлива, преобразуются в терминале ГЛОНАСС и передаются по сотовой связи в систему мониторинга Данные сохраняются на сервере. Это позволяет восстановить историю изменения уровня топлива за год и более. После обработки этих данных оператор системы имеет возможность:

получать текущие данные об уровне топлива для каждого автомобиля,
смотреть ретроспективу изменения топлива в зависимости от времени или пробега,
рассчитывать средний расход топлива одним автомобилем, либо группой автомобилей или по всему парку,
определять объем, время и место заправок транспорта,
выявлять объем, место и время несанкционированных сливов.
Получать статистические данные по топливу в различных разрезах
Планировать расходы предприятия на топливо, и др.

Таким образом, применение датчиков уровня топлива и системы мониторинга автомобильного транспорта позволяет повысить эффективность работы автопредприятия на 10-15 %.