УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ТОПЛИВА

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, предназначена для измерения уровня жидкости в резервуарах и может быть использована для измерения уровня топлива в топливном баке с целью контроля расхода топлива и технического состояния транспортного средства. При этом устройство может использоваться как автономно, так и в составе ГЛОНАСС/GPS систем мониторинга транспортных средств как источник телематической информации.
Известно устройство для измерения уровня топлива в топливном баке «поплавкового типа» (патент РФ №55973, МПК G01F 23/36, дата приоритета 10.04.2006, опубликовано 27.08.2006), установленное на электробензонасосе. В данном устройстве перемещение поплавка, расположенного на поверхности топлива, происходит в зависимости от расходования топлива и преобразуется через различные системы передачи в перемещение щетки потенциометра, сопротивление которого является функцией уровня топлива в баке. Недостатком описанного устройства является низкая надежность конструкции в процессе эксплуатации и невысокая точность измерений.
Известно устройство для измерения уровня топлива в топливном баке (патент РФ №68124, МПК G01F 23/00, дата приоритета 19.06.2007, опубликовано 10.11.2007), содержащее емкостной датчик, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и преобразователь интерфейса. Выводы датчика соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входом микропроцессора. Выход микропроцессора подсоединен к входу преобразователя интерфейса, выход которого связан с однопроводной магистралью передачи данных на блок сбора и передачи данных.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и выбранным в качестве прототипа является ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуарах (патент РФ №30974, МПК G01F 23/28, дата приоритета: 14.01.2003, опубликовано 10.07.2003), содержащее электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара, соединенный с первым входом электронного блока приема-передачи и анализа информации, а также трубу постоянного сечения, размещенную внутри резервуара соосно контактной поверхности электроакустического преобразователя и имеющую перфорацию по всей длине. Указанная труба жестко соединена с днищем резервуара в месте контакта с ним электроакустического преобразователя. Данное ультразвуковое устройство содержит электронный датчик угла наклона, выход которого соединен со вторым входом электронного блока приема-передачи и анализа информации. Недостатком прототипа является низкая точность измерения уровня жидкостей в различных климатических условиях, а также необходимость врезки датчика в топливный бак, что, как правило, недопустимо для транспортных средств, эксплуатируемых на условиях лизинга.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение точности измерений уровня топлива в топливном баке транспортного средства в различных климатических условиях, учитывая изменение плотности топлива в летний и зимний сезоны эксплуатации и возможность ГЛОНАСС/GPS мониторинга за транспортным средством, а так же возможность измерения уровня топлива без погружения измерительных средств в топливо, без вмешательства в конструкцию бака и сохранения индикации штатного прибора.
Повышение точности измерений уровня топлива в полезной модели обеспечивается тем, что предлагаемое устройство содержит снабженный ультразвуковым и температурным датчиками электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара и соединенный с входом управляющего модуля, который включает процессор, блок формирования и усиления сигнала, преобразователи сигналов ультразвукового и температурного датчиков, блок энергонезависимой памяти, аналоговый и цифровой интерфейсы, автономный источник питания и таймер реального времени, причем ультразвуковой и температурный датчики соединены через соответствующие преобразователи с входами процессора, выходы которого подключены к входам блока формирования и усиления сигнала, блока энергонезависимой памяти и аналогового и цифрового интерфейсов.
Кроме того, заявляемое устройство может содержать автономный источник питания, последовательно соединенный через таймер реального времени с входом процессора.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1. изображена функциональная схема заявляемого устройства. Оно включает электроакустический преобразователь 1, содержащий ультразвуковой датчик 2 и температурный датчик 3, а также управляющий модуль 4, содержащий процессор 5, блок формирования и усиления сигнала 6, преобразователь сигналов ультразвукового датчика 7, преобразователь сигналов температурного датчика 8, блок энергонезависимой памяти 9, аналоговый интерфейс 10, цифровой интерфейс 11, автономный источник питания 12 и таймер реального времени 13. При этом вход ультразвукового датчика 2 соединен с выходом процессора 5 через блок формирования и усиления сигнала 6, а его выход соединен с входом процессора 5 через преобразователь сигналов ультразвукового датчика 7. Выход температурного датчика 3 соединен с входом процессора 5 через преобразователь сигналов температурного датчика 8.
На фиг.2 приведена схема расположения элементов конструкции заявляемого устройства. На схеме показаны резервуар 14 с топливом, уровень 15 которого подлежит измерению, а также электроакустический преобразователь 1, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара 14 и соединенный с входом управляющего модуля 4. На фиг.2 сплошными и пунктирными линиями схематически показаны, соответственно, зондирующие и отраженные от поверхности 15 жидкого топлива ультразвуковые импульсы.
Заявляемое устройство работает следующим образом. По команде процессора 5 блок формирования и усиления сигнала 6 формирует и подает на вход ультразвукового датчика 2 электрические сигналы. Ультразвуковой датчик 2 преобразует эти электрические сигналы в акустические ультразвуковые импульсы, которые через днище резервуара 14 проникают в жидкое топливо, заполняющее резервуар 14. Указанные ультразвуковые импульсы распространяются в жидком топливе, достигают его поверхности 15 и частично отражаются от нее. Отраженные акустические импульсы регистрируются ультразвуковым датчиком 2, преобразуются в электрические сигналы и поступают на вход преобразователя сигналов ультразвукового датчика 7, с выхода которого они поступают на вход процессора 5. Процессор 5 снабжен внутренним таймером, что обеспечивает возможность измерения времени задержки Т поступления на вход ультразвукового датчика 2 акустического сигнала, отраженного от поверхности жидкого топлива 15 относительно момента излучения этим датчиком зондирующего ультразвукового импульса. Уровень жидкого топлива 15 в резервуаре 14, таким образом, может быть определен как расстояние Н от днища резервуара 14 до поверхности жидкости и рассчитан по формуле H=VT/2, где V - скорость звука в жидком топливе. Известно, что скорость звука в жидкости зависит от ее плотности, а плотность, в свою очередь, зависит от температуры. Транспортные средства, работающие в различных климатических условиях, подвергаются значительным перепадам температур, которые могут достигать нескольких десятков градусов. Кроме того, известно, что топливо подвергается значительному нагреву в процессе работы двигателя, т.к. непрерывно циркулирует между двигателем и топливным резервуаром, и, соответственно, охлаждается в то время когда двигатель не работает. Для повышения точности измерения уровня жидкого топлива 15 по данным расчета необходимо контролировать текущее (на момент измерения) значение скорости звука в зависимости от температуры жидкости. В данном устройстве значение скорости звука выбирается на основании данных поступающих в процессор 5 с выхода температурного датчика 3 через преобразователь сигналов температурного датчика 8. Процессор 5 устройства производит вычисление уровня топлива 15 в резервуаре 14 и заносит эти данные в блок энергонезависимой памяти 9, а также передает эти данные на входы аналогового 10 и цифрового 11 интерфейсов. С выходов этих интерфейсов данные могут быть переданы, например, по беспроводным телекоммуникационным каналам в диспетчерскую службу, осуществляющую контроль за движением и техническим состояние транспортных средств. Автономный источник питания 12, последовательно соединенный через таймер реального времени 13 с входом процессора 5, обеспечивает регистрацию данных, их обработку и сохранение в блоке энергонезависимой памяти 9 в случае несанкционированного отключения электропитания устройства.