МЕТОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ТОПЛИВА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯMETHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE FUEL LEVEL DESCRIPTION OF THE INVENTION
Изобретение относится к контролю и мониторингу уровня топлива, в результате чего происходит определение расхода топлива из бака транспортного средства непрерывно во время измерения.The invention relates to the control and monitoring of the fuel level, which results in the determination of fuel consumption from the vehicle tank continuously during measurement.
Известны некоторые приёмы и устройства IM по контролю и регистрации уровня топлива в баках транспортных средств. Один из таких контрольно-регистрационных методов есть поточный метод, когда измерение потока обеспечивяет определённую точность при равномерном расходе топлива, соответственно при равномерном потоке топлива, а при работе двигателя в разных режимах оборотов и расход может меняться неравномерно, что приводит к увеличению неточностей во время процесса измерения.Some IM techniques and devices for monitoring and recording fuel levels in vehicle tanks are known. One of such control and registration methods is the flow method, when the flow measurement provides a certain accuracy with a uniform fuel consumption, respectively, with a uniform fuel flow, and when the engine is operating in different speed modes, the flow rate can vary unevenly, which leads to an increase in inaccuracies during the process measurements.
Второй известный приём /3/ контроля и регистрации уровня и расхода топлива из бака является использование реостатного датчика, который характеризуеся определённо большим шагом измерения (от 5 до 25 литров), что не обеспечивает необходимую точность определения уровня и расхода топлива из бака.The second known method of / 3 / monitoring and recording the level and fuel consumption from the tank is the use of a rheostat sensor, which is characterized by a definitely large measuring step (from 5 to 25 liters), which does not provide the necessary accuracy in determining the level and fuel consumption of the tank.
Третий известный приём /см. LV патент 12854; дата заявки 30.11.2000; дата выдачи 20.12.2002/ есть контроль уровня и регистрации от ёмкостного датчика, что обеспечивает необходимую точность на стоящем транспортном средстве. На практике встречается его применение с установкой одного датчика в баке топлива. Недостаток этого приёма в том, что фиксируются все резкие изменения уровня топлива, что связанно с колебанием уровня во время движения и разным наклоном, отличающимся от горизонтального положения, транспортного средства во время движения, а также конструктивными недостатками датчика (через калибрированное отверстие топливо медленно пробирается в измерительный канал, но отверстие большого диаметра позволяет столь быстрое попадание/ввод топлива в измерительное пространство, что заставляет измерять все колебания от волны уровня; то же самое относится к выводу топлива), в результате чего картина о фактическом уровне в топливном баке является неверной по отношению фактического уровня (объёма) и невозможно судить о правдивом анализе, связанным с другими параметрами эксплуатации транспортного средства.Third known technique / cm. LV patent 12854; application date 11/30/2000; Issue date 12/20/2002 / there is level and registration control from a capacitive sensor, which ensures the necessary accuracy on a standing vehicle. In practice, its application is found with the installation of one sensor in the fuel tank. The disadvantage of this technique is that all sharp changes in the fuel level are recorded, which is associated with a level fluctuation during movement and a different slope different from the horizontal position of the vehicle during movement, as well as with the design flaws of the sensor (through a calibrated hole, fuel slowly makes its way into measuring channel, but a large diameter hole allows fuel to enter / enter so quickly into the measuring space, which makes it possible to measure all fluctuations from a level wave; the same with This refers to the conclusion of fuel), as a result of which the picture of the actual level in the fuel tank is incorrect in relation to the actual level (volume) and it is impossible to judge a true analysis related to other parameters of the vehicle’s operation.
Известны разные конструкции /3, 4, 5/ электронных измерительных преобразователей, среди них ёмкостные устройства 151, следящие за процессами на заводах нефтяной промышленности. Теоретические основы конструирования их
изложены в работе /6/. включая кривых тарирования «выcoтa уровня жидкости - ёмкocть» и советы на расчёт точности с точки зрения теории ошибок. Множество методов анализа технологических процессов на практике с примерами описаны в фундаментальном труде III.There are various designs / 3, 4, 5 / of electronic measuring transducers, among them are capacitive devices 151 that monitor processes at oil refineries. Theoretical Foundations of their Design set out in / 6 /. including calibration curves for "fluid level rise - capacity" and tips for calculating accuracy from the point of view of error theory. Many methods of analysis of technological processes in practice with examples are described in fundamental work III.
Цель изобретения - обеспечить непрерывное и точнок определение и регистрацию уровня топлива в баке транспортного средства, обеспечивая возможность правдиво судить о расходе топлива из топливного бака, а также учитывать и анализировать расход топлива в связи с другими эксплуатационными параметрами на транспортном средстве.The purpose of the invention is to provide continuous and accurate determination and registration of the fuel level in the vehicle tank, providing the opportunity to truly judge the fuel consumption from the fuel tank, as well as to take into account and analyze fuel consumption in connection with other operating parameters on the vehicle.
Для устранения ранее упомянутых недостатков предлагаются устройство и метод контроля и регистрации уровня топлива с использованием системы из двух датчиков, которые расположены в топливном баке на одной прямой симметрично по отношению к геометрическому центру топливного бака в определённом взаимном расстоянии и дают возможность максимально уменьшать влияние неравномерного уровня топлива, что происходит от качания и других факторов или от негоризонтального положения (наклона) топливного бака, на точность измеряемого уровня (объёма) топлива.To eliminate the previously mentioned drawbacks, a device and method for monitoring and recording the fuel level using a system of two sensors that are located in the fuel tank on one straight line symmetrically with respect to the geometric center of the fuel tank at a certain mutual distance and make it possible to minimize the effect of an uneven fuel level that comes from the swing and other factors or from the non-horizontal position (tilt) of the fuel tank, to the accuracy of the measured level (volume) opliva.
Сущность изобретения по предложенному методу и устройству следующие (см. соответственно 1-ый и 7-ой пункты формулы изобретения):The invention according to the proposed method and device is as follows (see, respectively, the 1st and 7th claims):
- предложенный метод непрерывного контроля и регистрации уровня топлива в топливном баке, где система регистрации уровня топлива подключена к цепи электропитания транспортного средства от аккумулятора или иного источника электропитания, во время движения или стоянки при работающем или неработающем двигателе, характеризуется тем, что измерение уровня топлива осуществляется по заранее заданным моментам времени tк = tо + Δt • k, где tо — заданный начальный момент; k=0, 1, 2, ..., п; Δt - фиксированный шаг по оси времени, желательно Δt = lсек; п - любое целое число, причём измерение делается по меньшей мере при помощи одной пары датчиков - измерителтных преобразователей, которые образуют систему и неподвижно фиксированы на верхней стенке топливного бака, обеспечивая свободный доступ к чувствительному элементу измерительного преобразователя через низ на уровне днища топливного бака (технологического уровня, обеспечивающего работу двигателя), причём чувствительные элементы измерителтных преобразователей находятся на одной прямой, которая пересекает геометрический центр верхней площади топливного бака и может находиться, как на продольной, так и поперечной оси симметрии, а также под определённым углом относительно осей симметрии, но всегда на противоположно однаковом расстоянии от центра, причем расстояние между датчиками не больше 1/3 и не меньше 1/10 от размера
продольного размера (L) топливного бака в направлении движению транспортного средства;- the proposed method for continuous monitoring and recording of the fuel level in the fuel tank, where the fuel level registration system is connected to the vehicle’s power supply circuit from a battery or other power source, while driving or standing with the engine running or idle, is characterized in that the fuel level is measured at predetermined time instants tк = tо + Δt • k, where tо is a given initial moment; k = 0, 1, 2, ..., n; Δt is a fixed step along the time axis, preferably Δt = lsec; p is any integer, moreover, the measurement is made using at least one pair of sensors - measuring transducers, which form a system and are fixedly mounted on the upper wall of the fuel tank, providing free access to the sensitive element of the measuring transducer through the bottom at the bottom of the fuel tank (technological level, ensuring the engine), and the sensitive elements of the transducers are located on one straight line that intersects the geometric center of the surface area of the fuel tank and can be located both on the longitudinal and transverse axis of symmetry, as well as at a certain angle relative to the axes of symmetry, but always at the same opposite distance from the center, and the distance between the sensors is not more than 1/3 and not less than 1 / 10 of size the longitudinal size (L) of the fuel tank in the direction of movement of the vehicle;
- предложенное устройство для осуществления метода, содержащее систему не менее двух датчиков - измерительных преобразователей, например, пару емкостных измерительных преобразователей, аналого-цифровой преобразователь (А/Ц) и микропроцессор для математической обработки полученных измерений и вычисления величин фактического уровня топлива и их накопления в блоке памяти, характеризуется тем, что измерительный блок содержит не менее одной пары датчиков, которые неподвижно фиксированы на верхней стенке топливного бака, обеспечивая свободный доступ топлива к чувствительным элементам через нижнюю часть датчика на уровне днища бака топлива, причем чувствительные элементы датчиков размещены на противоположно одинаковом расстоянии от геометрического центра бака на оси симметрии бака, которая пересекает геометрический центр топливного бака и направлена под определенным углом относительно направления движения транспортного средства, и расстояние между симметрично расположенными датчиками в каждой паре не больше 1/3 и не меньше 1/10 размера бака в направлении движения транспортного средства.- the proposed device for implementing the method, comprising a system of at least two sensors - measuring transducers, for example, a pair of capacitive measuring transducers, an analog-to-digital converter (A / D) and a microprocessor for mathematically processing the measurements and calculating the actual fuel level and their accumulation in a memory block, characterized in that the measuring unit contains at least one pair of sensors that are fixedly mounted on the upper wall of the fuel tank, providing freedom bottom access of the fuel to the sensitive elements through the lower part of the sensor at the bottom of the fuel tank, and the sensitive elements of the sensors are placed at the same distance from the geometric center of the tank on the axis of symmetry of the tank, which intersects the geometric center of the fuel tank and is directed at a certain angle relative to the direction of vehicle , and the distance between the symmetrically located sensors in each pair is not more than 1/3 and not less than 1/10 of the tank size in the direction of movement of the trans Tailor tools.
Предлагаются разные варианты метода и устройства (см. соответственно пункты формулы от 2-го по 6-ой и от 8-го по 12-ый):Different versions of the method and device are offered (see, respectively, formula points from the 2nd to the 6th and from the 8th to the 12th):
- показания спаренных датчиков в каждый момент измерения вводит в память микропроцессора, который рассчитывает текущую величину уровня топлива;- the readings of paired sensors at each moment of measurement are entered into the memory of the microprocessor, which calculates the current value of the fuel level;
- измерения уровня топлива, фиксированные в различные моменты времени, усредняет по заранее заданному интервалу времени ΔТ и вводит в память микропроцессора как результирующую величину уровня на момент времени tk=to+k*(ΔTy2, где tо - заданный начальный момент; Ic=O, 1, 2, ..., п, причем интервал времени ΔТ не менее 1 мин, но в целях экономии памяти микропроцессора может быть и другое;- fuel level measurements, fixed at different points in time, averaged over a predetermined time interval ΔТ and entered into the microprocessor memory as the resulting value of the level at time t k = to + k * (ΔTy2, where tо is a given initial moment; Ic = O , 1, 2, ..., n, and the time interval ΔТ is not less than 1 min, but in order to save the microprocessor memory there may be something else;
- дополнительно осуществляют статистическую обработку сигналов методами обработки цифровых или аналоговых сигналов и полученные результаты (например, среднее арифметическое значение, среднее квадратичное отклонение от среднего арифметического, коэффициент вариации измерений, интервал достоверности среднего арифметического с доверительной вероятностью 95% или 98%) вводит в память микропроцессора и сохраняет определённое время до необходимости считывать накопленную информацию, анализировать и/или выводить графически или численно изображать на дисплее, причём время накопления информации есть возможность
выбирать в пределах от длины интервала ΔТ до времени необходимой непрерывной работы системы (например, один час, смена, сутки, месяц и т.д.);- additionally carry out statistical signal processing by methods of processing digital or analog signals and the results obtained (for example, arithmetic mean value, mean square deviation from arithmetic mean, measurement coefficient of variation, confidence interval of the arithmetic mean with a confidence probability of 95% or 98%) is entered into the microprocessor memory and saves a certain time until it is necessary to read the accumulated information, analyze and / or output graphically or numerically from wander on the display, and the time of accumulation of information is possible choose from the length of the interval ΔТ to the time of the necessary continuous operation of the system (for example, one hour, shift, day, month, etc.);
- с помощью компьютерной программы на экране изображает фактическую величину уровня топлива в топливном баке, которая накоплена в памяти микропроцессора во всех моментах времени tk=to+k-(ΔTУ2, где tо - заданный начальный момент; k=0, 1, 2,... ;- using a computer program, the screen displays the actual value of the fuel level in the fuel tank, which is accumulated in the microprocessor memory at all time instants t k = to + k- (ΔTУ2, where tо is the given initial moment; k = 0, 1, 2, ...;
- всю накопленную информацию выдаёт ввиде диаграммы, где изображающей фактический расход топлива в зависимостм от времени - во время накопления информации в виде диаграмм выводится в разных формах, фактическая величина расхода по времени;- all the accumulated information is given in the form of a diagram, where it depicts the actual fuel consumption depending on time - during the accumulation of information in the form of diagrams it is displayed in different forms, the actual value of the consumption in time;
- устройство обеспечивает возможность измерения по заранее заданным моментам времени tk = t0 + Δt • к, где k=0, 1, ..., п; Δt - фиксированный шаг по оси времени, желательно Δt=lceк, и возможность полученные измерения преобразовать в цифровой форме, усреднять и накоплять в памяти микропроцессора;- the device provides the ability to measure at predetermined points in time t k = t 0 + Δt • k, where k = 0, 1, ..., p; Δt is a fixed step along the time axis, preferably Δt = lcek, and the ability to convert the measurements obtained in digital form, average and store in the microprocessor's memory;
- устройство обеспечивает усреднение полученных показаний уровня топлива на заданном интервале времени ΔТ, их статистическую обработку и получение средней величины уровня топлива, которая репрезентирует результирующую величину уровня топливо в моменты времени tk =to+k-(ΔTy2, где tо - заданный начальный момент; k=0, 1, 2, ..., п, причем интервал времени ΔТ не менее 1 мин, а также ввод полученных результатов и сохранение в памяти микропроцессора;- the device provides an averaging of the obtained fuel level readings for a given time interval ΔТ, their statistical processing and obtaining the average fuel level value, which represents the resulting fuel level value at time t k = to + k- (ΔTy2, where tо is the given initial moment; k = 0, 1, 2, ..., n, and the time interval ΔТ is at least 1 min, as well as entering the results and storing it in the microprocessor's memory;
- устройство обеспечивает ввод и сохранение в памяти микропроцессора необходимое продолжительное время, которое может быть в пределах от ΔТ до окончания необходимости непрерывного контроля (например, один час, смена, сутки, месяц и т.д.), результирующей величины топлива, которая получена в моменты времени tk=to+k-(ΔTK2, а также обеспечивает считывание и вывод и показаний на экране персонального компьютера в виде графика с помощью компьютерных программ;- the device provides input and storage in the microprocessor memory for the necessary long time, which can be in the range from ΔТ until the end of the need for continuous monitoring (for example, one hour, shift, day, month, etc.), the resulting fuel value obtained in time instants t k = to + k- (ΔTK2, and also provides reading and output of indications on the screen of a personal computer in the form of a graph using computer programs;
- устройство обеспечивает вывод наколненной в памяти микропроцессора информации о фактическом уровне топлива в баке транспортного средства и ее изображение на дисплее компьютера ввиде диаграммы;- the device provides the output filled in the memory of the microprocessor of information about the actual fuel level in the tank of the vehicle and its image on the computer display in the form of a diagram;
- устройство обеспечивает возможность по полученной диаграмме о фактическом изменении уровня топлива в топливном баке транспортного средства определить и анализировать фактический расход топлива из топливного бака и/или фальсификацию расхода, а также обеспечивает возможность анализировать другие параметры работы двигателя как в эксплуатационных условиях, так и в случае заглушённого двигателя или работы двигателя на холостом ходу (например, число оборотов, номинальный отбор
мощности от коробки, температура двигателя, скорость движения, продолжительность стоянки, пройденное расстояние) и обеспечивает возможность определить расход топлива на каждом режиме работы двигателя с точностью в пределах 1 литра для топливных баков до 1000 литров.- the device provides the ability to determine and analyze the actual fuel consumption from the fuel tank and / or falsification of the flow according to the diagram obtained about the actual change in the fuel level in the vehicle’s fuel tank, and also provides the ability to analyze other parameters of the engine’s operation both in operating conditions and in the case of engine stopped or engine idling (e.g. RPM, rated exhaust power from the box, engine temperature, speed, parking time, distance traveled) and provides the ability to determine fuel consumption for each engine operation with an accuracy of 1 liter for fuel tanks up to 1000 liters.
Цель изобретения достигается (Рис.l) тем, что в баке транспортного средства (1 ) устанавливается, как минимум, система двух датчиков - измерительных преобразователей, например, ёмкостного типа, образующих пару (2) датчиков, неподвижно фиксированных к верхней стенке топливного бака на одной прямой, проходящей через геометрический центр бака, симметрично относительно к геометрическому центру бака
причём расстояние между датчиками этой пары (I=ai+aг); b=bi+bг), характеризуемое их расстояниями от оси симметрии бака продольно или поперечно движению транспорта, не более 1/3 от размера В бака, который направлен поперечно движению транспорта. Расстояние между датчиками по отношению к поперечной оси симметрии бака по направлению движения транспорта, не более 1/3 от размера L и не менее 1/10 от этого же размера L по направлению движения транспорта. Эти датчики размещены на линии, идущей через геометрический центр верхней плоскости бака под углом, сохраняя симметричность от центра. Они своими чувствительными элементами размещены на технологически контролируемом нижнем уровне бака топлива который обеспечивает свободный доступ топлива к их чувствительным элементам через нижнюю часть. Емкостные датчики в этой системе подключены параллельно к проводу (4), который обеспечивает моментальное фиксирование параметров уровня топлива и их ввод через провод (5) в память микропроцессора (6), например, в каждую секунду. В микропроцессоре в течение, например, минуты поступившие сигналы суммируется и делится на число поступивших сигналов, в результате получают среднюю величину уровня топлива за этот промежуток времени. Потом по проводу (7) эти сигналы вводятся в накопительный блок информации (8), где эта информация накапливается необходимо долгое время, что определяется необходимостью и накопительной возможности памяти блока. От этого блока его можно перенести на персональный компьютер и с помощью специальной компьютерной программы изображать на экране в виде диаграмм и таблиц как для каждого датчика отдельно, так и усредненные параметры системы датчиков или двигателя в целом. На основе полученной диаграммы о фактическом изменении уровня топлива в топливном баке транспортного средства можно определить и анализировать фактический расход топлива из топливного бака и/или фальсификацию расхода (слив), а также анализировать другие параметры работы двигателя как в эксплуатационных условиях, так и в случае заглушённого двигателя или работы двигателя на холостом ходу
(например, число оборотов, номинальный отбор мощности от коробки, температура двигателя, скорость движения, продолжительность стоянки, пройденное расстояние) и определить расход топлива на каждом режиме работы двигателя с точностью в пределах 1 литра для топливных баков до 1000 литров.The objective of the invention is achieved (Fig. 1) in that at least a system of two sensors is installed in the vehicle’s tank (1), measuring transducers, for example, of a capacitive type, forming a pair (2) of sensors, fixedly fixed to the upper wall of the fuel tank on one straight line passing through the geometric center of the tank, symmetrically with respect to the geometric center of the tank and the distance between the sensors of this pair (I = ai + ag); b = bi + bg), characterized by their distances from the axis of symmetry of the tank longitudinally or transversely to the movement of transport, not more than 1/3 of the size B of the tank, which is directed transversely to the movement of transport. The distance between the sensors with respect to the transverse axis of symmetry of the tank in the direction of transport, not more than 1/3 of size L and not less than 1/10 of the same size L in the direction of transport. These sensors are placed on a line going through the geometric center of the upper plane of the tank at an angle, while maintaining symmetry from the center. Their sensitive elements are located on the technologically controlled lower level of the fuel tank which provides free access of fuel to their sensitive elements through the lower part. Capacitive sensors in this system are connected in parallel to the wire (4), which provides instant fixation of the fuel level parameters and their input through the wire (5) into the microprocessor memory (6), for example, every second. In the microprocessor for, for example, minutes, the received signals are summed up and divided by the number of received signals, as a result, the average fuel level for this period of time is obtained. Then, via wire (7), these signals are input into the information storage block (8), where this information is accumulated for a long time, which is determined by the need and the memory storage capacity of the block. From this block it can be transferred to a personal computer and using a special computer program to display on the screen in the form of diagrams and tables for each sensor separately, as well as the averaged parameters of the sensor system or the engine as a whole. Based on the obtained diagram on the actual change in the fuel level in the vehicle’s fuel tank, it is possible to determine and analyze the actual fuel consumption from the fuel tank and / or flow rate falsification (drain), as well as analyze other parameters of the engine operation both in operating conditions and in the case of a muffled engine or engine idling (for example, the number of revolutions, nominal power take-off from the box, engine temperature, driving speed, parking time, distance traveled) and determine the fuel consumption for each engine operation with an accuracy of 1 liter for fuel tanks up to 1000 liters.
На Pиc.2 изображены некоторые из возможных положений уровня топлива в баке. Точность при любом положении уровня топлива в баке (а или b) или положения самого бака (с) обеспечивается, размещая датчики по ранее описанной методике и накапливая усреднённые величины фактических сигналов, что соответсгвует среднему уровню топлива между датчиками ежесекундно, которые ежеминутно усредняется в микропроцессоре, в результате чего мы получаем фактическую величину уровня за период ΔТ. Средняя величина получается как усредненная сумма показаний обоих емкостных датчиков, которая при любом объеме топлива и его уровня в определённый момент времени независимо от колебаний топлива в баке в среднем является достаточно стабильной величиной. Это определение относится к данному объёму топлива в баке транспортного средства как в случае его движения и на стоянке.Figure 2 shows some of the possible fuel level positions in the tank. Accuracy at any position of the fuel level in the tank (a or b) or the position of the tank itself (c) is ensured by placing the sensors according to the previously described method and accumulating averaged values of actual signals, which corresponds to the average fuel level between the sensors every second, which is averaged every minute in the microprocessor, as a result, we get the actual level for the period ΔТ. The average value is obtained as the average sum of the readings of both capacitive sensors, which for any amount of fuel and its level at a certain point in time, regardless of the fluctuations of the fuel in the tank, is on average a fairly stable value. This definition refers to a given amount of fuel in a vehicle’s tank, as in the case of its movement and in the parking lot.
Одно рабочее состояние емкостного датчика - измерерительного преобразователя, использованного в предложенной конструкции устройства, в баке топлива изображено на Рис.З, где к верхней стенке бака (9) с болтами прикреплён колпачок датчика, к которому прилегает, например, припаяна, наружная оболочка (10) датчика, которая опирается на нижний изолятор (13), который, в свою очередь, опирается на дно бака, а внутренняя оболочка 11 (трубка) опирается как на верхнюю часть, так и нижнюю часть изолятора (13), электрически изолируя обе части датчика. Топливо через нижний изолятор свободно попадает в пространство измерительного канала (14) и также свободно выходит в бак обратно. Воздух в это пространство свободно заходит и выходит через отверстия, число и диаметр выбран подходящими, на верхней части обоих трубок. Провод сигналов (15), который соединяет датчик с микропроцессором, подключен к внутренней трубке (11) на верхней части.One operational state of the capacitive sensor - measuring transducer used in the proposed device design, in the fuel tank is shown in Fig.Z, where the sensor cap is attached to the upper wall of the tank (9) with bolts, to which, for example, the outer shell is soldered (10) ) a sensor that rests on the lower insulator (13), which, in turn, rests on the bottom of the tank, and the inner shell 11 (tube) rests on both the upper part and the lower part of the insulator (13), electrically insulating both parts of the sensor . Fuel through the lower insulator freely enters the space of the measuring channel (14) and also freely enters the tank back. Air freely enters and exits this space through openings; the number and diameter are selected as appropriate on the top of both tubes. The signal wire (15), which connects the sensor to the microprocessor, is connected to the inner tube (11) on the upper part.
Предложенный метод можно усовершенствовать, вместо одной пары датчиков используя несколько парных систем с разными их расстояниями (a'i=a'2; b'i=b'г) по отношению к геометрическому центру бака, усредняя показания всех датчиков, как описано выше.The proposed method can be improved, instead of one pair of sensors using several pair systems with different distances (a'i = a'2; b'i = b'g) with respect to the geometric center of the tank, averaging the readings of all sensors, as described above.
ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯAn example implementation of the invention
Используя условия, которые описаны в формуле изобретения по измерению уровня топлива, чтобы основать эффективность изобретения, проводились сравнительные
экспериментальные измерения, используя предложенный метод и устройство, а также только однин емкостный датчик. Анализ полученных результатов подтверждает, что цель изобретения достигнута.Using the conditions that are described in the claims for measuring the level of fuel to base the effectiveness of the invention, comparative experimental measurements using the proposed method and device, as well as only one capacitive sensor. Analysis of the results confirms that the objective of the invention has been achieved.
Краткое описание процесса измерений, используя предложенный метод и устройствоBrief description of the measurement process using the proposed method and device
При измерении уровня топлива в баке транспортного средства, используя емкостные датчики, изменение уровня топлива измеряется показанием изменения емкости. Так как ёмкость как физическую величину прямо измерять с микропроцессорными устройствами затруднено, емкостный сигнал с специально предназначенным генератором (примерно SA555 или другого подобного типа) преобразовалсь в соответствующую частоту. Полученная частота измерялась, обрабатывалась и сохранялась в памяти регистратора. Через определённые отрезки времени накопленные данные в цифровой форме переносились на персональный компьютер для получения статистической или графической информации. Генератор частоты работал в режиме несимметрического мультивибратора и частота выходного сигнала рассчитывалась по формуле:When measuring the fuel level in the vehicle tank using capacitive sensors, the change in fuel level is measured by indicating the change in capacity. Since capacitance as a physical quantity is difficult to directly measure with microprocessor devices, a capacitive signal with a specially designed oscillator (approximately SA555 or another similar type) was converted to the corresponding frequency. The obtained frequency was measured, processed and stored in the memory of the recorder. After certain periods of time, the accumulated data in digital form was transferred to a personal computer to obtain statistical or graphical information. The frequency generator worked in an asymmetric multivibrator mode and the frequency of the output signal was calculated by the formula:
/ = o.б9з- (R, + *2 - R2) - cs / = o.b9z- (R, + * 2 - R 2 ) - c s
Так как в этой формуле единственной меняющейся величиной есть ёмкость от датчика уровня Cg, можно определить, что частота на выходе генератора частоты есть функция только от одного единственного аргумента - емкости датчика уровня топлива. Главной задачей регистратора является циклическое измерение параметров датчика уровня топлива в баке и сигналов от других датчиков, а также их накоплене в памяти регистратора и передача в стационарный компьютер для обработки и отображения. На первом этапе определения уровня топлива измерялась частота сигнала от генератора частоты по следующей формуле:Since in this formula the only variable is the capacity from the level sensor C g , it can be determined that the frequency at the output of the frequency generator is a function of only one single argument - the capacity of the fuel level sensor. The main task of the registrar is to cyclically measure the parameters of the fuel level sensor in the tank and signals from other sensors, as well as their accumulation in the memory of the registrar and transfer to a stationary computer for processing and display. At the first stage of determining the fuel level, the signal frequency from the frequency generator was measured according to the following formula:
J (A - O ' где f — частота сигнала, Δt - интервал времени, п - количество импульсов по интервалу времени Δt. По тарировочной кривой Lt - fg топливного бака , где Lt - уровень топлива, fg - частота генератора, зная выходную частоту генератора частоты, определяется уровень топлива в баке. Принимая во внимание, что график тарировочной кривой был получен, с шагом 10 литров заполняя топливный бак транспортного средства и считывая соответствующую частоту в виде таблицы, чтобы определить промежуточный уровень в
любой точке топливного бака производилась интерполяция. Измерение уровня топлива в баке по времени проводились циклически с шагом lсек, в течении каждой текущей минуты определяя средний арифметический уровень топлива в баке по формуле: J (A - O ' where f is the signal frequency, Δt is the time interval, n is the number of pulses in the time interval Δt. According to the calibration curve L t - f g of the fuel tank, where L t is the fuel level, f g is the generator frequency, knowing the output frequency of the frequency generator, the fuel level in the tank is determined, taking into account that the graph of the calibration curve was obtained, filling the vehicle’s fuel tank with a step of 10 liters and reading the corresponding frequency in a table to determine the intermediate level in interpolation was performed at any point in the fuel tank. Measurement of the fuel level in the tank over time was carried out cyclically with a step of lsec, during each current minute determining the arithmetic average level of fuel in the tank according to the formula:
"+1 " " + 60 ' где п = 0, 1, 2, ..., 59, и по истечению каждой минуты полученная величина уровня топлива в баке вводилась в память регистратора, например, EEPROM. Одновременно с уровнем топлива в баке в памяти регистратора сохранялись и такие параметры движения транспортного средства, как пройденный путь в течение минуты, параметры скорости, обороты двигателя и другие регистрируемые данные. Подключая регистратор к персональному компьютеру, данные через RS232 интерфейс от памяти регистратора заряжались в память персонального компьютера для обработки и отображения, а также для изменения режимов и параметров регистрации (переустановки)."+1"" + 60 'where n = 0, 1, 2, ..., 59, and after each minute the obtained fuel level in the tank was entered into the memory of the recorder, for example, EEPROM. At the same time as the fuel level in the tank in The recorder’s memory also saved such vehicle motion parameters as the distance traveled for a minute, speed parameters, engine speed and other recorded data.Connecting the recorder to a personal computer, data through the RS232 interface from the recorder’s memory was charged into the personal computer’s memory for processing and expression, as well as for changing the modes and parameters of registration (reinstallation).
Пример практической работы, для регистрации использую два емкостных датчика, описанные в пунктах формуле 7 и 8, устройство регистрации,An example of practical work, for registration I use two capacitive sensors described in paragraphs of formulas 7 and 8, the registration device,
- Из топливного бака, в котором было 332 литра топлива, с помощью калибровованной емкости толивозаправок объёмом 10 литров слили 40 литров топлива, а регистратор фиксировал остаток 292 литра. В следующий день автомобиль MA35432 проехал расстояние 220км со средним показанием расхода топлива 31,1 литр на 100км. Регистратор показывал остаток 222 литра в топливном баке. Общий расход составил 70 литров топлива. После считывания этого показания измерительной посудой в топливный бак залили дополнительно 20 литров топлива. При считывании регистрированного уровня определили 242 литра топлива в баке. Транспортное средство вновь отправилось по прежнему маршруту и регистратор фиксировал общий расход 71 литр топлива, показывая остаток топлива в баке 171 литр, после чего в топливный бак при помощи калибровованной емкости залили 20 литров топлива и регистратор фиксировал уровень в топливном баке 191 литр. После считывания уровня топлива регистратором остаток топлива из бака полностью слили и с помощью калибрированной ёмкости замеряли слитое количество, которое составило 191 литр.- From a fuel tank, in which there were 332 liters of fuel, 40 liters of fuel were drained using a calibrated tank filling capacity of 10 liters, and the recorder recorded the remainder of 292 liters. The next day, the MA35432 drove a distance of 220km with an average fuel consumption of 31.1 liters per 100km. The registrar showed the remainder of 222 liters in the fuel tank. The total consumption was 70 liters of fuel. After reading this reading with measuring dishes, an additional 20 liters of fuel were poured into the fuel tank. When reading the registered level, 242 liters of fuel in the tank were determined. The vehicle again went on the same route and the registrar recorded the total fuel consumption of 71 liters of fuel, showing the remaining fuel in the tank 171 liters, after which 20 liters of fuel were poured into the fuel tank using a calibrated tank and the recorder recorded the level in the fuel tank 191 liters. After reading the fuel level by the recorder, the remaining fuel from the tank was completely drained and, using a calibrated tank, the merged amount was measured, which amounted to 191 liters.
- Этому же автомобилю в следующий этап контроля собрали 10 чеков заправочных станций и только в 3 случаях показания регистратора на 1 литр были меньше, чем на чеке. Все показания чека и регистратора в сети заправок «Statoil» полностью совпали. Показания чека в сети заправок «Latvijas Nafta» были на 1 литр меньше, чем показания регистратора. Это объяснялось тем, что с сети заправок «Latvijas Nafta» топливо сильно пенилось, в результате чего появились ошибки.
После 10-и кратных заправок и эксплуатации регистратор фиксировал 57 литров остаток в баке. Сливая остаток топлива и измеряя калиброванной посудой, констатировали объём 57 литров топлива.- The same car in the next stage of control collected 10 checks of gas stations and only in 3 cases the registrar readings per 1 liter were less than on the check. All the readings of the check and the registrar in the Statoil gas station network completely coincided. The readings of the check in the Latvijas Nafta gas station network were 1 liter less than the readings of the registrar. This was explained by the fact that from the network of gas stations “Latvijas Nafta” the fuel was very foaming, as a result of which errors appeared. After 10 times of refueling and operation, the registrar recorded 57 liters of residue in the tank. By draining the remaining fuel and measuring with calibrated dishes, a volume of 57 liters of fuel was detected.
График 1. Сравнительная кривая измерений уровня топлива в баке транспортного средстваChart 1. Comparative fuel level measurement curve in the vehicle tank
Для примера графически изображены результаты, приведенные в таблице 1 с использованием в топливном баке транспортного средства измерительного устройства с одним емкостным датчиком уровня топлива и устройства с системой двух датчиков, как описано в формуле изобретения (пункты 7 и 8). Приведенные на графике 1 кривые наглядно показывают отличия между предложенным методом измерения и методом измерения с использаванием только одного датчика, что позволяет судить об эффективности работы на практике как минимум с двумя датчиками (парой) одновременно и делать выводы о целесообразности широкого внедрения изобретения.For example, the results are shown graphically in Table 1 using a measuring device with one capacitive fuel level sensor and a device with two sensors in the fuel tank of the vehicle, as described in the claims (paragraphs 7 and 8). The curves shown in graph 1 clearly show the differences between the proposed measurement method and the measurement method using only one sensor, which allows us to judge the operational efficiency in practice with at least two sensors (a pair) at the same time and draw conclusions about the feasibility of widespread implementation of the invention.
На таблице 1 и на графике 1 видно, что результы при измерении одного и того же объёма топлива на одном и том же транспортном средстве при использовании метода измерения уровня топлива в баке двумя разными методами (с одним и двумя ёмкостными датчиками) практически совпадают при равномерном движении транспортного средства, а при изменении его скорости (как в случае ускорения, так и торможения), а также в случае, если транспортное средство находится в ином положении, чем горизонтальное, результы начинают отличаться. Это ещё ярче и нагляднее отражает преимущество использования для измерения уровня топлива в баке транспортного средства предложенного метода и измерительного устройства с двумя датчиками по сравнению с
аналогичным методом и устройством, где те же самые показатели регистрировались только одним датчиком.In table 1 and graph 1 it can be seen that the results when measuring the same fuel volume on the same vehicle when using the method of measuring the fuel level in the tank by two different methods (with one and two capacitive sensors) practically coincide with uniform movement vehicle, and when changing its speed (both in case of acceleration and braking), as well as if the vehicle is in a different position than horizontal, the results begin to differ. This even brighter and more clearly reflects the advantage of using the proposed method and a measuring device with two sensors for measuring the fuel level in the vehicle tank compared to a similar method and device, where the same indicators were recorded with only one sensor.
Все выше приведённые результаты подверждают. что цель изобретения достигнута.All of the above results are subject. that the objective of the invention has been achieved.
Использованные источники информации:Sources of information used:
1. Electronic Diesel Control EDC. BOSCH, 2001 , - стр.130.1. Electronic Diesel Control EDC. BOSCH, 2001, p. 130.
2. В.И.Анохин. Отечественные автомобили. M., Машиностроение, 1968, cтp.412.2. V.I. Anokhin. Domestic cars. M., Mechanical Engineering, 1968, p. 412.
3. Ф.Мейдза. Электронные измерительные приборы и методы измерений. M., Мир, 1990 (раздел 4.4 «Ёмкocтныe преобразователи))).3. F. Meijds. Electronic measuring instruments and measurement methods. M., Mir, 1990 (section 4.4 “Capacitive converters))).
4. Д.И.Агейкин, Е.Н.Костина, Н.Н.Кузнецова. Датчики контроля и регулирования (справочные материалы). M., Машиностроение, 1965 (гл.З «Дaтчики ypoвня» раздела III)4. D.I. Ageikin, E. N. Kostina, N. N. Kuznetsova. Sensors of control and regulation (reference materials). M., Mechanical Engineering, 1965 (Ch. Z "Level sensors" of section III)
5. Автоматизация, приборы контроля и регулирования производственных процессов нефтяной и нефтехимической промышленности. M., Недра, 1964 (книга 2 «Пpибopы» «Уpoвнeмepы ёмкocтныe» раздела III «Пpибopы для измерения уровня)))5. Automation, instruments for monitoring and regulating the production processes of the oil and petrochemical industries. M., Nedra, 1964 (Book 2 “Samples” “Capacity Levels” of Section III “Samples for Level Measurement)))
6. Электрические измерения неэлектрических величин. Ленинград, Энергия, 1975, cтρ.447.6. Electrical measurements of non-electrical quantities. Leningrad, Energy, 1975, p. 447.
7. Д.Химмельблау. Анализ процессов статистическими методами. M., Мир, 1973, cтp.947.
7. D. Himmelblau. Analysis of processes by statistical methods. M., Mir, 1973, p. 947.
Таблица 1. Сравнительная таблица измерений уровня топлива в баке транспортного средстваTable 1. Comparative table of measurements of the fuel level in the vehicle tank
Уровень топлива вFuel level in
Номера Время, баке, если датчиков п/п мин один дваNon Time, tank, if sensors s / n min one two
1 1 150 1521 1 150 152
2 2 150 1472 2 150 147
3 3 150 1503 3 150 150
4 4 150 1504 4 150 150
5 5 150 1505 5 150 150
6 6 150 1506 6 150 150
7 7 150 1507 7 150 150
8 8 150 1508 8 150 150
9 9 150 1509 9 150 150
10 10 150 15010 10 150 150
11 11 150 15011 11 150 150
12 12 150 15012 12 150 150
13 13 149 14413 13 149 144
14 14 149 15214 14 149 152
15 15 149 14915 15 149 149
16 16 149 14916 16 149 149
17 17 149 14917 17 149 149
18 18 148 14818 18 148 148
19 19 148 13919 19 148 139
20 20 148 15420 20 148 154
21 21 148 14821 21 148 148
22 22 147 14022 22 147 140
23 23 147 15023 23 147 150
24 24 147 14324 24 147 143
25 25 147 15225 25 147 152
26 26 147 14626 26 147 146
27 27 147 14927 27 147 149
28 28 146 14628 28 146 146
29 29 146 14629 29 146 146
30 30 146 14630 30 146 146
31 31 146 14631 31 146 146
32 32 146 14632 32 146 146
33 33 146 14633 33 146 146
34 34 146 14634 34 146 146
35 35 146 14635 35 146 146
36 36 146 14636 36 146 146
37 37 146 14637 37 146 146
38 38 146 14638 38 146 146
39 39 146 146 0 40 146 146 1 41 146 146 2 42 145 141 3 43 145 148
уровень топлива в39 39 146 146 0 40 146 146 1 41 146 146 2 42 145 141 3 43 145 148 fuel level in
Номера Время, баке, если датчиков п/п мин один дваNon Time, tank, if sensors s / n min one two
44 44 145 13844 44 145 138
45 45 144 14945 45 144 149
46 46 144 14346 46 144 143
47 47 144 14847 47 144 148
48 48 143 13548 48 143 135
49 49 143 14549 49 143 145
50 50 143 14150 50 143 141
51 51 142 14751 51 142 147
52 52 142 14152 52 142 141
53 53 142 14453 53 142 144
54 54 142 14154 54 142 141
55 55 141 14155 55 141 141
56 56 141 14156 56 141 141
57 57 141 14157 57 141 141
58 58 141 14158 58 141 141
59 59 141 14159 59 141 141
60 60 141 14160 60 141 141
61 •61 141 14561 • 61 141 145
62 62 140 13962 62 140 139
63 63 140 13563 63 140 135
64 64 140 15164 64 140 151
65 65 140 13665 65 140 136
66 66 140 14066 66 140 140
67 67 140 13967 67 140 139
68 68 140 13968 68 140 139
69 69 140 14569 69 140 145
70 70 139 13670 70 139 136
71 71 139 14171 71 139 141
72 72 139 13472 72 139 134
73 73 139 14273 73 139 142
74 74 138 13674 74 138 136
75 75 138 13975 75 138 139
76 76 138 13776 76 138 137
77 77 138 13877 77 138 138
78 78 138 13878 78 138 138
79 79 138 138 0 80 138 138 1 81 138 13879 79 138 138 0 80 138 138 1 81 138 138
82 82 138 138 3 83 138 138 4 84 138 138 5 85 138 138 6 86 138 138 7 87 138 141 8 88 137 133 9 89 137 143 0 90 137 139 1 91 137 137 2 92 137 137
Уровень топлива β82 82 138 138 3 83 138 138 4 84 138 138 5 85 138 138 6 86 138 138 7 87 138 141 8 88 137 133 9 89 137 143 0 90 137 139 1 91 137 137 2 92 137 137 Fuel level β
Номера Время, баке, если датчиков п/п мин один дваNon Time, tank, if sensors s / n min one two
93 93 136 13793 93 136 137
94 94 136 13694 94 136 136
95 95 136 13295 95 136 132
96 96 135 14196 96 135 141
97 97 135 13297 97 135 132
98 98 135 13798 98 135 137
99 99 135 13199 99 135 131
100 100 134 134100 100 134 134
101 101 134 134101 101 134 134
102 102 134 134102 102 134 134
103 103 133 134103 103 133 134
104 104 133 137104 104 133 137
105 105 133 131105 105 133 131
106 106 133 136106 106 133 136
107 107 132 133107 107 132 133
108 108 132 132108 108 132 132
109 109 132 132109 109 132 132
110 1 10 132 132110 1 10 132 132
111 1 11 132 132111 1 11 132 132
112 1 12 132 132112 1 12 132 132
113 113 132 132113 113 132 132
114 114 132 132114 114 132 132
115 115 132 132115 115 132 132
116 116 132 132116 116 132 132
117 117 132 129117 117 132 129
118 118 131 133118 118 131 133
119 119 131 126119 119 131 126
120 120 131 132
120 120 131 132