Итак, речь о ТОЧНОСТИ измерения уровня Датчиками Уровня Топлива (ДУТ), устанавливаемыми в авто.
Речь о емкостных датчиках: Омником, Стрела, Техтонон, Epsilon и им подобным.
Все производители пишут погрешность 1%, (кто чуть больше или меньше - у кого остатки совести есть, у кого совсем нет - до 0.1%).
Утверждаем, что погрешность таких датчиков в любых условиях применения на авто составит более 10%.
Предлагаем поговорить о том, насколько заслуживают доверия используемые в автомобилях приборы для измерения количества топлива.
Предметом рассмотрения будут емкостные датчики, такие как Epsilon, Техтонон, Стрела, Омником и пр.
По данным производителей, в них погрешность составляет порядка 1%. Некоторые изготовители вообще обещают д 0,1 процента. Мы берем на себя смелость утверждать, что порой достигает 10%. Нередко она превышает 20%.
Работа емкостного датчика основана на изменении емкости цилиндрического коаксиального (проходного) конденсатора при изменении в нем уровня диэлектрика.
Для примера возьмем датчик длиной 1м, с диаметрами 5 (D1) и 20 (D2) миллиметров.
Для него формула емкости (С) будет выглядеть так:
С=40.13×Eps×L (пФ), где Eps - проницаемость жидкого диэлектрика (у нас это топливо), L - уровень топлива.
Зависимость прямая, поэтому, зная емкость, можно определить уровень топлива. Но остается еще диэлектрическая проницаемость жидкости (Eps), которую необходимо учитывать.
Зависит она от целого ряда факторов:
Жидкое топливо является неполярным диэлектриком, поэтому для него значение Eps невелико и составляет 2,1...3,2. (источники: 1,2,3).
Даже при самом приблизительном подсчете погрешность (Δ) будет велика:
Δ = (3,2 - 2,1) / ((3,2 + 2,1) / 2) ≈ 0,41 или 41% !!!
Но все не так плохо. Датчики калибруют под значение Eps=2.65. Сомнительное решение для практики, но в этом случае:
Δ = (3,2 - 2,6) / ((3,2 + 2,6) / 2) ≈ 0,207 или 20,7% !!!
Вдвое меньше, но емкостные датчики уровня топлива с такой погрешностью применения не найдут!!!
Погрешность уменьшается еще за счет того, что под различные сорта бензина, керосин и дизтопливо датчики калибруются отдельно. Например, для бензина выше А80 Eps составляет уже 2.1 - 2.4. В этом случае погрешность еще меньше:
Δ = (2,4 - 2,1) / ((2.4 + 2.1) / 2) ≈ 0,133 или 13,3% !!!
Наиболее распространенной примесью, прекрасно абсорбируемой топливом, является вода. Если сутки подержать бак открытым, топливо "обогатится" примерно 0,01 процента воды. Незначительное на первый взгляд изменение состава на многое влияет. Поскольку вода является полярным диэлектриком, ее проницаемость более чем в 40 раз выше, чем у топлива. Такая прибавка воды увеличивает проницаемость топлива как диэлектрика на 0,08. Изменение погрешности составит:
0.08/2.25 = 0,035 или 3,5% (Впечатляющее изменение!)
Нетрудно представить себе, что будет, если вода будет добавлена в бак в больших количествах умышленно.
Еще больше влияют на проницаемость бензина различные добавки:
Вывод: для того, чтобы емкостные датчики уровня топлива имели погрешность на приемлемом уровне (не более 5%), они должны в автоматическом режиме определять и учитывать диэлектрическую проницаемость и проводимость топлива.
Источники:
1. Хиппель А. Р. "Диэлектрики и их применение" 1959
2. Эме Ф. "Диэлектрические измерения", 1967
3. Суслин М.А. "Микроволновый контроль авиационных ГСМ"
4. С.В. Балакин "ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ КЕРОСИНОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПЛОТНОСТИ"
5. Балакин С. В., Долгов Б. К., Филин В. М. "Опыт эксплуатации систем контроля заправки жидкостных ракет как основа создания системы нового поколения"
6. Балакин С. В., Дывак А. Н., Филин В. М. "Фазовый способ измерения уровня топлива жидкостных ракет"
7. МЕДВЕДЕВ, МИШИН, ШИВРИНСКИЙ "Емкостные уровнемеры топлива для автомобилей" ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 5/2003
