Датчики уровня топлива

Устанавливать или нет?

Часто, общаясь с людьми, пользующимися различными системами ГЛОНАСС/Gps мониторинга транспорта, возникает вопрос о датчиках уровня топлива (ДУТ) в баке автомобиля. Устанавливать или нет? Какую информацию даст подобный девайс? Окупится ли? Если устанавливать, то какой? Вообще, какие существуют варианты? Хотелось бы, что бы в конце нашей статьи читатель понял, что ему нужно, и принял для себя решение об установке (или не установке) датчиков уровня топлива.

Начну с описания различных типов ДУТов и постараюсь прояснить ситуацию с возможным многообразием вариантов. И так, датчики уровня топлива в основной своей массе классифицируются по двум параметрам:

1. Принцип действия:

• Емкостные
• Ультразвуковые
• Герконовые

2. Интерфейс передачи данных на GSM/GPS терминал (трекер):

• Цифровой, как правило, RS232/422/485
• Аналоговый
• Частотный

Наверное, в природе встречаются и еще какие-то варианты, но основная масса приборов это совместные вариации двух этих параметров ну и умноженные на многообразие различных фирм производителей.

Наибольшее распространение сегодня получили датчики, основанные на принципе измерения электрической емкости. Что из себя представляет такого сорта датчик? Фактически это конденсатор, где роль разнополюсных обкладок выполняет внешняя трубка (собственно так датчик и выглядит) и внутренняя трубка (установленная внутри внешней) или проволока, выполняющая роль второй обкладки конденсатора. К одной из сторон этой конструкции прикреплена коробочка, из пластика, содержащая в себе электронный прибор который собственно и измеряет емкость между двумя этими полюсами конденсатора. Установив эту конструкцию вертикально внутрь бака, мы получаем конденсатор переменной емкости. Емкость такого конденсатора будет обратно пропорционально зависеть от уровня топлива в баке. Чем выше уровень топлива в баке, тем меньше емкость конденсатора. Чем ниже уровень топлива в баке, тем больше воздушная прослойка между трубками (обкладками конденсатора), тем больше емкость конденсатора. Здесь нужно сразу заметить, что такого сорта датчики не способны измерять уровень жидкости, которая в своем составе содержит воду, или является водой в чистом виде. Потому как вода является проводником электрического тока, и обкладки конденсатора столь малой емкости будут просто замкнуты любым уровнем жидкости. Подобного рода датчики пригодны для измерения уровня только органических жидкостей, чем собственно и является дизельное топливо или бензин. Электронная схема, находящаяся в пластиковой коробочке и которая остается снаружи бака преобразует величину емкости конденсатора в электрический сигнал. А вот уже сигнал может быть цифровым, аналоговым или частотным. Цифровой, это набор нулей и единиц (двоичный код). Единица это высокий уровень, скажем 5 В, ноль – это ноль вольт, грубо говоря. Аналоговый – это уровень напряжения от 0 до 10 вольт, скажем 0 вольт – пустой бак, 5 вольт полбака, 10 вольт – полный бак. Частотный – это переменное напряжение различной частоты в зависимости от емкости конденсатора или, что прямо связано, уровня топлива в баке. Пример такого датчика здесь.

Второй тип датчиков это – ультразвуковые датчики. Здесь в основу принципа измерения положено физическое свойство, говорящее, что в разных средах скорость распространения звуковых волн разная. Чем более плотная среда, тем выше скорость распространения звуковых волн. Внутри ультразвукового датчика находится излучатель и приемник ультразвуковых волн. Часто в качестве такого излучателя используется пьезокерамическая пластина способная резонировать на частотах 40 кГц и выше. Дальше алгоритм измерения выглядит следующим образом. На пьезокерамическую пластину подается кратковременный электрический потенциал, который заставляет пластину резонировать и создавать ультразвуковые колебания. Ультразвуковая волна, распространяясь в жидкостной среде (топливо) доходит до границы раздела сред топливо-воздух, отражается и движется в обратном направлении к приемнику. Часто приемником и излучателем служит одна и та же пьезокерамическая пластина. Теперь уже ультразвуковая отраженная волна действует на пьезокерамику, которая в свою очередь создает разность потенциалов на выходе. Контроллеру, который управляет всем этим процессом, остается лишь померить время, которое ультразвуковая волна затратила на прохождение пути до раздела сред и обратно. Чем больше времени прошло с момента излучения и до момента последующего приема ультразвуковой волны, тем выше уровень топлива в баке. Чем ниже уровень в баке, тем короче время. Понятно, что датчики такого типа устанавливают на внешней стороне нижней стенки бака. И точность такого прибора сильно будет зависеть от геометрической формы бака. Дальше электроника время прохождения ультразвуковой волны преобразует в электрический сигнал, как и ранее, который может быть опять же цифровым, аналоговым или частотным, смотри выше описание емкостного датчика. Пример такого датчика здесь.

Последний тип датчиков – герконовый. Здесь принцип совсем прост. Есть некоторый набор герконов, расположенный на одной линии вертикально. Вдоль этой линии имеет возможность двигаться постоянный магнит, находящийся в поплавке. Ну и понятно, что чем выше уровень топлива в баке, тем более высокий геркон замыкает контакты, все предельно просто. Конструктивно такой датчик может быть выполнен, так же как и емкостной. Трубка внутри, которой герконы и поплавок с магнитом. На одном из концов этой трубки примитивная электроника, создающая электрический сигнал, который, как и в первых двух датчиках может быть цифровым, аналоговым или частотным. Понятно, что точность такого измерителя уровня жидкости будет сильно зависеть от количества установленных герконов, но есть и плюсы у данного датчика. Им можно измерять и уровень воды тоже. Впрочем, ультразвуковым датчиком уровень воды можно тоже измерять. Пример такого датчика здесь.

Поняв, какие в основе своей бывают датчики, теперь стоит упомянуть, что у всех у них есть еще один немало важный параметр, это относительная точность, обычно заявленная в процентах. Подробно по этому поводу хорошо и доходчиво написано вот тут. Кому не хочется сильно вникать в технологию передачи цифровых и аналоговых сигналов, разбираться в их отличиях, достоинствах и недостатка, скажу, что самым точным на сегодня является, ДУТ в основу которого заложен емкостной принцип измерения и выходной сигнал передается в цифровом виде, как правило, для этого используется один из последовательных интерфейсов RS232/422/485. Датчики фирмы Omnicomm имеют заявленную относительную погрешность измерения 1% (т.е. измеряя таким датчиком уровень жидкости например в 100 литровой бочке вы сможете с точностью до одного литра знать реальный объем)! Это фантастическая точность, которую можно достичь в идеальных лабораторных условиях. Датчики других производителей и основанные на ультразвуковом и герконовом измерении такой точностью не отличаются, их погрешность изначально составляет 2-3%. На практике же топливо в баке имеет возможность перемещаться во время движения автомобиля, при этом уровень топлива линейно соответствует объему лишь в том случае, если бак имеет форму правильного параллелепипеда, установленного строго горизонтально поверхности земли. Все это, а так же погрешности передающих устройств, задержка по времени в передаче сигнала и отображении, качество монтажа при установке оборудования приводит, так или иначе, к снижению точности всей системы измерения. Можно сказать, что реальная система измерения уровня топлива в баке работает идеально, если ее относительная погрешность находится на уровне 5-7%, именно на этот показатель и будем ориентироваться мы в наших дальнейших рассуждениях.

Теперь нужно понять, что же будет видеть и чем сможет пользоваться владелец данной системы. Что он получит на выходе? Результатом работы датчиков уровня топлива являются отчеты о расходе и приходе топлива в бак. Проще говоря, о заправках и расходовании. Часто в качестве такого отчета используется диаграмма расхода топлива, где по горизонтальной оси отложено время работы транспортного средства, а по вертикальной – уровень топлива в баке.

Вот пример такого отчета. Ниже, этот же отчет, с небольшими комментариями.

Красным выделены моменты заправок, синим – интервал времени, когда было равномерное потребление топлива двигателем транспортного средства. Видим, что на графиках присутствуют кратковременные резкие колебания – это как раз и есть показатель точности системы в целом. На данном графике нет участка, где был бы зафиксирован слив топлива, он бы выглядел тоже резкой вертикальной линией (как заправка), но только в обратном направлении и соответствовал бы резкому падению уровня топлива в баке. Понятно, что такое событие не осталось бы незамеченным, и точно бы указывало на время, и соответственно на место где слив топлива состоялся.

Теперь давайте зададим себе вопрос: «гарантирует ли идеальный (5-ти процентный) ДУТ Вам, что водитель или другой злоумышленник будет обязательно разоблачен»? Или, другими словами, смогут ли у Вас своровать топливо так, что Вы ничего не заметите, при условии, что Ваши авто оборудованы отличными датчиками уровня топлива? Ответ очевиден. ДУТ ничего не гарантирует! Да, смогут своровать, и Вы ничего не сможете предъявить! Как это возможно? Тоже очень просто.

Допустим Вы владелец тяжелого седельного тягача, бак у этого авто никак не меньше двухсот литров, а скорее и больше. Вы отправили свое авто в рейс и выдали деньги на топливо водителю, сами сели к монитору и внимательно наблюдаете за продвижением авто по карте и уровнем топлива в баке. Видите, что все отлично, сливов нет, трак движется по намеченному маршруту. При этом водитель (тоже не дурак, не будете же Вы идиотов нанимать на работу) делает следующее. Когда бак становится пустым, и подходит время заехать на заправку, он ровным счетом это и делает. Оплачивает 200 литров топлива (чек потом он Вам предъявит) и ... заливает в бак 190 литров. А остальные 10 заливает в заранее припасенную для такого случая емкость. Все, дело сделано. Датчику уровня топлива в силу того, что его точность 5% все едино, что 200 литров, что 190, он показывает некоторое усредненное значение. Как там встала машина на данной конкретной заправке, какой бок выше, какой ниже, поди разбери. А у водителя есть чек (документ между прочим, как говорил Женя Лукашин) и топливо в баке потом будет расходоваться равномерно. Так что водитель перед Вами чист как листок в тетрадке первоклассника 1-го сентября! А если у вашего тягача бак 400 литров, то можно сразу и 15-20 литров умыкнуть. А если 600 литров (а бывают и больше, а если баков несколько), то из рейса вообще можно миллионером вернуться, если конечно слишком дальний рейс :). Короче говоря, на любую техническую штуковину есть свой простой адекватный ответ. Датчики уровня топлива не решают проблему воровства, они, если так можно сказать, созданы для честных людей, которые не станут воровать не, потому что понимают, что за ними следят, а потому что это не хорошо с морально – этической точки зрения :).

Тогда возникает вопрос: «зачем они вообще нужны»? Какая от них польза? Ответ тоже очевиден. Нужны! И польза огромная! Представим себе, что Вы владелец парка тяжелых карьерных самосвалов или бульдозеров. Ваша техника сама по себе стоит огромных денег и трудится на каких-нибудь алмазных или золотодобывающих рудниках, ну или прозаичнее, на угольных разрезах. Час работы Вашей техники стоит как подержанные «жигули», и Вам крайне необходимо знать, куда и в какое время, подогнать топливозаправщик, что бы работы не останавливались. Не будете же Вы на БЕЛАЗЕ или Катарпиллере толкаться в очереди на заправку, которая находится в 40 километрах от карьера или разреза.

Или, к примеру, у Вас парк комбайнов, и все они работают в поле круглосуточно и каждая минута на вес золота. Как Вам узнать, когда и куда подогнать к каждой единице техники топливозаправщик? Все очень просто, если у Вас установлены ДУТы. И вот получается, что датчики уровня топлива созданы не для того, что бы, не давать своровать топливо, а для того что бы точно знать когда и в какую точку пространства подогнать топливозаправщик. И самым оптимальным образом организовать работу своей техники.

А если Вы все же очень боитесь, что у вас украдут некоторое количество (скорее всего не такое уж и большое) топлива, то выход один - не заводите парк техники. Как говорится, «если у вас нету тети, то вам ее и не потерять…» :).

Из всего вышесказанного, становится понятно, что устанавливать дополнительные датчики уровня топлива на малолитражки с объемом бака в 40 литров, скорее всего смысла не имеет, да и на магистральных тягачах они ничего не гарантируют и не от чего не страхуют. Так что же делать? Контролировать расход топлива, ведь все же необходимо. Пусть без фанатизма, не доводя ситуацию до паронаидального абсурда, когда хочется контролировать каждый слитый десяток литров топлива на общем объеме в тысячи литров. Ответ тоже имеется. Ведите учет топлива по пробегу. Но и здесь тоже не все идеально хорошо. Метод учета топлива по пробегу заранее менее точен, чем любой из возможных ДУТов. Точность этого метода сильно зависит от много числа параметров: возраста автомобиля, погодных условий, сезона эксплуатации (зима/лето), загрузки и т.д. Все эти параметры нужно постараться учесть при вычислении так называемой нормы расхода топлива на 100 км пройденного пути. При правильном подходе к этому вопросу можно добиться результата, что точность измерения расхода топлива будет в районе 7-10%. А это уже сравнимый результат с неплохими датчиками уровня топлива. Теперь давайте составим сравнительную таблицу, в которой постараемся провести анализ достоинств и недостатков обоих методов учета топлива.

Скорее всего, я учел не все параметры, которые возможны, но это основные на которые стоит обратить внимание при принятии решения об установке датчиков уровня топлива. Однозначного ответа на вопрос: «нужны датчики топлива или нет» не существует. В каждом конкретном случае нужно постараться понять, насколько они необходимы и насколько увеличат эффективность в условиях ведения данного конкретного бизнеса.

Так же нужно заметить, что большинство современных автомобилей сегодня имеют бортовой последовательный цифровой интерфейс, который называется CAN-шина. В данных передаваемых по этому интерфейсу уже, как правило, присутствует параметр, который показывает количество топлива в баке и устанавливать в такой автомобиль дополнительный ДУТ представляется крайне неразумной тратой денег. Достаточно оборудовать автомобиль трекером поддерживающим CAN протокол, и Вы получите данные по наполнению бака которые предоставляет производитель транспортного средства. При этом, не вмешиваясь в топливную систему автомобиля и не нарушив условий гарантийного договора на авто. Справедливости ради нужно сказать, что ультразвуковые датчики уровня топлива не требуют демонтажа топливной системы и для их установки не нужно прорезать дополнительные отверстия в топливном баке автомобиля. Однако, надежность этих датчиков на сегодняшний день и эксплуатационный ресурс крайне низки. Такого сорта датчики требуется устанавливать на внешней стороне днища топливного баке, в зоне сильного загрязнения и риска механического повреждения. Поэтому в серьез нужно рассчитывать, в случае необходимости установки ДУТа, на емкостные датчики, именно они сегодня являются наиболее надежными и точными.

Теперь зададим себе последний вопрос: «окупится ли, например, самый дорогой датчик уровня топлива, и за какой срок»? Ответ очевиден. Да, окупится! А срок будет зависеть от аппетитов воровства, которые остановит данное оборудование, от частоты использования самого транспортного средства, ну и стоимости топлива которое использует Ваш грузовик. Если Ваша машина в качестве топлива использует гептил, а не солярку, то срок окупаемости будет очень не большим :).