RU90195U1 - ULTRASONIC FUEL LEVEL SENSOR - Google Patents

Abstract

1. Ультразвуковой датчик уровня топлива, содержащий электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара, соединенный с входом управляющего модуля, отличающийся тем, что электроакустический преобразователь снабжен ультразвуковым и температурным датчиками, а управляющий модуль 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. ! 2. Ультразвуковой датчик уровня топлива по п.1, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит автономный источник питания, последовательно соединенный через таймер реального времени с входом процессора.1. An ultrasonic fuel level sensor containing an electro-acoustic transducer in contact with the outer surface of the tank bottom, connected to the input of the control module, characterized in that the electro-acoustic transducer is equipped with ultrasonic and temperature sensors, and the control module includes a processor, a signal generation and amplification unit, signal converters ultrasonic and temperature sensors, non-volatile memory unit, analog and digital interfaces, autonomous power supply I and the real time clock, wherein the ultrasonic transducers and temperature transducers connected via respective inputs to a processor, which outputs are connected to inputs of the block formation and amplification of a signal, the nonvolatile memory unit and the analog and digital interfaces. ! 2. The ultrasonic fuel level sensor according to claim 1, characterized in that the device further comprises an autonomous power source connected in series through a real-time timer to the input of the processor.

Description

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.The utility model relates to a control and measuring technique, designed to measure the liquid level in tanks and can be used to measure the fuel level in a fuel tank in order to control fuel consumption and the technical condition of the vehicle. Moreover, the device can be used both autonomously and as part of GLONASS / GPS vehicle monitoring systems as a source of telematics information.

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.A device for measuring the level of fuel in a fuel tank "float type" (RF patent No. 55973, IPC G01F 23/36, priority date 04/10/2006, published 08/27/2006), installed on an electric gasoline pump. In this device, the movement of the float located on the fuel surface depends on the fuel consumption and is converted through various transmission systems to the movement of the potentiometer brush, the resistance of which is a function of the fuel level in the tank. The disadvantage of the described device is the low reliability of the design during operation and the low accuracy of the measurements.

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.A device for measuring the fuel level in a fuel tank is known (RF patent No. 68124, IPC G01F 23/00, priority date 06/19/2007, published 10/11/2007), which contains a capacitive sensor, analog-to-digital converter, microprocessor and interface converter. The sensor leads are connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the microprocessor. The microprocessor output is connected to the input of the interface converter, the output of which is connected to a single-wire data transmission line to the data collection and transmission unit.

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.Closest to the claimed utility model and selected as a prototype is an ultrasonic device for measuring the liquid level in tanks (RF patent No. 30974, IPC G01F 23/28, priority date: 01/14/2003, published 10/07/2003), containing an electroacoustic contacting transducer with the outer surface of the bottom of the tank, connected to the first input of the electronic unit for transmitting and analyzing information, as well as a pipe of constant cross-section, located inside the tank coaxially with the contact surface of the electro-acoustic transducer and having perforation along the entire length. The specified pipe is rigidly connected to the bottom of the tank at the point of contact with the electro-acoustic transducer. This ultrasonic device contains an electronic angle sensor, the output of which is connected to the second input of the electronic unit for transmitting and analyzing information. The disadvantage of the prototype is the low accuracy of measuring the level of liquids in various climatic conditions, as well as the need to insert the sensor into the fuel tank, which is usually unacceptable for vehicles operating under leasing conditions.

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.The task to which the proposed utility model is aimed is to increase the accuracy of measuring the level of fuel in the vehicle’s fuel tank in various climatic conditions, given the change in fuel density in the summer and winter seasons of operation and the possibility of GLONASS / GPS monitoring of the vehicle, as well as the opportunity measuring the fuel level without immersing the measuring equipment in the fuel, without interfering with the tank design and maintaining the indication of the standard device.

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.Improving the accuracy of measuring the fuel level in a utility model is provided by the fact that the proposed device comprises an electro-acoustic transducer equipped with ultrasonic and temperature sensors in contact with the outer surface of the tank bottom and connected to the input of the control module, which includes a processor, a signal generation and amplification unit, ultrasonic and signal converters temperature sensors, non-volatile memory unit, analog and digital interfaces, autonomous power supply and a real-time timer, the ultrasonic and temperature sensors being connected through corresponding transducers to the inputs of the processor, the outputs of which are connected to the inputs of the signal conditioning and amplification unit, non-volatile memory unit, and analog and digital interfaces.

Кроме того, заявляемое устройство может содержать автономный источник питания, последовательно соединенный через таймер реального времени с входом процессора.In addition, the inventive device may contain an autonomous power source connected in series through a real-time timer with the input of the processor.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings.

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.In figure 1. shows a functional diagram of the inventive device. It includes an electro-acoustic transducer 1, containing an ultrasonic sensor 2 and a temperature sensor 3, as well as a control module 4, containing a processor 5, a signal forming and amplifying unit 6, a signal transducer of an ultrasonic sensor 7, a signal transducer of a temperature sensor 8, a non-volatile memory unit 9, and an analog interface 10, digital interface 11, autonomous power supply 12, and a real-time timer 13. In this case, the input of the ultrasonic sensor 2 is connected to the output of the processor 5 through the formation unit and amplification of the signal 6, and its output is connected to the input of the processor 5 through the signal converter of the ultrasonic sensor 7. The output of the temperature sensor 3 is connected to the input of the processor 5 through the signal converter of the temperature sensor 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.Figure 2 shows the arrangement of structural elements of the inventive device. The diagram shows a tank 14 with fuel, the level 15 of which is to be measured, as well as an electro-acoustic transducer 1 in contact with the outer surface of the bottom of the tank 14 and connected to the input of the control module 4. In figure 2, solid and dashed lines schematically show, respectively, the probing and ultrasonic pulses reflected from the surface 15 of the liquid fuel.

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.The inventive device operates as follows. At the command of the processor 5, the signal conditioning and amplification unit 6 generates and supplies electrical signals to the input of the ultrasonic sensor 2. An ultrasonic transducer 2 converts these electrical signals into acoustic ultrasonic pulses that penetrate through the bottom of the reservoir 14 into the liquid fuel filling the reservoir 14. These ultrasonic pulses propagate in the liquid fuel, reach its surface 15 and partially reflect from it. The reflected acoustic pulses are recorded by the ultrasonic sensor 2, converted into electrical signals and fed to the input of the signal converter of the ultrasonic sensor 7, from the output of which they are fed to the input of the processor 5. The processor 5 is equipped with an internal timer, which makes it possible to measure the delay time T of the input to the ultrasonic sensor 2 acoustic signal reflected from the surface of the liquid fuel 15 relative to the moment of emission of a probing ultrasonic pulse by this sensor. The level of liquid fuel 15 in the tank 14 can thus be defined as the distance H from the bottom of the tank 14 to the surface of the liquid and is calculated by the formula H = VT / 2, where V is the speed of sound in the liquid fuel. It is known that the speed of sound in a liquid depends on its density, and the density, in turn, depends on temperature. Vehicles operating in various climatic conditions are subject to significant temperature extremes, which can reach several tens of degrees. In addition, it is known that fuel undergoes significant heating during engine operation, as continuously circulates between the engine and the fuel tank, and, accordingly, cools while the engine is not running. To improve the accuracy of measuring the level of liquid fuel 15 according to the calculation, it is necessary to control the current (at the time of measurement) value of the speed of sound depending on the temperature of the liquid. In this device, the value of the speed of sound is selected based on the data received by the processor 5 from the output of the temperature sensor 3 through the signal converter of the temperature sensor 8. The processor 5 of the device calculates the fuel level 15 in the tank 14 and enters this data into the non-volatile memory unit 9, and also transfers this data to the inputs of analog 10 and digital 11 interfaces. From the outputs of these interfaces, data can be transmitted, for example, via wireless telecommunication channels to a dispatching service that monitors the movement and technical condition of vehicles. Autonomous power supply 12, connected in series through a real-time timer 13 with the input of the processor 5, provides data recording, processing and storage in a non-volatile memory unit 9 in the event of an unauthorized power failure of the device.

Claims (2)

1. Ультразвуковой датчик уровня топлива, содержащий электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара, соединенный с входом управляющего модуля, отличающийся тем, что электроакустический преобразователь снабжен ультразвуковым и температурным датчиками, а управляющий модуль 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.1. An ultrasonic fuel level sensor containing an electro-acoustic transducer in contact with the outer surface of the tank bottom, connected to the input of the control module, characterized in that the electro-acoustic transducer is equipped with ultrasonic and temperature sensors, and the control module includes a processor, a signal generation and amplification unit, signal converters ultrasonic and temperature sensors, non-volatile memory unit, analog and digital interfaces, autonomous power supply I and the real time clock, wherein the ultrasonic transducers and temperature transducers connected via respective inputs to a processor, which outputs are connected to inputs of the block formation and amplification of a signal, the nonvolatile memory unit and the analog and digital interfaces. 2. Ультразвуковой датчик уровня топлива по п.1, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит автономный источник питания, последовательно соединенный через таймер реального времени с входом процессора.

2. The ultrasonic fuel level sensor according to claim 1, characterized in that the device further comprises an autonomous power source connected in series through a real-time timer to the input of the processor.