Введение
В настоящее время используются самые различные способы измерения уровня топлива в Воронеже. При этом доступное многообразие различных датчиков приятно удивляет и поражает своим богатым разнообразием – начиная от простых поплавковых моделей и заканчивая инновационными ультразвуковыми единицами. Между собой они отличаются своим принципом действия, характером конструкции и типом выходящего сигнала. При этом о принципах действия и особенностях конструкции подобных устройств можно запросто написать целую серию статей. Впрочем, мы же поговорим о типах выходного сигнала.
Различают следующие разновидности выходящего сигнала датчика – аналоговый, частотный или же цифровой. Далее рассмотрим их более детально и предметно.
Аналоговый выходной сигнал
Данная разновидность по праву считается одной из самых распространённых и потому самых популярных. Львиная доля штатных датчиков уровня топлива поплавкового характера на выходе имеют как раз аналоговый сигнал.
Использование аналогового сигнала подразумевает под собой кодировку имеющихся значений уровня определённой величины – чаще всего это значение напряжения или же тока. В случае, если датчик имеет сигнал от 0 до 10 В на выходе, в целом же это означает, что пустой бак имеет напряжение 0, а полный — 10 В. Промежуточные значения напряжения в полной мере соответствуют уровню от пустого до полного. По этой причине простота и универсальность и выступают главными достоинствами аналогового выходного сигнала.
Всё предельно просто и понятно: значению в 6 В соответствует 60% от высоты уровня бензина в топливном баке.
При этом нужно помнить о существовании погрешности показаний вольтметра. Её существование наглядно демонстрирует отличие нашего представления какого-либо параметра от реально имеющегося значения. Иными словами говоря, погрешность показывает степень нашего заблуждения.
При этом погрешность бывает двух типов – абсолютная и относительная.
При этом отдельно отметим, что проценты между собой могут сравниваться. Главный подвох традиционно кроется в том, что многие из нас считают, что чем меньше абсолютная погрешность, тем, соответственно, будет выше уровень точности измерения. Главной его причиной является то, что далеко не всё можно определить погрешностью измерительного датчика. Обязательно нужно учитывать целый ряд определённых факторов, которые, так или иначе, но всё же влияют на конечную стоимость измерения.
Первое, на чём нужно заострить своё внимание, это то, что общая погрешность проводимого измерения является величиной, состоящей из погрешностей всех измерителей и преобразователей, расположенных в канале измерения. В каждом измерителе уровня топлива присутствует, как минимум 2 измерителя:
В конечном итоге общая погрешность всего измерительного тракта является суммой всех погрешностей измерителя уровня, напряжения, а иной раз сюда ещё нужно дополнительно приплюсовывать величину погрешности преобразования уровня в напряжение. Конечно же, если она изначально не является составной частью общей погрешности датчика.
В виду выше сказанного, если каждое отдельно взятое преобразование или измерение имеет погрешность хотя бы в 1%, то в конечном итоге общая погрешность будет составлять уже целых 3%!
Вторым очень важным моментом является ошибочное толкование самого понятия «точности» и путаницы разных видов погрешности.
Все без исключения компании-производители оборудования, которые непосредственно работают с сигналами аналогового характера, указывают какие-то определённые параметры точности своих изделий. К примеру, «точность – 0,1%». Также нередко можно встретить пометки такого рода: «Относительная погрешность не превышает 0,5%». Подобным нехитрым способом можно достаточно легко ввести в заблуждение не особо просвещённого покупателя.
Итак, что такое точность, и из каких составляющих она образуется?
Под термином точности измерения подразумевается сумма приведённой основной погрешности, а также дополнительной погрешности, которая является следствием влияния тех или иных факторов. Иными словами говоря, она является производным от суммы погрешности измерения, дискретизации преобразования, промежуточных пересчётов, нелинейности, гистерезиса, калибровки, временной нестабильности из-за старения отдельных элементов и т.д.
Под термином дополнительной погрешности подразумевается та погрешность, которая была вызвана внешним влиянием на датчик или же измеритель. В большинстве случаев рассматривается только лишь влияние температурных колебаний, поскольку иные факторы оказывают практически ничтожное влияние, которым можно пренебречь.
Целый ряд компаний-производителей на своих изделиях указывает дополнительную погрешность в процентах из расчёта на каждые 10 градусов. Это делается для того, чтобы конечная точность измерителя или датчика при определённой температуре была подсчитана суммирования основной и вычисленной дополнительной погрешности. Так, дополнительная погрешность на каждые 10°С указана в размере 0,05%. Все изменения принимаются во внимание от нормальной, в большинстве случаев от 25°С. В этом случае при температуре в -25°С изменение температуры составляет 50°С, что в свою очередь вносит в финальную точность дополнительные +0,25% ошибки.
Компания Omnicomm дабы не утруждать себя арифметикой подобного рода, сразу приводит основную погрешность во всём диапазоне температуры эксплуатации своего изделия. К основной погрешности приплюсовывается дополнительная, что вызвано температурным изменением. И если погрешность указана на уровне в 1%, то во всём диапазоне температур суммарная погрешность не будет превышать этот самый 1%.
Также нужно обратить самое пристальное внимание на некоторое несоответствие входного диапазона измерителя и выходного диапазона датчика, которое очень сильно влияет на конечный результат измерений. Главное функциональное предназначение приведённой погрешности заключается в справедливости для всего диапазона измерения.
Если взять датчик уровня топлива с выходным сигналом в пределах 0-10 В, и начнём производить замер его значения вольтметром с погрешностью в 0,1%, однако рассчитанным на диапазон в 0-100 В, то таким образом точность будет составлять уже 1% — т.е. в 10 раз хуже. В виду этой особенности крайне важно, чтобы в случае сопряжения разных устройств входные и выходные диапазоны свободно учитывались.
Если взять навигатор со входом аналогового типа, который рассчитан на осуществление измерений напряжения в пределах от 0 до 30 В, и характеризуется достаточно неплохим пределом основной приведённой погрешности в 0,5%, и присоединить к нему датчик с выходным сигналом в пределах от 0 до 5 В, в конечном итоге можно увидеть, что конечная точность и дискретность будут составлять не менее 3%. В то же самое время если обрезать датчик подобного рода, сузив выходной сигнал, к примеру, с изначальных 5 до 4 В, погрешность будет ещё большей. К тому же тут ещё нужно будет учесть собственную погрешность датчика приведённого характера (например, 1%), дополнительную погрешность, вызванную температурными колебаниями, а также погрешность тарировки. По совокупности набегает достаточно много.
При возникновении желания задействовать датчик с выходным сигналом аналогового типа следует учитывать следующие нюансы:
Только лишь приняв во внимание общность всех выше указанных факторов, можно получить достоверный вопрос о том, какая всё-таки ошибка может получиться во время осуществления измерения.
К числу важных изъянов аналогового выходного сигнала также относится его относительная низкая защита от помех. Разумеется, есть различные решения в области создания электронных компонентов, да и хорошая проработанность отечественных и международных стандартов по электромагнитной совместимости (ЭМС) делают возможным создание решений, надёжно защищающих от негативного воздействия помех электромагнитного характера. Однако далеко не все компании-производители занимаются подобными вопросами, предпочитая больше акцентировать своё внимание на понижении стоимости самого изделия.
В конечном итоге ко всем составляющим точности проводимого измерения приплюсовываются ещё и измерения, вызванные непосредственным влиянием внешних помех. Произвести их измерения и оценку представляется возможным только лишь в процессе эксплуатации, поскольку компании-производители очень часто не приводят никакие характеристики. А их влияние очень часто искажает результат измерений сильнее, чем все ранее названные факторы.
Возникающая при работе с аналоговым сигналом низкая точность и низкий уровень защищённости от помех стали причиной, по которой инженеры начали осуществлять поиск другого способа передачи измеренного значения. Как следствие, были разработаны частотные и цифровые способы передачи сигнала выходного типа.
Частотный выходной сигнал
Выходное значение здесь кодируется посредством частоты импульсов в линии связи. Конечно, при этом все равно присутствует погрешность датчика, однако справедливости ради следует отметить, что она также присутствует во всех способах передачи выходного сигнала. Главным изъяном такого способа является его относительная медленность. Поэтому в случае возникновения необходимости передачи выходного сигнала, нужно увеличить частоту или же, как вариант, увеличить время самой передачи, что в свою очередь приводит к запаздыванию в работе системы. Снова-таки в ряде случаев это вполне приемлемо, а в других случаях – напротив, нет. В канале передачи данных присутствует погрешность, что вызвано необходимостью осуществления преобразования начального значения в требуемую нами частоту. Именно такие изъяны стали основной помехой на пути становления частотного способа передачи выходного сигнала стандартом, а, значит, и на пути его широкой популяризации. В то же самое время этот недостаток вовсе не присущ цифровому способу передачи значения выходного сигнала.
Промежуточным этапом между передачей аналогового и цифрового сигнала выступает частотный выходной сигнал. В этом случае кодировка выходного значения осуществляется в линии связи частотой импульсов. Основным достоинством способа подобного рода выступает сохраняемая универсальность выходного сигнала, а также отсутствие погрешности в работе измерителя.
Цифровой выходной сигнал
Реализация цифрового выхода датчиков уровня топлива стала возможной в результате стремительного развития современной техники, работающей на базе микропроцессоров. Подавляющее большинство современных датчиков оснащены микропроцессорами, посредством которой происходит пересчёт, линеаризирация и выравнивание первичных измерений. Использование микропроцессора делает возможным заметное снижение основной и дополнительной погрешности датчика. Также в нём происходит цифровая обработка имеющихся значений. Нет резона в дальнейшем преобразовывать это значение в аналоговый сигнал, проводить его по проводам, а потом опять-таки оцифровывать на приёмнике. В этом случае потеря точности и помехозащищённости на 99% гарантированы.На это идут разве что возможность обеспечить необходимый уровень совместимости приёмных устройств и датчиков разного характера.
Аналоговый сигнал при этом, как уже упоминалось ранее, носит универсальный характер.
При согласовании выхода датчика и входа приёмника данных на уровне интерфейса и протокола, вполне возможно передать результаты измерения сразу же в цифровом виде. При этом к 0 сведена возможность потери точности, обеспечивается надлежащий уровень защиты от помех.
В этом заключается один из главных доводом в пользу выбора выходов цифрового характера: в канале измерения присутствует один лишь первичный измеритель, служащий источником погрешности. Для него, как и раньше, необходимо, принимать во внимание основную приведённую и дополнительную погрешности. Однако здесь не нужно заботиться о том, как бы согласовать входной и выходной диапазоны, отсутствует погрешность вторичного измерения, отсутствуют напрочь помехи. В результате цифровые выходы с каждым годом становятся всё более развитыми и популярными у наших сограждан.
Заключение
Итак, в данной статье нами были рассмотрены все имеющиеся на сегодняшний день виды интерфейсов датчиков уровня топлива, каждый из которых имеет собственные «+» и «-». Надеемся, вы почерпнули для себя полезную информацию, на основании которой можно сделать правильный выбор.
Наша компания работает по принципу одного окна: вы можете заказать и услуги и приорести оборудование в одном месте
Разделы
