Всем доброго времени суток!
После установки датчика уровня газа на эффекте Холла я сразу заметил, что показания датчика как-то не очень линейно зависят от объема газа в баллоне. На первый взгляд, оно и понятно - у баллона сложная форма (приближенная к тороидальной), мало ли там как объем от высоты зависит. Кто-то знает формулу объема усеченного тора? Поди-ка посчитай!
Дело было вечером, делать было нечего. Вот вчера, значит, наконец сел да посчитал. Численно, естественно - используя электронные таблицы. За основу взял свой баллон. Результаты представлю ниже в виде графиков.
Чтоб было понятно, что от чего зависит, вот схема разреза баллона:
Угол α - угол между вертикалью и прямой, соединяющий центр "трубы" баллона с кромкой уровня газа. Нужен для расчета объема газа.
Угол β - угол между вертикалью и прямой, соединяющей ось поплавка с собственно самим поплавком.
h - высота уровня газа относительно дна баллона
Смотрим графики зависимости объема газа в баллоне от всех трех величин.
От уровня газа (в мм ) :
Смотри-ка, почти линейная зависимость! Все, что ниже 5л и больше 45, нас не интересует. 5л - соответствует уровню в 30мм - это нижний предел чувствительности поплавка. 45л - уровень отсечки.
Однако, уровень непосредственно нам измерить нельзя... Смотрим дальше. Зависимость от угла α. Есть, кстати, мультиклапаны, поплавок которых измеряет именно этот угол:
А вот и сама зависимость объема газа от угла α (в рад.)
Линейность уже хуже, но все равно еще очень даже ничего. Однако, владельцам наиболее распространенных мультиклапанов Томасетто более интересна зависимость от угла β. Смотрим ее:
Снова-таки, в рабочем диапазоне - очень даже ничего, близко к линейной зависимости.
Так почему же на практике датчик врут? У кого показывают полный баллон 250 км, а потом за 100-150 км резко "уходят" в 0. У кого (как у меня) - наоборот, за первые 100-150 км пробега быстро сбрасывают показания до половины, а потом остаток "растягивают" еще на 250 км. Странно, не так ли?
Ответ кроется в конструкции передачи от оси поплавка к магниту датчика. Вот как это выглядит:
Как видим, оси поплавка и магнита перпендикулярны. Но это полбеды. Что совсем худо - это тот способ, каким передается движение от одной оси на другую. Используется однозубая тангенциальная передача. Зависимость угла поворота магнита от угла поворота поплавка мало того, что ОЧЕНЬ нелинейна, так эта нелинейность еще и зависит от положения поплавка в момент наибольшего сближения рычагов (когда рычаги лежат в одной плоскости).
Рассмотрим случай при идеальной установке поплавка (α = 90 градусов и рычаги передачи находятся в одной плоскости, зависимость объема газа от угла поворота магнита относительно этой самой плоскости) :
Опа-опа, а это уже серьезнее. Однако, рабочий участок по-прежнему достаточно линеен.
Однако, у нас часто подгибают поплавок вверх-вниз на 10-15 градусов, нарушая, таким образом, "центровку". Вот что получится, если пплавок подогнут вниз на 10 градусов:
...вниз на 15 градусов:
А вот - если подогнуть вверх на 15 градусов:
Нелинейность очевидна. Более того, при увеличении величины подгибания поплавка эта нелинейность будет только увеличиваться. Это, собственно, и есть ответ: нелинейные показания датчика уровня вызваны особенностью конструкции мультиклапана и подогнутым поплавком.
Вот, собственно, все. Надеюсь, эта информация будет кому-то полезна.