OMNICOMM LLS 5: как и зачем мы разработали адаптивный датчик уровня топлива

Александр Зиновьев, менеджер продукта "Датчики уровня топлива" OMNICOMM, рассказывает, как команда инженеров разработала адаптивный датчик уровня топлива OMNICOMM LLS 5, почему эта технология важна именно сейчас и с какими проблемами пришлось столкнуться в процессе.

Компания Omnicomm более 20 лет занимается разработкой технологий для контроля топлива и мониторинга транспорта. Мы первыми создали емкостной датчик уровня топлива для коммерческого использования и быстро стали лидерами по объему продаж и качеству оборудования.

Со временем ситуация, конечно, изменилась: конкуренты частично преодолели отставание, все выросли по качеству. Можно было улучшать характеристики стандартных емкостных датчиков: расширять функции, повышать надежность, защиту, то есть идти тем же путем, каким идут сейчас, например, производители смартфонов. Но мы решили создать принципиально новый продукт, революционный в своем сегменте - как первый iPhone.

У емкостного датчика топлива есть недостаток, который рынок воспринимает как данность из-за отсутствия альтернативы. При установке такие датчики калибруются под определенные технические характеристики топлива. Естественно, эти условия потом постоянно меняются, так же как и свойства топлива, которые зависят от множества факторов: тип присадок, сырье, метод переработки, температура воздуха и пр. На АЗС различных брендов каждый раз автомобиль заправляется топливом с новыми характеристиками, а датчик точно настроен только на один тип горючего. В итоге все датчики имеют погрешность. В среднем она составляет 3%, но может достигать и 10% и даже 30%. Это значит, что датчик может, например, “не увидеть” недолив на заправке. Вы спросите, много это или мало - 3%?

Мы проводили исследование в 2019 году, и выяснили, что треть автозаправок не доливают топливо примерно на 5%. Это мелочь, если у вас личный легковой автомобиль, но если у вас транспортный бизнес, для вас это уже проблема. В любой транспортной компании на переменные издержки приходится до 54% всех расходов. До 40% из них приходится на топливо. Фактически, это самая большая статья расхода. Если у вас автопарк из 50 машин, вы теряете на недоливе 1 млн руб в год. Средняя маржинальность на рынке минимальная, не более 5%, а некоторые работают себе в убыток. Поэтому даже датчики с погрешностью лучше, чем вообще отсутствие каких-либо датчиков.

Для решения многолетней проблемы мы решили разработать датчик уровня топлива с минимальной погрешностью, который бы автоматически калибровался в зависимости от типа топлива. Проект стартовал в 2015 году, а разработка MVP заняла два года.

В 2017 году мы начали полевые испытания новых датчиков: они измеряют уровень топлива в баке, анализируют технические свойства топлива и затем передают информацию об уровне через навигационный терминал в систему мониторинга транспорта.

Чтобы обкатать новую технологию, мы произвели небольшую партию датчиков под видом существующей модификации. Пришлось немного изменить конструкцию, хотя внешне это было и незаметно. Клиент, на машину которого был установлен новый датчик, не догадывался, что в нем предусмотрена функция автоматической калибровки.

Во время тестов всего работало 150 автоматических устройств, их работу мы анализировали удаленно с помощью платформы мониторинга транспорта. Тестирование длилось 8-9 месяцев. Мы отслеживали, на каких машинах установлено оборудование и как оно работает в реальных условиях. Самое главное - мы видели, как датчик автоматически менял калибровку в зависимости от топлива, или, если быть точнее, в зависимости от изменения диэлектрической проницаемости среды. В итоге тесты показали, что новые датчики действительно анализируют разницу в значениях диэлектрической проницаемости и могут подстраиваться под тип топлива. Так мы получили реальное обоснование преимущества новой технологии и смогли приступить уже к “официальному” тестированию.

У обычного датчика емкостного типа измеритель имеет только одну трубку со стержнем. Он представляет собой классический цилиндрический конденсатор, у которого меняется емкость при изменении диэлектрика внутри. Наш новый датчик состоит из двух измерительных элементов, которые запоминают значения “полный”, “пустой” для каждого из каналов, когда происходит первичная калибровка. Но у этих измерителей отличается длина: дополнительный канал (мы его также называем референсный) короче основного измерительного канала. Зачем это нужно? Датчик вычисляет разницу между показаниями двух каналов, а когда вы заливаете другое топливо в бак, то дельта измерений двух каналов изменяется, что говорит об изменении характеристики топлива. Зная, на сколько поменялись значения, датчик автоматически подсчитывает необходимый поправочный коэффициент, производит подстройку себя и выдает точные данные об уровне. Без второго дополнительного канала оценить изменение топлива было бы невозможно.

Для измерений мы разработали алгоритм, который называется FuelScan. Он находится в программе микроконтроллера и анализирует ту самую дельту, и на основе ее принимает решение, нужно калиброваться или нет. Важно еще, что мы повысили чувствительность датчика в несколько раз. Это стало открытием для заказчиков, которые внимательно следят за расходом топлива: на графиках появилось много новых значений и колебаний уровня топлива. Для некоторых клиентов с непривычки это даже стало проблемой, они просят сделать, как раньше, потому что привыкли видеть плавные графики. Сейчас мы решаем эту проблему таким образом, чтобы это не сказалось на качестве отображения данных.

Во время проведения приемочных испытаний в нашей лаборатории перед выпуском серийной партии мы выловили неприятный дефект: при установке датчика на бак у датчика треснул фланец. Мы испугались, что это дефект конструкции, хотя на самом деле инженер во время установки просто не рассчитал силу затяжки болтов. Мы все равно решили перестраховаться и отдали конструкцию на исследование в химическую лабораторию, где нам расшифровали состав сплава: содержание алюминия, углерода и примесей. И для производства серийной партии выбрали уже другой сплав алюминия, более прочный. На цену это никак не повлияло.

Первую коммерческую партию в 1000 штук, которую ставили уже по согласованию с нашими партнерами, мы выпустили в 2018 году. Перед стартом продаж мы решили покрасить датчик в черный цвет, чтобы придать ему более премиальный вид, все-таки он дороже стандартных датчиков. Но из-за покраски датчик мог кратковременно передавать неверные данные об уровне топлива. Оказалось, что краска могла попасть на место соединения и таким образом влияла на контакт в измерительном элементе. Сам контакт расположен между фланцем и трубкой датчика. Изначально он плотно обнимает трубку, то есть контакт есть во всех точках по окружности трубы. Но из-за того, что часть фланца могла быть окрашена, контакт мог кратковременно не соприкасаться с измерителем, и в таком случае могли возникать проблемы. Речь идет о малозаметных перемещениях, буквально на микроны, но этого достаточно, чтобы показания уровня топлива имели лишние колебания. В следующих партиях такого уже не было - мы учли этот момент и стали дополнительно защищать контакт при покраске.

Но в итоге нам удалось разработать и вывести на рынок по сути два датчика в одном. Точность измерения адаптивного LLS 5 - 99,5, т.е.погрешность не более 0,5% независимо от типа топлива. Адаптивность отличает разработку OMNICOMM от датчиков других производителей, у которых погрешность может соответствовать заявленной только в момент установки и только на топливе, использованном при калибровке. Цельнометаллическая литая конструкция датчика имеет степень защиты от проникновения пыли и влаги IP69K.

Благодарим всех наших партнеров, которые принимали участие в разработке и тестировании OMNICOMM LLS 5 и, особенно, коллег из компаний “Альянс” (Иркутск), “Омникомм Алтай”, “Омникомм Сервис” и др., которые помогли доработать технологию и повысить точность измерений датчика до 99,5% при любом типе топлива.