BRPI0609631A2 - sistema e método para a leitura do nìvel e composição de lìquido em um tanque de combustìvel - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MéTODO PARA A LEITURA DO NìVEL E COMPOSIçãO DE LìQUIDO EM UM TANQUE DE COMBUSTìVEL. é descrito um sistema de leitura de liquido (10) em que um sinal RF é aplicado em um circuito ressonante série. A bobina (65) do circuito ressonante é colocada próxima ao tanque de combustível (15), fazendo com que a radiação eletromagnética se propague para o espaço do combustível. O combustível age como uma carga elétrica no circuito ressonante de uma maneira proporcional ao volume do combustível no tanque e/ou às variações em propriedades elétricas do próprio combustível. O efeito de carga do combustível pode mudar a freqúência ressonante e/ou o Q do circuito ressonante. O efeito de carga do combustível é determinado monítorando uma mudança em um ou mais parâmetros elétricos associados com o circuito ressonante ativado, tal como uma tensão através do resístor no circuito ressonante. Mudanças nesta tensão são analisadas por um controlador, cujo resultado é usado para transmitir um valor indicativo do nível e/ou da composição do combustível.

Description

"SISTEMA E MÉTODO PARA A LEITURA DO NÍVEL E COMPOSIÇÃO DE LÍQUIDO EM UM TANQUE DE COMBUSTÍVEL"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção diz respeito a sistemas e mé-todos para a leitura de niveis e propriedades elétricas delíquidos armazenados em tanques de combustível e outros re-cipientes . Mais particularmente, esta invenção diz respeitoà leitura de niveis e propriedades de liquido pela propaga-ção ondas eletromagnéticas em um recipiente de liquido.

TECNOLOGIA ANTERIOR

Operadores de veiculo motorizado se baseiam em me-didores de combustível para prover informação precisa sobrea quantidade de combustível restante no tanque de combustí-vel. 0 método mais comum para a medição da quantidade decombustível restante no tanque de combustível de um veiculomotorizado é colocar uma bóia e alavanca mecânicas em umtanque. Quando o nivel do combustível muda no tanque a bóiafaz com que a alavanca pivote. Quando a alavanca pivota emresposta à mudança nos niveis de combustível um sinal elé-trico é gerado e/ou variado proporcionalmente. Esta variaçãono sinal elétrico é transmitida para um medidor de combustí-vel ou barramento de dados do veiculo externo ao tanque.Tais sistemas eletromecânicos de medição de combustível nãosão particularmente precisos e, certamente, exigem a insta-lação de um mecanismo no tanque. Reparo, substituição ou a-juste de um mecanismo interno de medição de nivel de combus-tível são problemáticos.

Sistemas de controle de motor em muitos veículosmotorizados e, particularmente, em veículos a combustívelflexível também têm a necessidade de conhecer o tipo e/ou acomposição do combustível que está dentro do tanque de com-bustível . Sensores de composição de combustível convencio-nais são complexos, caros e também não são capazes de mediros níveis de combustível.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção prove sistemas e métodos con-fiáveis, baratos e precisos para medir niveis e propriedadesdo liquido em um tanque usando um mecanismo que pode serinstalado externo ou interno ao tanque.

Em uma modalidade dos sistemas e métodos de leitu-ra de nivel de liquido da presente invenção, um sinal de ra-diofreqüência (RF) substancialmente senoidal de freqüênciaconstante é gerado e acoplado em um circuito de Indutância,Capacitância, Resistência (LCR) ressonante série. A bobina(indutor) do circuito ressonante é colocada próxima a umtanque de combustível plástico ou dentro dele fazendo comque radiação eletromagnética se propague para o espaço docombustível. Conseqüentemente, o combustível liquido dentrodo tanque age como uma carga elétrica para o circuito resso-nante série de uma maneira proporcional ao volume do combus-tível restante no tanque. 0 efeito de carga do combustívelpode ocasionar um deslocamento na freqüência ressonante docircuito e/ou uma mudança na indutância Q do circuito resso-nante. 0 efeito de carga do combustível é determinado moni-torando uma mudança em um ou mais parâmetros elétricos asso-ciados com o circuito ressonante ativado. Por exemplo, atensão através do resistor no circuito ressonante série podeser monitorada. Mudanças nesta tensão são detectadas e ana-lisadas por um controlador de sistema, cujos resultados sãousados para transmitir um sinal indicativo do nivel de com-bustivel. Esta transmissão pode ser na forma de um sinal e-létrico digital ou analógico.

Em uma modalidade da invenção, o componente resis-tivo do circuito LCR ressonante série é provido pela resis-tência interna do indutor em vez de por um resistor discre-to. Nesta modalidade, a medição das mudanças na tensão nocircuito ressonante pode ser feita através do indutor ou deuma parte dele.

Dependendo da posição e orientação da bobina desistema e/ou do uso dos planos terra e outros dispositivosdirecionais por RF, o parâmetro elétrico medido pode repre-sentar o volume do liquido em todo o recipiente ou o volumedo liquido em somente uma parte do recipiente.

O sistema e método podem ler e medir niveis de li-quido em outros recipientes incluindo tanques de óleo e tan-ques de água e não são limitados aos exemplos usados nestadescrição. O sistema pode ser usado em uma ampla variedadede ambientes científicos, de consumo, industriais e médicos.

Preferivelmente, o sistema inclui hardware e su-porte lógico de autocalibração que habilitam o sistema a de-terminar automaticamente uma freqüência ideal de operação dosistema. Em uma modalidade do sistema, a freqüência ideal deoperação do sistema é selecionada para ser uma freqüênciaacima ou abaixo da freqüência ressonante do circuito LCR sé-rie. A escolha desta freqüência de operação em relação àfreqüência ressonante permite maiores mudanças na queda detensão relativa às mudanças em volumes líquidos. Preferivel-mente, o sistema é ajustado para operar em uma freqüênciaentre um valor inferior e superior.

Em uma modalidade, a autocompensação é provida pa-ra que o parâmetro elétrico medido proveja uma indicaçãoprecisa do nivel de liquido no tanque, independente de vari-ações nas condições de operação, tal como temperatura ambi- ente. Em uma outra modalidade, o sistema pode medir - e sercalibrado para - variações nas propriedades elétricas dopróprio liquido.

O sistema pode incluir uma interface de dados fí-sica ou sem fio para facilitar a transmissão externa da me-dição compensada do sistema para um medidor de combustívelou para um controlador central no veiculo. Em algumas moda-lidades, o sistema pode transmitir dados brutos para um re-ceptor conectado em um controlador central, com a compensa-ção dos dados brutos sendo realizada no controlador central.

Os dados podem ser transmitidos periodicamente em resposta auma mudança por solicitação do controlador central ou porsolicitação de um dispositivo externo tal como um dispositi-vo de diagnóstico.

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um veicu-lo motorizado com os componentes do sistema de combustívelmostrados em fantasma.

A Figura 2 é um diagrama em blocos de uma modali-dade do sistema de leitura de liquido da presente invenção.A Figura 3 é um desenho esquemático elétrico deuma modalidade do sistema de leitura de liquido da presenteinvenção.

A Figura 4 é um desenho esquemático elétrico deuma segunda modalidade do sistema de leitura de liquido dapresente invenção.

A Figura 5 é uma vista lateral ampliada de uma bo-bina de antena usada na presente invenção mostrando adicio-nalmente sua posição em relação a um elemento do plano terra.

A Figura 6 é uma vista de topo de um tanque decombustível de veiculo no qual niveis de combustível são me-didos usando o sistema da presente invenção.

A Figura 7 é uma vista plana de uma modalidade deuma placa de circuito impresso (placa de sistema) na qual oscomponentes eletrônicos do sistema são montados e interco-nectados .

A Figura 8 (a) é uma vista lateral ilustrando es-quematicamente o relacionamento fisico entre um tanque deliquido, uma antena de bobina externamente posicionada e umplano terra usado em uma modalidade ilustrada da presenteinvenção.

A Figura 8 (b) é uma vista lateral ilustrando es-quematicamente o relacionamento fisico entre um tanque deliquido, uma antena de bobina internamente posicionada e umplano terra usado em uma modalidade ilustrada da presenteinvenção.

As Figuras 9 (a) e 9(c), juntas, mostram a montagemda placa de sistema em uma primeira posição em relação aotanque de combustível da figura 6.

As Figuras 9(b) e 9(c) , juntas, mostram a montagemda placa de sistema em uma segunda posição em relação aotanque de combustível da figura 6.

A Figura 10 (a) é uma vista em perspectiva de umaoutra modalidade da placa de sistema da presente invenção.

A Figura 10 (b) é uma vista em perspectiva da placade sistema da figura 10 (a) montada em um tanque de combustí-vel .

A Figura 11 é uma representação gráfica da respos-ta de freqüência do circuito de saída ressonante série dosistema depois da calibração inicial de freqüência.

A Figura 12 (a) é uma representação gráfica mos-trando os efeitos da temperatura nas leituras do nível decombustível do sistema antes da compensação da temperatura.

A figura 12(b) é uma representação gráfica mostrando uma linearização dos efeitos da temperatura nas lei-turas do nível de combustível do sistema.

A Figura 13 é uma representação gráfica mostrandoos efeitos da temperatura nas leituras do nível de combustí-vel do sistema com e sem compensação de temperatura usandoum algoritmo de compensação de temperatura linearizado deacordo com a figura 12(b).

A Figura 14 (a) é uma representação gráfica mos-trando os efeitos da temperatura nas leituras do nível decombustível do sistema durante um teste de direção de umtanque cheio até 1/4 do tanque de combustível com e sem com-pensação de temperatura usando um algoritmo de compensaçãode temperatura linearizado de acordo com a figura 12(b).

A Figura 14 (b) é uma representação gráfica mos-trando os efeitos da temperatura nas leituras do nivel decombustível do sistema durante um teste de direção de umtanque cheio até 3/8 do tanque usando um algoritmo de com-pensação de temperatura linearizado de acordo com a figura12(b) .

A Figura 14(c) é uma representação gráfica mos-trando os efeitos da temperatura nas leituras do nivel decombustível do sistema durante um teste de direção de 3/8 detanque até um tanque vazio usando um algoritmo de compensa-ção de temperatura linearizado de acordo com a figura 12 (b) .

A Figura 15 é uma representação gráfica da respos-ta do sistema enquanto a temperatura ambiente está variandopor toda a faixa de temperatura operacional.

A Figura 16 é um fluxograma ilustrando as etapasassociadas com o algoritmo de compensação de temperatura u-sado em uma modalidade do sistema.

A Figura 17 é um fluxograma ilustrando as etapasassociadas com a autocalibração do gerador de sinal de RF nainicialização do sistema.

A Figura 18 é um diagrama em blocos de uma confi-guração de teste usada para determinar os efeitos na saidado nivel de combustível do sistema ocasionados pelo uso dediferentes tipos de combustível no tanque de combustível doveiculo.

A Figura 19 é uma representação gráfica mostrandoos efeitos na saida do nivel de combustível do sistema oca-sionados pelo uso de diferentes tipos de combustível no tan-que de combustível do veiculo.

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

Um diagrama em blocos do sistema de medição de li-quido 10 desta invenção é mostrado na figura 2. Um controla-dor 30, que pode ser um microcontrolador, um circuito inte-grado de aplicação especifica (ASIC) ou um outro dispositivológico inclui um gerador de RF 35, um conversor analógicopara digital (ADC) 40 e um modulador de largura de pulso(PWM) ou conversor digital para analógico (DAC) 45. O con-trolador 30 inclui adicionalmente suporte lógico embarcado /suporte lógico embutidos funcionais para controlar o geradorde RF 35, para receber e processar dados provenientes do ADC40 e para fazer com que o PWM / DAC 45 transmita dados ex-ternos ao sistema 10. 0 suporte lógico embarcado / suportelógico no controlador 30 também inclui módulos que implemen-tam os algoritmos de autocalibração e de compensação supra-descritos.

Ainda em relação à figura 2, a saida do gerador deRF 35 é transmitida para a chave de antena 55 que pode in-cluir um amplificador de RF e/ou sistema de circuitos quecasam para efetivamente acoplar o sinal de RF em um circuitoressonante série que inclui um capacitor ressonante 60, umindutor ou bobina ressonante 65 e um resistor 70. Um termi-nal do resistor 70 é eletricamente conectado à terra do sis-tema. O outro terminal do resistor 70 é eletricamente conec-tado na entrada analógica do ADC 40. Assim, de acordo com umaspecto da invenção, mudanças na tensão através do resistor70 são convertidas em sinais digitais pelo ADC 40 para quetais sinais digitais possam ser adicionalmente processadospelo controlador 30. Assim, o controlador 30 converte o si-nal representando uma mudança no parâmetro elétrico do cir-cuito ressonante em um sinal de nivel de liquido que é pro-vido diretamente para o medidor de combustível do veiculo oupor meio de um barramento de dados do veiculo.

Na modalidade mostrada na figura 2, o circuitoressonante série pode ser caracterizado como um circuito deantena no qual o indutor ressonante 65 funciona como um com-ponente de radiação que direciona energia de RF para o tan-que de combustível 15. Em outras modalidades, um componentede radiação separado (não mostrado) pode ser acoplado nocircuito ressonante. Também, na modalidade da figura 2, ocomponente resistivo R do circuito LCR ressonante série éilustrado como um resistor discreto 70. Entretanto, o compo-nente resistivo R também pode ser provido como uma resistên-cia interna do indutor ou bobina ressonante 65 em vez de umcomponente discreto separado. Em uma modalidade como esta,as mudanças na tensão são medidas através do indutor resso-nante 65 ou de uma parte dele.

Embora o escopo da presente invenção não seja li-mitado a nenhuma topologia de circuito em particular, a fi-gura 3 é um diagrama esquemático de uma modalidade do siste-ma 10 mostrada na forma de diagrama em blocos da figura 2. Afigura 4 é um diagrama esquemático de uma outra modalidadedo sistema usada nos testes descritos a seguir.

Preferivelmente, os componentes eletrônicos dosistema 10 são montados em uma placa de sistema tal como umaplaca de circuito impresso (PCB) unitária 85 mostrada na fi-gura 7, com a bobina 65 tendo uma geometria, orientação eposição na PCB 85 para prover acoplamento ideal de energiade RF externo à PCB 85. A placa de circuito impresso 85 podeser rigida ou flexível, com ou sem um fundo adesivo. A figu-ra 6 mostra uma modalidade de um tanque de combustível plás-tico de veiculo 15 que é convencionalmente montado na tra-seira de um veiculo 20, da forma mostrada na figura 1. 0tanque de combustível 15 é acoplado em comunicação fluidicacom o motor do veiculo e com os sistemas de emissão por meiode uma ou mais linhas de fluido 25.

Da forma mais bem vista nas figuras 9 (a)-(c), aPCB 85 é anexada em uma parede externa do tanque de combus-tível 15 em uma posição que prove a leitura das mudanças nonivel do liquido desejado, tanto em todo o tanque 15 quantoem somente uma parte do tanque 15.

Em algumas modalidades do sistema 10, uma estrutu-ra de plano terra 75 é posicionada próxima e atrás da bobina65 para focalizar e direcionar a energia de RF da bobina 65para o tanque 15, da forma mostrada nas figuras 5 e 8. Namodalidade da figura 8 (a), o plano terra 75 está espaçadoaproximadamente 2 mm da bobina 65 embora outras modalidadespossam usar espaçamentos diferentes, por exemplo, da formamostrada na figura 5. Quando um escudo de proteção térmica14 for usado no tanque de combustível 15 (da forma mostradana figura 6) , o escudo de proteção térmica pode ser opcio-nalmente usado como a estrutura de plano terra 7 5 como umamedida adicional de redução de custos.

A bobina 65 pode ser anexada ou incorporada em umacorreia (não mostrada) que prende o tanque de combustível 15no veiculo. Isto irá evitar o custo da modificação de umtanque de combustível convencional para aceitar uma bobinadiretamente montada 65 ou PCB 85. Além do mais, se a correiade montagem do tanque estiver aterrada no veiculo, a própriacorreia pode funcionar como a estrutura de plano terra 75,reduzindo mais custos.

Em uma ainda outra modalidade do sistema 10 mos-trada na figura 8(b), o circuito LCR ressonante série, oupelo menos a bobina 65, pode ser montado dentro do tanque decombustível 15. Se um plano terra 75 for usado, ele tambémpode ser posicionado dentro do tanque 15 entre a bobina 65 ea parede do tanque.

Uma outra modalidade da PCB 85 e da montagem dotanque de combustível é mostrada na figura 10. Nesta modali-dade, a PCB 85 está anexada em uma chapa de montagem 17 quetambém pode agir como um dissipador de calor. Então, a chapade montagem 17 é anexada em uma parede do tanque de combus-tível 15. A PCB 85 inclui adicionalmente um conector 16 queconecta eletricamente o sistema 10 no sistema elétrico doveiculo e no barramento de dados do veiculo com propósitosde transmissão de um sinal de nivel de combustível. O sinalde nivel de combustível pode ser transmitido usando uma co-nexão fisica (estrutural) ou usando uma conexão sem fio.

Quando a PCB 85 e a bobina 65 são posicionadaspróximas do tanque 15 ou dentro dele, da forma mostrada, oliquido no tanque 15 irá carregar eletricamente o circuitoressonante série formado pelo capacitor 60, pela bobina 65 epelo resistor 70. Desta maneira, quando o controlador 30 a-tiva o gerador de RF 35, a bobina 65 é ativada por um sinalde RF substancialmente senoidal em uma freqüência constante.A carga ocasionada pelo combustível próximo à bobina 65 irátanto reduzir o Q do circuito ressonante quanto mudar suafreqüência ressonante. Em ambos casos, a tensão medida atra-vés do resistor 70 (ou através da resistência interna da bo-bina 65) variará em uma quantidade que é proporcional a umamudança no nivel de combustível em função de uma mudançacorrespondente na impedância da bobina 65. Esta mudança natensão é convertida em um sinal digital no ADC 40 e proces-sada pelo controlador 30 para que uma saida de dados corres-pondentes do PWM / DAC 45 possa ser transmitida para um me-didor de combustível ou controlador central do veiculo (nãomostrado) .

Outras modalidades do sistema 10 podem usar umcircuito ressonante paralelo com outro dispositivo para me-dir um parâmetro que representa uma mudança na carga do cir-cuito ressonante ocasionada pelas mudanças no nivel do com-bustível no tanque.

Preferivelmente, a freqüência de operação do gera-dor de RF 35 é ajustada para que ela seja ligeiramente supe-rior à freqüência ressonante do circuito LCR ressonante sé-rie . Da forma mostrada na figura 11, a freqüência de opera-ção do sistema é selecionada para definir uma janela de lei-tura do nivel do liquido em uma parte relativamente Íngremeda curva de resposta de freqüência, desse modo, provendosensitividade máxima às mudanças no nivel do liquido. Quandoa placa de circuito impresso 85 e a bobina 65 são colocadasem um tanque de combustível 15, o circuito ressonante sérieterá uma freqüência ressonante diferente que varia de tanquepara tanque em função de tolerâncias do componente, tolerân-cias nas dimensões do tanque, nas dimensões da bobina, nalargura da trilha, etc. Preferivelmente, a fim de compensarestas variações, é usado um método de autocalibração. Em umamodalidade de um método como este, o controlador 30 incluium módulo de calibração que descobre a freqüência ressonante(fc) do circuito ressonante série depois da primeira inicia-lização (ou mediante solicitação) e, então, ajusta freqüên-cia de operação do gerador de RF 35 para uma freqüência (f1)para que o sistema esteja operacional na inclinação linearpor toda a faixa de temperatura operacional (-40 °C até +80°C) .

Em relação ao fluxograma da figura 17, o controla-dor 30 varia a freqüência f do gerador de RF 35 em etapas de0 até 255, onde 0 corresponde à freqüência mais baixa (6,34MHz) e 255 corresponde à freqüência mais alta (9,66 MHz) .Entretanto, o uso do sistema não é restrito a estas freqüên-cias. Em uma modalidade, a freqüência mais baixa é 7,4 MHz ea freqüência mais alta é 8,3 MHz. Para cada freqüência, ocontrolador 30 amostra os dados provenientes do ADC 40 e lêa tensão V através do resistor 70. O controlador 30 varia afreqüência de operação f (varrendo a freqüência de baixa pa-ra alta ou de alta para baixa) a fim de descobrir a freqüên-cia ressonante do circuito ressonante série. Então, o con-trolador 30 ajusta e fixa a freqüência fl em um ponto em umaseção substancialmente linear da curva de resposta de fre-qüência. A variação do tanque cheio até vazio deve estar nazona substancialmente linear (fl até f2) da forma mostradana figura 11. Uma vez que a freqüência de operação nominaldo sistema 10 é selecionada, ela pode permanecer fixa portodo o tempo em que o sistema 10 permanecer no veiculo.

Preferivelmente, componentes e sistemas eletrôni-cos em veículos motorizados irão operar apropriadamente emuma ampla faixa de temperaturas ambientes. Mudanças na tem-peratura podem induzir a erros de saida do sistema. Isto émostrado com dados brutos do sistema provenientes do ADC 4 0representados por meio do gráfico da figura 12 (a) e lineari-zados na figura 12 (b) . A fim de compensar os efeitos da tem-peratura, a saida do sistema é caracterizada por toda a fai-xa de temperaturas operacionais (-40 até +80 °C) em tanquevazio e cheio. A figura 15 mostra a saida de tensão do sis-tema em função da temperatura através de uma faixa de tempe-ratura completa. Como uma aproximação, o gráfico é divididoem seções, onde cada seção é linear seguindo as equações aseguir:

Se t < tl: V = aOT + bO

Se tl < t < tref: V = alT + bl

Se tref < t < t2: V = cst

Se t2 < t < t3: V = a2T + b2

Se t > t3: V = a3T + b3

Uma modalidade do sistema 10 mostrada na figura 4foi instalada em um veiculo de teste similar àquele mostradona figura 1. A bobina de sistema 65 foi enrolada e configu-rada como segue:

Número de voltas = 35Tamanho fisico = 50 mm x 50 mm, espiralLargura da trilha = 0,15 mm

Distância entre trilhas =0,4 mm (centro a centro)O circuito ressonante série incluiu os seguintesvalores de componente:L = 60 uHR = 33 ohmsC = 10 pF

O plano terra foi configurado para ter 50 x 50 mme ser posicionado alguns centímetros afastado da bobina 65,da forma mostrada na figura 8. O tanque de combustível 15tinha as seguintes dimensões: 1 = 950 mm, c = 670 mm, a =210 mm, com uma capacidade de combustível de aproximadamente80 litros. Note que se a resistência no circuito LCR resso-nante série for provida pela resistência interna da bobinaem vez de um resistor discreto, a resistência real provavel-mente será menor, na ordem de 20 ohms ou menos.

Em um primeiro teste, os efeitos da temperatura nasaida do sistema foram medidos como segue: o veiculo foiconduzido por 10 minutos e, então, parou por 20 minutos afim de obter um sinal de nivel de combustível (no ADC 40) emdiferentes temperaturas. Este teste foi repetido em três di-ferentes niveis de combustível (cheio, 3/4 e vazio). Os re-sultados do teste são mostrados no gráfico da figura 12(a) .Como percebe-se, a salda do ADC 40 em função da temperaturavaria de acordo com um padrão (oscilando ao redor de uma li-nha) em todos os niveis de liquido. Portanto, para compensara temperatura, como uma primeira aproximação, um algoritmode linearização simples foi implementado da forma mostradana figura 12(b).

Depois que o algoritmo de compensação de tempera-tura foi programado no controlador do sistema 30, o veiculofoi conduzido por 20 minutos partindo do frio (temperaturaexterior = -7 °C) com um tanque vazio. Os sinais da tempera-tura, do nivel de combustível e do nivel de combustível datemperatura compensada foram gravados da forma exibida nográfico mostrado na figura 13. A salda do ADC 40 do nivel decombustível compensado permanece estável aproximadamente em65 contagens (correspondente a um tanque vazio) quando atemperatura e o nivel de combustível medido variam. Assim, oalgoritmo de compensação de temperatura compensa as mudançasem função da temperatura para que o medidor de combustívelsempre mostre o nivel vazio atual.

Em um teste adicional, o veiculo foi conduzido por230 milhas (370 quilômetros) partindo com um tanque cheio,parando em intervalos regulares (aproximadamente a cada 30milhas (48,28 quilômetros)). Os sinais de temperatura, nivelde combustível e de nivel de combustível de temperatura com-pensada foram gravados. Os resultados são mostrados nas fi-guras 14(a)-(c). A leitura do sinal do nivel de combustívelcompensado proveniente do ADC 40 varia linearmente de 115até 90 quando a temperatura e o nivel de combustível medidovariam para cima e para baixo. Isto demonstra que o módulode compensação de temperatura compensa as mudanças em funçãoda temperatura para que o medidor de combustível sempre mos-tre o nivel real.

O sistema 10 da presente invenção também pode serusado para detectar variações nas propriedades elétricas as-sociadas com diferentes líquidos colocados no tanque 15. Porexemplo, se óleo diesel for colocado em um tanque de combus-tível de um veiculo que opera a gasolina (ou vice-versa) ,este erro pode ser detectado mediante a ativação do sistema.Usando uma medida de tensão tomada através de uma parte docircuito LCR ressonante série, é possível determinar o tipoou composição do combustível liquido no tanque em função davariação nas propriedades elétricas do liquido. Usando aconfiguração de teste da figura 18, a figura 19 mostra per-fis de saida do sistema correspondentes aos diferentes tiposde combustível descritos na tabela a seguir quando colocadosem um tanque de combustível.

<table>table see original document page 18</column></row><table><table>table see original document page 19</column></row><table>

Desta maneira, o sistema 10 da presente invençãopode ser usado como um sensor de composição de combustível,incluindo a detecção do tipo de combustível antes ou durantea medição do nivel de combustível atual. Em veículos a com-bustível flexível que podem operar com diferentes composi-ções de combustível (por exemplo, E85, E10, E20), preferi-velmente, os sistemas de controle de motor são eletronica-mente informados da composição do combustível no tanque paraque os ajustes de controle do motor necessários possam serfeitos. Por exemplo, comparando a saida atual do sistema comperfis de saida armazenados associados com propriedades elé-tricas de certas composições de combustível, o sistema destainvenção pode prover esta funcionalidade (junto com a medi-ção do nivel de combustível) sem os custos adicionais dossensores convencionais de composição de combustível, tal co-mo aquele descrito na patente US 6.927.583, que é aqui in-corporada pela referência.

Os perfis de saida do sistema determinados da for-ma ilustrada nos exemplos das figuras 18 e 19 também podemser usados para compensar a leitura do nivel do liquido deacordo com o tipo de liquido no recipiente.

Preferivelmente, o gerador de RF 35 irá prover ni-veis de energia de RF de acordo com as restrições e exigên-cias dos regulamentos FCC / ETSI, conforme apropriado.

Assim, embora tenham sido descritas modalidadesparticulares da presente invenção de um Sistema e Método pa-ra a Leitura do Nivel e Composição do Combustível em um Tan-que de Combustível inéditos e úteis, não pretende-se quetais referências sejam interpretadas como limitações do es-copo desta invenção, exceto conforme apresentado nas seguin-tes reivindicações.

Claims (43)

1. Método para a leitura de uma propriedade de umliquido em um recipiente, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:(a) gerar um sinal de RF em uma freqüência de ope-ração;(b) acoplar o sinal de RF em um circuito ressonan-te, o circuito ressonante tendo uma freqüência ressonante eincluindo um indutor posicionado próximo ao liquido no reci-piente; e(c) medir uma mudança em um parâmetro elétrico as-sociado com o circuito ressonante ocasionada por uma varia-ção em pelo menos uma propriedade do liquido próximo ao in-dutor .

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma propriedadedo liquido no recipiente é volume e a mudança medida no pa-râmetro elétrico é em função de uma variação no volume doliquido no recipiente.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que é medido o volume do liquidoem todo o recipiente.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que é medido o volume do liquidoem uma parte do recipiente.

5. Método, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:depois da etapa (c), converter a mudança medida emum valor representando o volume do líquido no recipiente.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma propriedadedo líquido é uma propriedade elétrica e a mudança medida noparâmetro elétrico é em função de uma variação na proprieda-de elétrica do líquido no recipiente.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de que o líquido é um combustível, orecipiente é um tanque de combustível e a variação na pro-priedade elétrica é em função da composição do combustível.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (c) compreende mediruma mudança na tensão no circuito ressonante.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (c) compreende mediruma mudança na freqüência ressonante do circuito ressonante.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:antes da etapa (a) , calibrar a freqüência de ope-ração do sinal de RF para compensar as propriedades físicase/ou elétricas do recipiente.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que a freqüência de operação écalibrada automaticamente.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de calibrar a fre-qüência de operação compreende:ajustar a freqüência de operação do sinal de RFpara que uma janela de leitura de volume de liquido seja de-finida em uma parte substancialmente linear de uma curva deresposta de freqüência próxima à freqüência ressonante docircuito ressonante.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de calibrar a fre-qüência de operação compreende:varrer a freqüência de operação do sinal de RF emuma faixa entre uma primeira freqüência e uma segunda fre-qüência; emedir um parâmetro do circuito ressonante enquantoa freqüência do sinal de RF é varrida.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira freqüência é apro-ximadamente 7,4 MHz e a segunda freqüência é aproximadamente-8,3 MHz.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:antes da etapa (b), amplificar o sinal de RF.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:depois da etapa (c) , transmitir a mudança medidapara um dispositivo externo.

17. Método para medir o volume de combustível emum tanque de combustível, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:(a) gerar um sinal de RF em uma freqüência de ope-ração;(b) acoplar o sinal de RF em um circuito ressonan-te com um indutor, em que o indutor está próximo do combus-tível no tanque;(c) medir uma mudança no valor de um parâmetro e-létrico variável do circuito ressonante; e(d) converter a mudança medida para um volume decombustível.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:antes da etapa (a), calibrar a freqüência de ope-ração do sinal de RF para considerar variações entre os tan-ques de combustível.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17,CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (d) compreende:compensar a mudança medida para a temperatura ambiente; ecalcular o volume do combustível no tanque usando o valor compensado.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:depois da etapa (d), transmitir o valor convertido.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de que o valor convertido é transmi-tido por meio de uma interface fisica.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de que o valor convertido é transmi-tido por meio de uma interface sem fio.

23. Método, de acordo com a reivindicação 17,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:antes da etapa (d), transmitir a mudança medida em valor.

24. Aparelho para medir o volume de liquido em umrecipiente, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:um controlador, o controlador incluindo um geradorde RF e um conversor analógico para digital (ADC);uma chave de antena com terminais de saida e ter-minais de entrada acoplados no gerador de RF; eum circuito ressonante acoplado na chave de antenae tendo um indutor posicionado próximo ao liquido no recipi-ente .

25. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24,CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador, a chave de an-tena e o circuito ressonante são montados em uma placa decircuito impresso.

26. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24,CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho é instalado exter-no ao recipiente.

27. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24,CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos o indutor do cir-cuito ressonante é instalado interno ao recipiente.

28. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente umplano terra posicionado próximo ao indutor de maneira talque o indutor seja posicionado entre o plano terra e o reci-piente e a energia de RF proveniente do indutor seja dire-cionada para uma parte particular do recipiente.

29. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24,CARACTERIZADO pelo fato de que o indutor do circuito resso-nante é posicionado dentro do recipiente e compreende adi-cionalmente um plano terra posicionado entre o indutor e orecipiente.

30. Sistema para medir o nivel de combustível emum tanque de combustível não metálico montado em um veiculomotorizado, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema compreende :um barramento de dados de veiculo;um gerador de RF funcional para gerar um sinal deRF em uma freqüência de operação;um circuito de antena eletricamente acoplado nogerador de RF, o circuito de antena compreendendo um circui-to ressonante e um componente de radiação montados próximoao tanque de combustível, o circuito ressonante tendo umacurva de resposta de freqüência centralizada ao redor de umafreqüência ressonante;um controlador operativãmente conectado no geradorde RF e no circuito de antena, o controlador sendo funcionalpara fazer com que a freqüência de ope-ração do gerador de RF fique próxima da freqüência ressonan-te do circuito ressonante, e para medir uma mudança em umparâmetro elétrico associado com o circuito ressonante oca-sionada pelas mudanças no nivel do combustível no tanque decombustível.

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adicionalmen-te funcional para transmitir a mudança medida no parâmetroelétrico.

32. Sistema, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adicionalmen-te funcional para converter a mudança medida no parâmetroelétrico em um sinal de nivel de combustível e para transmi-tir o sinal de nivel de combustível para o dito barramentode dados do veiculo.

33. Sistema, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que:o circuito ressonante é um circuito ressonante série; eo controlador compreende adicionalmente um módulode calibração operativo para fazer com que a freqüência deoperação do gerador de RF esteja em uma parte substancial-mente linear da curva de resposta de freqüência acima dafreqüência ressonante.

34. Sistema, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador compreende adi-cionalmente um módulo de compensação funcional para ajustaro sinal do nivel de combustível para mudanças na temperaturaambiente.

35. Sistema, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador compreende adi-cionalmente um módulo de compensação funcional para ajustaro sinal do nivel de combustível para mudanças nas proprieda-des elétricas do combustível no tanque.

36. Sistema, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente umplano terra montado no veiculo próximo ao componente de ra-diação de maneira tal que o componente de radiação seja po-sicionado entre o plano terra e o tanque de combustível, oplano terra e o componente de radiação cooperando eletrica-mente para direcionar energia de RF do componente de radia-ção para uma região selecionada do tanque de combustível.

37. Sistema, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de radiação éposicionado dentro do tanque de combustível e compreende a-dicionalmente um plano terra posicionado entre o indutor e otanque.

38. Método para a leitura de uma propriedade docombustível em um tanque de combustível, CARACTERIZADO pelofato de que compreende:(a) gerar um sinal de RF em uma freqüência de ope-ração;(b) acoplar o sinal de RF em um circuito ressonan-te, o circuito ressonante tendo uma freqüência ressonante eincluindo um indutor posicionado próximo ao combustível notanque; e(c) medir uma mudança em um parâmetro elétrico as-sociado com o circuito ressonante em que a mudança no parâ-metro elétrico é ocasionada por variações em uma propriedadedo combustível no recipiente.

39. Método, de acordo com a reivindicação 38,CARACTERIZADO pelo fato de que a propriedade do combustívelno recipiente compreende composição de combustível e em queo método compreende adicionalmente comparar a mudança medidano parâmetro elétrico com perfis armazenados associados comcomposições de combustível conhecidas.

40. Sistema para uso na leitura de uma propriedadedo combustível em um tanque de combustível de veiculo,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:um gerador de RF funcional para gerar um sinal deRF em uma freqüência de operação;um circuito de antena eletricamente acoplado nogerador de RF, o circuito de antena compreendendo um circui-to ressonante e um componente de radiação montados próximosdo combustível no tanque, o circuito ressonante tendo umacurva de resposta de freqüência centralizada ao redor de umafreqüência ressonante;um controlador operativãmente conectado no geradorde RF e no circuito de antena, o controlador sendo funcionalpara fazer com que a freqüência de ope-ração do gerador de RF esteja próxima da freqüência resso-nante do circuito ressonante,para medir uma mudança em um parâmetroelétrico associado com o circuito ressonante ocasionada pe-las variações nas propriedades elétricas associadas com di-ferentes composições do combustível no tanque, epara medir uma mudança em um parâmetroelétrico associado com o circuito ressonante ocasionada pe-las variações na propriedade do combustível no tanque decombustível.

41. Sistema, de acordo com a reivindicação 4 0,CARACTERIZADO pelo fato de que:o circuito ressonante é um circuito ressonante sé-rie; eo controlador compreende adicionalmente um módulode calibração operativo para fazer com que a freqüência deoperação do gerador de RF esteja em uma parte substancial-mente linear da curva de resposta de freqüência acima dafreqüência ressonante.

42. Sistema, de acordo com a reivindicação 40,CARACTERIZADO pelo fato de que a propriedade do combustívelinclui volume de combustível.

43. Sistema, de acordo com a reivindicação 4 0,CARACTERIZADO pelo fato de que a propriedade do combustívelinclui composição de combustível-