BRPI1003596A2 - sensor de nÍvel de combustÍvel e mÉtodo para medir nÍvel de combustÍvel por condutividade elÉtrica e mÉtodo para identificar o tipo de mistura etanol/gasolina de um combustÍvel - Google Patents
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Abstract
SENSOR DE NÍVEL DE COMBUSTÍVEL E MÉTODO PARA MEDIR NÍVEL DE COMBUSTÍVEL POR CONDUTIVIDADE ELÉTRICA E MÉTODO PARA IDENTIFICAR O TIPO DE MISTURA ETANOL/GASOLINA DE UM COMBUSTÍVEL. A presente invenção refere-se a um sensor de nível de combustível, um método para medir o nível de combustível por condutividade elétrica e um método para identificar o tipo de combustível, sendo o sensor de nível de combustível (100) alojado dentro de um poço de seção retangular (3) dentro de uma parede de um tanque de combustível (2) ou em ressalto no interior do mesmo, tendo uma abertura inferior (7) para a entrada de combustível. O sensor (100) ainda compreende três elementos condutores paralelos (8, 9,10) separados por dois poços longitudinais (12, 13) para alojar o combustível que entra pela abertura inferior, os elementos ainda possuem terminais de contato (14,15,16), para fornecer contato com um circuito elétrico. O método para medir o nível de combustível consiste em aplicar uma tensão padrão (V_REF) entre dois terminais de contato (14, 15), sendo que a mesma que é aplicada ao circuito, e medir a tensão de saída entre os terminais (15, 16). O método para identificar o tipo de combustível consiste em medir a temperatura da mistura etanol/gasolina com um transdutor térmico e comparar com valores de condutividade pré-armazenados para encontrar a concentração de etanol na mistura.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SENSOR DE NÍVEL DE COMBUSTÍVEL E MÉTODO PARA MEDIR NÍVEL DE COM- BUSTÍVEL POR CONDUTIVIDADE ELÉTRICA E MÉTODO PARA IDENTI- FICAR O TIPO DE MISTURA ETANOL/GASOLINA DE UM COMBUSTÍ- VEL".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a um sensor de nível de combus- tível e método para medir o nível e o tipo de mistura etanol/gasolina de um combustível por condutividade elétrica, o sensor sendo constituído por um conjunto dotado de poços longitudinais, onde ficam localizados três elemen- tos condutores paralelos, com proporções diferentes de suas faces expostas ao combustível e utilizadas para medir o nível de combustível através de condutividade elétrica entre os elementos condutores. Este conjunto pode estar alojado, por exemplo, em uma parede ou em um ressalto do alojamen- to da bomba de combustível. A invenção também descreve um método para identificar o tipo de mistura etanol/gasolina do combustível. Descrição do Estado da Técnica
Numerosos sensores para medir o nível de combustível foram anteriormente desenvolvidos com diferentes disposições, conceitos e méto- dos para a medição de nível.
A patente norte-americana US 7.222.528 B2, descreve um sen- sor para detectar nível de combustível que inclui uma luva 32 colocada den- tro de um recipiente 24, uma pluralidade de condutores 46 e 48 e um mem- bro de canal 50 dentro da luva operando em conjunto para fornecer uma medida da condutividade do líquido no interior da luva 32. A medição do campo de condutividade entre os condutores fornece uma indicação do nível de fluido no interior do recipiente 24, pois quanto maior o nível de combustí- vel, maior será a condutividade entre os condutores. Como o campo de con- dutividade pode alcançar valores muito altos, um membro de canal 52 é co- locado no caminho entre os dois condutores, e possui um recorte em forma de canal na sua região central, que limita o campo de condutividade entre os dois condutores e facilita a medição. Este conceito se baseia na variação da condutividade entre os dois eletrodos circulares. O elemento central e isolante tem por função limitar a área de ação entre os eletrodos em casos de fluidos de alta condutividade. A medição ocorre por meio de sinais alternados e por estimativas de condu- tividade associadas à capacitância.
Como outro exemplo, a patente japonesa JP 60-122396 descre- ve um aparelho para detectar a variação no nível de líquido em um tanque usando um eletrodo de medição de profundidade de líquido a partir de um tubo duplo. O tubo externo 20 é eletricamente conectado ao eletrodo negati- vo 13 de um eletrodo de comparação CP. O tubo interno é um eletrodo posi- tivo. O óleo combustível F penetra entre os dois tubos interno e externo 20 e 21, pela parte de baixo, o que permite a medição do nível. O eletrodo de medição de profundidade de líquido é um tubo longo e o eletrodo de compa- ração é um tubo curto.
Em comparação com a presente invenção as anterioridades a- presentam aspectos construtivos muito mais complexos e princípios de me- dição diversos, com a necessidade de informações prévias a respeito da condutividade do líquido condutor.
As vantagens da presente invenção se destacam em alguns
pontos:
a) Aspectos Construtivos:
A utilização de elementos condutores metálicos em uma disposi- ção retangular (formato de placas retangulares) dentro de um poço de seção retangular, melhora o desempenho frente a outras geometrias, por exemplo, cilíndricas, permitindo uma medição mais estável. Especialmente nos casos onde é feita uma sobreinjeção dos eletrodos com material plástico o formato retangular é mais vantajoso.
Outros formatos de condutores podem influenciar na medição e nos parâmetros. O isolamento através do revestimento com um material plástico, também ajuda a diminuir as possibilidades de interferências exter- nas no sistema.
A existência de somente uma entrada de combustível pela parte inferior do conjunto, que deve ficar em contato com as faces dos elementos condutores, que ficam relativamente próximas uma da outra, também é um diferencial, já que elimina grandes oscilações de nível dentro do poço de medição. Esse diferencial é importante, por exemplo, em tanques de com- bustível para automóveis, onde os mesmos estão sujeitos a curvas, subidas e descidas.
b) Aspectos sobre a Medição:
A medição não necessita de procedimento manual a ser execu- tado pelo usuário, independe do combustível empregado e de sua condutivi- dade, além de ser instantânea.
A aplicação de tensão padrão sobre dois elementos condutores e o cálculo de nível de combustível unicamente com base na medição de uma tensão, que é um múltiplo da tensão padrão entre dois elementos con- dutores, torna o método mais simples, uma vez que a tensão é diretamente proporcional à condutividade entre os elementos condutores e esta também é diretamente proporcional à área de contato com o líquido.
c) Num mesmo dispositivo pode ocorrer a medição do nível de combustível e a identificação do tipo de mistura etanol/gasolina do combustível por condu- tividade e temperatura, através de comparação de parâmetros predefinidos:
O uso da condutividade é o conceito chave da presente inven-
ção, além de uma disposição e construção simples e econômica do conjunto de medição.
Breve Descrição da Invenção
A presente invenção descreve um sensor de nível de combustí- vel composto por um conjunto dotado de poços longitudinais de seção re- tangular nas quais se encontram eletrodos dispostos também em sentido longitudinal. O conjunto, que se encontra disposto no sentido vertical, apre- senta uma abertura inferior para a entrada de combustível.
O sensor apresenta um primeiro elemento condutor de metal (eletrodo de nível) com uma de suas faces exposta ao contato com um com- bustível em um primeiro poço longitudinal, tendo um terminal para fornecer contato com um circuito elétrico. Adicionalmente, o sensor apresenta um segundo elemento condutor de metal central (eletrodo central) com uma pri- meira face exposta para entrar em contato com um combustível no primeiro poço longitudinal e uma segunda face exposta para entrar em contato com um combustível no segundo poço longitudinal. O eletrodo central possui ain- da um terminal para fornecer contato com um circuito elétrico. O sensor compreende ainda um terceiro elemento condutor de metal (eletrodo de refe- rência) com duas porções, sendo uma primeira porção de metal com uma de suas faces exposta para entrar em contato com um combustível no segundo poço longitudinal e uma segunda porção de metal revestida por um material isolante, fornecendo isolamento entre esta porção e um combustível no se- gundo poço longitudinal. O eletrodo de referência ainda possui um terminal para fornecer contato com um circuito elétrico.
Além do exposto acima, a presente invenção descreve um mé- todo para medir o nível de combustível por condutividade elétrica, em que uma tensão padrão é aplicada entre os terminais do eletrodo de nível e o eletrodo central. Uma tensão de saída é medida entre os terminais do ele- trodo central e do eletrodo de referência, sendo esta um múltiplo da tensão padrão anteriormente aplicada. Esta tensão de saída é proporcionada por uma corrente que circula no dispositivo através do princípio de condutividade estabelecido entre os elementos condutores expostos ao combustível. A condutividade elétrica entre o eletrodo de nível e o eletrodo central é propor- cional à altura do combustível no poço entre os mesmos. A condutividade elétrica entre o eletrodo central e o eletrodo de referência serve de referên- cia, uma vez que ela é constante, já que a porção laminada do eletrodo de referência exposta ao combustível é fixa. Dessa forma, a proporção entre a condutividade referente à altura do combustível e a condutividade de refe- rência é idêntica à proporção entre a tensão padrão e a tensão de saída. Sendo conhecida a altura da primeira porção do eletrodo de referência, que sempre está submersa no combustível e sendo a mesma fixa, o nível de combustível no tanque será um múltiplo desta altura pelo princípio e pela proporcionalidade de condutividade, descritos acima. Uma grande vantagem da presente invenção é o fato de que a medição de nível pode ser feita de maneira completamente independente do tipo de combustível e da sua tem- peratura.
Adicionalmente, podemos de acordo com a presente invenção determinar o tipo de combustível que se encontra dentro do poço de seção retangular através da condutividade elétrica e da medição da temperatura do combustível. Trata-se de uma característica opcional da presente invenção e sem qualquer influência na medição de nível.
Para determinar o percentual de etanol na mistura eta- nol/gasolina é necessário, além do sensor de nível apresentado acima, um transdutor térmico, por exemplo, um termopar, com a finalidade de medir a temperatura do combustível uma vez que a condutividade do combustível muda de acordo com a sua temperatura. Assim, a partir de uma medida de temperatura e de condutividade entre o eletrodo central e a primeira porção do eletrodo de referência, que é o valor de referência, pode-se determinar a concentração de etanol no combustível com base em tabelas predetermina- das referentes à relação condutividade χ temperatura para diversas misturas de combustível. Breve Descrição dos Desenhos
A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descri- ta com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:
a figura 1 ilustra o conjunto do sensor de nível inserido dentro da parede do recipiente de uma bomba de combustível automotiva;
a figura 2 ilustra uma vista detalhada do conjunto do sensor de nível contendo três elementos condutores com um revestimento frontal de material plástico isolante;
a figura 3 ilustra a mesma vista da figura 2, porém sem parede lateral de revestimento de material plástico isolante;
a figura 4 ilustra a vista da figura 3, com as representações do nível mínimo de combustível;
a figura 5 ilustra a vista da figura 3, com a representação de ní- vel de combustível normal; a figura 6 ilustra um exemplo de circuito elétrico empregado para a medição do nível de combustível;
a figura 7 indica um fluxograma das etapas do método de medi- ção de nível de combustível;
a figura 8 indica um fluxograma das etapas do método de deter- minação do tipo de combustível; e
a figura 9 mostra um gráfico da condutividade do combustível para diversas misturas de gasolina com etanol. Descrição Detalhada das Figuras
A figura 1 mostra uma disposição do conjunto do sensor de nível de combustível 100 dentro da parede 2 de um recipiente de bomba de com- bustível 1. Através da mesma ainda pode ser identificado que o conjunto 100 tem seção retangular longitudinal 3 no sentido vertical, em uma disposição com três elementos condutores em paralelo 14, 15, 16 na parte superior 4 do conjunto 100.
A figura 2 representa o conjunto 100 mostrando o primeiro poço longitudinal 12 e o segundo poço longitudinal 13, o conjunto 100 sendo iso- lado por um revestimento de material plástico 6. Inseridos no sentido vertical no conjunto 100 encontram-se três elementos condutores paralelos 8, 9 e 10 para serem utilizados na medição do nível através do princípio de condutivi- dade elétrica com os respectivos contatos elétricos 14, 15 e 16.
A figura 3 representa o conjunto 100 da figura 2 sem o revesti- mento de material plástico 6 lateral para permitir a visualização do interior do sensor de nível. Pode ser visto inicialmente um primeiro elemento condutor 8 de metal (eletrodo de nível) de metal condutor com uma de suas faces 8a exposta para fazer contato com o combustível, que entra no primeiro poço longitudinal 12 através da abertura na parte inferior. Um segundo elemento condutor 9 de metal (eletrodo central), com uma primeira face exposta 9a para entrar em contato com um combustível no primeiro poço longitudinal 12 e uma segunda face exposta 9b para entrar em contato com um combustível no segundo poço longitudinal 13. Pode ser visto ainda um terceiro elemento condutor de metal 10 (eletrodo de referência) composto por duas porções, uma primeira porção de metal 18 (elemento de referência) com uma de suas faces exposta 18a para entrar em contato com um combustível no segundo poço longitudinal 13 e uma segunda porção de metal 17 revestida pelo mate- rial isolante 6.
A figura 4 representa a mesma disposição da figura 3, porém
com um nível mínimo de combustível 19 que deve ser estabelecido dentro do segundo poço longitudinal 13. O nível mínimo 19 deve ter pelo menos a mesma altura da primeira porção de metal 18 do eletrodo de referência 10, definindo dessa forma uma altura de referência essencial para permitir a de- terminação do nível de combustível no tanque.
A figura 5 mostra o conjunto 100 do sensor de nível mostrado na figura 3, porém com um nível de combustível normal, ou seja, acima do nível mínimo 19 mostrado na figura 4. Na figura 5 pode ser visto que o nível entre o eletrodo de nível 8 e o eletrodo central 9 pode ser dividido em múltiplos da altura da primeira porção de metal 18 do eletrodo de referência 10.
A figura 6 representa uma possível modalidade de circuito ele- trônico para medir o nível de combustível através do conjunto do sensor de nível 100 da figura 5, através da aplicação de uma tensão padrão V REF no circuito, sendo que a mesma deve ser aplicada entre os terminais 14 e 15 do sensor 100. A corrente que circula nos terminais 14 e 15 também circula en- tre os terminais 15 e 16. Uma vez que a condutividade entre os terminais 14 e 15 é sempre maior que a condutividade entre os terminais 15 e 16 (exceto quando o nível de combustível for o nível mínimo ou o nível de referência 19), a tensão que surge entre os terminais 15 e 16 é sempre um múltiplo da tensão padrão V REF.
A medição do nível de combustível ocorre, então, aplicando-se uma tensão padrão V_REF entre os terminais 14 e 15 e medindo-se a ten- são resultante entre os eletrodos 15 e 16. Com esta informação e as dimen- sões dos eletrodos é possível calcular o nível de combustível, sendo um mi- crocontrolador eventualmente empregado para realizar este cálculo (disposi- ção não mostrada).
A figura 7 mostra um fluxograma de bloco do método de medi- ção de nível de combustível. Em uma primeira etapa o sensor 100 é imerso no combustível que penetra entre os eletrodos 8, 9 e 10 pela abertura inferi- or. É aplicada uma tensão padrão V_REF por meio dos contatos 14 e 15 entre os eletrodos de nível 8 e o eletrodo central 9. A corrente que circula entre os eletrodos 8 e 9 circula também entre os eletrodos 9 e 10, como isso é possível fazer uma medição da tensão que surge entre o eletrodo central 9 e eletrodo de referência 10. Como já mencionado anteriormente e mostrado na figura 5, existe uma correlação entre a tensão medida e a tensão padrão V_REF e entre a altura 18 do eletrodo de referência 10 e a altura do nível de combustível, que é um múltiplo da altura 18. Passa-se então a uma etapa de cálculo onde a tensão medida entre o eletrodo central 9 e eletrodo de refe- rência 10 é dividida pelo valor da tensão padrão V_REF. O resultado obtido na divisão é então multiplicado pela altura 18 do eletrodo de referência. Ob- tém-se dessa forma a medida do nível de combustível dentro do tanque. Como mencionado anteriormente pode-se, opcionalmente, reali-
zar a medição do tipo do combustível que está sendo bombeado, isto é, po- de ser determinado o teor de etanol no combustível. A partir de uma medida de temperatura e de uma medida de condutividade entre o eletrodo central 9 e o eletrodo de referência 10 e com valores já conhecidos e pré- armazenados de condutividade para cada mistura e temperatura, pode-se determinar com certa precisão a concentração de etanol no combustível. Para isso é necessário além do sensor 100, um transdutor térmico, por e- xemplo, um termopar, para fazer a medida da temperatura do combustível uma vez que a condutividade do combustível muda de acordo com a tempe- ratura. O método inclui as etapas mostradas no fluxograma de processo da figura 8, ou seja, o líquido é inicialmente introduzido no sensor de nível. Em um segundo momento é feita uma medição da temperatura do combustível. Em um terceiro momento é feita uma medição de condutividade entre o ele- trodo central 9 e o eletrodo de referência 10. Com base nesses valores em uma etapa final é determinado o teor de etanol no combustível. Essa deter- minação emprega tabelas de condutividade χ temperatura como, por exem- plo, mostrada na figura 9. Na tabela da figura 9, que já é em si conhecida, são mostrados exemplos de misturas de combustível com vários teores de etanol. O E100 significa um combustível com 100% de etanol, E75 com 75% de etanol, E50 com 50% de etanol e por fim E25 significa um combustível com 25% de eta- nol.
Fica claro que a simples inclusão de um termopar para a medi- ção de temperatura torna o medidor de nível da presente invenção bastante versátil, permitindo também a determinação do teor de etanol no combustí- vel.
Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, de-
ve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possí- veis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações a- pensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.
Claims (10)
1. Sensor de nível de combustível (100) com uma abertura infe- rior para a entrada de combustível, o sensor composto por um conjunto de eletrodos e um revestimento de material isolante (6) entre a parte interna e a parte externa do sensor (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um eletrodo de nível (8), com uma de suas faces (8a) expostas e em contato com um combustível em um primeiro poço longitudinal (12); um eletrodo central (9), com uma primeira face (9a) exposta e em contato com um combustível em um primeiro poço longitudinal (12) e uma segunda face (9b) exposta e em contato com um combustível em um segundo poço longitudinal (13); e um eletrodo de referência (10) compreendendo duas porções, uma primeira porção (18) com uma de suas faces (18a) exposta e em conta- to com um combustível no segundo poço longitudinal (13) e uma segunda porção de metal (17) revestida por material isolante (6).
2. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os eletrodos (8, 9, 10) são lâminas de metal condutor e de di- mensões iguais.
3. Sensor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os eletrodos (8, 9, 10) estão dispostos no sentido vertical e suas faces são paralelas umas às outras.
4. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor está inserido em um poço de seção retangular (3) alo- jado na parede ou ressalto do alojamento da bomba de combustível.
5. Missing from original document
6. Sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira porção de metal (18) do eletrodo de referência (10) possui uma altura fixa e predefinida.
7. Sensor de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a altura fixa da primeira porção (18) do eletrodo de referência (10) define um nível mínimo de combustível (19).
8. Método para medir o nível de combustível por condutividade elétrica com um sensor de nível de combustível (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado pelo fato de que com- preende as etapas de: - imersão do sensor (100) no combustível, - aplicação de uma tensão padrão (V_REF) entre o eletrodo de nível (8) e o eletrodo central (9), - circulação da mesma corrente entre todos os eletrodos (8, 9 e 10), - medição da tensão nos eletrodos central (9) e de referência (10), - divisão da tensão medida na etapa anterior pela tensão padrão (V_REF), - multiplicação do resultado da divisão pela altura da primeira porção (18) do eletrodo de referência (10), e - determinação da medida do nível de combustível.
9.
Método para identificar o tipo de mistura etanol/gasolina de um combustível com o sensor de nível de combustível (100), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - imersão do sensor (100) no combustível, - medição da temperatura do combustível por meio de um trans- dutor térmico, - medição da condutividade do combustível entre o eletrodo cen- tral (9) e o eletrodo de referência (10), - cálculo do teor de etanol no combustível com base em valores pré-armazenados de condutividade de combustível em função da temperatu- ra e da concentração de etanol no combustível.
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2011
- 2011-09-14 WO PCT/BR2011/000325 patent/WO2012034199A2/en active Application Filing
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