и практически не нуждаются в обслуживании. Относительная погрешность измерения уровня без учета отдельных факторов составляет 0,5%. В датчиках с температурной компенсацией погрешность может быть снижена до 0,25%.

Однако, как показывает практика, если топливный бак имеет сложную форму, то ультразвуковые датчики не всегда выдают достоверные показания. Причина — большое количество сигналов, которые отражают стенки и внутренние перегородки бака. Вследствие этого на тепловозе рекомендуется применять ультразвуковые датчики уровня топлива, в которых акустическая волна распространяется внутри трубы, погруженной и заполненной топливом до общего его уровня в баке. Однако при этом отмеченные выше преимущества отсутствуют.

Принцип гидростатического преобразователя уровня основан на измерении разности давления на дне топливного бака и атмосферного давления. При этом измеряется давление столба жидкости (гидростатическое). Таким образом, между уровнем топлива и показаниями датчика давления устанавливается прямая пропорциональность. Однако давление столба жидкости, которое определяет гидростатический измеритель, прямо пропорционально не только высоте столба (т.е. собственно уровня), но и плотности жидкости в этом столбе.

В баке с постоянной по высоте площадью сечения при постоянном количестве жидкости высота ее уровня обратно пропорциональна плотности. Здесь показания гидростатического уровнемера пропорциональны количеству жидкости и не зависят от ее плотности. То есть в баке с неизменяемым сечением по высоте измеритель гидростатического типа непосредственно определяет не уровень, а количество жидкости в баке. При этом измерение плотности не требуется.

Применение гидростатических измерителей в системах контроля позволяет осуществлять непосредственный контроль количества топлива в топливном баке (в кг) без измерения плотности. Но если рассматривать практическое применение данного метода на локомотиве, то можно отметить и ряд существенных недостатков.

Во-первых, топливные баки тепловозов имеют сложную конфигурацию. Горизонтальное сечение бака в большей или меньшей мере изменяется по его высоте, вследствие чего пропорциональная зависимость между высотой уровня топлива и его плотностью нарушается. Это приводит к погрешности измерения, которая будет тем больше, чем выше текущая плотность топлива в баке отличается от тарировочной. Кроме того, различным участкам бака по высоте будут соответствовать разные тариро-вочные коэффициенты, величина которых определяется зависимостью площади сечения от высоты (уровня) на каждом из участков бака.

Точки перехода от одного участка топливного бака к другому измерительная система определяет по величине давления в этих точках при тарировке. Если работать с плотностью, отличной от тарировочной, то величина давления перехода в каждой из граничных точек будет меньше граничного (при работе с плотностью, большей тарировочной) или наоборот.

В результате на части бака система будет использовать для пересчета давления топлива в его количество тарировочные коэффициенты, не соответствующие текущим участкам бака, что также приведет к увеличению погрешности измерения. Погрешность измерения количества топлива в баке тепловоза гидростатическими измерителями определяется формой бака и точностью тарировки. Величина ее может достигать 1,44% (для бака тепловозов типа 2ТЭ116).

В о - в т о р ы х, датчики гидростатического давления вычитают из измеренного значения давления на дне топливного бака величину атмосферного давления. Между тем, давление на поверхности топлива подвержено колебаниям при изменении атмосферного давления за счет испарения топлива в объеме закрытого бака, что вносит дополнительную погрешность в результат измерения.

В-третьих, так как чувствительный элемент находится на дне бака, а здесь со временем накапливаются осадки, то в зависимости от качества топлива рано или поздно точностные характеристики датчика непредсказуемо ухудшатся.

В поплавковых уровнемерах измерение уровня жидкости сводится к измерению положения реперной точки поплавка, частично погруженного в жидкость. Это измерение может проводиться разными методами, но одним из наиболее точных является магни-тострикционный. При таком методе поплавок, внутри которого находится постоянный магнит, перемещается вместе с уровнем жидкости по стержню, в котором находится волновод — натянутая проволока из магни-тострикционного материала.

Периодически генерируемый токовый импульс передается по волноводу в направлении поплавка. В точке пересечения магнитного поля, вызванного токовым импульсом, и магнитного поля поплавка возникает акустическая волна. Она движется по волноводу обратно с постоянной скоростью в направлении измерительной головки датчика.

Измеренное время между стартом токового импульса и его приходом/возвращением в виде ультразвуковой волны и является точным определением уровня, т.е. расстояния до поплавка. Такие датчики имеют абсолютную погрешность измерения уровня топлива в баке порядка ±1 мм во всем диапазоне. Другое достоинство датчиков состоит в том, что они могут конструктивно дополняться измерителями плотности топлива в баке.

Основной недостаток — возможное за-липание поплавка на стержне из-за загрязнения зазора или его замерзания при низких температурах, что легко компенсируется конструкцией датчика, при которой зазор между направляющим стержнем и внутренней стенкой поплавка делается достаточно большим и «залипание» при этом становится маловероятным. Также возникает небольшая погрешность, обусловленная зависимостью степени погружения поплавка от плотности топлива.

При выборе системы учета топлива для установки на тепловоз необходимо, кроме типа применяемых датчиков, учитывать еще один аспект. Все системы условно можно разделить на два типа: автомобильные, разработанные для автотранспорта, но используемые на тепловозах, и железнодорожные, созданные для применения на тепловозах.

Многие автомобильные системы учета расхода топлива пользуются достаточным спросом предприятиями промышленности в силу двух основных причин. Прежде всего, они привлекают относительно низкой стоимостью, хотя имеют невысокую точность измерений. Кроме того, на предприятии уже, возможно, приобрели положительный опыт эксплуатации данных систем на автотранспорте.

В первом случае, преследуя мнимую экономию на оборудовании тепловоза, в порядке эксперимента устанавливают то одну, то другую систему низкого качества, но в итоге ни одна из них не дает удовлетворительных результатов. Во втором случае отлично работающая на автотранспорте система при эксплуатации на тепловозе показывает себя неудовлетворительно, что вызывает недоумение как пользователей, так и производителей данных систем. Причина во всех случаях одна — отличие условий эксплуатации на автомобильном и железнодорожном транспорте. Приведем основные отличия и возможные последствия.

В большинстве универсальных систем с датчиками уровня топлива в баках используются относительно недорогие уровнемеры, имеющие высокую погрешность измерения уровня топлива. Как правило, относительная погрешность таких датчиков составляет 1 — 2% от величины диапазона измерения, в данном случае — высоты бака. В автомобильном баке высотой 500 мм относительная погрешность измерения уровня топлива в 1 % от высоты бака соответствует абсолютной погрешности измерения уровня в абсолютных единицах, равной 5 мм. Автомобильные баки, как правило, имеют форму, близкую к параллелепипеду или цилиндру, что дает практически линейную зависимость объема топлива в баке от высоты уровня топлива.

Простейшие расчеты показывают, что в баке высотой 500, шириной 690 и длиной 2230 мм (объемом 690 л) при погрешности измерения уровня топлива 5 мм погрешность измерения объема топлива в абсолютных единицах составит примерно 7,5 л, т.е. около 1,1% от объема бака. Такая погрешность вполне удовлетворяет большинство владельцев автотранспорта, и эти системы вполне заслуженно пользуются спросом. Если применять рассматриваемые системы на железнодорожном транспорте, то надо учитывать следующие особенности.

Во-первых, объемы баков тепловозов в десятки раз больше баков грузовых автомобилей, что при прочих равных условиях дает погрешность измерения объема топлива порядка 75 л. Во-вторых, баки практически всех типов тепловозов имеют сложную форму. По этой причине зависимость объема топлива от уровня топлива в баке будет нелинейной.

Расчеты на основе реальной тарировочной таблицы бака тепловозов типа ТЭМ7 объемом 7000 л показывают, что эта нелинейность дает дополнительную погрешность до 25 л на 1 мм высоты уровня топлива. В тепловозном баке высотой 1000 мм погрешность измерения уровня топлива в 1 % от высоты бака соответствует погрешности измерения уровня в абсолютных единицах, равной 10 мм. Погрешность, вызванная нелинейностью зависимости объема от высоты бака, при этом может достигать 250 л.