연료 게이지

자동차 및 항공우주 공학에서, 연료 게이지(Fuel gauge)는 연료 탱크에 있는 연료의 양을 나타내는 데 사용되는 계측기이다.^[1] 전기 공학에서 이 용어는 축전지의 현재 스테이트 오브 차지를 결정하는 IC에 사용된다.

자동차

2016년형 토요타 코롤라의 아날로그 연료 게이지로, 차량 좌측에 연료 주입구가 있음을 나타내는 "모일런 화살표"가 특징이다.

차량에 사용되는 게이지는 두 부분으로 구성된다.

• 센딩 유닛 - 탱크 내부
• 인디케이터 - 계기판

센딩 유닛은 일반적으로 전위차계에 연결된 플로트를 사용하며, 현대 자동차에서는 일반적으로 인쇄된 잉크 디자인이다. 탱크가 비워지면 플로트가 떨어지고 저항을 따라 움직이는 접점을 미끄러뜨려 저항을 증가시킨다.^[2] 또한 저항이 특정 지점에 도달하면 일부 차량에서는 "연료 부족" 표시등이 켜진다.^[3]

한편, 인디케이터 유닛(보통 계기판에 장착됨)은 센딩 유닛을 통해 흐르는 전류의 양을 측정하고 표시한다. 탱크 수위가 높고 최대 전류가 흐를 때 바늘은 "F"를 가리키며 탱크가 가득 찼음을 나타낸다. 탱크가 비어 있고 최소 전류가 흐를 때 바늘은 "E"를 가리키며 탱크가 비었음을 나타낸다. 일부 차량은 대신 "1"(가득 참)과 "0"(비어 있음) 또는 "R"(예비) 표시기를 사용한다.^[4]

2018년형 마쓰다 3의 디지털 연료 게이지로, 거의 빈 탱크와 함께 남은 주행 거리를 표시한다.

2008년 중국산 50cc 스쿠터에 장착된 전형적인 구형 연료 게이지로, 국제적으로 사용되는 그림문자인 주유기 아이콘이 있다.

이 시스템은 페일 세이프 방식으로 작동할 수 있다. 전기적 결함이 발생하면 전기 회로가 인디케이터를 탱크가 비어 있는 것으로 표시하게 하여 (이론적으로 운전자가 탱크를 다시 채우도록 유도하여) 연료가 가득 찬 것으로 표시하는 것(운전자에게 사전 통지 없이 연료가 바닥나게 할 수 있음)보다 낫다. 전위차계의 부식이나 마모는 잘못된 연료 수치 판독을 제공한다. 그러나 이 시스템에는 잠재적인 위험이 따른다. 플로트가 연결된 가변 저항기를 통해 전류가 흐르므로 저항 값은 연료 수위에 따라 달라진다. 대부분의 자동차 연료 게이지에서 이러한 저항기는 게이지의 내부, 즉 연료 탱크 내부에 있다. 이러한 저항기를 통해 전류를 보내는 것은 화재 및 폭발 위험이 따른다. 이러한 저항 센서는 자동차 휘발유 연료에 알코올이 점차적으로 첨가되면서 고장률이 증가하고 있다. 알코올은 물처럼 전류를 운반할 수 있으므로 전위차계의 부식 속도를 증가시킨다. 알코올 연료용 전위차계 애플리케이션은 펄스-홀드 방식을 사용하며, 연료 수위를 결정하기 위해 주기적인 신호를 보내 부식 가능성을 줄인다. 따라서 연료 수위를 측정하는 또 다른 안전한 비접촉 방식에 대한 요구가 있다.

모일런 화살표

1990년대 초부터 많은 연료 게이지에는 연료 펌프 아이콘과 화살표가 포함되어 차량의 연료 주입구 위치를 나타낸다.^[5][6] 아이콘과 화살표의 사용은 1986년 포드 모터 컴퍼니의 디자이너 짐 모일런이 발명했다. 그가 1986년 4월에 이 아이디어를 제안한 후,^[7] 1989년형 포드 이스케이프와 머큐리 트레이서가 이 기능을 처음으로 구현한 차량이었다. 다른 자동차 회사들도 이 추가 기능을 주목하고 자사 연료 게이지에 통합하기 시작했다.^[5][8]

항공기

소형 항공기 애플리케이션에서 보편화되고 있는 자기저항효과 방식 연료 레벨 센서는 자동차 용도에 대한 잠재적 대안을 제공한다. 이 연료 레벨 센서는 전위차계 예시와 유사하게 작동하지만, 플로트 피벗의 밀봉된 감지기가 플로트 암의 피벗 끝에 있는 한 쌍의 자석의 각도 위치를 결정한다. 이들은 매우 정확하며, 전자기기는 연료 외부에 완전히 위치한다. 이러한 센서의 비접촉 특성은 화재 및 폭발 위험, 그리고 휘발유 또는 알코올 연료 혼합물에 대한 모든 연료 조합 또는 첨가물과 관련된 문제를 해결한다. 자기저항 센서는 LPG 및 LNG를 포함한 모든 연료 또는 유체 조합에 적합하다. 이러한 송신기의 연료 레벨 출력은 비례 전압 또는 선호되는 CAN 버스 디지털 방식일 수 있다. 이 센서들은 또한 레벨 출력을 제공하거나 아무것도 제공하지 않는다는 점에서 페일 세이프 방식으로 작동한다.

대형 연료 탱크(지하 저장 탱크 포함)를 측정하는 시스템은 동일한 전기 기계적 원리를 사용하거나 압력 센서를 사용할 수 있으며,^[9] 때로는 수은 압력계에 연결되기도 한다.

많은 대형 운송 고정익기는 다른 연료 게이지 설계 원리를 사용한다. 항공기는 연료가 유전체가 되는 저전압 튜브형 커패시터 프로브를 여러 개(A320의 경우 약 30개) 사용할 수 있다. 다른 연료 레벨에서 다른 정전 용량 값이 측정되므로 연료 레벨을 결정할 수 있다. 초기 설계에서는 연료 탱크 모양과 항공기 피치 및 롤 자세를 보상하기 위해 개별 프로브의 프로파일과 값이 선택되었다. 더 현대적인 항공기에서는 프로브가 선형적(정전 용량이 연료 높이에 비례함)이며 연료 컴퓨터가 연료량을 계산한다(제조업체마다 약간 다름). 이 시스템은 결함이 있는 프로브를 식별하고 연료 계산에서 제외할 수 있다는 장점이 있다. 전체적으로 이 시스템은 99% 이상의 정확도를 가질 수 있다. 대부분의 상업용 항공기는 의도된 비행에 필요한 연료(적절한 안전 여유 포함)만 탑재하므로, 이 시스템을 통해 연료 적재량을 미리 선택할 수 있으며, 의도된 적재량이 탑재되면 연료 공급이 중단된다.

연료 게이지 IC

전자공학에는 축전지의 현재 스테이트 오프 차지를 제어하는 다양한 IC를 사용할 수 있다.^[10][11][12] 이러한 장치들도 "연료 게이지"라고 불린다.