Датчик уровня топлива (ДУТ). Сборка, схемы, производство / Habr

Приветствую уважаемых читателей! Несколько лет подряд я писал на тему нашего сервиса мониторинга автотранспорта, об оборудовании, которое производим, приоткрывая внутренние аспекты производства и работы в целом. В этой статье я хочу рассказать о полном цикле производства такого очень важного элемента работы систем GPS мониторинга и контроля, как датчик уровня топлива (поисковики его знают как ДУТ). Будет теория, все чертежи и схемы для сборки данного продукта. Кому интересно — читаем далее.

0. Вступление

Забегая вперед скажу, будет три статьи, в этой я расскажу о самом простом варианте определения уровня дизельного топлива (только дизельного, использование на бензиновой технике абсолютно запрещено, так как взрывоопасно). В следующих статьях, если конечно будет читателю интересно, рассмотрим цифровой датчик уровня топлива, а в самом конце я планирую выложить схему и прошивку устройства для мониторинга, которое описывал в данной статье.

1. Немного теории

Самые популярные датчики измерения уровня топлива представляет собой электрический конденсатор, состоящий из двух трубок помещенных друг в друга, устанавливаются резервуар с топливом, уровень которого измеряется. Дизель свободно проникает в пространство между трубками, сигналом изменения уровня топлива в резервуаре является изменение электрической ёмкости датчика.

При изменении уровня топлива в резервуаре изменяется относительная диэлектрическая проницаемость пространства между обкладками конденсатора, поскольку диэлектрическая проницаемость топлива и воздуха в общем случае различна. А так как емкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости изолятора, то в результате изменяется и электрическая ёмкость датчика. Датчики в большинстве своем изготавливаются из алюминия или меди, потому что они меньше всего подвержены влиянию агрессивных сред. Из многих способов измерения значения емкости конденсатора и последующим преобразованием его емкости в пропорциональное изменение постоянного напряжения на выходе, был выбран широтно-импульсный способ, как достаточно простой и надежный, но при этом обеспечивающий необходимый уровень точности измерения. Сразу требуется оговорка, это самый простой в плане финансов и достаточно простой в плане сборки ДУТ метод определения уровня дизельного топлива.

2. Описание работы электрической схемы датчика уровня топлива

Рис 2. Принципиальная схема датчика уровня топлива (ДУТ) (большая схема тут)

Для увеличения стабильности и точности показания все элементы схемы используются с минимальным температурным коэффициентом. Резисторы используются с 1% допуском, микросхемы выбраны с улучшенными параметрами в отличии от бытовых аналогов, например: SE555N вместо NE555N, а LM358D вместо LM258D.
На микросхеме U1 SE555N и элементах R1, R2 и C1 собран задающий генератор. Так как от него сильно зависит стабильность показания то в качестве конденсатора С1 используется прецизионный полистирольные конденсатор К71-7 1%, обычно их устанавливали в советские цветные телевизоры в задающие генераторы строчной развертки. Можно заменить чем-то современным, но доступность и цена этих конденсаторов делает их весьма привлекательными, да и родились они еще в далеком году, когда СССР весьма неплохо следил за качеством производимых элементов.

С выхода 3-й микросхемы U1 прямоугольные импульсы запускают одновибратор, собранный на микросхеме U2 SE555N. В качестве конденсатора одновибратора, используется датчик помещенный в топливо, поэтому его емкость будет зависеть от уровня топлива, а следовательно, ширина импульса на выходе 3 микросхемы U2, будет изменяться также от уровня топлива.
Для обеспечения линейной зависимости ширины импульса от уровня заполнения датчика топливом, на датчик топлива поступает зарядный ток от стабилизатора тока выполненного на микросхеме U3.2 и транзисторе Q1 BC856BT. Также путем изменения зарядного тока осуществляется настройка схемы на различные размеры датчиков. Настройка схемы осуществляется путем подбора резисторов R6 и R7, для получения 1.8-1.9 Вольт на выходе схемы, при «сухом» датчике.
С выхода 3 микросхемы U2 импульсы поступают на интегратор, собранный на элементах R8 и C6.
Далее интегрированное напряжение сформировавшись на конденсаторе C6 поступает на фильтр низких частот, выполненного на R10 и С10.
Затем постоянное напряжение поступает на усилитель постоянного тока, выполненного на микросхеме U3.1.
С выхода 1-й микросхемы U3.2 сигнал, через фильтр, выполненный на элементах R17, С12, С14 и С15 поступает на выход.
Резистор R16 используется для предотвращения самовозбуждения усилителя при работе на емкостную нагрузку.
Делитель выполнен на резисторах R9 и R11 обеспечивает необходимое постоянное смещение для работы усилителя постоянного тока в линейном режиме.
Стабилизатор напряжения для питания электронной схемы, размещён по классической схеме на микросхеме U4 LM317MDT.
В итоге, на выходе, мы получаем аналоговый сигнал пустой бак 1.8В полный 6.0В (тут есть зависимость от высоты ДУТ), который линейный и прямо пропорциональный уровню топлива в баке\цистерне\хранилище. Затем, применив фильтр Калмана, можно убирать скачки топлива, выводить обсчет среднего расхода и пр.

В реальности это будет выглядеть примерно вот так:

График уровня топлива + скорость.

3. Чертеж датчика уровня топлива, материалы

РИС 3. Чертеж датчика уровня топлива (ссылка на большой чертеж)

Уже упоминалось, что используется в основном алюминий, как видно из чертежа, наружная трубка впаивается любым удобным способом в «голову» ДУТ. При производстве своих датчиков мы используем сварку, т.к. имеем к ней доступ, пусть не самый эстетически красивый вариант, но, надежен и проверен временем. Внутри используется алюминиевый стержень, для фиксации которого нарезается резьба в верней части. Втулки используются из специального фторопласта, который максимально толерантен к дизельному топливу.

4. Итог

На данном решении построены подавляющее большинство датчиков уровня топлива представленных на GPS рынке СНГ и мира. Каждый производитель вносит свои изменения для увеличения точности измерения уровня топлива, такие как акселерометр, температурные датчики, цифровая обработка сигнала и прочее. Представленная мною схема самая простая, готовая к работе, как говорится, в полях без каких либо сложностей. Уважаемый читатель с прямыми руками вполне может сделать любые доработки, которые можно использовать как для своих целей, так и для коммерческих нужд.

PS. Немного эротики про то как подобное добро устанавливается на технику можно посмотреть тут.

habr.com

Это стрелочник виноват! — журнал За рулем

Стрелочные указатели на щитке приборов самые традиционные — с них по существу и начиналось оснащение первых автомобилей приборами, позволявшими более-менее объективно судить о режиме работы машины. Помимо спидометра, о фокусах которого не раз говорили, на приборном щитке обычно располагаются также указатели уровня топлива в баке и температуры охлаждающей жидкости. Эти «стрелочники» есть почти на любом автомобиле. Но в компании с ними нередко оказываются и другие приборы — амперметры, вольтметры, эконометры и т. п. На некоторых автомобилях встречается и указатель давления масла, хотя многие автопроизводители нынче от него отказались, полагая, что эта информация чрезмерна для современного автомобилиста. Возможно, стоило бы узнать его мнение. Разве смазка для деталей менее важна, чем температура?

От принятой схемы зависит алгоритм работы прибора. Современный вы наверняка сочтете наиболее логичным: пока машина не работает, стрелка температуры, давления и т. д. на нуле. После пуска двигателя стрелка начинает свое движение «в плюс», а не наоборот, как в старой схеме. Там выключение двигателя перебрасывало стрелку к верхнему краю шкалы! Конечно, некоторые люди способны привыкнуть к чему угодно, но зачем их к этому вынуждать?

Одним из самых проблемных традиционно остается указатель уровня топлива в баке с его датчиком. Во-первых, судить об остатке топлива только по его уровню некорректно — для этого надо встроить в машину бак, горизонтальное сечение которого на разных высотах одно и то же, как у цилиндрической бочки, стоящей вертикально. Для современного легкового автомобиля это нонсенс. На худой конец бак должен иметь хотя бы форму параллелограмма, но и это для легковой машины неприемлемо — мало места. В то же время заводской бак очень технологичен: минимум операций, минимум потраченного металла, но, увы, плата за это — нелинейный характер изменения остатка топлива в зависимости от его уровня. Только самый наивный человек может всерьез доверять указателю уровня топлива и, заехав на заправку на новенькой машине, смело заказать: «Мне — тридцать литров!» Вылить несколько литров на землю — и невыгодно, и негигиенично, и пожароопасно, и асфальт портит, и воздух…

Полезно помнить, что сами датчики уровня топлива чаще всего невзаимозаменяемы. Например, датчик от ВАЗ-2101 — 2107 никак не встроить в бак «восьмого» семейства — размеры не позволяют. Впрочем, это всякому очевидно. А вот параметры датчиков на автомобилях АЗЛК и ГАЗ разные, хотя сами приборы очень похожи (легко спутать!). Более того, параметры датчиков на разных моделях одной марки могут существенно различаться — при покупке будьте внимательны.

Но все сказанное — цветочки, если мы вспомним, что на ходу надо учитывать поведение автомобиля в динамике, особенно если на нем плоский горизонтальный топливный бак, топливо в котором колышется при ускорении, замедлении, на поворотах, на неровной дороге. Автомобилей с вертикальным баком (как у «жигулей»-седанов) немного, хотя надо признать, что даже их датчики начинают врать, когда машина испытывает продольное ускорение или замедление.

Как с этим бороться? Нынче ведь и топливный бак можно полностью «электрифицировать», но во сколько это обойдется! (Автолюбители уже давно это делают сами — ставят бортовой компьютер, который учитывает все необходимое: количество топлива в баке неподвижного автомобиля, его расход, остаток и т.д.). А чтобы стрелка не сводила с ума, штатный указатель оснащен демпфером, не позволяющим ей реагировать на быстрые колебания уровня. Вспомните: после включения зажигания стрелка довольно медленно движется по шкале, пока остановится на правильных показаниях. Увы, демпфер всех проблем не решает. Например, автомобиль долго движется на подъеме горной дороги или с креном по косогору… Силы статические. Это учитывают, стараясь разместить поплавок датчика ближе к центру бака. Насколько это удается?.. У всех по-разному.

С датчиком уровня топлива можно как-то поиграть, например подгибая рычаг. Самое грубое вранье этого стрелочника (например, бак якобы переполнен литров на 15!) обычно удается устранить. Остальные датчики нерегулируемые. Если врут — жалуйтесь на изготовителя!

Принципиальная схема включения указателей в современном виде для российских авто и многих иномарок. Указатель имеет три электрических вывода, один из которых обязательно «плюс» после включения зажигания, второй — «минус», третий — провод связи с датчиком, размещенным в моторном отсеке или топливном баке. Такая схема работы приборов реализована на автомобилях ВАЗ, ГАЗ, «ИЖ-Ода» и последних моделях «Москвич».

Схема включения указателей на старых моделях АЗЛК-412, 2140, ИЖ, ЗАЗ (от 965 до 968). Старые указатели и современные невзаимозаменяемы! Если вы хотите усовершенствовать дедушкин автомобиль — покупайте соответствующую пару указатель-датчик.

Наиболее изученный наши

www.zr.ru

Простые устройства — Цифровой индикатор количества топлива

Решил сделать цифровой индикатор количества топлива на грузовой автомобиль (автобус), используя штатный (довольно посредственный) датчик уровня топлива…

Весь процесс создания и что из этого вышло читаем в статье далее.

Начальные условия:

•  Грузовой автомобиль (автобус) с бортовым напряжением 24в
• Топливный бак для дизельного топлива на 220л
• Датчик уровня топлива ДУМП39
• Указатель уровня топлива ЭИ8057М-3

Нужно:

Сделать цифровой указатель уровня топлива,  используя штатный датчик уровня.

Для начала придется тщательно изучить, что из себя представляет штатный датчик уровня топлива, именуемый

ДУМП-39. Демонтируем его и внимательно рассматриваем.

Как и  следовало ожидать, имеется поплавок, тяга, переменный резистор… стоп, про переменный резистор подробнее. Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать:
Конструкция одновременно и логична, и топорна. Логично то, что ползунок скользит не по непосредственно переменному сопротивлению (которое довольно нежное), а по металлическим отводам от него, но за такое повышение надёжности приходится платить дискретностью. Топорно в этой конструкции то, что, как видно на фото, в среднем положении поплавка мы имеем нехилую зону «нечувствительности», из-за очень уж широкого центрального отвода от сопротивления. Зачем это сделано, остаётся только догадываться, но что имеем, с тем и придётся работать.

Итак, роемся в инете и ищем инфу. Вот что я откопал:

Диапазон перемещения поплавка — 412мм

Номинальное сопротивление  — 800 Ом (по другому источнику номинальное сопротивление — 761,0 – 193,5 Ом)

Рабочий диапазон от -40°С до +60°С

Наработка на отказ — 400тыс. км до 95% ушатывания ресурса

Масса 160 грамм, аналог — МАЗ. 

В общем-то не густо.

Берём тестер и замеряем, в итоге получачается такая картина:
Схема включения:

Измеренные параметры датчика:

Полное сопротивление — 767 Ом

Дополнительное сопротивление  — 187 Ом (оно обеспечивает минимальное сопротивление датчика).

Левая (по фото) часть сопротивления  — 203 Ом (13 отводов на ползунок), правая часть Ом 376(17

отводов на ползунок).

Два металлических сектора выше контактной группы — левый сектор не используется, правый идёт на лампу резеврного остатка топлива.

В общем-то такое подробное описание привожу только для любопытствующих, нам же нужно значение напряжения, которое мы имеем на выходном контакте при различном уровне топлива. При крайнем левом положении контакта на выходе у нас получилось 1,57в, при крайнем правом положении 3,28в, половина бака — 2,44в.  В начале сектора включения лампы остатка резерва 2,95в.

Ещё для любопытных. Общая схема подключения датчика уровня топлива выглядит примерно так:
 Катушки L1A, L1B, L2 — это отклоняющая система указателя уровня топлива (по сути миллиамперметр) Резистор — термоконпенсационный.

На самом деле это схема классического электромагнитного автомобильного прибора, а конкретно ЭИ8057М-3 — это уже нечто другое: внутри расположена электронная схема, стрелка приводится в движение шаговым электродвигателем, и управляется всё это при помощи микроконтроллёра PIC.

В принципе, этого достаточно для тарировки цифрового указателя, если бы не парочка неприятностей:

1. Указанный объём топливного бака в 220л не соответствует действительности, на самом деле в баке помещается больше топлива.

2. При крайнем правом положении подвижного контакта датчика, когда в баке якобы уже нет топлива, на самом деле поплавок уже должен находится ниже уровня бака, что конечно же глупость (определено геометрией бака и датчика уровня топлива.

3. Измерив рулеткой геометрию бака, убеждаемся, что это прямоугольный параллелепипед  с незначительно закруглёнными длинными гранями, размеры

40х112х60 см. Соответственно перемножив стороны, получаем внутренний объём в 268л, что, согласитесь, сильно отличается от заявленных 220 л, и очень сомнительно, что внутренние перегородки, сетка, топливозаборник, и тп. занимают аж почти 50 л.

4. Как уже написано выше, сопротивление датчика на протяжении длины его сопротивления нелинейно.

Что делаем:

Заливаем полный бак и контролируем напряжение на выходе ДУТ. Получается, что  после достижения отметки 1,57в в бак ещё входит добрых двадцать литров топлива.

Снимаем поплавок и ставим датчик на место. Естественно тяга, лишённая поплавка, уходит на самое  дно бака, смотрим напряжение — оно составляет 3,02в ! Это важно, т.к. фактически при таком положении в баке уже нет топлива, а подвижный контакт ещё не дошёл до крайнего положения в 3,28в, при этом штатный прибор ЭИ8057М-3 показывает что в баке осталось ещё 1/8 объема.  (Поставив поплавок в центральное положение, на штатном ЭИ8057М-3 наблюдаем вместо положенных 1/2 бака аж 5/8 уровня, при полном баке штатный прибор зашкаливает).

Смотрим на график нашего датчика уровня топлива,

Возмём три точки — сопротивления датчика, первая точка это его наименьшее сопротивление (подвижный контакт слева) образованное дополнительным сопротивлением в 187 Ом (на фото вертикальный чёрный прямоугольник), вторая точка при среднем положении контакта когда последовательно включены 187 Ом и 203 Ом, т.е. 390 Ом, полное сопротивление соответственно будет 390 + 376 = 766 Ом.

(по горизонтали — сопротивление в Омах, по вертикали условные единицы длины)

Ничего приятного в этой картине нет, датчик вродебы и линеен но имеет существенный излом.

С такой картиной  мы либо получим точность посередине, либо на концах ломаной, либо чтото среднее произведя аппроксимилацию:

 Получив формулу с поправкой и коэффициентом можно в принципе уже сделать нечто похожее на цифровой указатель уровня топлива, коэффициент R²  линии тренда в 0,97 конечно не плох, можно в принципе использовать всё что больше 0,95.

а можно получить для каждой прямой свой коэффициент пересчёта, что будет более точно:
Сразу замеряем значение АЦП в нужных нам точках чтобы 5% допуск на резисторы делителя на входе АЦП нам ничего не подпортили и получаем в диапазоне от пустого бака (ADC822) до 1\2 бака (ADC700):

(по горизонтали полученные отсчёты АЦП, по вертикали объём топлива в литрах)

В диапазоне от 1\2 бака (ADC700) до полного (ADC456):
 Из вышеприведённого имеем следующее:

1. С увеличением кол-ва топлива сопротивление датчика уменьшается, и уменьшается падение напряжения на нём.

2. Дельта напряжения датчика составляет 1,45в, что при 10 битном АЦП составит 56% что более чем достаточно для масштабирования результата АЦП  в шкалу 0….220л и позволит обойтись просто оцифровыванием результата без использвания ОУ для подгонки под нужный диапазон напряжения.

Схема  проста до безобразия:

Микроконтроллёр Mega8, LED индикатор на 3 разряда с общим катодом, входной делитель из двух резисторов R1, R2. Стабилитрон (по буржуйски зенер «zener» диод :)) для защиты входа МК на всякий случай. Цепи питания я рисовать не стал, там классические 0,1мкф керамика и какой нибудь электролит на 100…1000мкФ как и гасящие резисторы между МК и индикатором, подойдут  любые в диапазоне  80…100Ом в зависимости от напряжения питания МК и яркости индикатора. Напряжение на борту автомобиля при заведённом двигателе составляло 27,5в.

Мой вариант разводки платы:
Справа на плате я расположил преобразователь питания обеспечивающий 5в при бортовом напряжении 10…30в преобразователь собран на МС34063 по типовое схеме из даташита. дроссель murata 1812. Указанный на схеме стабилитрон на 3,3в я профукал при разводке и допаивал сверху.

Почему я применил Mega8 когда есть куда более удобная Tiny26 и тп. ? потому что у Mega8 имеется 1кБ оперативки, зачем столько ?  микроконтроллёр не просто замеряет напряжение на входе и выводит на индикатор пересчитанное значение, он постоянно записывает замерянные значения в одну из 256 ячеек памяти, заполняя их по замкнутому кругу и после записи каждой ячейки производит расчёт усреднённого значения по всем имеющимся в текущий момент 256 ячейкам.

Индикатор распологается вне платы на приборной панели автомобиля и соединяется с ним 11 жильным шлейфом. Плата помещается в  крохотный корпус http://www.simple-devices.ru/utils/15-utilites/149-2012-09-01-19-35-34 (второй, тот что с 4мя проводами-клеммами)  лишний пластик из корпуса удалили бокорезы.

Плата односторонняя, без перемычек:

Сначала распаял ШИМку и проверил работы, работает. покрыл лаком. можно продолжить сборку:

 

P.S.  Проект создан при огромной поддержке Романа Викторовича, за что ему огромное спасибо, также спасибо человеку Jonson из Украины за математическую помощь и некоторые идеи.

simple-devices.ru

Почему датчик уровня топлива может на правильно показывать

Принцип работы датчика уровня топлива
Принцип действия электрического топливного датчика в автомобиле основан на измерении объема горючего и самостоятельном срабатывании при критическом остатке бензина. При активации резистор системы измерений, установленный в бензобаке, подает визуальный сигнал. Замер объема топлива осуществляется посредством использования специального поплавка. Степень заполнения резервуара горючим можно отследить по показаниям приборной панели: по мере расхода топлива указатель, расположенный на щитке, постепенно снижается.

Особенности принципа действия контроллера:

1. Поплавок, предназначенный для измерения, при расходе горючего опускается, а при его увеличении — перемещается вверх.
2. При перемещении поплавок контактирует со специальными секторами, подключенными к проводам. Кабеля идут на датчик топлива, установленный на приборной панели. Изменение количества пластин, подключенных к резистору или потенциометру, способствует изменению уровня сопротивления.
3. Если бак полный, то бегунок располагается в крайнем положении и ток передается в потенциометре по самому короткому пути. Передача силы осуществляется с использованием пластины, установленной с краю. Соответственно, уровень сопротивления низкий и варьируется в районе 7 кОм. При расходе топлива бегунок начинает передвигаться, в результате чего проводка добавляется новыми пластинами (сопротивление растет). При полном баке рабочий параметр составляет около 120 Ом.
4. У трубчатых регуляторов несколько иной принцип функционирования. Топливо поступает через нижнюю часть устройства (его технологическое отверстие) по специальной трубке. Поплавок устанавливается на поверхности горючего.

Признаки неисправностей: почему датчик неправильно показывает?
Основные признаки и причины неполадок, при которых может потребоваться ремонтировать или поменять контроллер:

— Значения топлива находятся на нуле. Проблема в работе фирменного устройства или «самоделки» заключается в выходе из строя или повреждении ограничительного элемента хода поплавка.
— Указатель на датчике приборной панели передвигается, но в итоге возвращается на нулевую отметку. В таком случае пользователю нужно чинить или проверять состояние обмотки контроллера и надежность контакта между регулятором и токосъемником.
— На приборной панели резко передвигается стрелка, возникают колебания в указателях объема горючего. Как правило, датчик «глючит» по причине критического износа контактных элементов.
— При запуске силового агрегата указатель горючего не может подняться выше нулевого порога. Такая проблема обычно обусловлена сбоями в работе электроники авто. Нужно выполнить диагностику кабелей на предмет возможного повреждения или разрыва. Также надо убедиться в высокой надежности соединений. Пользователь должен удостовериться в том, что предохранитель регулятор целый и не перегорел.
— На приборной панели не загорается индикатор пониженного объема горючего. Эта проблема обычно обусловлена поломкой устройства, выходом из строя его внутренних компонентов.

— Показания, подающиеся регулятором, неправильные. Причина, по которой датчик «врет», обычно состоит в плохой герметичности на поплавке, что может быть связано с наличием дополнительного сопротивления. Оно может возникнуть в результате окисления контактов, плохого соединения с заземлением, присутствия окисла, образования отложений на резистивном слое. Неверные показания могут быть обусловлены дефектом листьев поплавка, что приводит к наполнению его горючим. Такая проблема часто связана с появлением налета на направляющем элементе.

Что делать, если указатель топлива перестал работать?
Чтобы найти причину, по которой контроллер не работает, понадобится:

— мультиметр;
— резисторное устройство;
— контрольный индикатор («контролька»).

После обнаружения неисправности понадобиться ремонт со сменой изношенных элементов на запчасти от аналогично работающего датчика или полная замена регулятора.

Где находится ДУТ?
Во всех автомобилях контроллер находится в бензобаке. Чтобы сэкономить место и время для поиска, датчик устанавливают в сборе с бензонасосом. Соответственно, насосное устройство при снятии регулятора придется демонтировать.

Диагностика
Особенности проверки устройства своими руками:

— Для начала следует выполнить диагностику контроллера при помощи мультиметра. Если бензобак автомобиля полный, то уровень сопротивления должен составить около 7 Ом (предварительно тестер надо настроить в режим измерения сопротивления). При заполнении резервуара горючим наполовину рабочая величина датчика увеличивается до 108-128 Ом. В случае, если бак пустой, то уровень сопротивления должен увеличиться до 315-345 Ом.
— Для выполнения диагностики пользователь должен отключить кабеля от устройства и соединить его с источником сопротивления в 330 Ом. Затем производится подключение в электроцепь резисторного устройства, рассчитанного на 10 Ом. После запуска мотора производится замер величины сопротивления на резисторном элементе путем передвижения ползунка. Указательный компонент перемещается от величины, соответствующей пустому баку, до полного резервуара.
— Проверка расходомера может быть выполнена с использованием контрольного индикатора или рабочего датчика топлива. Если контроллер работоспособен, то уровень напряжения на проводниках должен соответствовать напряжению в электросети машины.

Ремонт датчика
После демонтажа устройства выполняется его проверка и ремонт:

— Сначала тестируется герметичность поплавка. Выполняется диагностика резистивного слоя на плате. Если эти элементы изношены, то их можно заменить при условии, что есть запчасти от «донора».
— В случае если резистивный слой стерся, для устранения проблемы можно укоротить контакт, имеющийся на плате. Это позволит элементам перемещаться по сохранившейся части слоя.
— Чтобы отремонтировать контроллер, его нужно разобрать. Поводок извлекается из защелки (этот же элемент выполняет функцию оси контактной пластины).
— Плата распаивается и извлекается из корпуса регулятора. Затем, используя наждачную бумагу, выполняется очистка схемы от следов окислений. Действовать необходимо осторожно, поскольку плата хрупка.
— Схема устанавливается обратно. Этот элемент надо поставить так, чтобы исключить вероятность появления зазоров между ним и корпусом контроллера со стороны цифровой кодировки. С помощью паяльника делается две засечки в корпусе регулятора. Если этого не сделать, то схема может перемещаться.
— К регулятору подключается провод с разъемом и заземление.

Как обмануть ДУТ?
Обмануть датчики уровня топлива можно таким образом:

— Чтобы обмануть показания ультразвукового датчика, на него нужно воздействовать током либо напряжением, также подойдет магнит. Последний устанавливается поверх регулятора. Это приводит к увеличению напряжения и появлению сбоев в работе датчика.
— Погружаемые устройства более герметичны, точнее определяют объем горючего и устойчивы ко внешним воздействиям. Для обмана такого регулятора пользователю необходимо согнуть патрубок внутри топливного бака.

fishki.net

Как изготовить самодельный датчик уровня топлива

Датчик уровня топлива помогает определить объем горючего в топливном баке авто. Этот измерительный элемент входит в состав топливной системы и монтируется в топливный бак. Работает такое устройство совместно с указателем топливного уровня, расположенным на панели приборов. Если вас интересует оборудование для контроля и уровня топлива, то вы его можете посмотреть на сайте компании ЭТР ЮГ etr-yug.ru.

Как устроены измерители топлива в различных автомобилях

Датчик уровня топлива

Современные авто вместо классического топливного измерителя оснащаются потенциометрической конструкцией. Причиной тому служат несколько факторов:

• Конструкция проста;
• Измерения уровня топлива точны;
• Цена умеренная.

Хотя потенциометр и обладает рядом преимуществ, есть у него и существенный недостаток — контакты выходят из строя или окисляются из-за своей подвижности; Потенциометрический датчик для автомобиля может быть рычажным или трубчатым. Оба типа измерителя снабжаются пластмассовым, металлическим или пенопластовым поплавком.

Отличия датчиков рычажного и трубчатого типов

Принцип работы обоих устройств идентичен, но некоторые различия все же имеются. В рычажном измерителе поплавок, находящийся на поверхности топлива, соединяется с подвижными контактами потенциометра при помощи металлического рычага. Такой датчик включает в себя и топливный насос, и потенциометр, и топливозаборник, и транзисторы. При изготовлении потенциометрического измерителя своими руками, помните, что лучше использовать толстопленочный резистор — он прослужит гораздо дольше.

Рычажное устройство является универсальным, его можно применить к любому топливному баку.

Трубчатое устройство для измерения перемещает поплавок при помощи специальной направляющей трубочки. Параллельно трубке проходят проводки сопротивления, на которых замкнется кольцо поплавка. Главным плюсом такого принципа работы — измеряющий прибор будет устойчив к колебанию топлива, во время движения транспортного средства (при поворотах, спусках, подъемах).

Такой датчик можно установить не в каждую топливную систему. Ограничивать будут геометрические параметры топливных баков. Потенциометрические измерители лучше не устанавливать на автомобили, горючее для которых содержит спирты — этиловый или метиловый, а так же биодизель. Такие вещества губительны для контактных поверхностей. Для транспортных средств, использующих горючее, с биодизельными или спиртовыми примесями, лучшим вариантом станет бесконтактный датчик для измерения уровня топлива.

Виды бесконтактных датчиков уровня топлива

Виды бесконтактных датчиков

Наиболее усовершенствованными современными разработками стали бесконтактные измерительные приборы, определяющие объем горючего в баке. Основной принцип работы — определение количества топлива, без погружения чувствительных элементов датчика непосредственно в бак. Бесконтактных измерительных приборов существуют несколько видов:

1. Магнитные — его чувствительные элементы плотно закупорены и защищены от соприкосновения с горючим. Информацию об уровне топлива по-прежнему передает рычажный поплавок, соединенный с магнитом. Таким образом, происходит перемещение магнита по секторам, на каждом из которых закрепляются пластинки разной величины из металла. Информация передается от магнита к металлической пластине, создавая электрический импульс, этот сигнал считывает датчик, и мы видим показатель уровня топлива в баке.
2. Радиоуправляемые — данные передаются на приборную панель по средствам радиосигнала. Особенность таких приборов — питание. Запитан он на долговечную батарею. Срок годности источника питания до 7 лет. Соответственно — нет проводов, аккумулятор не расходует энергию, показатели не зависят от электроэнергии, а значит, более точные.
3. Ультразвуковой — устанавливается на внешней поверхности бака и контрольном информационном блоке. Для каждого типа топлива устанавливается определенная программа. Этот прибор имеет наиболее высокую взрывозащищенность.

Самодельный датчик для измерения горючего.

Если вы убежденный автолюбитель и любите заниматься ремонтом своей машины, увлечены электроникой и не выпускаете из рук паяльник, то устройство для измерения топлива сможете изготовить своими руками. Для того чтобы изготовить самодельный контактный датчик уровня топлива необходимо знать основные принципы и схемы изделия.

Как работают датчики уровня топлива

Основной принцип работы заключается в алгоритме — для каждого значения уровня горючего существует свой сигнал. Однако, это лишь поверхностная сторона вопроса. Современные измерительные приборы довольно сложны своей конструкцией. Горючее опускается на определенную отметку и только после этого поплавок опустится вслед за ним. Какое-то время указатель будет показывать наполненность бака и постепенно спустится до нужной меры.

Поэтому измерительные приспособления всегда дает некоторую погрешность измерений. Показатель погрешности зависит от колебания горючего и геометрии бака.На приборной панели может быть установлен аналоговый или цифровой выходные сигналы. Аналоговый практически утратил свою актуальность из-за сильной погрешности в измерениях. Цифровой же умеет корректировать и выравнивать данные. Неточности в показаниях минимальные, и возможны на этапе физического измерения.

Самодельный датчик уровня топлива

Изготовление емкостного датчика уровня топлива

Емкостной датчик для измерения горючего основан на принципе сопоставления данных электрической емкости прибора. Сама конструкция — несложная — обыкновенный конденсатор. Поэтому самодельный измеритель топлива вполне реализуемое устройство. Изготовить его можно из подручных материалов — двух металлических пластинок или трубок. Важно соблюдать определенные меры, при изготовлении датчика:

• Поверхность обоих электродов должна быть изолирована от электрического контакта;
• Пространство между этими электродами должно беспрепятственно заполняться горючим, во время погружения датчика и опорожняться во время понижения уровня топлива;
• Монтируется в бак такой дизмеритель под наклоном;
• Самодельный прибор не должен иметь подвижных частей;
• Запитывать его можно не более чем на 5 ватт, при более высоком напряжении горючее воспламенится от искры;
• Размещать измерительную схему нужно как можно ближе к датчику;
• Провода для подключения схемы к датчику не должны превышать 2 см.

Самодельный емкостной датчик представляет собой два модуля, соединенные тремя проводами. Первый — модуль емкостного датчика, второй — модуль отображения. По двум проводам идет подача питания к модулю датчика по третьему проводу к модулю отображения передается сигнал, трансформируемый в показатель уровня горючего.

Модули — как это работает

Модуль датчика измеряет время заряда. Чем больше горючего в баке, тем выше емкость датчика, значит, для заряда будет необходимо больше времени. Для создания такого измерительного устройства используйте встроенный микроконтроллер (компаратор). На вход будет подаваться часть напряжения посредством резистивного двигателя. Когда измеритель примет напряжение, сработает микроконтроллер, а когда напряжение достигнет пиковой отметки — запустится таймер.

Показания с таймера будут переданы на модуль отражения. Изготавливая самодельный измерительный прибор — тактируйте микроконтроллер кварцем на частоте 16 Мгц. Датчик можно изготовить из фольгированного текстолита. Склейте полоски фольги между собой. Сделайте зазор между пластинками не более полутора миллиметров. Длина пластин — остается на ваше усмотрение.

autodont.ru

Простые устройства — Цифровой индикатор количества топлива

Решил сделать цифровой индикатор количества топлива на грузовой автомобиль (автобус), используя штатный (довольно посредственный) датчик уровня топлива…

Весь процесс создания и что из этого вышло читаем в статье далее.

Начальные условия:

•  Грузовой автомобиль (автобус) с бортовым напряжением 24в
• Топливный бак для дизельного топлива на 220л
• Датчик уровня топлива ДУМП39
• Указатель уровня топлива ЭИ8057М-3

Нужно:

Сделать цифровой указатель уровня топлива,  используя штатный датчик уровня.

Для начала придется тщательно изучить, что из себя представляет штатный датчик уровня топлива, именуемый ДУМП-39. Демонтируем его и внимательно рассматриваем.

Как и  следовало ожидать, имеется поплавок, тяга, переменный резистор… стоп, про переменный резистор подробнее. Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать:
Конструкция одновременно и логична, и топорна. Логично то, что ползунок скользит не по непосредственно переменному сопротивлению (которое довольно нежное), а по металлическим отводам от него, но за такое повышение надёжности приходится платить дискретностью. Топорно в этой конструкции то, что, как видно на фото, в среднем положении поплавка мы имеем нехилую зону «нечувствительности», из-за очень уж широкого центрального отвода от сопротивления. Зачем это сделано, остаётся только догадываться, но что имеем, с тем и придётся работать.

Итак, роемся в инете и ищем инфу. Вот что я откопал:

Диапазон перемещения поплавка — 412мм

Номинальное сопротивление  — 800 Ом (по другому источнику номинальное сопротивление — 761,0 – 193,5 Ом)

Рабочий диапазон от -40°С до +60°С

Наработка на отказ — 400тыс. км до 95% ушатывания ресурса

Масса 160 грамм, аналог — МАЗ. 

В общем-то не густо.

Берём тестер и замеряем, в итоге получачается такая картина:
Схема включения:

Измеренные параметры датчика:

Полное сопротивление — 767 Ом

Дополнительное сопротивление  — 187 Ом (оно обеспечивает минимальное сопротивление датчика).

Левая (по фото) часть сопротивления  — 203 Ом (13 отводов на ползунок), правая часть Ом 376(17 отводов на ползунок).

Два металлических сектора выше контактной группы — левый сектор не используется, правый идёт на лампу резеврного остатка топлива.

В общем-то такое подробное описание привожу только для любопытствующих, нам же нужно значение напряжения, которое мы имеем на выходном контакте при различном уровне топлива. При крайнем левом положении контакта на выходе у нас получилось 1,57в, при крайнем правом положении 3,28в, половина бака — 2,44в.  В начале сектора включения лампы остатка резерва 2,95в.

Ещё для любопытных. Общая схема подключения датчика уровня топлива выглядит примерно так:
 Катушки L1A, L1B, L2 — это отклоняющая система указателя уровня топлива (по сути миллиамперметр) Резистор — термоконпенсационный.

На самом деле это схема классического электромагнитного автомобильного прибора, а конкретно ЭИ8057М-3 — это уже нечто другое: внутри расположена электронная схема, стрелка приводится в движение шаговым электродвигателем, и управляется всё это при помощи микроконтроллёра PIC.

В принципе, этого достаточно для тарировки цифрового указателя, если бы не парочка неприятностей:

1. Указанный объём топливного бака в 220л не соответствует действительности, на самом деле в баке помещается больше топлива.

2. При крайнем правом положении подвижного контакта датчика, когда в баке якобы уже нет топлива, на самом деле поплавок уже должен находится ниже уровня бака, что конечно же глупость (определено геометрией бака и датчика уровня топлива.

3. Измерив рулеткой геометрию бака, убеждаемся, что это прямоугольный параллелепипед  с незначительно закруглёнными длинными гранями, размеры 40х112х60 см. Соответственно перемножив стороны, получаем внутренний объём в 268л, что, согласитесь, сильно отличается от заявленных 220 л, и очень сомнительно, что внутренние перегородки, сетка, топливозаборник, и тп. занимают аж почти 50 л.

4. Как уже написано выше, сопротивление датчика на протяжении длины его сопротивления нелинейно.

Что делаем:

Заливаем полный бак и контролируем напряжение на выходе ДУТ. Получается, что  после достижения отметки 1,57в в бак ещё входит добрых двадцать литров топлива.

Снимаем поплавок и ставим датчик на место. Естественно тяга, лишённая поплавка, уходит на самое  дно бака, смотрим напряжение — оно составляет 3,02в ! Это важно, т.к. фактически при таком положении в баке уже нет топлива, а подвижный контакт ещё не дошёл до крайнего положения в 3,28в, при этом штатный прибор ЭИ8057М-3 показывает что в баке осталось ещё 1/8 объема.  (Поставив поплавок в центральное положение, на штатном ЭИ8057М-3 наблюдаем вместо положенных 1/2 бака аж 5/8 уровня, при полном баке штатный прибор зашкаливает).

Смотрим на график нашего датчика уровня топлива,

Возмём три точки — сопротивления датчика, первая точка это его наименьшее сопротивление (подвижный контакт слева) образованное дополнительным сопротивлением в 187 Ом (на фото вертикальный чёрный прямоугольник), вторая точка при среднем положении контакта когда последовательно включены 187 Ом и 203 Ом, т.е. 390 Ом, полное сопротивление соответственно будет 390 + 376 = 766 Ом.

(по горизонтали — сопротивление в Омах, по вертикали условные единицы длины)

Ничего приятного в этой картине нет, датчик вродебы и линеен но имеет существенный излом.

С такой картиной  мы либо получим точность посередине, либо на концах ломаной, либо чтото среднее произведя аппроксимилацию:

 Получив формулу с поправкой и коэффициентом можно в принципе уже сделать нечто похожее на цифровой указатель уровня топлива, коэффициент R²  линии тренда в 0,97 конечно не плох, можно в принципе использовать всё что больше 0,95.

а можно получить для каждой прямой свой коэффициент пересчёта, что будет более точно:
Сразу замеряем значение АЦП в нужных нам точках чтобы 5% допуск на резисторы делителя на входе АЦП нам ничего не подпортили и получаем в диапазоне от пустого бака (ADC822) до 1\2 бака (ADC700):

(по горизонтали полученные отсчёты АЦП, по вертикали объём топлива в литрах)

В диапазоне от 1\2 бака (ADC700) до полного (ADC456):
 Из вышеприведённого имеем следующее:

1. С увеличением кол-ва топлива сопротивление датчика уменьшается, и уменьшается падение напряжения на нём.

2. Дельта напряжения датчика составляет 1,45в, что при 10 битном АЦП составит 56% что более чем достаточно для масштабирования результата АЦП  в шкалу 0….220л и позволит обойтись просто оцифровыванием результата без использвания ОУ для подгонки под нужный диапазон напряжения.

Схема  проста до безобразия:

Микроконтроллёр Mega8, LED индикатор на 3 разряда с общим катодом, входной делитель из двух резисторов R1, R2. Стабилитрон (по буржуйски зенер «zener» диод :)) для защиты входа МК на всякий случай. Цепи питания я рисовать не стал, там классические 0,1мкф керамика и какой нибудь электролит на 100…1000мкФ как и гасящие резисторы между МК и индикатором, подойдут  любые в диапазоне  80…100Ом в зависимости от напряжения питания МК и яркости индикатора. Напряжение на борту автомобиля при заведённом двигателе составляло 27,5в.

Мой вариант разводки платы:
Справа на плате я расположил преобразователь питания обеспечивающий 5в при бортовом напряжении 10…30в преобразователь собран на МС34063 по типовое схеме из даташита. дроссель murata 1812. Указанный на схеме стабилитрон на 3,3в я профукал при разводке и допаивал сверху.

Почему я применил Mega8 когда есть куда более удобная Tiny26 и тп. ? потому что у Mega8 имеется 1кБ оперативки, зачем столько ?  микроконтроллёр не просто замеряет напряжение на входе и выводит на индикатор пересчитанное значение, он постоянно записывает замерянные значения в одну из 256 ячеек памяти, заполняя их по замкнутому кругу и после записи каждой ячейки производит расчёт усреднённого значения по всем имеющимся в текущий момент 256 ячейкам.

Индикатор распологается вне платы на приборной панели автомобиля и соединяется с ним 11 жильным шлейфом. Плата помещается в  крохотный корпус http://www.simple-devices.ru/utils/15-utilites/149-2012-09-01-19-35-34 (второй, тот что с 4мя проводами-клеммами)  лишний пластик из корпуса удалили бокорезы.

Плата односторонняя, без перемычек:

Сначала распаял ШИМку и проверил работы, работает. покрыл лаком. можно продолжить сборку:

 

P.S.  Проект создан при огромной поддержке Романа Викторовича, за что ему огромное спасибо, также спасибо человеку Jonson из Украины за математическую помощь и некоторые идеи.

simple-devices.ru

Датчик уровня топлива (ДУТ) для измерения наполнения бака транспортного средства. Цифровой и аналоговые датчики

Датчик, или индикатор уровня топлива предназначен для измерения наполнения бака транспортного средства (ТС) бензином или дизельным топливом. Такие устройства обычно используются в связке с оборудованием, которое поддерживает обмен данными и обработку аналоговых и цифровых сигналов. В первую очередь, это совместимое с датчиками уровня топлива оборудование, имеющее различные блоки управления, а также концентраторы и приборы GPS мониторинга. Например, к таким работающим совместно с датчиками устройствам относится «АвтоГРАФ-GSM», не только регистрирующий уровень топлива в баке, но и обрабатывающий большой массив других данных, в том числе поступающих с GPS/ГЛОНАСС модуля. При обмене данными используются различные интерфейсы, в том числе с цифроаналоговыми преобразователями.

Различаются ли датчики для бензина и дизельного топлива? Разницы между ними нет. Это значит, что при измерениях используются одинаковые датчики. Но их данные в одном и другом случае могут отличаться. Это связано с разной диэлектрической проницаемостью (Eps) бензина, равной приблизительно 2,3, и солярки с Eps около двух единиц. Чем выше указанное значение, тем больше погрешность измерения. Это свидетельствует о том, что при изменении уровня дизельного топлива показания датчика будут более точными. 

В зависимости от типа выходного сигнала датчики бывают:

• аналоговые;
• частотные;
• цифровые.

Датчики с аналоговым выходным сигналом

Такой датчик уровня топлива в баке относится к штатным поплавковым моделям и до недавнего времени использовался наиболее часто.

Принцип работы подобного устройства довольно прост. Величина уровня топлива определяется значениями тока или напряжения, которые затем интерпретируются в понятные данные, выраженные в литрах или частях, рассчитанных от полного объема топливного бака. Информация передается с помощью аналогового выходного сигнала.

К примеру, если на выходе датчика установлен сигнал в диапазоне от 0 до 10 В, то можно сказать, что наполовину заполненному баку будет соответствовать сигнал в 5 В. Но весь вопрос в точности измерений. Датчики такого типа имеют низкую помехозащищенность, что часто приводит к сильным искажениям результатов.

Датчики с частотным выходным сигналом

Частотный сигнал на выходе представляет собой нечто промежуточное между цифровым и аналоговым. Это частотная модуляция с кодируемым выходным значением. Погрешность измеряемых значений с помощью такого датчика уже меньше, чем у аналогового.

Датчики с цифровым выходным сигналом

Реализация цифрового выхода у датчиков стала возможной после того, как стала развиваться микропроцессорная техника. Микропроцессор способен осуществлять моментальные пересчеты больших массивов данных и выравнивать и корректировать начальные измерения.

Цифровой датчик уровня топлива представляет собой микропроцессор с соответствующим выходным сигналом. Такой прибор обладает хорошей помехозащищенностью и обеспечивает высокую точность измерений. Данные передаются в цифровом виде и единственным источником погрешности является сам измеритель, а точнее, его загрязненность, увеличивающаяся по мере эксплуатации.

Все цифровые датчики являются электронными.

Датчики уровня топлива, емкостные параметры которых зависят от коаксиальных конденсаторов, заполненных жидким диэлектриком, называются емкостными и также относятся к типу цифровых. Они устанавливаются прямо в топливном баке и обеспечивают непрерывное считывание и анализ данных об уровне бензина или дизельного топлива в баке.

Электронный датчик уровня топлива, являющийся, как указывалось выше, цифровым, также может быть и ультразвуковым. У ультразвукового датчика сигнал, подаваемый излучателем, обрабатывается электронным блоком, преобразуется в цифровой и передается на выход прибора.

Все рассмотренные типы датчиков уровня топлива имеют свои положительные и отрицательные качества, и при выборе всегда нужно исходить из технических характеристик той или иной модели. 

www.tk-ekat.ru