Опубліковано 25.09.2012

Знать уровень топлива в баке не только “прикольно”, но иногда жизненно необходимо. В некоторых случаях затруднительно оценить уровень топлива в баке из-за его расположения или недостаточной прозрачности. Для таких случаев и существуют датчики уровня топлива. На сегодняшний день наиболее распространены поплавковые датчики. Принцип работы таких датчиков достаточно прост. Поплавковый механизм в зависимости от уровня топлива в баке изменяет положение подвижного контакта потенциометра. Показание напряжения на потенциометре измеряются и преобразуются в человекочитаемый вид. Однако не всегда имеется возможность установить поплавковый датчик из-за его габаритов. Кроме того, в аппаратах, где крен является нормальным состоянием, например, сверхлегкие летательные аппараты, возможен перекос и подклинивание поплавкового механизма. Кроме того, положение бака в наземном и полетном положении может отличаться, что может внести изменения в работу поплавкового механизма. Однако существуют и другие способы измерения уровня топлива. Я говорю о емкостном датчике топлива . Он особо актуален, если существует необходимость избавится от подвижных частей.

Принцип измерения и особенности

Этот способ основан на измерении электрической емкости датчика, которая, в свою очередь, зависит от уровня топлива. Датчик, с помощью которого измеряется уровень топлива, называют емкостным датчиком уровня топлива. Конструкция датчика достаточно проста и представляет собой не что иное, как конденсатор. Он состоит из двух обкладок, между которыми существует зазор, который может заполнять топливо. Исполнение датчика может быть в виде двух металлических пластин или вставленных одна в другую трубок. При этом поверхности двух электродов (обкладок конденсатора) не должны иметь электрического контакта, а промежуток между обкладками должен свободно заполняться топливом при погружении датчика и так же свободно освобождаться при уменьшении уровня топлива. Поскольку топливо заполняет пространство между обкладками конденсатора (датчика), его емкость изменяется. Этот способ подходит только для жидкостей, не проводящих электрический ток. Таким способом не получится измерить уровень воды. Бензин и другие виды жидкого топлива электрический ток не проводят. Измеряя электрическую емкость датчика можно оценить уровень топлива в баке. Хотелось бы обратить внимание на некоторые недостатки такого способа измерения. Дело в том, что диэлектрические свойства топлива могут изменяться при изменении химического состава топлива. Т.е. при смене типа топлива, возможно, придется калибровать прибор. Не смотря на это, такой способ позволяет устанавливать датчик в баке под углом, или даже монтировать в крышку заливной горловины бака. Датчик не имеет подвижных частей, что в некоторых случаях крайне необходимо.

Насколько безопасно помещать электрическую схему в бак? Многих беспокоит этот вопрос. А вдруг искра? Наша схема датчика питается напряжением 5В, а датчик заряжается через резистор в несколько мегаом. В этих условиях образование искры невозможно. Напряжение в 5В ничтожно мало для возникновения искры пробоя. Кроме того, в баке любого автомобиля уже “плавает” электрический датчик уровня топлива. Низкие напряжения и токи не могут вызвать искру и возгорание топлива.

Я не ставил перед собой задачу получить супер точный датчик, способный измерить уровня топлива в 1мм и погрешностью в 0,1%, хотя это вполне возможно. Учитывая, что датчик создавался для аппаратов, где топливо в баке будет подвижно, нас вполне устроит бюджетный вариант с погрешностью в 5%.

Схема модуля датчика основана на измерении времени заряда датчика. Чем выше уровень топлива, тем выше емкость датчика, тем больше времени потребуется для заряда датчика (конденсатора). Работает схема следующим образом. Используется встроенный в микроконтроллер ATMega8A аналоговый компаратор.
На вход компаратора PD7 подается половина напряжения питания через резистивный делитель R3,R4 . В момент, когда датчик зарядится до этого напряжения, сработает компаратор. На ноге PD6 устанавливается логический «0» . Датчик разряжается через резистор R2 . После чего выход PD6 переключается и работает как вход компаратора, запускается таймер, а датчик начинает заряжаться через резистор R1 . При достижении напряжения установленного на входе PD7 , срабатывает компаратор, таймер останавливается. Показания таймера используются для вычислений. Для обеспечения стабильности микроконтроллер должен тактироваться кварцем. Чем больше частота, на которой работает контроллер, тем выше точность измерения. В нашей схеме ATMega8A тактируется кварцем 16Мгц . Измерения выполняются постоянно, усредняются и один раз в секунду отправляются по последовательному порту UART на скорости 9600 в виде числового значения. На этом функции модуля датчика и заканчиваются.

В качестве датчика я использовал две полоски из фольгированного текстолита толщиной 1.5мм размерами: 290×20 мм. Полоски склеены между собой фольга к фольге через небольшие непроводящие прокладки. Расстояние между пластинами 1.5 мм. Их можно делать практически любой длины. При необходимости можно обрезать. Особо важно обеспечить равномерный зазор между пластинами по всей длине “конденсатора” .

Отображением полученных от модуля емкостного датчика данных занимается модуль отображения. Этот модуль можно спроектировать в соответствии с Вашими требованиями. Данные можно выводить на светодиодную линейку, на дисплей, как в нашем случае, на стрелочный индикатор или любое другое устройство отображения. При необходимости модуль датчика можно подключить к компьютеру через переходник.

Модуль отображения работает следующим образом. Данные в числовом виде принимаются от модуля датчика по порту UART на скорости 9600 , рассчитываются показания уровня топлива и выводятся на дисплей. Но для того, чтобы выполнить корректный пересчет, модулю отображения потребуется знать как минимум два значения датчика – числовое показание датчика при пустом баке и числовое показание датчика при полном баке. Для этого, после установки датчика выполняется процедура калибровки прибора. Модуль отображения запоминает показания при пустом и полном баке, сохраняет в своей энергонезависимой памяти и в соответствии с этими данными выполняет пересчет. Поскольку от модуля не требуется особого быстродействия, его микроконтроллер ATMega8A работает на частоте 2Мгц от встроенного RC-генератора.

Процедура калибровки прибора:
-топливный бак должен быть пуст, прибор выключен
-нажмите и удерживайте кнопку
-включите питание прибора
-отпустите кнопку
-на экране появится “SET 0”. Убедитесь, что бак пуст и нажмите кнопку.
-на экране появится “SET 100”. Залейте полный бак топлива и нажмите кнопку.
-калибровка завершена.

Пример печатных плат:

Плата модуля датчика

На автомобилях, оснащённых ЭСУД, топливо подаётся электрическим бензонасосом прямо из топливного бака. Если горючее заканчивается, есть риск выхода из строя самого насоса. Поэтому важность датчика уровня топлива на современных машинах очень высока. Однако различные виды датчиков имеют разную степень надёжности.

Признаки неисправности датчика уровня топлива

Естественно самый распространённый признак выхода из строя устройства является полная неподвижность стрелки при включении замка зажигания. Также может сигнализировать о неисправности, поднятие стрелки указателя до упора в сторону полного бака. Боле трудно диагностировать неточность показаний. В этом случае прибор показывает наличие топлива в баке, контрольная лампочка не горит, а двигатель не запускается из-за отсутствия горючего. Также и наоборот. При заправке оказывается, что бак почти полон, хотя указатель обозначает только три четверти занятого объёма.

Важно! Не всегда эти признаки указывают на неисправность именно датчика, может оказаться неисправным и стрелочный прибор измерения количества топлива в панели приборов.

Устройство пары: указатель панели и датчик уровня топлива в баке

Указатель на панели приборов - это миниатюрный электрический, реверсивный двигатель. Действие его основано на создании индукционного поля в обмотках статора. Проще говоря, стрелка находится на валу ротора, который движется вокруг своей оси под действием бортового напряжения. Степень поворота ротора регулируется сопротивлением на выходе из обмоток. Это и есть провод «К» к датчику топлива в баке. Второй провод на паре старого образца - это независимая контрольная лампочка. При падении уровня измеряемой жидкости до минимального уровня, контакт замыкается на корпус, и лампочка загорается, сигнализируя о критическом объёме.

На более современных системах цепь, в паре указатель—датчик, на корпус не замыкается, и сигнал уходит обратно в прибор на панели, который уже соединён с «массой». И при падении потенциала до определённого значения зажигает сигнальную лампочку, интегрированную в схему указателя.

Это самые распространённые системы контроля уровня топлива на современных автомобилях. Для простоты эти два типа можно определить, как:

• указатель с массой датчика
• контролёр с обратной связью
• устройство стандартного датчика уровня топлива

По сути датчик уровня топлива представляет собой реостат с переменным сопротивлением. На керамическую пластину нанесена металлическая шкала исполняющая роль спирали в обычном реостате. По углам пластины выведены два припаиваемых контакта. В зависимости от типа датчика идёт соединение проводов. Если указатель и проводка старого образца - один контакт идёт на корпус крепления датчика, а второй - к указателю, через крышку корпуса. Второй провод - это провод контрольной лампы и соединяется с «массой» отдельной «дорожкой» в положении пусто. В качестве «бегунка» реостата выступает подвижный металлический контакт, плотно прижатый к шкале датчика. Прикреплённый к нему поплавок в зависимости от уровня топлива в баке двигает «бегунок» вдоль шкалы. Именно это меняет сопротивление цепи указателя, заставляя стрелку двигаться в нужном направлении. Так же работает и новая система с обратным сигналом. Просто на керамической пластине нет разъёма контрольной лампы, и оба контакта соединены проводами с указателем уровня топлива в панели приборов. В зависимости от модели автомобиля датчики могут отличаться сопротивлением шкалы. Все они маркированы отдельными значениями, например:

• ДУТ-1-01;
• ДУТ-1-03;
• ДУТ-2-03,

Как определить неисправность датчика уровня топлива

В первую очередь определяется что именно неисправно, указатель на панели приборов или сам индикатор уровня топлива в топливном баке. Для этого необходимо обеспечить доступ к проводным входам и разъёму датчика на баке. Как правило на всех автомашинах имеется технологическое отверстие для этой операции. В зависимости от модели и производителя, лючок расположен в разных местах. Он указан в технической документации машины. Для проверки работоспособности указателя уровня топлива на панели желательно иметь под рукой следующее:

• контрольную лампочку (пищалка) с детектором «массы»;
• автомобильный тестер;
• рабочий датчик уровня топлива (подходящий по VIN-коду).

Дело в том, что старые модели с «массой» датчика на корпус, вполне можно проверять замыканием на корпус, подающих ток проводов. Однако с моделями последних лет с обратной связью это не всегда проходит.

Процесс проверки указателя на панели приборов с массой датчика

Отсоединить провода от датчика уровня топлива в баке. К разъёму должен быть обеспечен свободный доступ. Включить зажигание. На проводах датчика должен появиться устойчивый «+». Это проверяется контрольной лампой и тестером. Напряжение на проводах должно быть равно общему напряжению сети. Если оба провода имеют нормальные показатели вольтажа, необходимо выяснить какой из них контрольная лампа, а какой датчик. Для этого провода по очереди замкнуть на «массу». При замыкании одного, должна загореться лампочка критического уровня топлива. Когда массируется другой, стрелка указателя уровня горючего должна резко уйти в положение «полный бак». Если всё так и произошло, значит неисправен датчик уровня топлива и его надо снимать для замены или ремонта.

Проверка указателя уровня топлива с обратной связью

На таких приборах, как правило, только один из двух проводов имеет устойчивый «+», а второй - слабо выраженную «массу». Это определяется контрольной лампой с детектором «-». Кроме того, зачастую при неисправном датчике или указателе, стрелка, наоборот, становится в положение «полный бак». Проверив контрольной лампой наличие загрузки проводов, нужно подключить к ним исправный датчик, поднять и опустить поплавок уровня топлива. Стрелка указателя должна двигаться в соответствии с положением поплавка. А в положении «пусто» загорится контрольная лампа уровня.

Внимание! Штангу привода реостата необходимо двигать медленно. Резкий рывок в сторону «полный» или «пустой» вполне может вывести из строя исправный указатель.

Возможные неисправности датчика уровня топлива

Конечно самой частой неисправностью датчиков уровня топлива всех видов является протекание поплавка управляющего передвижным элементом реостата. Обычно в этом случае стрелка указателя постоянно находится в положении пустой бак.

Потом идёт загрязнение шкалы пластины. Это может быть и осадки из топлива, и элементы стирающегося бегунка. Стрелка может застыть в любом положении. Или сильно нарушается точность показаний указателя уровня горючего.

Обрыв проводки как на корпусе, так и у пластины с реостатом. И, наконец, механическое повреждение самой пластины. Могут быть ещё какие-то экзотические неисправности, но они настолько редки, что рассматривать их не стоит. Если неисправность есть, но не диагностируется, лучше заменить датчик уровня топлива в сборе.

Как отремонтировать датчик уровня топлива своими руками

Ремонт датчика уровня топлива вполне доступен и для простого автолюбителя. Детали устройства, свободно можно приобрести в магазине автомобильных запчастей. Необходимо демонтировать датчик из бака и изучить его характеристики. Маркировка находится на лицевой стороне пластины прямо над шкалой реостата.

Если пробит поплавок, то это самая меньшая проблема. Они меняются элементарно. Обычно, это наполненный воздухом пластиковый бочонок, он элементарно извлекается из гнезда держателя и вставляется новый. Иногда это пористый элемент и его можно заменить двумя способами. Снять запорную шайбу и надеть новый, зафиксировав его. Или поменять поплавок в сборе со штангой, что гораздо проще.

Если загрязнены полоски шкалы реостата их необходимо просто почистить.

Внимание! Чистить пластинку необходимо только мягкой тканью или ватой, смоченной в спирте. Жёсткая материя или любой другой предмет могут повредить тонкий слой шкалы и реостат можно выкидывать.

Отпаявшиеся или оторванные провода можно аккуратно припаять на место или спаять в месте перелома, а вот треснувшую, сломанную пластину - только заменить новой.

В большинстве случаев, сейчас этим никто не страдает. Нерабочий прибор заменяют и всё. Благо цена их невысока. Тем более, что на автомобилях последних лет пластина реостата, да и все остальные детали устройства крепятся защёлками.

Неточные показания указателя, можно обмануть регулируя угол на штанге, удерживающей поплавок. Выгибая его в разные стороны можно добиться в итоге более точных показаний.

В первую очередь, можно упомянуть электронное табло для панели приборов. Его устанавливают вместе с штатным стрелочным указателем уровня топлива на панель в свободную ячейку или прямо на торпеду. Выводится три провода, «+», «-» и «Д». Последний подключается к датчику вместе со штатным прибором. На извлечённом из бака датчике корректируются показания уровня в цифровом формате, от «пусто» до «полный бак». Особой точности к показаниям это не прибавляет, но придаёт стильный вид панели приборов, и греет душу владельцу. Указатели используются различной формы и вполне можно подобрать табло под дизайн салона своего автомобиля.

Совсем другое дело новинка в этом вопросе (относительная) - это ультразвуковые датчики уровня топлива. Здесь, как и в большинстве приборов, используется принцип приёма-передачи ультразвуковых волн. Датчик можно установить в бак, не нарушая его целостность. Сигнал можно перевести на цифровой монитор на панели приборов и даже вывести на компьютер или ноутбук через систему ГЛОНАСС. На сегодня - это самый точный способ получения данных об уровне топлива. Однако, пока это довольно дорогая процедура, которая к тому же требует особых знаний и умений для калибровки излучателя УЗИ и специализированного оборудования для программирования. Однако всё говорит, что измерители этого типа будут широко применяться в будущем.

На видео ниже можно посмотреть замену датчика контроля топлива на автомобиле ВАЗ «Приора»:

Скоро будет год, как я выложил на Датагоре свою и уже более двух лет, как я сам пользуюсь этим индикатором. И ни разу он меня не подвел, ехать на заправку когда в баке остается 2-3 литра стало нормой, и это не экстрим и не показуха, когда знаешь, что эти 2 или 3 литра точно есть и их хватит доехать до ближайших нескольких заправок относишься к этому спокойно, никакого сравнения с мигающей лампочкой штатного прибора.
На этом заканчиваю филосовствовать - к делу!

Наверное непонятно, почему собственно версия V.3, когда версии 2 не было, на самом деле была, вот она

Но она оказалась неудачной, для питания были использованы импульсные стабилизаторы на MC33063, которые дают пульсации в обе стороны и избавится мне от них так и не удалось. А поскольку появилась идея создания КИТа было решено делать новую версию, с надежным питанием, с защитой всех входных цепей и на деталях соответствующих условиям эксплуатации, в первую очередь это температурный диапазон -40..+125°C.
Так появилась новая 3-я версия, сделанная почти по всем правилам, с обновленной прошивкой.

КИТ к сожалению оказался не востребованным, но на него было потрачено немало времени, а теперь он пылится на полке, вернее в своей папке.
И вот чтобы труды не пропадали даром выкладываю всю документацию по проекту, буду рад если кому-нибудь пригодится.

От Игоря (Datagor):
При анализе личной переписки, комментариев к первой статье и после проведения выборочных опросов было установлено, что народ хочет не просто очень качественный бензомер, но и часы с будильником и т.п. и прочее (и шоб внутри был маленький китаец и за пивом бегал) , что превращает эту замечательную и совершенно самостоятельную разработку в очередной бортовой компьютер (БК). При этом, за этот БК народ желал заплатить не более 500 руб в собранном виде. А это и совсем ни в какие ворота не пролазит...
БК мы делать не стали и подписку на кит открывать на таком грустном фоне тоже не стали.
Уважаемому Сергею (HSL) при любом раскладе - наш почет и спасибы!
Качество его разработок на высочайшем уровне.

Итак по порядку...

Схема

Схема блока процессора, их 2 модификации А5 и А2
Схема А5

Схема А2

Разница в подключении сигнала AREF (опорное напряжение), в варианте А5 оно берется с шины питания +5в, в варианте А2 берется от внутреннего источника.
Основной является модификация А5, А2 сделана для расширения функционала, на случай когда с основной модификацией не удастся откалибровать бак.
На плате это осуществляется разной установкой элементов R11, C4, C6 более подробно это будет описано ниже в инструкции.
Разъем для подключения платы дисплея также используется и для внутрисхемного программирования

Схема блока дисплея

Этот блок получился универсальным, на нем дисплей, органы управления, стабилизатор для питания дисплея, так что его вполне можно использовать и с другими устройствами.

Платы

Плата процессора

Разъем для подключения платы дисплея также используется для внутрисхемного программирования МК.

Плата дисплея

Дисплей подключается через стандартный разъем и крепится к плате на двухстороннем скотче.

Технические характеристики

Напряжения питания 8-30 в
Напряжения срабатывания ночного режима подсветки 10-20 в
Сопротивление датчика топлива (рекомендуемое) 250-500 Ом
Дискретность отображения напряжения 0,1 в
Диапазон отображения напряжение 8 -30 в
Дискретность отображения количества топлива 1 л.
Поддерживаемый диапазон емкости бака 30-99 л.
Диапазон инерционности 1-10 сек.
Диапазон градаций яркости 0-255 ед.
Диапазон градаций контрастности 1-15 ед.

Возможности основного режима устройства

Цифровой индикатор уровня топлива и напряжения позволяет контролировать:

• Напряжение бортовой сети с точностью отображения до 0,1 вольта, допустимый диапазон рабочих напряжений 8-30 Вольт.
• Остаток топлива в баке с точностью отображения 1 литр, допустимый диапазон измерения 30-99 литров. Рекомендуемое сопротивление датчика в баке 250-500 Ом.
• Подключается устройство к следующим точкам: земля, питание, датчик в баке, подсветка приборной панели или габариты.

Возможности индивидуальной настройки устройства

• Возможность установки емкости бака от 30 до 99 литров.
• Возможность политровой калибровки выбранной емкости.
• Возможность сгладить последствия качания датчика в баке, методом десятикратного измерения уровня топлива и выводом усредненного значения, с выбором времени замера от 1 до 10 секунд.
• Возможность устанавливать яркость подсветки дисплея разделльно для дневного и ночного режима работы. Режим работы определяется по факту включения габаритов и подсветки приборной панели.
• Возможность устанавливать обычный или инверсный режим работы дисплея.
• Возможность устанавливать уровень контрастности дисплея.

Описание работы и органов управления устройства

Органы управления

Управление осуществляется кнопками Menu, Ok, Up, Down
Menu – в основном режиме вход в режим установок. В режиме установок возврат в предыдущее меню, без сохранения текущих изменений и выход из режима установок.
Ok - Действует только в режиме установок. Вход в выбраный пункт, сохранение текущих параметров в энергонезависимой памяти.
Up – Действует только в режиме установок. Перемещение вверх по пунктам меню, увеличение текущего значения.
Down – Действует только в режиме установок. Перемещение вниз по пунктам меню, уменьшение текущего значения.

Режимы работы
Основной режим

В основной режим устройство входит через 2 секунды после подачи на него напряжения питания. Показания значения напряжения появляются сразу, показания значения остатка топлива появляется с задержкой обусловленной установкой инертности, 1-10 секунд.

Режим установок

Режим установок предназначен для настройки устройства под конкретные условия эксплуатации. Вход в режим установок осуществляется кнопкой Menu

Пункты меню
Емкость бака

позволяет установить объем используемого бака. Кнопками меню Up/Down изменяется в пределах от 30 до 99 литров. Для сохранение выбранного объема необходимо нажать кнопку Ok . Для выхода в меню без сохранения сделанных изменений необходимо нажать кнопку Menu .

Калибровка

позволяет политрово откалибровать емкость бака. Калибровка осуществляется после выбора необходимого объема бака в меню Емкость бака .
Литры – в данном пункте кнопками Up/Down устанавливается необходимое значение ячейки литров для записи значения калибровки. Запись значения калибровки производится кнопкой Ok .
Датчик – показывает текущее значение датчика остатка
топлива. При нажатии кнопки Ok это значение заносится в текущую ячейку памяти выбранную в пункте меню Литры .
В памяти – показывает сохраненное в памяти значение, соответствующее выбранной в данный момент, в пункте Литры , ячейке памяти.

Инерционность

позволяет установить период измерения остатка топлива. Кнопками меню Up/Down изменяется в пределах 1 - 10 секунд. В течении выбранного периода времени через равные промежутки, происходит 10 замеров остатка топлива, после чего вычисляется среднее значение.

Подсветка

позволяет установить яркость подсветки днем и ночью. Факт дня и ночи определяется включением габаритов и подсветки приборной панели.Кнопками Up/Down выбирается нужный пункт для корректировки День/Ночь. Для входа в режим изменеий выбранного значения необходимо нажать кнопку Ok , после чего кнопками Up/Down установить необходимое значение яркости подсветки от 0 до 255. Для сохранения установленного значения необходимо нажать кнопку Ok , для выхода из текущего пункта без сохранения изменений необходимо нажать кнопку Menu .

Инверсия

позволяет выбрать режим работы дисплея обычный/инверсный. Выбор нужного пункта производится кнопками Up/Down . Сохранение выбранного значения производится кнопкой Ok . Выход из текущего пункта без сохранения изменений производится кнопкой Menu .

Контрастность

позволяет установить желаемую контрастность дисплея. Кнопками меню Up/Down изменяется в пределах от 1 до 15. Сохранение выбранного значения производится кнопкой Ok . Выход из текущего пункта без сохранения производится кнопкой Menu .

Подключение и начальная настройка

Подключите устройство согласно маркировке.
[-] Земля, для подключения земли желательно выбрать надежный контакт.
[+] Плюс питания бортовой сети, 12 Вольт подключается к любой точке бортовой сети после замка зажигания.
[G] Габариты, подключается к цепи питания габаритов или подсветки приборной панели
[F] Датчик топлива, для исключения влияния родного датчика, его желательно отключить и подключить устройство непосредственно к линии датчика в баке.
Включите зажигание, подключите параллельно питанию вольтметр и
проконтролируйте показания напряжения индикатора, при необходимости подстройте показания индикатора подстроечным резистором R2

Программная настройка

Войдите в режим настроек нажав кнопку Menu
Калибровка бака: перед началом калибровки необходимо установить объем бака.
Бак калибруется следующим образом:

1. Сливается безнин из бака
2. Заходим в меню калибровки кнопками Up/Down выставляем значение литров в 0 и нажимаем кнопку Ok
3. Заливаем 1 литр безина, кнопками Up/Down устанавливаем значение литров в 1 и нажимаем кнопку Ok
4. Повторяем последние последние два пункта до заполнения бака.
   Инерционность, якость подсветки днем и ночью, инверсия, контрастность установите по своему усмотрению

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) ()

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 .

Доброго времени суток, дорогие наши читатели. В сегодняшней статье мы расскажем про такое полезное устройство как датчик уровня топлива, низкие показатели которого определенно расстраивают каждого водителя.

Еще бы! Когда заканчивается бензин (или другое топливо), выбор у владельца транспортного средства невелик: либо снова заправлять машину, а сегодня это недешевое удовольствие, либо начинать вести активный образ жизни и ходить пешком. Конечно, в основном все всегда выбирают первый вариант, но, наверное, не стоит доводить себя до ситуаций, когда решение приходится принимать немедленно. В этом и призван помогать датчик уровня топлива.

Функциональные особенности устройства

Датчик уровня топлива (ДУТ) - устройство предназначенное для измерения и контроля горюче-смазочных материалов (бензин, дизельное топливо, масло) на транспортных средствах и соответствующих складах. Рассматривать его функции в условиях складской работы не будем и сосредоточим свое внимание на автомобилях, где он применяется для обозначения уровня топлива, конвертации уровня в объем,передачи полученного значения по аналоговому или цифровому пути.

Устройство может использоваться как дополнение к приборам отображения или контроллерами, с возможностью программирования, имеющие характеристики входных электрических сигналов, соответствующие его техническим требованиям.

Главным предназначением датчика уровня топлива транспортных средств является измерение объема и уровня топлива в баках, чаще всего бензобаках (за исключением дизельных и газовых автомобилей). Состоит такое устройство из металлического стержня, устанавливаемого в емкость с топливом (бак), через штатное отверстие, либо же специально сделанное отверстие, подходящее по диаметру. Подключается датчик к мониторинговой системе машины, на которую и передается нужная информация.

Чаще всего, они представляют собой высокоточные устройства универсального типа, что дает возможность их использования не только на автомобилях, но и на другой технике и даже стационарных объектах (складах, заводах). Данное устройство «сотрудничает» с указателем уровня топлива, который размещен на приборной панели.

В наше время существует несколько вариантов датчиков уровня топлива (электронные, цифровые, поплавковые, ультразвуковые, универсальные), но все они преследуют одну общую цель - правильно определить расход содержимого бака, что бы каждый водитель смог контролировать свои затраты на горючее. Кроме того, устройство позволит Вам следить за объемом слива (особо полезная функция для руководителей предприятий, служб такси и других организаций, где сотрудники могут сливать казенный бензин) и заправок топлива (где, когда и в каком количестве производились).

Что бы иметь возможность более детально контролировать уровень топлива следует установить на транспортное средство соответствующий прибор с повышенной чувствительностью и минимальной погрешностью, что обеспечит максимально точные показатели.

Принцип работы датчика

Поместить датчик уровня топлива можно в любой автомобильный бак, в том числе и с дизельной системой. Выводится показания будут на приборную панель транспортного средства, где для этих целей предусмотрен специальный указатель.

Современные баки имеют самую различную форму и конструкцию, на что обязательно стоит обращать внимание, так как этот факт влияет на количество горючего. Помещенный в бак датчик, не сразу начинает подавать правильные сигналы о его наполнении, так как некоторое время отображает наполнение всего бака и лишь потом цифры опускаються до верного уровня. Правда, если верить статистике, ни одно такое устройство не предоставляет абсолютно точных показаний.

Принцип работы датчика базируется на соответствии значении уровня топлива определенному сигналу, в зависимости от которого различают устройства с цифровым и аналоговым сигналом. Аналоговые датчики имеют высокий процент недостоверности, из-за чего сейчас уже практически не используются. Цифровой датчик «переводит» аналоговый сигнал в «цифру», а затем корректирует и выравнивает погрешности в измерениях, вызванные неравномерностью уровня топлива и геометрии бака. Именно этот вид устройств обеспечивает наиболее точные показатели, а погрешности могут присутствовать лишь на этапе физического измерения уровня топлива.

Современные транспортные средства, в основном, используют в качестве датчика уровня топлива потенциометрический датчик перемещения. Его достоинства выражены в простоте, надежности и низкой стоимости. Среди недостатков выделяют подвижность контактов, из-за чего, он в большей степени подвержен износу и окислению.

Существует два вида потенциометрических датчиков, применяемых сегодня в автомобилях: рычажные и трубчатые. И тот и другой вид оснащен поплавком, который всегда находится на поверхности топлива. Изготавливают такой элемент из пенопласта, тонкого, легкого металла или полой пластмассы. Конечно же каждый из видов имеет свои особенности.

Так, в рычажном датчике поплавок соединяется с подвижным контактом потенциометра (устройство, создающее сопротивление току) благодаря металлическому рычагу и может применяться как отдельно, так и входить в состав блока подачи топлива. Из-за своей конструкции, датчики данного типа универсальны и могут использоваться в любых топливных баках.

Трубчатый датчик состоит из трубки в которой поплавок перемещается по направляющей, а параллельно ей располагаются провода сопротивлений с замыкающимися на поплавке контактными кольцами. Главным преимуществом датчика данного типа выступает его устойчивость к перепадам уровня топлива при поворотах, подъемах и спусках автомобиля. Отрицательным моментом является наличие ограничений в использовании, из-за геометрических параметров топливного бака.

Описанные виды датчиков уровня топлива относятся к контактным типам, который совершенно не практичный в условиях применения новых видов топлива: этанола, метанола и биодизеля. Все дело в их агрессивном влиянии на поверхность устройства, из-за чего она быстро изнашивается. В таких случаях рекомендуют использовать бесконтактные датчики уровня топлива, такие как неактивный магнитный датчик положения, чувствительный элемент которого герметично закрыт и не контактирует с топливом.

Уровень топлива вычисляется с помощью традиционного поплавка, соединенным рычагом с постоянным магнитом, который перемещается по сектору с закрепленными металлическими пластинами разной длины. Создаваемое магнитное поле формирует определенный электрический сигнал, соответствующий разному виду топлива.

Возможные неполадки прибора

Датчик уровня топлива, как и любая другая деталь автомобиля периодически выходит из строя и требует проведения ремонтных работ. Сейчас мы опишем наиболее частые причины этого явления. Если показания датчика все время меняются («скачут») причиной этого может быть износ контактных дорожек на плате, которые со временем стираются из-за постоянного перемещения по ним бегунка прибора. В случае не большой стертой площади, можно попробовать так загнуть бегунок, что бы он стал выше стертого места, но если площадь износа большая, то решить проблему удастся только заменив датчик.

Иногда, при полном баке, стрелка указателя возвращается к нулевому показателю. Возможной причиной этого является неправильное размещение ограничителя хода поплавка.

При включенном зажигании и работающем моторе, стрелка указателя остается неподвижной. Чаще всего причина кроется в перегорании предохранителя, неисправности приемника указателя (датчика), повреждении соединительных проводов или окислении их наконечников.

Если стрелка уровня топлива часто падает к нулевому значению, а в процессе этого еще и дергается, то стоит проверить токосъемник, возможно, он слабо касается резистора датчика, или же оборвалась обмотка резистора.

Также, может совсем перестать работать лампочка предупреждения о минимальном количестве топлива в баке, или работать с перебоями. В этом случае, скорее всего дело в резисторе и вполне возможно его придется заменить.

Самой распространенной проблемой потенциометрических датчиков является быстрый его износ и окисление дорожек, что и определяет появление вышеописанных проблем.

Ремонт датчика уровня топлива своими руками

Мы уже назвали возможные причины поломок датчика уровня горючего, теперь рассмотрим способы борьбы с ними.

И так, что делать если индикатор уровня топлива завышает (занижает) реальное количество горючего в баке? Прежде всего стоит попробовать отрегулировать датчик. Сделать это можно двумя основными способами:

передвинуть штифт поплавка в крайние положения, при чем стрелка на индикаторе также должна попадать в эти положения (0 - пустой и 1 - полный). Если же стрелка при крайнем положении не хочет устанавливаться на «0» или «1», загните штифт, оставляя его подвижным и отрегулируйте;

нужно разобрать приборную панель и добравшись через нее к датчику, снять стрелку присоединив провода обратно к прибору. После этого заведите автомобиль и дайте ему поработать примерно 10 минут, а затем следует выставить ось указателя в положение «1» и снова подсоединить указательную стрелку.

Если датчик зависает на нулевом показателе, следует разобрать приборную панель и найти контактные провода идущие к устройству. Все гайки необходимо открутить и зачистить наждачкой, стерев там самым возможное окисление, а затем установить их на прежние места, при этом плотно закрутив. Точно также следует поступить со всеми массами на кузове (уделив особое внимание массе под ручником).

Выяснить в чем именно проблема: в самом датчике или в индикаторе, поможет специальный прибор - мультиметр. С его помощью проводится диагностика индикатора: при полном баке приблизительное значение сопротивления должно составить около 7 Ом (возможно немного меньше), если заполнена половина - сопротивление будет колебаться от 108 до 128 Ом; а при полном отсутствии топлива мультиметр покажет значение в 315-345 Ом.

Что бы проверить датчик отсоедините провода идущие на него и подключите сопротивление в 330 Ом, затем добавьте в цепь резистор 10 Ом; запустите двигатель и можно приступать к измерению сопротивления на резисторе с помощью ползунка (стрелка при этом плавает от значение «пустой» до значения «полный»).

Прежде, чем приступить к ремонту или замене вышедшей из строя детали датчика, необходимо точно знать где он находится и как его отремонтировать в случае низкого уровня давления. А размещен он в нижней части бензобака, поэтому для проведения демонтажа придется поднять автомобиль домкратом (либо воспользоваться смотровой ямой) и отсоединить контакты. После снятия датчика, в первую очередь следует обратить внимание на состояние дорожек, ведь именно они зачастую первыми стираются под воздействием бегунка.