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»:
На чтение 6 мин.
Многообразие автомобильных топливных систем предполагает использование различных датчиков уровня топлива. Некоторые можно изготовить самостоятельно.
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
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
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:
- 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.
- 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.
- 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.
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.
Схема цифрового индикатора уровня топлива обладает высокой степенью повторяемости, даже если опыт работы с микроконтроллерами незначителен, поэтому разобраться в тонкостях процесса сборки и настройки не вызывает проблем. Программатор Громова – это простейший программатор, который необходим для программирования avr микроконтроллера. Программатор Горомова хорошо подходит как для внутрисхемного, так и для стандартного схемного программирования. Ниже приведена схема контроля индикатора топлива.
Представленная ниже фотография является монтажной.
Функциональные возможности прибора:
- способен достаточно точно отобразить текущий уровень топлива, с точностью до литра, поддерживает топливный бак от 30 до 99 литров;
- выводит информацию о бортовой системе;
- работает с учётом колебания топлива, которое наблюдается во время передвижения автомобиля, внутренний датчик в баке производит многократные замеры и информация выводится на основании среднеарифметического (частоту замеров можно задать в меню);
- яркость подсветки изменяется в зависимости от текущего уровня освещённости, всего существует два режима: день и ночь;
- Существует два режима индикаторного отображения информации: обычный и инверсный.
Детали микроконтроллера:
R1 – 1 кОм
R2 – 75 кOм
R3 – 10 кОм подстроечный
R4 – 4,7 кОм
R5, R6, R8-R11 – 10 кОм
R23, R12-R15 – 3,3 кОм
R24, R16-R19 – 1,8 кОм
R20 – 2 кОм * подбирается в зависимости от подсветки
R21 – 240 Ом
R22 – 1 КОм * подбирается и ставится постоянный
C1, C2,C15 – 0,01 мк
C3, C4, C6-C11,C13-C15 – 0,1 мк
C5 – 47 мк
C12 – 4,7 мк
L1 – 100 мГн
DD1- LM7805
DD2 – ATMega8
DD3 – LM317T
VT1 – IRFZ44
LCD1 – Nokia 1110/1200/1110i/1112.
На схеме не обозначен разъём РС10, через который осуществляется подключения кнопок и вывод для установления программного обеспечения на микроконтроллер.
Необходимо сделать две платы: одну для дисплея; вторая же будет основной. Обе платы должны иметь форму круга, а их диаметр корпуса должен составлять 50 мм. Достаточно трудно найти индикатор ответной части под разъём, поэтому рационально выполнить разводку под шлейф. Нужно также отпаять разъём от ответной части и на его место припаять только с обратной стороны припаять шлейф, сам же дисплей можно прикрепить при помощи двухстороннего скотча.
Главная (основная) плата является двухсторонней, однако, обратная сторона является базовой, а на второй стороне расположены стабилизаторы и один транзистор, со стороны дорожек устанавливается основная часть деталей. Базовые квадратные отверстия припаиваются перемычками, оставшаяся часть отверстий рассверливаются.
На месте разобранного разъёма, происходит соединение двух плат при помощи контактов. Под основную плату впаивается втулка с резьбой, к корпусу платы фиксируются при помощи одного винта. Кнопки отсутствуют, поскольку с практической точки зрения в них нет необходимости.
Они нужны лишь при выполнении начальной калибровки, поэтому и выводятся на разъём РС10, который расположен сзади корпуса. Через данный искусственный разъём выводятся также сигналы для программирования микроконтроллера.
Инструкция для настройки цифрового индикатора уровня топлива.
1 шаг. Внутрисхемно осуществляется программирования микроконтроллера, для этого можно использовать любой программатор, который имеется в вашем распоряжении.
2 шаг. Выставление фьюза происходит следующим образом. Для начала необходимо выполнить настройку показаний напряжения. Для этого необходимо подключить индикатор к напряжению 12-14В с целью его настройки, в этот же источник электрического питания подсоединяем вольтметр и подстроченный резистор R3, в котором выставляем значения, которые отображает вольтметр.
3 шаг. Далее необходимо выполнить программную настройку аппарата. Для начала необходимо выставить ёмкость бака и выполнить его калибрование. Калибрования топливного бака осуществляется следующим образом, задаём значение пустого бака – 0 литров и нажимаем клавишу ОК. Затем, наливаем 1 литр топлива и задаём значение 1 литр топлива и нажимаем вновь клавишу ОК.
Данную процедуру необходимо повторить многократно, вплоть до заполнения полного бака. Естественно данный процесс довольно таки продолжительный во времени, но его нужно один раз в обязательном порядке выполнить.
При калибровке также можно записать показания датчика, что позволить сэкономить существенный временной промежуток при выполнении каких-либо прошивок. Остальные виды настроек можно и установить в соответствии с индивидуальными предпочтениями.
Индикатор топлива позволит рационализировать повседневный расход бензина и тем самым сэкономить финансовые средства.
Емкостной датчик — это такой вид датчиков, в которых для измерения уровня жидкости не используют механические элементы (поплавка нет!). Измеряется даже не сама жидкость, а диэлектрическая проницаемость вещества между электродами, которая прямо пропорциональна количеству жидкости между ними (или не очень прямо, в физику углубляться не будем).
Без поплавка? Как это возможно?
Вместо поплавка ставим две трубки (одна в одной, так чтобы они не прикасались друг к другу) — получается конденсатор, который меняет свою емкость в зависимости от количества изолятора между его пластинами. В качестве изолятора выступает бензин.
Контроллер проводит измерения и превращает результаты измерения в показатели стрелки. (Своего рода тестер, но с одной функцией — измерение емкости конденсатора).
Общая информация
Емкостные датчики изготавливаются серийно на любую длину (допускается обрезка датчика пилой до 30% от длины). Цена от 350 грн. Есть модели для стрелки, есть модели для подключения к КАН линии (для авто в который является центральный компьютер). Но данные датчики требуют подтянуть к ним 12 вольт и не имеют выхода на лампочку. (Ну по крайней мере я таких не встречал). Поэтому я, имея в запасе базовое понятие в программировании и принципе работы датчика, решил сделать свою модификацию.
О принципе работы
Зайду из далека … По сути датчик — это две трубки — одна меньшего диаметра, вторая большего диаметра. Если этих двух трубки запихнуть друг в друга так, чтобы они не касались друг друга — то получится конденсатор. Конденсатор — это такая штука которая умеет накапливать электрический заряд (своего рода батарейка, но очень малой емкости). И как любая батарейка накопления заряда занимает определенный промежуток времени. То есть если на тех две трубки подать 1 Вольт — это то вольт на трубках начнет накапливаться (сначала там будет 0,01В, затем 0,02В … до 1В). Измерив время накопления того вольта на стенках трубок можно вычислить их емкость. Формулы пропускают … 🙂
Возникает вопрос, как измерить тем конденсатором уровень бензина? Очень просто! Все знают, что воздух ток не проводит. Но на самом деле это не так. Оно проводит, но очень плохо. Так же бензин — ток не проводит. То есть проводит, но тоже очень плохо. Однако чуть лучше чем воздух.
К чему это я … То есть, когда мы те трубки заряжаем — то часть заряда убегает через воздух. И мы на заряд тратим больше времени.
Когда же трубки погрузить в бензин — на их заряд — надо еще больше времени (бензин проводит ток лучше). Причем чем больше мы их в бензин окунаем, тем больше времени нужно на то, чтобы их зарядить.
На практике разница во времени заряда трубок на воздухе и в бензине очень мала — меньше миллисекунды. Точно не скажу, ибо без опыта расчетов под рукой. Но для микроконтроллера, который выполняет 8000000 операций в секунду — это очень большой промежуток времени, и он может различить более 200 значений этой разницы. 40л / 200 = 200 грамм. НЕ точность аптекаря, но для ориентировки в запасе бензина вполне достаточно.
Ну и теперь непосредственно о самом приборе.
Как видно из схемы — основой является контроллер Atmega8 и таймер NE555 (подключен по схеме мультивибратора). В качестве конденсатора, который задает частоту таймера — выступает зонд. Строение зонда очень просто. Это по сути есть две трубки с любого металла, расположенных друг в друге (я использовал два фотобарабана от картриджей лазерного принтера). Данный зонд находится в середине бака. И в зависимости от количества бензина — меняет свою емкость. Изменение емкости — меняет исходную частоту таймера. Контроллер измеряет частоту и с помощью ШИМ — формирует сигнал для приборной панели.
Для датчика нужно дополнительного питания. Он питается от тока, проходящего через лампу «аварийного запаса бензина». Ток, потребляемый — недостаточный для того, чтобы лампочка светила, однако, когда уровень бензина снижается ниже отметки 5% — контроллер создает дополнительную нагрузку (замыкая вход LAMP на минус с работодателем ШИМ сигнала с скважностью 20%) и лампочка загорается. В период свечения лампочки — контроллер питается от тока, накопленного на конденсаторе C2, а диод не позволяет ему разрядиться через нагрузочный транзистор. Полевые транзисторы установил те, которые были под рукой. В принципе — подойдут любые, которые могут выдержать ток больше 500мА (если в приборной панели стоит 5 ваттная лампочка).
Подключение
В 90% автомобилей — датчик топлива выполнен однотипно (в виде потенциометра, к которому подведено три проводника «-«, вход стрелки, вход лампочки). Так же подключается и этот датчик через разъем J2.
Назначение выходов разъема J2:
- Вишид указателя стрелки;
- Выход лампы аварийного запаса топлива.
Назначение выходов разъема J1:
- Внутренняя трубка зонда;
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. 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 R 2
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 МС3406
3 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 Mega 8 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 (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.