Датчик рівня палива (ДУТЬ). Збірка, схеми, виробництво

image
Вітаю шановних читачів! Кілька років поспіль я писав на тему нашого сервісу моніторингу автотранспорту, про обладнання, що виробляємо, відкриваючи внутрішні аспекти виробництва та роботи в цілому. У цій статті я хочу розповісти про повному циклі виробництва такого дуже важливого елемента роботи систем GPS моніторингу і контролю, як датчик рівня палива (пошуковики його знають як ДУТ). Буде теорія, всі креслення і схеми для складання даного продукту. Кому цікаво — читаємо далі.

0. Вступ

Забігаючи вперед скажу, буде три статті, в цій я розповім про найпростішому варіанті визначення рівня дизельного палива (тільки для дизельного, використання на бензинової техніки абсолютно заборонено, так як вибухонебезпечно). В наступних статтях, якщо звичайно буде читачеві цікаво, розглянемо цифровий датчик рівня палива, а в самому кінці я планую викласти схему і прошивку пристрою для моніторингу, яке описував даній статті.

1. Трохи теорії

Найпопулярніші датчики вимірювання рівня палива являє собою електричний конденсатор, що складається з двох трубок вміщених один в одного, встановлюються резервуар з паливом, рівень якого вимірюється. Дизель вільно проникає в простір між трубками, сигналом зміни рівня палива в резервуарі є зміна електричної ємності датчика.

imageПри зміні рівня палива в резервуарі змінюється відносна діелектрична проникність простору між обкладками конденсатора, оскільки діелектрична проникність палива і повітря в загальному випадку різна. А так як ємність прямо пропорційна діелектричній проникності ізолятора, то в результаті змінюється і електрична ємність датчика. Датчики в більшості своїй виготовляються з алюмінію або міді, тому що вони менше всього схильні до впливу агресивних середовищ. З багатьох способів вимірювання значення ємності конденсатора і подальшим перетворенням його ємності в пропорційну зміну постійної напруги на виході, був обраний широтно-імпульсний спосіб, як досить простий і надійний, але при цьому забезпечує необхідний рівень точності вимірювання. Відразу потрібно застереження, це самий простий в плані фінансів і досить простий в плані складання ДУТ метод визначення рівня дизельного палива.

2. Опис роботи електричної схеми датчика рівня палива


Рис 2. Принципова схема датчика рівня палива (ДУТЬ) (велика схема тут

Для збільшення стабільності і точності показання всі елементи схеми використовуються з мінімальним температурним коефіцієнтом. Резистори використовуються з 1% допуском, мікросхеми обрані з покращеними параметрами на відміну від побутових аналогів, наприклад: SE555N замість NE555N, а LM358D замість LM258D.
На мікросхемі U1 SE555N і елементах R1, R2 і C1 зібраний задаючий генератор. Так як від нього сильно залежить стабільність свідчення в якості конденсатора С1 використовується прецизійний полістирольні конденсатор К71-7 1%, звичайно їх встановлювали в радянські кольорові телевізори в задають генератори рядкової розгортки. Можна замінити чимось сучасним, але доступність і ціна цих конденсаторів робить їх досить привабливими, так і народилися вони ще в далекому році, коли СРСР досить непогано стежив за якістю вироблених елементів.
З виходу 3-ї мікросхеми U1 прямокутні імпульси запускає одновібратор, зібраний на мікросхемі U2 SE555N. Як конденсатора одновібратора, використовується датчик поміщений в паливо, тому його ємність буде залежати від рівня палива, а отже, ширина імпульсу на виході 3 мікросхеми U2, буде змінюватися також від рівня палива.
Для забезпечення лінійної залежності ширини імпульсу від рівня заповнення датчика паливом, на датчик палива надходить зарядний струм від стабілізатора струму виконаного на мікросхемі U3.2 і транзисторі Q1 BC856BT. Також шляхом зміни зарядного струму здійснюється настроювання схеми на різні розміри датчиків. Налаштування схеми здійснюється шляхом підбору резисторів R6 і R7, для отримання 1.8-1.9 Вольт на виході схеми, при «сухому» датчику.
З виходу 3 мікросхеми U2 імпульси надходять на інтегратор, зібраний на елементах R8 і C6.
Далі інтегроване напруга, сформована на конденсаторі C6 надходить на фільтр низьких частот, виконаного на R10 і С10.
Потім постійна напруга надходить на підсилювач постійного струму, виконаного на мікросхемі U3.1.
З виходу 1-ї мікросхеми U3.2 сигнал через фільтр, виконаний на елементах R17, С12, С14 і С15 надходить на вихід.
Резистор R16 використовується для запобігання самозбудження підсилювача при роботі на ємнісне навантаження.
Дільник виконаний на резисторах R9 і R11 забезпечує необхідне постійне зміщення для роботи підсилювача постійного струму в лінійному режимі.
Стабілізатор напруги для живлення електронної схеми, розміщений за класичною схемою на мікросхемі U4 LM317MDT.
У підсумку, на виході ми отримуємо аналоговий сигнал порожній бак 1.8 повний 6.0 (тут є залежність від висоти ДУТ), який лінійний і прямо пропорційний рівню палива в баку\цистерні\сховище. Потім, застосувавши фільтр Калмана, можна прибирати стрибки палива, виводити обрахування середньої витрати та ін

В реальності це буде виглядати приблизно ось так:



Графік рівня палива + швидкість.

3. Креслення датчика рівня палива, матеріали



РИС 3. Креслення датчика рівня палива (посилання на великий креслення

Вже згадувалося, що використовується в основному алюміній, як видно з креслення, зовнішня трубка упаюється будь-яким зручним способом в «голову» ДУТ. При виробництві своїх датчиків ми використовуємо зварювання, т. к. маємо до неї доступ, нехай не самий естетично гарний варіант, але, надійний і перевірений часом. Всередині використовується алюмінієвий стрижень, для фіксації якого нарізається різьба у верхній частині. Втулки використовуються спеціального фторопласту, який максимально толерантний до дизельного палива.

4. Підсумок

На даному рішенні побудовані переважна більшість датчиків рівня палива представлених на GPS ринку СНД і світу. Кожен виробник вносить свої зміни для збільшення точності вимірювання рівня палива, такі як акселерометр, температурні датчики, цифрова обробка сигналу та інше. Представлена мною схема найпростіша, готова до роботи, як мовиться, в полях без будь-яких складнощів. Шановний читач з прямими руками цілком може зробити будь-які доробки, які можна використовувати як для своїх цілей, так і для комерційних потреб.

PS. Трохи еротики про те як таке добро встановлюється на техніку можна подивитися тут.

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.