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 .

Что же делать, если неправильно показывает, глючит или врет датчик уровня топлива в баке? Конечно же, немедленно отремонтировать его либо заменить новым, так как данный прибор не только прогнозирует наши затраты на горючее, но и экономит семейный бюджет, контролируя его расход.

Основные функции устройства

Все емкостные датчики уровня топлива предназначены для измерения количества жидкости в емкости, а точнее, в бензобаке . Их подключают к системе мониторинга транспортного средства, на которую они и передают соответствующие сигналы. В основном, это высокоточные универсальные устройства, использовать которые можно не только для автомобилей, но и для другой техники, а также стационарных объектов.

Сегодня существует несколько видов данного механизма. И совсем не важно, какой датчик уровня топлива (поплавковый, электронный, цифровой, ультразвуковой, универсальный) был выбран, его главная функция все равно остается неизменной – определение . А ведь именно затраты на горючее являются самыми постоянными и ощутимыми для кармана. Также датчик уровня бензина позволит контролировать и такие моменты, как слив топлива (эта функция особенно актуальна для предприятий, служб такси и т.д.), и, конечно же, не даст обдурить вас на заправке.

Для более детального наблюдения за уровнем горючего необходимо установить на своем автомобиле более чувствительные приборы с наименьшей погрешностью.

Принцип работы прибора

В основном, устройство датчика уровня топлива предполагает наличие поплавка. Чаще всего, он изготавливается из пластмассы, пенопласта или же другого легкого материала. Также важно и наличие потенциометра, его роль выполняет резистор, на поверхности которого нанесены металлические полосы, а его подвижный контакт создает переменное сопротивление току, который проходит по нему.

На сегодняшний день наиболее популярными являются потенциометрические датчики трубчатого или же рычажного типа. Принцип работы датчика уровня топлива первого типа сводится к тому, что поплавок, помещенный в трубку, перемещается в зависимости от положения жидкости и замыкает провода, расположенные параллельно направляющим. Во втором же случае подвижный контакт потенциометра соединяется с поплавком посредством металлического рычага.

Возможные неполадки датчика уровня бензина

Проблемы с датчиком уровня топлива носят различный характер. Наиболее распространенные неполадки связаны с тем, что прибор показывает недостоверные данные , например, его стрелка указывает на то, что бак пустой, а на самом деле топлива в нем еще предостаточно. А причин подобного поведения довольно много, например, может выйти из строя сама панель, а возможно, что сбилась стрелка, или же заклинило поплавок.

Когда же показания прибора скачут: допустим, в начале движения он указывает на минимальный уровень топлива, зато потом это значение возрастает само по себе, то это тоже говорит о том, что устройство не работает, а как проверить и починить датчик уровня топлива в такой ситуации, мы опишем чуть ниже. Если же перестала загораться на панели лампочка, предупреждающая о минимальном количестве горючего в баке, или же она работает, но неисправно, то все дело в терморезисторе, который нужно немедленно заменить.

Ремонтируем датчик уровня топлива сами

Но прежде чем приступать непосредственно к замене или же ремонтным работам, нужно знать, где находится, как снять и отремонтировать датчик низкого уровня топлива. Крепится он на бензобак снизу, и поэтому, чтобы его снять, желательно поднять авто на домкрат и отсоединить контакты. Первым делом обращаем внимание на состояние дорожек, так как они зачастую стираются от воздействия бегунка. Если дефект небольшой, то можно подогнуть бегунок таким образом, чтобы он находился выше поврежденного участка. В случае, когда такое сделать невозможно, следует заменить весь прибор.

Также проверка неисправности датчика уровня топлива предполагает диагностику контактов и «массы» (особенно находящейся под ). Чтобы добраться до контактов, нужно снять панель и затем уже подтянуть все гаечки, посредством которых и создается замыкание. Если стрелка, показывающая уровень горючего, сбилась, то необходимо нажать на кнопку суточного пробега, а затем завести движок.

Но кроме информации, как отремонтировать или же заменить этот прибор, кому-то может быть интересно, как обмануть датчик указателя уровня топлива. Один из способов слить незаметно бензин – поставить, так называемую, капельницу, ведь этот прибор фиксирует только те сливы, которые происходят за весьма короткий временной интервал. А вот если жидкость будет капать потихоньку, то такая афера не будет обнаружена. В общем, ремонт и замена датчика уровня топлива – операции несложные, поэтому вовсе не обязательно обращаться для этого к специалистам, а можно сделать большинство мероприятий самостоятельно. Куда более важно подобрать действительно качественное устройство.

Датчик уровня топлива – незаменимая вещь для любого автомобиля. Он позволяет в режиме реального времени контролировать остаток топлива в баке, а, следовательно, не заглохнуть в самый неподходящий момент. Емкостный датчик погружается в бак, а показания, полученные от него, выводятся на панель приборов.

Виды датчиков

Современные датчики создаются на основе потенциометрической конструкции. Он достаточно прост, дает точные измерения и доступен по цене. Такие датчики делятся на рычажные и трубчатые. Но использоваться могут не во всех типах автомобилей.

Усовершенствованные бесконтактные датчики способны определять объем горючего без погружения в бак. Таких приборов несколько видов:

• Магнитные;
• Радиоуправляемые;
• Ульразвуковые.

В устройстве они достаточно сложны, поэтому могут изготавливаться только в заводских условиях. А вот простой емкостный контактный датчик своими руками под силу заядлому радиолюбителю, имеющему навык работы с паяльником и разбирающемуся в принципах работы топливной системы авто.

Главный принцип работы такого датчика – для конкретного значения уровня топлива подается свой сигнал. Конечно, поплавок опускается не сразу, как только уходит уровень горючего, а спустя какое-то время. В связи с этим прибор может давать небольшую погрешность, которая также зависит от конструкции бака и колебаний бензина или дизеля. На приборную панель данные выводятся в цифровом или аналоговом виде. Цифровое значение точнее и имеет минимальную погрешность.

Как сделать емкостный датчик

Принцип работы емкостного датчика – сопоставление данных электрической емкости. По сути, прибор представляет собой обычный конденсатор. Сделать такое устройство можно, имея под рукой две металлические трубки или пластинки. Правила изготовления следующие:

1.Оба электрода изолируются от электрического контакта.

1. Когда датчик погружается в топливо, пространство между электродами свободно заполняется горючим, а когда уровень понижается, электроды остаются в воздухе.
2. В бак измеритель устанавливается не ровно, а слегка под наклоном.
3. Питание, подаваемое на прибор, не должно быть больше 5 Вт, иначе бензин загорится от искры.
4. Сама схема располагается близко к датчику, чем ближе, тем лучше.
5. Протяженность проводов от схемы до датчика не должна быть более 2 см.
6. Емкостный датчик состоит из двух модулей, связанных между собой тремя проводами: модуль самого датчика и модуль отображения. Два провода подают питание на модуль датчика, а третий передает сигнал от датчика на модуль отображения.

Если в баке много горючего, то емкость датчика выше, а времени на зарядку нужно больше. Реализовать этот принцип измерения можно с помощью встроенного микроконтроллера. Часть напряжения подается на вход резистивным двигателем. Когда измеритель получает напряжение, включается микроконтроллер. При достижении напряжением пиковой отметки включается таймер. С таймера данные поступают на модуль отражения.

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.