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

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

    0. Вступление


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

    1. Немного теории


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

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

    2. Описание работы электрической схемы датчика уровня топлива



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

    Для увеличения стабильности и точности показания все элементы схемы используются с минимальным температурным коэффициентом. Резисторы используются с 1% допуском, микросхемы выбраны с улучшенными параметрами в отличии от бытовых аналогов, например: SE555N вместо NE555N, а LM358D вместо LM258D.
    На микросхеме U1 SE555N и элементах R1, R2 и C1 собран задающий генератор. Так как от него сильно зависит стабильность показания то в качестве конденсатора С1 используется прецизионный полистирольные конденсатор К71-7 1%, обычно их устанавливали в советские цветные телевизоры в задающие генераторы строчной развертки. Можно заменить чем-то современным, но доступность и цена этих конденсаторов делает их весьма привлекательными, да и родились они еще в далеком году, когда СССР весьма неплохо следил за качеством производимых элементов.
    С выхода 3-й микросхемы U1 прямоугольные импульсы запускают одновибратор, собранный на микросхеме U2 SE555N. В качестве конденсатора одновибратора, используется датчик помещенный в топливо, поэтому его емкость будет зависеть от уровня топлива, а следовательно, ширина импульса на выходе 3 микросхемы U2, будет изменяться также от уровня топлива.
    Для обеспечения линейной зависимости ширины импульса от уровня заполнения датчика топливом, на датчик топлива поступает зарядный ток от стабилизатора тока выполненного на микросхеме U3.2 и транзисторе Q1 BC856BT. Также путем изменения зарядного тока осуществляется настройка схемы на различные размеры датчиков. Настройка схемы осуществляется путем подбора резисторов R6 и R7, для получения 1.8-1.9 Вольт на выходе схемы, при «сухом» датчике.
    С выхода 3 микросхемы U2 импульсы поступают на интегратор, собранный на элементах R8 и C6.
    Далее интегрированное напряжение сформировавшись на конденсаторе C6 поступает на фильтр низких частот, выполненного на R10 и С10.
    Затем постоянное напряжение поступает на усилитель постоянного тока, выполненного на микросхеме U3.1.
    С выхода 1-й микросхемы U3.2 сигнал, через фильтр, выполненный на элементах R17, С12, С14 и С15 поступает на выход.
    Резистор R16 используется для предотвращения самовозбуждения усилителя при работе на емкостную нагрузку.
    Делитель выполнен на резисторах R9 и R11 обеспечивает необходимое постоянное смещение для работы усилителя постоянного тока в линейном режиме.
    Стабилизатор напряжения для питания электронной схемы, размещён по классической схеме на микросхеме U4 LM317MDT.
    В итоге, на выходе, мы получаем аналоговый сигнал пустой бак 1.8В полный 6.0В (тут есть зависимость от высоты ДУТ), который линейный и прямо пропорциональный уровню топлива в баке\цистерне\хранилище. Затем, применив фильтр Калмана, можно убирать скачки топлива, выводить обсчет среднего расхода и пр.

    В реальности это будет выглядеть примерно вот так:



    График уровня топлива + скорость.

    3. Чертеж датчика уровня топлива, материалы




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

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

    4. Итог


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

    PS. Немного эротики про то как подобное добро устанавливается на технику можно посмотреть тут.
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 24

      0
      использование на бензиновой технике абсолютно запрещено
      это из-за опасности взрыва во время монтажа или же есть еще нюансы?
        0
        Данный метод измерения не может быть использован с бензином по многим причинам, но взрывоопасность это один из главных моментов.
          0
          Одна московская контора лет 7 назад ваяла точно такие же (конструктивно) емкостные датчики, без ограничения бензин/дизель. (Ограничение было во время установки — дизельные бензобаки сверлили прямо с топливом и Васька кот. Бензиновые же снимали, опустошали, проливали водой из шланга для удаления паров).
          Но схема была на мелкоконтроллере сделана, мы их даже перепрограммировали как-то в полевых условиях, уже установленные на автомобили.
        0
        LM358D вместо LM258D

        Т. е. Заменили ОУ рассчитанный на -25… 85 °C на аналог для 0… 70 °C ?!!!
        Я вместо них ставлю LM2904 (-40… 125), чего и вам советую, а лучше LM158 (от -55).
          0
          Спасибо. Но на данный момент используем цифровые датчики уровня топлива, о них я расскажу в следующих статьях (если пробьюсь через непонимание администрации хабра, которая перенесла в «я пиарюсь», вместо профильного хаба).
          +1
          Напомнило один воистину ацкий проект, "экскрементометр":
          bsvi.ru/ekskrementometr
          ^___^
            0
            Туда бы дальномер.
              0
              Не, то чуток другое) По ссылке сделан попловкового типа датчик. Для измерения уровня топлива такое сделать сложно.
                0
                Тем не менее, штатный ДУТ во многих автомобилях, не только дизельных, — потенциометрический поплавковый (на датчике холла даже безопаснее по идее). Что не так со штатным датчиком? Сопротивление мы умеем измерять легко и точно, нелинейность «уровень — напряжение» можно откалибровать, всплески топлива можно отфильтровать программно.
                  0
                  Вообще с Вами не спорю.
                  1. поплавок имеет право на жизнь при прямых руках, и достаточном количестве времени для установки на транспортное средство.
                  2. ультразвуковые датчики уровня топлива также ведут себя весьма и весьма не плохо
                  3. существует целый список иных методы измерения датчика уровня топлива.
                  Данный тип датчиков хорош по причине быстрой установки, весьма простого обслуживания.
                    0
                    Я не спорю, мне любопытно. Просто в статье не хватает вводной что ли.
                    Почему вообще надо ставить датчик? Я наивно полагал что все современные автомобили оборудованы оным. Вот даже совсем несовременные содержат поплавок с потенциометром, его не нужно ставить. Добавить только электронный обвес для точности и трекинга расхода [и слива].
                      0
                      Так уж повелось что 80% техники которая сейчас стоит на вооружении строительных компаний — мазы, камазы, и прочая техника которая выпущена еще до начала 2000 годов. Там датчики или отсутствуют или работают не правильно.
              0
              А в чем смысл дублирующего датчика топлива?
              Почему нельзя снимать данные со штатного?
                0
                А как вы работали с этим датчиком при наличии донной воды?
                И как влияют присадки к горючке на диэлектрическую проницаемость?
                Не придётся ли рекалиброваться каждый раз при заправке?
                  0
                  Вода коротит датчик, для этого есть рекомендации обрезать дут за 2-3 см до дна бака.
                  Присадки изменяют проницаемость, калибровка требуется 2 раза в год — при переходе с зимнего на летнее топливо и наоборот.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      0
                      Тем не менее рынок датчиков топлива — это быстрорастущий рынок с огромным потреблением данного продукта.
                  0
                  Здравствуйте. Когда такой датчик смогут использовать и простые автомобилисты? Например заливаешь на заправке 40 литров, а по факту наливают 38 или 39. Т.е. можно было бы выявлять честные заправки (правильно калиброванные).
                    0
                    Только поплавковые + точная калибровка и доводка датчика.
                    Тип датчика описанный в статье не может использоваться в легковом транспорте.
                      0
                      Т.е. текущие технологии не дают возможность узнавать количество заливаемых (залитых литров), а не количество слива топлива?
                        0
                        Дают.
                        точная калибровка и доводка датчика

                        Вся соль в этом.
                        И ещё нужен акселерометр, т. к. если автомобиль стоит немного под углом, то показания будут отличаться.
                      0
                      Можно поставить ультразвуковой проточный датчик расхода топлива, например АС-001.
                      Или массомер вроде Emerson/Micro Motion. Очень дорого, но будет точно считать.

                      Что касается датчиков уровня — по России самый вменяемый и недорогой — «Струна».
                        0
                        И ещё мимолётная идея. Если измерять не объём топлива, а объём воздуха в баке, например резонансным способом. Тогда будет безразлично, под каким углом стоит этот самый бак.
                      +1
                      Делал для бензина вот по этой схеме www.avislab.com/blog/fuel, работает отлично.

                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                      Самое читаемое