Датчик уровня топлива на примере Нива Шевроле

Датчик уровня топлива на примере Нива Шевроле

Шеви Нива доказал свою надёжность и за 18 лет существования скопил массу положительных отзывов. Правда иногда машина всё же ломается, как правило по причине естественного износа деталей. Довольно редко, но преподнести «сюрпризы» может датчик уровня топлива (ДУТ). Например, стрелка начинает показывать: то 1/4 уровня бака, то 1/2. Из-за этого были случаи, когда машина обсыхала в дороге (обычно после покупки б/у автомобиля, владелец не знает его нрав). Далее расскажем: по каким признакам определяют неисправность датчика уровня топлива на Ниве Шевроле, как его проверить, какой выбрать и как заменить.

Как измеряется уровень топлива в автомобиле

Взаимодействие между указателем уровня топлива и датчиком топлива основано на передаче сигнала, который может быть аналоговым или цифровым. В зависимости от типа передаваемого сигнала, различаются датчики уровня топлива.

В современных автомобилях наибольшее распространение получили цифровые датчики, которые гораздо точнее аналоговых вариаций. Цифровой датчик получает аналоговую информацию об уровне топлива, которая преобразуется в сигнал, а после передается на указатель. При этом значение, которое поступает с датчика, рассчитывается исходя из геометрических параметров топливного бака и учитывая поправку на неравномерность распределения топлива по резервуару.

Непосредственно за измерение уровня топлива в автомобильных баках отвечает поплавок, который, представляющий собой цифровое потенциометрическое устройство. Он изготавливается из легких материалов (пластик, пенопласт, легкие металлы), чтобы находиться постоянно на поверхности топлива, тем самым передавая показания датчику. Подобная система измерения уровня топлива в баке простая, надежная и недорогая, что важно при массовом производстве автомобилей.

Поплавковые датчики можно разделить на два типа:

• Рычажные. В таких типах датчиков поплавок соединяется с реостатом через металлический рычаг. Соответственно, при увеличении или уменьшении уровня топлива поплавок начинает движение, за ним поворачивается рычаг, движение передается на реостат и его сопротивление изменяется. Информация об этом сопротивлении, с учетом различных факторов, передается в виде цифрового сигнала на указатель уровня топлива.
• Трубчатые. Поплавок в подобных датчиках уровня топлива устанавливается внутри специальной трубки, которая монтируется в топливный бак. Поплавок в трубке зафиксирован таким образом, чтобы его движение было возможно только по вертикальной оси. В нижней части трубки находится отверстие, в которое поступает топливо. При поступлении топлива поплавок поднимается, при уменьшении его количества опускается. Параллельно движению поплавка располагают контактные кольца на проводах, замыкание которых фиксирует информацию об уровне топлива, передаваемую на указатель.

Трубчатые датчики уровня топлива считаются более точными, чем рычажные. Преимущества трубчатой конструкции особенно проявляются при движении автомобиля в горку, с горки или на поворотах, когда уровень топлива в баке колеблется, и рычажная система может считывать не до конца достоверные показатели. При этом трубчатый датчик уровня топлива более дорогой, чем рычажный, и он может быть установлен не во все топливные баки, из-за ограничений геометрической формой.

Как именно работает датчик уровня топлива, зависит от его типа. Однако основной принцип их действия всегда идентичен. Он основан на постоянном определении остатков топлива с помощью специального поплавка, трубок или ультразвука. Каждый измерительный элемент особым образом оценивает уровень бензина или дизеля и передает полученные параметры на приборную панель и в систему мониторинга.

Выходной сигнал может быть аналоговым, частотным или цифровым. Каждый имеет свои особенности и преимущества. Наиболее доступными по стоимости остаются ДУТ аналогового типа, но они имеют слабую защиту от помех, из-за чего информация передается с большой погрешностью. Частотные проводят сигналы в кодированном виде, что несколько улучшает ситуацию. Цифровые же датчики уровня топлива имеют микропроцессоры и отличаются лучшей защитой от помех, что позволяет им демонстрировать максимальную точность.

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

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.

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 бакецистернехранилище. 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.

Как отремонтировать поплавок

Чтобы устранить неисправности, достаточно настроить поплавок в унитазе. Верхнее положение является определяющим для максимального объема подачи воды. Регулировка производится в зависимости от разновидности поплавкового гидромеханизма:

• шарообразный– крепление к специальному рычагу, при повороте деталь доводится до выбранного положения;
• стаканообразный – устройство крепится на вертикальной оси, передвижение по ней осуществляется встроенным колесиком.

Ремонтные работы из-за повреждений поплавковой конструкции:

• при загрязнении – проводится очистка без снятия или с полным демонтажем и обратным креплением;
• при засоре клапанных отверстий – канальцы прочищаются от скопившейся грязи, налета;
• при пробоине – сформировавшаяся дыра заливается горячим пластиком или весь гидромеханизм оборачивается полиэтиленовой пленкой, оба подхода сохраняют герметичность изделия.

Ремонт проходит по схеме:

• снимается верхняя крышка;
• производится демонтаж арматуры из сливного бака;
• устраняется причина неисправности.

Последний шаг – возвращение отремонтированного элемента и последующая регулировка его положения. Без регулирования проблема протечки после сборки решена не будет.

Как проверить датчик уровня топлива?

Начать диагностику следует с изучения электрической схемы подключения ДУТ на вашем авто. При включенном зажигании проверьте на разъеме топливного модуля наличие питающего напряжения измерителя уровня бензина. Для этого воспользуйтесь мультиметром в режиме измерения постоянного тока либо контрольной лампой для проверки электрических цепей. Облегчит диагностику наличие построечного резистора, который позволяет вручную изменять сопротивление цепи. Так вы сможете сымитировать нормально работающий датчик уровня горючего, проверив целостность проводов от бензобака до приборной панели и даже исправность указателя.

Если для снятия топливного модуля необходимо демонтировать топливный бак, имеет смысл прозвонить цепь от ДУТ к приборной панели на предмет обрыва, паразитного сопротивления. Уверенность в исправной сигнальной цепи увеличит шанс на то, что причина, из-за которой не работает датчик топлива, кроется в баке и трудоемкий процесс по его демонтажу окажется не напрасным.

После снятия топливного модуля осмотрите составляющие датчика на предмет механических повреждений и характерных неисправностей потенциометрических датчиков положения. Окислы и налет можно удалить ватной палочкой, смоченной в растворителе. Будьте аккуратны при чистке резистивного слоя абразивными элементами (жесткая губка, скотч-брайт, наждачная бумага), чтобы не повредить токопроводящий слой . В случае повреждения контактных дорожек датчик бензина придется заменить на новый.

Собственноручная регулировка поплавка

Переходим к информации, которая часто волнует владельцев и старых моделей, и новых блоков. Постараемся разобраться, как самостоятельно отрегулировать поплавок в унитазе, чтобы поднять/опустить уровень воды в бачке.

Больший объем воды необходим, если имеющегося в емкости недостаточно для качественного смыва, а уменьшают количество набираемой воды, если хотят сэкономить.

Процесс регулировки у разных моделей отличается. Устаревшее «коромысло» можно отрегулировать очень простым способом, даже не отключая воду. Снимаем крышку бачка, находим проволоку-держатель поплавка и просто сгибаем ее.

За счет перегиба устройство блокировки впускного клапана срабатывает раньше, следовательно, объем поступающей в резервуар воды также снижается.

Если держатель поплавка собран из двух негнущихся металлических планок, соединенных болтом, процесс регулировки несколько сложнее: