Применяется с родным датчиком уровня(в баке),и вместо штатного стрелочного(на торпеде).
Данное устройство(в основе 16f676) выводит на двухразрядный семисегментник (с общим анадом)показания датчика топлива в баке(40л).Питание от бортовой сети авто – 12в.К входу «in» подключаем датчик в баке.

Калибровка устройства:Нажимаем кнопку на устройстве-на индикаторе засветяться мигающие нули,это означает что у нас пустой бак.Если действительно пустой нажимаем кнопку еще раз.если нет опустошаем полностью и нажимаем кнопку.
На индикаторе засветится 02(2 литра)-заливаем 2 литра и нажимаем кнопку.
После засветится 04-заливаем еще 2 литра (в баке уже 4 литра)и нажимаем кнопку.
Таким образом при калибровке все значения на индикаторах в мигаищем режиме,а нажимая кнопку мы соглашаемся что в баке действительно находится n-литров при мигающем его значении.После калибровки на дисплее отобразится 40-что означает 40литров бензина в баке(ведь так оно и есть)и мигания прекратятся.Устройство перешло в режим измерения.Кнопку больше не трогаем,чтоб не сбить настроек.При падении уровня топлива ниже 6 литров индикаторы начинают мигать,это говорит о том что пора на заправку.В комплекте идут прошивки с разным шагом калибровки,все рабочие и достаточно точные.
Точно устройство показывает в состоянии покоя,когда бензин в баке не плещется и поплавок не качает.
Подводные камни были с подбором делителя 1,5кОм,у меня схема заработала без проблем при сопртивлении 500 Ом!

обновлено в 23:56 22.10 21:32 29.10.2015

Обзор оборудования

Оперативный контроль использования топлива является одной из наиболее актуальных задач, стоящий перед предприятиями и организациями, эксплуатирующими транспортные средства с использованием двигателей внутреннего сгорания. Применение топливомеров позволяет более экономично подходить к расходу топливных материалов по отношению к результату эксплуатации двигателей, времени движения и расстояния до следующей дозаправки.

Ввиду того, что топливные баки современных автомобилей отличаются достаточно сложной конфигурацией и различными линейными размерами, применение привычных приборов измеряющих уровень топлива не способно отражать настоящего количества используемого топлива.

На сегодняшний день функционирование системы онлайн-мониторинга транспортных средств, заключается в сборе информации с помощью трекеров и различных датчиков. Абонентский терминал (трекер) позволяет определить свое местоположение, скорость и направление движения при помощи сигналов со спутников систем ГЛОНАСС/GPS. К терминалу обычно подключают различные датчики через аналоговые или цифровые входы.

Исходные данные, полученные с датчиков, обычно или хранятся в локальном устройстве и затем выгружаются в общую базу по приезду в парк, либо транслируются на сервер в режиме онлайн, как правило через GPRS.

Принцип работы большинства топливомеров сводится к отслеживанию уровня топлива. Некоторые датчики отличаются большей простотой, как например поплавковые. А некоторые представляют собой сложные современные технологии, как например ультразвуковые.

Кроме того, датчики уровня топлива разнятся не только по конструкции, методу измерения топлива, но и по типу выходного сигнала. Он может быть цифровым, аналоговым или частотным. Об этой немаловажной характеристике и пойдет речь в этой статье.

Датчик уровня топлива с аналоговым выходным сигналом

Из-за наиболее приемлемой стоимости и минимального процента погрешности аналоговые датчики расхода топлива являются наиболее распространенным и в системе онлайн мониторинга транспортных средств. К тому же и само производство оборудования не требует значительных затрат и отличается последующей простотой в эксплуатации.

В основе принципа работы аналогового, как и типового, датчика лежит обработка первичных данных при помощи микропроцессора, который выдает данные в цифровом формате. Если речь идет об аналоговом ДУТ, то процессор вначале преобразовывает данные, полученные в цифровом виде, в аналоговые. Однако затем, для передачи на регистратор, ему опять нужно их оцифровать.

Для кодировки полученной информации аналоговые датчики используют значение физической величины, как например силы и напряжения тока. В реальности это может выглядеть следующим образом. Если для кодировки используются вольты, то показатели будут варьироваться от нуля до десяти вольт. Другими словами, если бак заполнен, то значение измерения будет равным 10 V, а полное отсутствие топлива будет выражаться в нулевом значении измерения. Промежуточные показатели от нуля до десяти вольт отображают степень наполненности бака, но не настолько точно, как в случае с цифровым ДУТ.

Так, например, если оборудование выдает значение «7 V», это означает, что уровень наполнения топливного бака равен 70 процентам. Как видно, для считывания показателей от диспетчера или водителя не требуется особых навыков. И все же, такая простота аналогового оборудования, по мнению специалистов, не перекрывает его недостатков из-за значительного процента итоговой или реальной погрешности. О чем идет речь?

Погрешность аналогового датчика уровня топлива

Итоговая, или как ее еще называют, относительная погрешность – это сумма погрешностей, которую выдает каждый из измерителей и преобразователей, входящих в комплектацию датчика уровня топлива. В обычных аналоговых датчиках устанавливают как минимум два измерителя. Один из них отвечает за измерение и передачу данных об уровне горючего в миллиметрах. Второй прибор преобразовывает эти данные в аналоговый сигнал для передачи на приемник.

Другими словами в величину реального отклонения всего измерительного маршрута будет входить значение погрешности измерения уровня, напряжения и преобразования, выраженного в процентах или литрах. В итоге общая погрешность может достигать более 3% от заявленной производителем. Ведь иногда изготовитель указывает исключительно разрядность аналогового преобразователя, не упоминая о параметрах точности. В глазах потребителя это означает, что общая погрешность измерений может выдаваться в пределах 0,1%, что будет свидетельствовать о высокой точности измерительного оборудования.

Однако корректность показателей зависит и от других характеристик - дополнительных или частных погрешностей (погрешность калибровки, погрешности измерения, промежуточных расчетов, погрешность дискретизации преобразования, погрешность из-за старения элементов, погрешность нелинейности, гистерезиса и пр.). В итоге реальное отклонение от заявленных величин может оказаться во много раз больше, чем заявленные 0,1%. Насколько это важно в измерениях уровня топлива? Разберем на примере.

Погрешности датчика уровня топлива «в действии»

Если представить, что в баке датчик зафиксировал значение в 60 литров, а реальный показатель уровня топлива равен 65 литрам, то разница значений – это показатель абсолютной погрешности. Некоторые могут утверждать, что такая неточность никак не скажется на работе транспортного средства. Может быть, если речь идет об автомобиле с объемом бака в 600 литров. Но для автомобиля с баком в 40 литров и меньше разница в пять литров может оказаться существенной.

Еще одна ситуация: когда изготовитель указывает разрядность аналогово-цифрового преобразователя, не упоминая о параметрах точности. Это, например, может выглядеть следующим образом: «АЦП – 10 бит с выходным значением 0 до 1023 градаций». Для потребителя это означает, что к сумме показателя основной погрешности будет добавлено около 0,1%. Но если к этим показателям приплюсовать погрешность нелинейности в 2%, погрешность измерителя из-за разброса параметров радиоэлементов, то конечная погрешность выйдет далеко за рамки 0,1%.

Следует также учесть, что в идеале основная погрешность рассчитывается для емкостей, имеющих идеальную форму параллелепипеда, а измерение производится по двум точкам. Однако, как известно идеальных форм не существует, поэтому погрешность будет увеличиваться прямо пропорционально несоответствию бака параметрам идеала.

К тому же на показатели топлива могут влиять различные внешние факторы: ветер, давление, температура. К примеру, в норме температура эксплуатации не должна превышать +25 градусов по Цельсию. Если же показатель внешней температуры будет подниматься либо опускаться хотя бы на 10 градусов, то и погрешность будет повышаться. Или допустим, что транспортное средство передвигается при температуре в минус 25. В таком случае разница между нормальной температурой работы датчика и реальной составит 50°С. Таким образом, только дополнительная погрешность составит 0,5%. Если же общая погрешность ДУТ была 0,5%, то она возрастет до 0,75%.

Поэтому при покупке оборудования необходимо обращать внимание на все погрешности, зашифрованные производителем в формулировке данных. Вместо параметров точности в 0,1% точнее выглядят датчики с погрешностью измерительной системы в ±1%. И тем более, не стоит укомплектовывать оборудование для измерения уровня топлива устройствами с разными показателями предела погрешности.

Несогласованность диапазонов индикатора и датчика уровня топлива

Следующей проблемой аналоговых ДУТ является различие между входным и выходным диапазонами в измерительной системе, что существенно искажает окончательные результаты измерений. Например, представим, что заявленная производителем погрешность оборудования не превышает 0,5 процента. Навигатор с аналоговым входом производит измерения напряжения от 0 до 30 V. В случае присоединения к нему датчика с входным сигналом от 0 до 5 V погрешность может достигать 3%. То есть точность всех измерений автоматически снизиться в 6 раз!

Но если выходной сигнал будет от 0 до 4 V, а общая погрешность оборудования составляет около 1%, то результаты измерений могут быть еще более искаженными. Конечно, для транспортных средств с большим объемом топливного бака это несущественно, но вот для «малолитражек» подобный датчик будет как минимум бесполезным.

Низкая помехоустойчивость датчика уровня топлива

На точность измерений аналогового датчика может влиять и плохая помехозащищенность. Не смотря на то, что эксперты в сфере электромагнитной совместимости разработали устройства, устойчивые перед электромагнитными помехами, возникающими из-за работающих в салоне автомобиля мобильных телефонов или радиоприемников, вероятность ошибки при работе аналоговых измерителей топлива остается весьма значительной.

Ситуацию усложняет и наполненность рынка аналоговых устройств для контроля работы механизмов автомобиля, не устойчивых к воздействию электромагнитных помех. Конечно, для потребителя аналоговое оборудование остается привлекательным исключительно из-за ценовой политики. Но при первой проверке пользователь столкнется с проблемой неточных измерений, которые влияют куда более заметнее, чем дополнительные погрешности и радость от низкой цены сменится на разочарование от низкого качества.

Как выбрать аналоговый датчик топлива

Датчики аналогового типа обычно выбирают из-за их низкой стоимости. Лучше всего их применять на объектах, в которых колебания уровня жидкости сведены к минимуму (например, стационарные объекты), или где есть доступ к стабильным источникам питания.

Кроме того, если бортовой блок не поддерживает протокол, который использует датчик, или же цифровой сигнал, то конечно, датчик с аналоговым выходным сигналом будет решением при мониторинге уровня топлива. Однако при этом необходимо учесть следующие факторы:

• Указание производителем уровня основной погрешности (или суммы погрешностей), отображенной в соответствующей маркировке.
• Погрешность преобразований.
• Дополнительная погрешность.
• Выходной и входной диапазоны.

Если же вы не ограничены выше приведенными причинами, и ваша цель – передовые и качественные технологии, тогда стоит обратить внимание на цифровой и частотный вид датчиков топлива. В чем их преимущества?

Датчик уровня топлива с частотным выходным сигналом

Принцип работы датчиков с частотной модуляцией сигнала основан на кодировке импульсов, на линии связи. Хотя погрешность такого оборудования стала заметно ниже, частотные ДУТ обладают более медленной передачей данных по сравнению с аналоговыми устройствами. Для ускорения обмена информацией используют увеличение частоты, однако это влечет за собой необходимость улучшения параметров источника.

Возникновение погрешностей в работе частотных датчиков уровня топлива связано с необходимостью конвертирования начального значения в частотное. Ко всему, частотный способ передачи сигнала не обладает цифровым кодированием сигнала, необходимый на выходе. Поэтому приборы с частотным выходным сигналом не получили широкого признания как среди автовладельцев, так и в сфере транспортной логистики.

Хотя данный тип датчиков являлся промежуточным вариантом в разработке стандартов для систем транспортного мониторинга, он по-прежнему остается универсальным из-за отсутствия серьезных погрешностей при передаче данных.

Датчик уровня топлива с цифровым выходным сигналом

Датчики цифрового типа способны анализировать показания и передавать информацию по цифровому протоколу на штатный приемник, осуществляющий мониторинг транспорта. По уровню точности информационных данных цифровые ДУТ значительно превосходят аналоговые и частотные измерители топлива.

За чистоту данных отвечает встроенный микропроцессор, способный не только считывать, но выравнивать и линеаризовать начальные значения измерений. Таким образом, степень суммарной погрешности либо сведена к нулевым показателям, либо максимально мала, что позволило вывести систему мониторинга за транспортом на принципиально новый уровень.

Последние разработки позволили создавать цифровые датчики, в которых вход индикатора и выход датчика скоординированы между собой: как на уровне интерфейса, так и на уровне протокола. Благодаря этому пользователь может моментально получать информацию в цифровом виде без кодировки и преобразования.

Все данные, поступающие через цифровые датчики, отличаются высокой степенью точности и помехозащищенности. В отличие от других ДУТ, на цифровые датчики не оказывают влияние не только использование мобильных устройств и радиоаппаратуры, но и внешние факторы, такие как погодные условия, магнитные поля, грязь, металлические предметы и пр.

Тем не менее, приобретая цифровой датчик уровня топлива, необходимо помнить, что погрешность все же возможна. Однако она связана с первичным измерителем, входящим в систему контроля над топливом, но на этапе обработки эта незначительная погрешность сглаживается.

Некоторые цифровые ДУТ обладают искусственной задержкой выдачи перемены сигнала уровня топлива. Этот параметр позволяет выравнивать кривизну параметров, возникающих из-за значительных колебаний топлива внутри бака. Кроме того, многие датчики с цифровым выходным сигналом имеют независимую развязку напряжения питания для бортовой сети. Таким образом, цифровые датчики работают автономно от генератора или аккумулятора.

Каталог датчиков уровня топлива

Ультразвуковые датчики уровня топлива

Ультразвуковой датчик уровня топлива представляет собой УЗИ-излучатель, сигнал с которого отправляется на электронный блок с последующим цифровым преобразованием и передачей на систему ГЛОНАСС/ GPS-мониторинга. Излучающее устройство помещают в топливный бак и в процессе работы ультразвук, проходя через дно бака и попадая в жидкую среду, отражает уровень изменений в среде и возвращается на излучатель. Время возврата и является определяющим фактором в определении уровня топлива.

УЗИ-способ считается наиболее точным по сравнению с остальными методами контроля топлива в баке. К тому же, при установке ультразвукового датчика целостность самого бака не нарушается, поэтому установка УЗИ ДУТ оправдана в случаях, когда дополнительные отверстия в баке сделать невозможно или крайне нежелательно.

Основными недостатками ДУТ с ультразвуковым выходным сигналом являются: «капризность», высокая стоимость и дополнительное оборудование (программатор УЗИ). Установку УЗИ ДУТ лучше доверить специалистам, так как без специальных знаний и при неправильном монтаже повторное использование излучателя невозможно.

Вопрос выбора датчика уровня топлива

Область применения датчиков уровня топлива распространяется не только на сферу автомобильного транспорта. Кроме использования ДУТ на подвижных объектах, широкое распространение они получили в сфере контроля над стационарными цистернами хранения горюче-смазочных материалов. Однако в любом случае при помощи датчиков топлива стало возможным измерение и отслеживание следующих параметров:

• Расхода топлива
• Времени заправки/слива
• Количество слитого/залитого топлива
• Место слива/заправки.

Кроме того, использование датчиков уровня топлива поможет выявлять транспорт, нуждающийся в ремонте или замене, дисциплинировать водителей, оптимизировать заправку техники. Анализ расхода топлива позволит определять, где лучше всего и дешевле всего заправляться на маршруте следования автомобиля. Независимо от того, владелец крупного транспортного предприятия или владелец небольшого авто, использование ДУТ работает на экономию ваших средств. Остается только сделать выбор, какой именно датчик нужен вам.

Специально для наших читателей мы исследовали рынок ДУТ и провели их сравнительный анализ. Мы изучили технические характеристики приборов и узнали средний уровень цен на датчики топлива.

В обзоре приняли участие следующие цифровые датчики топлива:

• Эскорт ТД-500
• SAT-FUEL
• EPSILON EN
• Калибр
• СКАУТ PetrolX
• АСК-Sensor
• DUT-E
• Omnicomm LLS-AF 20310

Изучив технические аспекты каждого прибора, мы узнали возможности и отличительные особенности каждого ДУТа.

Компания «Микро Лайн» выпускает датчик топлива , преимуществами которого являются:

• Возможность выбора модификации ДУТ в зависимости от используемых абонентских терминалов.
• Возможность подключения по одной цепи одновременно нескольких ДУТов (Цифровой (интерфейс K-line)
• Удаленная диагностика Цифровых ДУТов (из Программы мониторинга)
• Удаленное обновление ПО ДУТа
• Высокая точность измерений +/- 1% от объема бака за счет высокого разрешения датчика, линенйности и температурной стабильности
• Ударопрочный, негорючий, токонепроводящий пластиковый корпус
• Пылевлагозащищенный автомобильный разъем
• Легкость монтажа - ДУТ не требует калибровки после обрезки измерительной части
• Широкий диапазон исполнений по длине - 0,3 - 3 м.
• Доступная цена

Базовая высота датчика 700 мм. и 1000 мм. По желанию заказчика возможно индивидуальное исполнение. Допускается самостоятельная обрезка датчика без потери точности его измерений.
Контроль расхода топлива важная задача любого автопредприятия. В больших парках расход топлива столь велик, что любая его экономия значительно снижает расходы, а следовательно увеличивает прибыль организации. Слив топлива - самая большая проблема. Установка высокоточных датчиков уровня топлива Калибр позволяет исключить подобное явление. При постоянном мониторинге работы водителей, слив топлива выявляется моментально.

По словам представителя группы компаний "Эскорт", ДУТ можно назвать одним из лучших вариантов емкостных датчиков уровня топлива в своем классе.

Датчик уровня топлива или ёмкостной измеритель уровня «Эскорт-ТД» - это высокоточный измерительный прибор, разработанный группой компаний «Эскорт», который предназначен для измерения уровня светлых нефтепродуктов в любых резервуарах (емкостях хранения), с высотой предельного заполнения нефтепродуктом до полутора метров.
Под индивидуальные требования изготавливаются датчики с заданной заказчиком уровнем измерения, например, широко применяются датчики уровня топлива «Эскорт-ТД» для подземных бункеров хранения топлива АЗС, для железнодорожных цистерн и прочих больших ёмкостей хранения. Топливный датчик используется для учета уровня светлых нефтепродуктов в системах измеряющих и контролирующих количество ГСМ в различных ёмкостях.
Область применения датчика уровня топлива - автомобильная, автотракторная техника, используется в качестве измерителя уровня топлива, а также в различных отраслях промышленности для контроля уровня любых светлых нефтепродуктов, в любых ёмкостях и резервуарах хранения.
Датчик уровня топлива «Эскорт-ТД» может быть установлен вместо штатного датчика уровня топлива с аналогичным фланцем, крепление которого обычное для поплавковых автомобильных датчиков уровня топлива в СНГ. Датчик уровня топлива преобразует уровень в цифровой код и передает значение по интерфейсу RS-485. Измеритель имеет выход аналогового сигнала для подключения к стрелочному указателю уровня и выход для индикации аварийного остатка топлива.

Компания позиционирует свои датчики уровня топлива, как наилучшие в сочетании цена- качество. Т.е. за очень приемлемые деньги интегратор получает, универсальный датчик (4-и режима в одном + индикация на штатный указатель). Кроме того ДУТ Эскорт ТД-500 имеет полный пакет сертификатов, исключительную надежность (процент гарантийных отказов 0,4 %) и удобный комплект для монтажа датчика. Таким набором не может похвастаться ни один из конкурентов.

Прибор группы компаний СКАУТ насчитывает более 15 ключевых преимуществ, среди которых следующие:

• уникальный корпус датчика не подвержен коррозии и является огнестойким;
• благодаря конструктивным особенностям корпуса исключается его деформация при установке на неровные, в том числе, круглые баки;
• малый размер корпуса позволяет устанавливать датчик на большинство видов техники;
• конструкция дна корпуса имеет полости и ребра для идеального прижима к баку, а также удержания излишков герметика;
• попадание герметика в дренажные отверстия исключается благодаря специальной конструкции дренажа;
• крепление с помощью 6-ти саморезов обеспечивает равномерный прижим корпуса датчика к баку любого вида;
• разъем подключения датчика со степенью защиты IP66 позволяет эксплуатировать его при прямом попадании воды и грязи;
• настройка и конфигурация ДУТ могут производиться удаленно по GPRS – через терминалы МТ-700 и МТ-600.

Датчик группы компаний «СКАУТ» недавно был анонсирован и сейчас происходит его обкатка в различных климатических зонах. После завершения полевых испытаний, в июне этого года ГК «СКАУТ» планирует начать точечное партнерское тестирование прибора.

Датчик уровня топлива TKLS компании «ТехноКом» был недавно анонсирован и пока не поступил в массовую продажу. По представленным характеристикам видно, что это датчик уровня топлива с большим количеством современных функций, таких как дистанционное обновление программы и настройка, автотарировка и самодиагностика.

Датчик уровня топлива SAT-FUEL от компании Satellite Solutions каких то особых преимуществ перед конкурентами не имеет и при этом по функционалу особо не отличается от датчиков других производителей.

В ДУТ группы компаний "Ультра" EPSILON EN внедрены новые решения, которые расширяют возможности этого датчика. В датчике EPSILON EN предусмотрены модификации с частотным, аналоговым, цифровыми входами RS-232, RS-485.

Основные преимущества EPSILON® EN:

• модульное исполнение (измерительная головка монтируется и демонтируется независимо от топливного зонда, что позволяет в случае необходимости легко и быстро менять измерительную головку без проведения повторной тарировки бака); наличие инклинометра (позволяет в значительной степени повысить точность измерения уровня топлива при эксплуатации пересеченной местности);
• наличие встроенного концентратора (возможность измерения суммарного объема топлива в транспортных средствах с несколькими баками);
• встроенная в датчик электронная гальваническая развязка; уровень взрывозащиты lEXiallB без наружного искрозащитного барьера в модификации базовая, расширенная и упрощенная.

ДУТ «АСК-Sensor» от компании "Автоматизированные системы контроля" имеет следующие отличия от конкурентов:

• Низкая цена
• Контроль качества на всех этапах производства
• Модульная конструкция – при выходе из строя одного из элементов датчика, меняется не вся модульная конструкция, а лишь неисправный элемент (замена происходит без повторной тарировки бака), тем самым исключаются дополнительные затраты
• Болты крепления закрыты и запечатаны спец. пломбой – исключается доступ к самим креплениям датчика
• Виброустойчивый
• Взрывобезопасный
• Кабель защищен металлической гофрой
• Защита измерительной головки IP68

Компания «Технотон» выпускает ДУТ DUT-E, который имеет следующие отличительные особенности:

• термокоррекция с настраиваемым коэффициентом позволяет проводить автоматическую коррекцию измерений исходя из температуры окружающей среды*;
• самодиагностика DUT-E позволяет контролировать достоверность данных*;
• сертифицирован на соответствие обязательным автомобильным стандартам РФ, РБ, ЕС;
• укорачивание без необходимости калибровки (модели А5, А10, F);
• наращивание длины с помощью дополнительных секций DUT-E – до 6000 мм*;
• эргономичное байонетное крепление датчика позволяет экономить время на монтаже;
• пломбировочныe отверстия для пресечения несанкционированного вмешательства в работу датчика;
• комплект поставки содержит все необходимое для установки и подключения (соединительный кабель, крепежная пластина, резиновые прокладки, винты, пломбы);

* – DUT-E 232, DUTE 485.

Выводы

В сравнительной таблице опубликованы все основные характеристики датчиков уровня топлива. Из таблицы видно, что все датчики находятся на одном уровне по основным параметрам точности и параметрам эксплуатации. Однако есть некоторые модели, которые отличаются наличием инклинометра и функцией взрывозащиты.

По информации из таблицы видно, что средний уровень цен на ДУТ держится в диапазоне 6000-7000 рублей. При этом отслеживается увеличение цены на датчики производителей, которые уже давно существуют на рынке и зарекомендовали свою продукцию, как одну из самых надежных.

Сравнительная таблица характеристик ДУТ

	Эскорт ТД-500
Производитель		ТехноКом	Satellite Solutions		Микролайн		АСК-Сенсор	Технотон
Измеряемая среда	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо	Бензин, дизельное топливо
Выходной интерфейс	RS485, частотный выход 19200 bps	RS485, частотный выход		RS-485, RS-232, частотный в моделях EN2, EN6		RS-232 и RS-485	RS-232 и RS-485	RS-485, RS-232, частотный	RS-485, частотный

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) ()

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

Опубліковано 25.09.2012

Знать уровень топлива в баке не только “прикольно”, но иногда жизненно необходимо. В некоторых случаях затруднительно оценить уровень топлива в баке из-за его расположения или недостаточной прозрачности. Для таких случаев и существуют датчики уровня топлива. На сегодняшний день наиболее распространены поплавковые датчики. Принцип работы таких датчиков достаточно прост. Поплавковый механизм в зависимости от уровня топлива в баке изменяет положение подвижного контакта потенциометра. Показание напряжения на потенциометре измеряются и преобразуются в человекочитаемый вид. Однако не всегда имеется возможность установить поплавковый датчик из-за его габаритов. Кроме того, в аппаратах, где крен является нормальным состоянием, например, сверхлегкие летательные аппараты, возможен перекос и подклинивание поплавкового механизма. Кроме того, положение бака в наземном и полетном положении может отличаться, что может внести изменения в работу поплавкового механизма. Однако существуют и другие способы измерения уровня топлива. Я говорю о емкостном датчике топлива . Он особо актуален, если существует необходимость избавится от подвижных частей.

Принцип измерения и особенности

Этот способ основан на измерении электрической емкости датчика, которая, в свою очередь, зависит от уровня топлива. Датчик, с помощью которого измеряется уровень топлива, называют емкостным датчиком уровня топлива. Конструкция датчика достаточно проста и представляет собой не что иное, как конденсатор. Он состоит из двух обкладок, между которыми существует зазор, который может заполнять топливо. Исполнение датчика может быть в виде двух металлических пластин или вставленных одна в другую трубок. При этом поверхности двух электродов (обкладок конденсатора) не должны иметь электрического контакта, а промежуток между обкладками должен свободно заполняться топливом при погружении датчика и так же свободно освобождаться при уменьшении уровня топлива. Поскольку топливо заполняет пространство между обкладками конденсатора (датчика), его емкость изменяется. Этот способ подходит только для жидкостей, не проводящих электрический ток. Таким способом не получится измерить уровень воды. Бензин и другие виды жидкого топлива электрический ток не проводят. Измеряя электрическую емкость датчика можно оценить уровень топлива в баке. Хотелось бы обратить внимание на некоторые недостатки такого способа измерения. Дело в том, что диэлектрические свойства топлива могут изменяться при изменении химического состава топлива. Т.е. при смене типа топлива, возможно, придется калибровать прибор. Не смотря на это, такой способ позволяет устанавливать датчик в баке под углом, или даже монтировать в крышку заливной горловины бака. Датчик не имеет подвижных частей, что в некоторых случаях крайне необходимо.

Насколько безопасно помещать электрическую схему в бак? Многих беспокоит этот вопрос. А вдруг искра? Наша схема датчика питается напряжением 5В, а датчик заряжается через резистор в несколько мегаом. В этих условиях образование искры невозможно. Напряжение в 5В ничтожно мало для возникновения искры пробоя. Кроме того, в баке любого автомобиля уже “плавает” электрический датчик уровня топлива. Низкие напряжения и токи не могут вызвать искру и возгорание топлива.

Я не ставил перед собой задачу получить супер точный датчик, способный измерить уровня топлива в 1мм и погрешностью в 0,1%, хотя это вполне возможно. Учитывая, что датчик создавался для аппаратов, где топливо в баке будет подвижно, нас вполне устроит бюджетный вариант с погрешностью в 5%.

Схема модуля датчика основана на измерении времени заряда датчика. Чем выше уровень топлива, тем выше емкость датчика, тем больше времени потребуется для заряда датчика (конденсатора). Работает схема следующим образом. Используется встроенный в микроконтроллер ATMega8A аналоговый компаратор.
На вход компаратора PD7 подается половина напряжения питания через резистивный делитель R3,R4 . В момент, когда датчик зарядится до этого напряжения, сработает компаратор. На ноге PD6 устанавливается логический «0» . Датчик разряжается через резистор R2 . После чего выход PD6 переключается и работает как вход компаратора, запускается таймер, а датчик начинает заряжаться через резистор R1 . При достижении напряжения установленного на входе PD7 , срабатывает компаратор, таймер останавливается. Показания таймера используются для вычислений. Для обеспечения стабильности микроконтроллер должен тактироваться кварцем. Чем больше частота, на которой работает контроллер, тем выше точность измерения. В нашей схеме ATMega8A тактируется кварцем 16Мгц . Измерения выполняются постоянно, усредняются и один раз в секунду отправляются по последовательному порту UART на скорости 9600 в виде числового значения. На этом функции модуля датчика и заканчиваются.

В качестве датчика я использовал две полоски из фольгированного текстолита толщиной 1.5мм размерами: 290×20 мм. Полоски склеены между собой фольга к фольге через небольшие непроводящие прокладки. Расстояние между пластинами 1.5 мм. Их можно делать практически любой длины. При необходимости можно обрезать. Особо важно обеспечить равномерный зазор между пластинами по всей длине “конденсатора” .

Отображением полученных от модуля емкостного датчика данных занимается модуль отображения. Этот модуль можно спроектировать в соответствии с Вашими требованиями. Данные можно выводить на светодиодную линейку, на дисплей, как в нашем случае, на стрелочный индикатор или любое другое устройство отображения. При необходимости модуль датчика можно подключить к компьютеру через переходник.

Модуль отображения работает следующим образом. Данные в числовом виде принимаются от модуля датчика по порту UART на скорости 9600 , рассчитываются показания уровня топлива и выводятся на дисплей. Но для того, чтобы выполнить корректный пересчет, модулю отображения потребуется знать как минимум два значения датчика – числовое показание датчика при пустом баке и числовое показание датчика при полном баке. Для этого, после установки датчика выполняется процедура калибровки прибора. Модуль отображения запоминает показания при пустом и полном баке, сохраняет в своей энергонезависимой памяти и в соответствии с этими данными выполняет пересчет. Поскольку от модуля не требуется особого быстродействия, его микроконтроллер ATMega8A работает на частоте 2Мгц от встроенного RC-генератора.

Процедура калибровки прибора:
-топливный бак должен быть пуст, прибор выключен
-нажмите и удерживайте кнопку
-включите питание прибора
-отпустите кнопку
-на экране появится “SET 0”. Убедитесь, что бак пуст и нажмите кнопку.
-на экране появится “SET 100”. Залейте полный бак топлива и нажмите кнопку.
-калибровка завершена.

Пример печатных плат:

Плата модуля датчика

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.