Электронный указатель топлива. Электронный указатель уровня топлива - как его проверить? Чёрным по белому, стрелками или цифрами…

Датчик уровня топлива – это устройство, которое необходимо для определения степени заполненности топливного резервуара (на автомобиле – топливного бака). А так же косвенного контроля расхода бензина, дизельного или другого вида топлива, являющимися одними из основных эксплуатационных параметров автомобиля. Визуализированное представление показаний датчика отображается при помощи соответствующего указателя, оба этих элемента связаны между собой.

Принцип действия

Датчик передает сигнал, которому соответствует определенный уровень топлива в баке, на указатель. В зависимости от типа сигнала, выделяют аналоговые и цифровые датчики. Первый тип датчиков на сегодняшний день мало распространен из-за высокой степени их недостоверности. Цифровой датчик уровня топлива преобразует аналоговые данные в цифровой формат, а затем выдает выходное значение с учетом поправки на неравномерность распределения топлива в баке, а также на геометрические особенности резервуара. По сравнению с аналоговым, это устройство обладает гораздо меньшей погрешностью измерений.

Поплавковые измерительные устройства

В современных автомобилях уровень бензина или дизельного топлива измеряется при помощи цифровых потенциометрических (поплавковых) устройств. В таких системах положение поплавка, изготовленного из пенопласта, легкого металла или пластика, задает значение уровня горючего в топливном баке.

Такая схема обладает целым рядом преимуществ:

• простота устройства;
• надежность в эксплуатации;
• невысокая стоимость.

К недостаткам можно отнести подвижность контактов, что может приводить к их окислению и износу.

По конструкции различают два вида поплавковых датчиков:

• рычажные;
• трубчатые.

Особенности устройства

В рычажном варианте поплавок через металлический рычаг соединен с реостатом. Когда уровень топлива в баке изменяется, поплавок перемещается. Это приводит к повороту рычага, связанного с подвижным контактом реостата. Сопротивление последнего меняется, что влечет за собой изменение значения, отображаемого на указателе уровня топлива. Рычажная конструкция является универсальной и может быть использована в топливных баках любой геометрической формы.

Трубчатый датчик уровня топлива работает следующим образом. Поплавок перемещается по направляющей, расположенной внутри трубки. Параллельно направлению движения поплавка проложены провода с контактными кольцами, замыканием которых поплавок фиксирует соответствующее значение уровня топлива.

Основным достоинством такой схемы является стабильность ее показаний при подъемах, спусках и поворотах автомобиля, когда происходят колебания уровня горючего.

Однако ее использование ограничено геометрической формой топливного бака.

Альтернативные виды топлива

Как уже было отмечено, рычажные и трубчатые системы могут применяться для бензина или дизеля, но, к примеру, для этанола, метанола, биодизеля они совершенно не подходят. Контакт этих видов топлива элементами датчика приводит к быстрому выходу последних из строя. В подобных случаях применяются бесконтактные датчики уровня топлива, например, неактивные магнитные датчики положения, в которых конструктивные элементы герметично изолированы от внешних агрессивных воздействий. В них также используется поплавок, соединенный с магнитом. Магнит движется по сектору, на котором расположены металлические пластины различной длины. В зависимости от величины передаваемого сигнала, определяется величина уровня топлива в баке.

Наиболее распространенные неисправности

Очевидно, что определить неисправность датчика уровня топлива можно только косвенным путем – через нарушения в работе указателя уровня топлива. Наиболее часто встречающимися неисправностями являются:

Снятие

Во многих описанных выше случаях для проверки или ремонта датчика уровня топлива его необходимо снять, а затем установить на место. Процедура снятия проводится в следующем порядке.

1. Для бензинового автомобиля обязательно нужно снять минусовую клемму аккумуляторной батареи.
2. Обеспечить доступ к датчику в зависимости от того, где он установлен – выгрузить содержимое и снять обивку багажника или демонтировать подушку заднего сидения.
3. Если сверху датчика установлена предохранительная пластина, нужно выкрутить крепежные болты и снять ее.
4. Очистить датчик уровня топлива и поверхность бака возле него от пыли и грязи.
5. Отсоединить подходящие электрические провода (рекомендуется их предварительно промаркировать).
6. Открутить болты крепления топливного датчика к баку и осторожно извлечь его во избежание повреждений элементов конструкции. В ряде случаев перед извлечением нужно будет открутить пластмассовую крышку.

Установка

Перед тем как обратно установить датчик уровня топлива, необходимо выполнить следующие операции.

1. Произвести очистку посадочного места от старого герметика.
2. При наличии новой прокладки установить ее на посадочное место, совместив отверстия под крепежные болты. Для автомобилей солидного возраста (10 лет и более) с новой прокладкой рекомендуется использовать герметик.
3. Сборка осуществляется в порядке обратном снятию.
4. После сборки проверить показания на индикаторе уровня топлива.
5. Проехать 30-50 км, снова обеспечить доступ к топливному датчику и проверить наличие запаха горючего и утечек.

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

Индикатор топлива и напряжения АКБ для автомобиля V.4 на микроконтроллере (МК) ATMega8 дисплее Nokia 1202 с управлением ИК пультом формата RC5.

Но, чтобы все было по порядку и в одном месте, сначала кратко упомяну предыдущие версии, возможно кому то, что то пригодится.

V.1 в штатном корпусе индикатора на дисплее Nokia 3310

В прилагаемом архиве все сохранившиеся по этой версии материалы, в том числе и исходник на С в CodeVisionAVR.

V.2 в штатном корпусе индикатора на дисплее Nokia 1110

V.3 универсальная без корпуса так же на дисплее Nokia 1110 и совместимых 1110/1200/1110i/1112

Здесь я выкладываю все материалы в том числе и исходники на С в .

V.4 универсальная без корпуса на дисплее Nokia 1202, управление ИК пультом формата RC5

Схемы

Схема процессора:

Возможные замены:
U4 LM2576 - LM2575
D6 SS16 - любой диод Шоттки с близкими параметрами
U2 TSOP 32136 - можно ставить любой ИК-приемник на 36 кГц с питанием 5В
D1-D3, D7 SMBJ6.0CA - можно заменить на обычные стабилитроны 5.1В

Платы

При монтаже дисплея сначала припаивается шлейф, затем дисплей заворачивается на другую сторону платы и сажается на двухсторонний скотч, для надежности можно еще зацепить за один уголок тонкой проволочкой.

Совместимые пульты формата RC5

Наверняка это не все возможные виды пультов формата RC5, но это те, что мне удалось найти и проверить.

Подключение

Подключение производится по ниже приведенной схеме.

Сигнал габариты берется в любой точке с подсветки приборной панели, этот сигнал служит для переключения яркости подсветки дисплея днем и ночью.
Питание , допустимые пределы напряжения питания 8-30 В.
Датчик подключается непосредственно на вход, штатный индикатор должен быть отключен.

Между собой платы соединяются соответственно приведенным сигналам, на плате процессора на этот же разъем выведены сигналы для внутрисхемного программирования.

Если кто еще не заметил, обратите внимание на ИК-приемник, на плате он отображен рабочей частью в сторону межплатного разъема, а на реальной плате стоит рабочей частью в сторону клемника, это не ошибка, это разновидности ИК-приемников, например TSOP2136

Ставится так как указано на монтажной плате, а TSOP31236

Ставится так как у меня на плате на фото, а вообще можно ставить любой ИК-приемник на 36 кГц с питанием 5в.

Управление

Управление производится цифровыми кнопками 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8

1 - вход в установки
2, 8 - перемещение по пунктам установок вверх/вниз
4, 5 - изменение выбранного параметра -/+
3 - выход из режима установок

Емкость - выбирается емкость бака 10-99 литров (для правильной работы весь выбранный диапазон должен быть откалиброван)
Инерция - выбирается значение 2-10 (принцип работы: раз в секунду в буфер со сдвигом записываются данные датчика, значение инерции указывает сколько значений берется из буфера для вычисления среднего отображаемого значения)
Свет день / Свет ночь - соответственно установка уровня яркости подсветки дисплея днем/ночью 0-254
Контраст - переключается между двумя крайними значениями минимум/максимум контрастности
Инверсия - переключение режима дисплея обычный/инверсный

2 - вход в режим калибровки бака
2, 8 - изменение литров +/-
5 - сохранение текущего значения датчика в выбранную ячейку литров
3 - выход из режима калибровки бака

Литры - выбирается значение литра в которое будет сохранено текущее значение датчика
В памяти - отображается сохраненное значение датчика в выбранном литре
Датчик - отображает текущее показания датчика

Настройка

Подстройка входного делителя под сопротивление датчика в баке:

Резистор R5 и датчик в баке образуют входной делитель напряжения

Где:
Vs - напряжение питания равное 5в.
Rd - максимальное сопротивление датчика в баке
Vo - напряжение подаваемое на АЦП МК, оно расчитывается по формуле Vo = Vs*Rd/(R5 + Rd)
R5 равное 1к подойдет под большинство датчиков, но если Вы хотите более полно использовать диапазон АЦП необходимо подобрать резистор R5 таким образом, чтобы Vo было близко к 2.5в.

Например: если максимальное сопротивление датчика Rd=400 Ом, при R5=1 кОм Vo будет равно 5*400/(1000+400)=1,4... в., правильнее будет с таким датчиком поставить R5=430 Ом, тогда Vo будет 2,4... в.

Настройка опорного напряжения:
Подбором резисторов R14, R15 добиваемся на выводе 3 TL431 напряжения 2.56в

Настройка напряжения индикации:
1. Подключаем индикатор к бортовой сети
2. Подключаем параллельно вольтметр
3. Резистором R2 выставляем напряжение на индикаторе как на вольтметре

Калибровка бака:
1. Входим в установки "1" выставляем необходимую емкость бака, выходим из установок "3"
2. Входим в режим калибровки бака "2"
3. При пустом баке выставляем литры "2", "8" в 0000, нажимаем "5" - сохранить
4. Заливаем в бак 1 литр бензина, выставляем литры на 0001, нажимаем "5" - сохранить
5. Заливаем в бак 1 литр бензина, выставляем литры на 0002, нажимаем "5" - сохранить
и т.д. до заполнения бака, затем нажимаем "3" - выход из режима калибровки, все, индикатором можно пользоваться.

В архиве схемы, монтажные платы, платы в формате DipTrace, прошивка.

Небольшое видео работы устройства:

Сам я уже третий год пользуюсь второй версией и она ни разу меня не подвела, но тем не менее

Помните это все таки не профессиональное устройство, поэтому стандартно предупреждаю: Если Вы будете собирать это устройство, Вы собираете его на свой страх и риск, автор не несет никакой ответственности за последствия использования этого устройства!

Внимание!

Правильный номинал резистора R11 в схеме версии 4 указан в перечне элементов и равен 1.8 кОм.

Версии 1 и 2 выложены как есть, т.е. вся информация по ним, схемы, прошивки, исходники это то, что осталось от этих версий на момент публикации статьи, и я не гарантирую, что это последние, правильные и полностью рабочие версии прошивок и исходников. Эти версии выложены чисто для информации и для любителей самим "поковыряться" в исходниках. Тем, кто не разбирается в программировании МК я настоятельно не рекомендую делать эти версии, поскольку технической поддержки по ним не будет.

Список радиоэлементов

Схема цифрового индикатора уровня топлива имеет высокую повторяемость и даже при небольшом опыте работы с микроконтроллерами, со сборкой и с настройками не возникнет никаких проблем. Для программирования avr микроконтроллера, мной был собран простейший программатор - так называемый программатор Громова , он великолепно подходит как для внутрисхемного программирования, так и для обычного, статья по данному программатору есть на сайте. Теперь езжу и не переживаю по поводу заправки «хватит или не хватит»:) Принципиальная схема индикатора показана ниже, кликните для увеличения:

А сейчас подробнее о данном приборе, фотографии с монтажным видом в моем исполнении, а фотографии и инструкция по настройке от оригинального автора - в архиве.

Вот что делает данный прибор:

1. Отображает остаток топлива с точностью до литра, поддерживаемый объем бака выбирается от 30 до 99 литров
2. Отображает напряжение бортовой сети
3. Компенсирует качание поплавка в баке многократными (количество выбирается в меню) замерами и выводом среднеарифметического значения.
4. Меняет яркость подсветки в зависимости от освещенности, 2 режима, день/ночь, определяется по включению подсветки приборной панели.
5. Меняет режим отображения индикатора обычный/инверсный.

Список деталей индикатора на микроконтроллере:

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

Разъем РС10 - на схеме не обозначен, через него подключаются кнопки и выводы для программирования МК.

Платы решил сделать две, одна для установки дисплея, вторая основная, платы круглые, по диаметру корпуса 50 мм. Под разъем индикатора ответной части не нашел поэтому сделал разводку под шлейф, отпаял от него разъем и припаял шлейф прямо на плату с обратной стороны, сам дисплей посадил на двухсторонний скотч.

Основная плата формально двух сторонняя, но обратная сторона вся используется под "землю" с обратной стороны установлены только стабилизаторы и транзистор, остальные детали практически все SMD установлены со стороны дорожек. Отверстия с квадратными площадками "земляные" пропаиваются перемычками, остальные отверстия со стороны "земли" рассверлены.

Две платы между собой соединяются при помощи контактов от какого то давно разобранного разъема. В корпусе платы фиксируются на одном винте, под него на основной плате припаяна втулка с резьбой. Кнопок как таковых нет, они и нужны то не часто, только при первоначальной настройке и калибровке, поэтому они просто выведены на разъем РС10, который стоит сзади корпуса, его фоток к сожалению нет. Так же на этот разъем выведены сигналы для программирования МК.

Настройка цифрового индикатора уровня топлива

1. Программирование МК, производится внутрисхемно, любым программатором, фьюзы выставляются следующим образом.

2. Настройка показаний напряжения. Для настройки подключаем подключаем индикатор к напряжению 12-14 В, подключаем к этому же источнику вольтметр и подстроечным резистором R3 выставляем то же значение что показывает вольтметр.

3. Программная настройка. Выставляем емкость бака и калибруем его. Калибруем бак следующим образом, начинаем с пустого бака, ставим в меню калибровка значение литров 0 и нажимаем ОК, затем заливаем в бак 1 литр, ставим значение литров на 1 и снова нажимаем ОК и так с каждым литром до полного бака. Процесс конечно небыстрый, но сделать его нужно всего один раз. Если при калибровке еще и записать показания датчика, то при необходимости повторения устройства или при сбое, можно будет занести значения сразу в прошивку и не маяться с калибровкой. Остальные настройки устанавливаем на свой вкус. Конструкцию собрал и испытал: Федоров Иван.

Скоро будет год, как я выложил на Датагоре свою и уже более двух лет, как я сам пользуюсь этим индикатором. И ни разу он меня не подвел, ехать на заправку когда в баке остается 2-3 литра стало нормой, и это не экстрим и не показуха, когда знаешь, что эти 2 или 3 литра точно есть и их хватит доехать до ближайших нескольких заправок относишься к этому спокойно, никакого сравнения с мигающей лампочкой штатного прибора.
На этом заканчиваю филосовствовать - к делу!

Наверное непонятно, почему собственно версия V.3, когда версии 2 не было, на самом деле была, вот она

КИТ к сожалению оказался не востребованным, но на него было потрачено немало времени, а теперь он пылится на полке, вернее в своей папке.
И вот чтобы труды не пропадали даром выкладываю всю документацию по проекту, буду рад если кому-нибудь пригодится.

От Игоря (Datagor):
При анализе личной переписки, комментариев к первой статье и после проведения выборочных опросов было установлено, что народ хочет не просто очень качественный бензомер, но и часы с будильником и т.п. и прочее (и шоб внутри был маленький китаец и за пивом бегал) , что превращает эту замечательную и совершенно самостоятельную разработку в очередной бортовой компьютер (БК). При этом, за этот БК народ желал заплатить не более 500 руб в собранном виде. А это и совсем ни в какие ворота не пролазит...
БК мы делать не стали и подписку на кит открывать на таком грустном фоне тоже не стали.
Уважаемому Сергею (HSL) при любом раскладе - наш почет и спасибы!
Качество его разработок на высочайшем уровне.

Итак по порядку...

Схема

Схема А2

Схема блока дисплея

Платы

Плата дисплея

Технические характеристики

Возможности основного режима устройства

• Напряжение бортовой сети с точностью отображения до 0,1 вольта, допустимый диапазон рабочих напряжений 8-30 Вольт.
• Остаток топлива в баке с точностью отображения 1 литр, допустимый диапазон измерения 30-99 литров. Рекомендуемое сопротивление датчика в баке 250-500 Ом.
• Подключается устройство к следующим точкам: земля, питание, датчик в баке, подсветка приборной панели или габариты.

Возможности индивидуальной настройки устройства

• Возможность установки емкости бака от 30 до 99 литров.
• Возможность политровой калибровки выбранной емкости.
• Возможность сгладить последствия качания датчика в баке, методом десятикратного измерения уровня топлива и выводом усредненного значения, с выбором времени замера от 1 до 10 секунд.
• Возможность устанавливать яркость подсветки дисплея разделльно для дневного и ночного режима работы. Режим работы определяется по факту включения габаритов и подсветки приборной панели.
• Возможность устанавливать обычный или инверсный режим работы дисплея.
• Возможность устанавливать уровень контрастности дисплея.

Описание работы и органов управления устройства

Режимы работы
Основной режим

Режим установок

Пункты меню
Емкость бака

Калибровка

Инерционность

Подсветка

Инверсия

Контрастность

Подключение и начальная настройка