На автомобилях, оснащённых ЭСУД, топливо подаётся электрическим бензонасосом прямо из топливного бака. Если горючее заканчивается, есть риск выхода из строя самого насоса. Поэтому важность датчика уровня топлива на современных машинах очень высока. Однако различные виды датчиков имеют разную степень надёжности.
Признаки неисправности датчика уровня топлива
Естественно самый распространённый признак выхода из строя устройства является полная неподвижность стрелки при включении замка зажигания. Также может сигнализировать о неисправности, поднятие стрелки указателя до упора в сторону полного бака. Боле трудно диагностировать неточность показаний. В этом случае прибор показывает наличие топлива в баке, контрольная лампочка не горит, а двигатель не запускается из-за отсутствия горючего. Также и наоборот. При заправке оказывается, что бак почти полон, хотя указатель обозначает только три четверти занятого объёма.
Важно! Не всегда эти признаки указывают на неисправность именно датчика, может оказаться неисправным и стрелочный прибор измерения количества топлива в панели приборов.
Устройство пары: указатель панели и датчик уровня топлива в баке
Указатель на панели приборов - это миниатюрный электрический, реверсивный двигатель. Действие его основано на создании индукционного поля в обмотках статора. Проще говоря, стрелка находится на валу ротора, который движется вокруг своей оси под действием бортового напряжения. Степень поворота ротора регулируется сопротивлением на выходе из обмоток. Это и есть провод «К» к датчику топлива в баке. Второй провод на паре старого образца - это независимая контрольная лампочка. При падении уровня измеряемой жидкости до минимального уровня, контакт замыкается на корпус, и лампочка загорается, сигнализируя о критическом объёме.
На более современных системах цепь, в паре указатель—датчик, на корпус не замыкается, и сигнал уходит обратно в прибор на панели, который уже соединён с «массой». И при падении потенциала до определённого значения зажигает сигнальную лампочку, интегрированную в схему указателя.
Это самые распространённые системы контроля уровня топлива на современных автомобилях. Для простоты эти два типа можно определить, как:
- указатель с массой датчика
- контролёр с обратной связью
- устройство стандартного датчика уровня топлива
По сути датчик уровня топлива представляет собой реостат с переменным сопротивлением. На керамическую пластину нанесена металлическая шкала исполняющая роль спирали в обычном реостате. По углам пластины выведены два припаиваемых контакта. В зависимости от типа датчика идёт соединение проводов. Если указатель и проводка старого образца - один контакт идёт на корпус крепления датчика, а второй - к указателю, через крышку корпуса. Второй провод - это провод контрольной лампы и соединяется с «массой» отдельной «дорожкой» в положении пусто. В качестве «бегунка» реостата выступает подвижный металлический контакт, плотно прижатый к шкале датчика. Прикреплённый к нему поплавок в зависимости от уровня топлива в баке двигает «бегунок» вдоль шкалы. Именно это меняет сопротивление цепи указателя, заставляя стрелку двигаться в нужном направлении. Так же работает и новая система с обратным сигналом. Просто на керамической пластине нет разъёма контрольной лампы, и оба контакта соединены проводами с указателем уровня топлива в панели приборов. В зависимости от модели автомобиля датчики могут отличаться сопротивлением шкалы. Все они маркированы отдельными значениями, например:
- ДУТ-1-01;
- ДУТ-1-03;
- ДУТ-2-03,
Как определить неисправность датчика уровня топлива
В первую очередь определяется что именно неисправно, указатель на панели приборов или сам индикатор уровня топлива в топливном баке. Для этого необходимо обеспечить доступ к проводным входам и разъёму датчика на баке. Как правило на всех автомашинах имеется технологическое отверстие для этой операции. В зависимости от модели и производителя, лючок расположен в разных местах. Он указан в технической документации машины. Для проверки работоспособности указателя уровня топлива на панели желательно иметь под рукой следующее:
- контрольную лампочку (пищалка) с детектором «массы»;
- автомобильный тестер;
- рабочий датчик уровня топлива (подходящий по VIN-коду).
Дело в том, что старые модели с «массой» датчика на корпус, вполне можно проверять замыканием на корпус, подающих ток проводов. Однако с моделями последних лет с обратной связью это не всегда проходит.
Процесс проверки указателя на панели приборов с массой датчика
Отсоединить провода от датчика уровня топлива в баке. К разъёму должен быть обеспечен свободный доступ. Включить зажигание. На проводах датчика должен появиться устойчивый «+». Это проверяется контрольной лампой и тестером. Напряжение на проводах должно быть равно общему напряжению сети. Если оба провода имеют нормальные показатели вольтажа, необходимо выяснить какой из них контрольная лампа, а какой датчик. Для этого провода по очереди замкнуть на «массу». При замыкании одного, должна загореться лампочка критического уровня топлива. Когда массируется другой, стрелка указателя уровня горючего должна резко уйти в положение «полный бак». Если всё так и произошло, значит неисправен датчик уровня топлива и его надо снимать для замены или ремонта.
Проверка указателя уровня топлива с обратной связью
На таких приборах, как правило, только один из двух проводов имеет устойчивый «+», а второй - слабо выраженную «массу». Это определяется контрольной лампой с детектором «-». Кроме того, зачастую при неисправном датчике или указателе, стрелка, наоборот, становится в положение «полный бак». Проверив контрольной лампой наличие загрузки проводов, нужно подключить к ним исправный датчик, поднять и опустить поплавок уровня топлива. Стрелка указателя должна двигаться в соответствии с положением поплавка. А в положении «пусто» загорится контрольная лампа уровня.
Внимание! Штангу привода реостата необходимо двигать медленно. Резкий рывок в сторону «полный» или «пустой» вполне может вывести из строя исправный указатель.
Возможные неисправности датчика уровня топлива
Конечно самой частой неисправностью датчиков уровня топлива всех видов является протекание поплавка управляющего передвижным элементом реостата. Обычно в этом случае стрелка указателя постоянно находится в положении пустой бак.
Потом идёт загрязнение шкалы пластины. Это может быть и осадки из топлива, и элементы стирающегося бегунка. Стрелка может застыть в любом положении. Или сильно нарушается точность показаний указателя уровня горючего.
Обрыв проводки как на корпусе, так и у пластины с реостатом. И, наконец, механическое повреждение самой пластины. Могут быть ещё какие-то экзотические неисправности, но они настолько редки, что рассматривать их не стоит. Если неисправность есть, но не диагностируется, лучше заменить датчик уровня топлива в сборе.
Как отремонтировать датчик уровня топлива своими руками
Ремонт датчика уровня топлива вполне доступен и для простого автолюбителя. Детали устройства, свободно можно приобрести в магазине автомобильных запчастей. Необходимо демонтировать датчик из бака и изучить его характеристики. Маркировка находится на лицевой стороне пластины прямо над шкалой реостата.
Если пробит поплавок, то это самая меньшая проблема. Они меняются элементарно. Обычно, это наполненный воздухом пластиковый бочонок, он элементарно извлекается из гнезда держателя и вставляется новый. Иногда это пористый элемент и его можно заменить двумя способами. Снять запорную шайбу и надеть новый, зафиксировав его. Или поменять поплавок в сборе со штангой, что гораздо проще.
Если загрязнены полоски шкалы реостата их необходимо просто почистить.
Внимание! Чистить пластинку необходимо только мягкой тканью или ватой, смоченной в спирте. Жёсткая материя или любой другой предмет могут повредить тонкий слой шкалы и реостат можно выкидывать.
Отпаявшиеся или оторванные провода можно аккуратно припаять на место или спаять в месте перелома, а вот треснувшую, сломанную пластину - только заменить новой.
В большинстве случаев, сейчас этим никто не страдает. Нерабочий прибор заменяют и всё. Благо цена их невысока. Тем более, что на автомобилях последних лет пластина реостата, да и все остальные детали устройства крепятся защёлками.
Неточные показания указателя, можно обмануть регулируя угол на штанге, удерживающей поплавок. Выгибая его в разные стороны можно добиться в итоге более точных показаний.
В первую очередь, можно упомянуть электронное табло для панели приборов. Его устанавливают вместе с штатным стрелочным указателем уровня топлива на панель в свободную ячейку или прямо на торпеду. Выводится три провода, «+», «-» и «Д». Последний подключается к датчику вместе со штатным прибором. На извлечённом из бака датчике корректируются показания уровня в цифровом формате, от «пусто» до «полный бак». Особой точности к показаниям это не прибавляет, но придаёт стильный вид панели приборов, и греет душу владельцу. Указатели используются различной формы и вполне можно подобрать табло под дизайн салона своего автомобиля.
Совсем другое дело новинка в этом вопросе (относительная) - это ультразвуковые датчики уровня топлива. Здесь, как и в большинстве приборов, используется принцип приёма-передачи ультразвуковых волн. Датчик можно установить в бак, не нарушая его целостность. Сигнал можно перевести на цифровой монитор на панели приборов и даже вывести на компьютер или ноутбук через систему ГЛОНАСС. На сегодня - это самый точный способ получения данных об уровне топлива. Однако, пока это довольно дорогая процедура, которая к тому же требует особых знаний и умений для калибровки излучателя УЗИ и специализированного оборудования для программирования. Однако всё говорит, что измерители этого типа будут широко применяться в будущем.
На видео ниже можно посмотреть замену датчика контроля топлива на автомобиле ВАЗ «Приора»:
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!
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.
Решил сделать цифровой индикатор количества топлива на грузовой автомобиль (автобус), используя штатный (довольно посредственный) датчик уровня топлива...
Весь процесс создания и что из этого вышло читаем в статье далее.
Начальные условия:
- Грузовой автомобиль (автобус) с бортовым напряжением 24в
- Топливный бак для дизельного топлива на 220л
- Датчик уровня топлива ДУМП39
- Указатель уровня топлива ЭИ8057М-3
Нужно:
Сделать цифровой указатель уровня топлива, используя штатный датчик уровня.
Для начала придется тщательно изучить, что из себя представляет штатный датчик уровня топлива, именуемый. Демонтируем его и внимательно рассматриваем.
Как и следовало ожидать, имеется поплавок, тяга, переменный резистор... стоп, про переменный резистор подробнее. Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать:
Конструкция одновременно и логична, и топорна. Логично то, что ползунок скользит не по непосредственно переменному сопротивлению (которое довольно нежное), а по металлическим отводам от него, но за такое повышение надёжности приходится платить дискретностью. Топорно в этой конструкции то, что, как видно на фото, в среднем положении поплавка мы имеем нехилую зону "нечувствительности", из-за очень уж широкого центрального отвода от сопротивления. Зачем это сделано, остаётся только догадываться, но что имеем, с тем и придётся работать.
Итак, роемся в инете и ищем инфу. Вот что я откопал:
Диапазон перемещения поплавка - 412мм
Номинальное сопротивление - 800 Ом (по другому источнику номинальное сопротивление - 761,0 – 193,5 Ом )
Рабочий диапазон от -40°С до +60°С
Наработка на отказ - 400тыс. км до 95% ушатывания ресурса
Масса 160 грамм, аналог - МАЗ.
В общем-то не густо.
Берём тестер и замеряем, в итоге получачается такая картина:
Схема включения:
Измеренные параметры датчика:
Полное сопротивление - 767 Ом
Дополнительное сопротивление - 187 Ом (оно обеспечивает минимальное сопротивление датчика).
Левая (по фото) часть сопротивления - 203 Ом (13 отводов на ползунок), правая часть Ом 376 (17 отводов на ползунок).
Два металлических сектора выше контактной группы - левый сектор не используется, правый идёт на лампу резеврного остатка топлива.
В общем-то такое подробное описание привожу только для любопытствующих, нам же нужно значение напряжения, которое мы имеем на выходном контакте при различном уровне топлива. При крайнем левом положении контакта на выходе у нас получилось 1,57в , при крайнем правом положении 3,28в, половина бака - 2,44в. В начале сектора включения лампы остатка резерва 2,95в.
Ещё для любопытных. Общая схема подключения датчика уровня топлива выглядит примерно так:
Катушки L1A, L1B, L2
- это отклоняющая система указателя уровня топлива (по сути миллиамперметр) Резистор - термоконпенсационный.
На самом деле это схема классического электромагнитного автомобильного прибора, а конкретно ЭИ8057М-3
- это уже нечто другое: внутри расположена электронная схема, стрелка приводится в движение шаговым электродвигателем, и управляется всё это при помощи микроконтроллёра PIC
.
В принципе, этого достаточно для тарировки цифрового указателя, если бы не парочка неприятностей:
1. Указанный объём топливного бака в 220л не соответствует действительности, на самом деле в баке помещается больше топлива.
2. При крайнем правом положении подвижного контакта датчика, когда в баке якобы уже нет топлива, на самом деле поплавок уже должен находится ниже уровня бака, что конечно же глупость (определено геометрией бака и датчика уровня топлива.
3. Измерив рулеткой геометрию бака, убеждаемся, что это прямоугольный параллелепипед с незначительно закруглёнными длинными гранями, размеры 40х112х60 см . Соответственно перемножив стороны, получаем внутренний объём в 268л, что, согласитесь, сильно отличается от заявленных 220 л, и очень сомнительно, что внутренние перегородки, сетка, топливозаборник, и тп. занимают аж почти 50 л .
4. Как уже написано выше, сопротивление датчика на протяжении длины его сопротивления нелинейно.
Что делаем:
Заливаем полный бак и контролируем напряжение на выходе ДУТ. Получается, что после достижения отметки 1,57в в бак ещё входит добрых двадцать литров топлива.
Снимаем поплавок и ставим датчик на место. Естественно тяга, лишённая поплавка, уходит на самое дно бака, смотрим напряжение - оно составляет 3,02в ! Это важно, т.к. фактически при таком положении в баке уже нет топлива, а подвижный контакт ещё не дошёл до крайнего положения в 3,28в , при этом штатный прибор ЭИ8057М-3 показывает что в баке осталось ещё 1/8 объема. (Поставив поплавок в центральное положение, на штатном ЭИ8057М-3 наблюдаем вместо положенных 1/2 бака аж 5/8 уровня, при полном баке штатный прибор зашкаливает).
Смотрим на график нашего датчика уровня топлива,
Возмём три точки - сопротивления датчика, первая точка это его наименьшее сопротивление (подвижный контакт слева) образованное дополнительным сопротивлением в 187 Ом (на фото вертикальный чёрный прямоугольник), вторая точка при среднем положении контакта когда последовательно включены 187 Ом и 203 Ом , т.е. 390 Ом , полное сопротивление соответственно будет 390 + 376 = 766 Ом.
(по горизонтали - сопротивление в Омах, по вертикали условные единицы длины)
Ничего приятного в этой картине нет, датчик вродебы и линеен но имеет существенный излом.
С такой картиной мы либо получим точность посередине, либо на концах ломаной, либо чтото среднее произведя аппроксимилацию:
Получив формулу с поправкой и коэффициентом можно в принципе уже сделать нечто похожее на цифровой указатель уровня топлива, коэффициент R 2
линии тренда в 0,97
конечно не плох, можно в принципе использовать всё что больше 0,95.
а можно получить для каждой прямой свой коэффициент пересчёта, что будет более точно:
Сразу замеряем значение АЦП в нужных нам точках чтобы 5%
допуск на резисторы делителя на входе АЦП нам ничего не подпортили и получаем в диапазоне от пустого бака (ADC822)
до 1\2
бака (ADC700)
:
(по горизонтали полученные отсчёты АЦП, по вертикали объём топлива в литрах)
В диапазоне от 1\2
бака (ADC700
) до полного (ADC456
):
Из вышеприведённого имеем следующее:
1. С увеличением кол-ва топлива сопротивление датчика уменьшается, и уменьшается падение напряжения на нём.
2. Дельта напряжения датчика составляет 1,45в , что при 10 битном АЦП составит 56% что более чем достаточно для масштабирования результата АЦП в шкалу 0....220л и позволит обойтись просто оцифровыванием результата без использвания ОУ для подгонки под нужный диапазон напряжения.
Схема проста до безобразия:
Микроконтроллёр Mega8, LED
индикатор на 3
разряда с общим катодом, входной делитель из двух резисторов R1, R2
. Стабилитрон (по буржуйски зенер "zener" диод:)) для защиты входа МК
на всякий случай. Цепи питания я рисовать не стал, там классические 0,1мкф
керамика и какой нибудь электролит на 100...1000мкФ
как и гасящие резисторы между МК и индикатором, подойдут любые в диапазоне 80...100Ом
в зависимости от напряжения питания МК и яркости индикатора. Напряжение на борту автомобиля при заведённом двигателе составляло 27,5в
.
Мой вариант разводки платы:
Справа на плате я расположил преобразователь питания обеспечивающий 5в
при бортовом напряжении 10...30в
преобразователь собран на МС3406
3 по типовое схеме из даташита. дроссель murata 1812
. Указанный на схеме стабилитрон на 3,3в
я профукал при разводке и допаивал сверху.
Почему я применил Mega8 когда есть куда более удобная Tiny26 и тп. ? потому что у Mega 8 имеется 1кБ оперативки, зачем столько? микроконтроллёр не просто замеряет напряжение на входе и выводит на индикатор пересчитанное значение, он постоянно записывает замерянные значения в одну из 256 ячеек памяти, заполняя их по замкнутому кругу и после записи каждой ячейки производит расчёт усреднённого значения по всем имеющимся в текущий момент 256 ячейкам.
Индикатор распологается вне платы на приборной панели автомобиля и соединяется с ним 11 жильным шлейфом. Плата помещается в крохотный корпус (второй, тот что с 4мя проводами-клеммами) лишний пластик из корпуса удалили бокорезы.
Плата односторонняя, без перемычек:
Сначала распаял ШИМку и проверил работы, работает. покрыл лаком. можно продолжить сборку:
P.S.
Проект создан при огромной поддержке Романа Викторовича, за что ему огромное спасибо, также спасибо человеку Jonson
из Украины за математическую помощь и некоторые идеи.
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 топливаУльтразвуковые 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
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 |
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 |
