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.

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

Но она оказалась неудачной, для питания были использованы импульсные стабилизаторы на MC33063, которые дают пульсации в обе стороны и избавится мне от них так и не удалось. А поскольку появилась идея создания КИТа было решено делать новую версию, с надежным питанием, с защитой всех входных цепей и на деталях соответствующих условиям эксплуатации, в первую очередь это температурный диапазон -40..+125°C.
Так появилась новая 3-я версия, сделанная почти по всем правилам, с обновленной прошивкой.

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 блока процессора, их 2 модификации А5 и А2
Схема А5

Схема А2

Разница в подключении сигнала AREF (опорное напряжение), в варианте А5 оно берется с шины питания +5в, в варианте А2 берется от внутреннего источника.
Основной является модификация А5, А2 сделана для расширения функционала, на случай когда с основной модификацией не удастся откалибровать бак.
На плате это осуществляется разной установкой элементов R11, C4, C6 более подробно это будет описано ниже в инструкции.
Разъем для подключения платы дисплея также используется и для внутрисхемного программирования

Схема блока дисплея

Этот блок получился универсальным, на нем дисплей, органы управления, стабилизатор для питания дисплея, так что его вполне можно использовать и с другими устройствами.

Платы

Плата процессора

Разъем для подключения платы дисплея также используется для внутрисхемного программирования МК.

Плата дисплея

Дисплей подключается через стандартный разъем и крепится к плате на двухстороннем скотче.

Технические характеристики

Напряжения питания 8-30 в
Напряжения срабатывания ночного режима подсветки 10-20 в
Сопротивление датчика топлива (рекомендуемое) 250-500 Ом
Дискретность отображения напряжения 0,1 в
Диапазон отображения напряжение 8 -30 в
Дискретность отображения количества топлива 1 л.
Поддерживаемый диапазон емкости бака 30-99 л.
Диапазон инерционности 1-10 сек.
Диапазон градаций яркости 0-255 ед.
Диапазон градаций контрастности 1-15 ед.

Возможности основного режима устройства

Цифровой индикатор уровня топлива и напряжения позволяет контролировать:

• 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

Органы управления

Управление осуществляется кнопками Menu, Ok, Up, Down
Menu – в основном режиме вход в режим установок. В режиме установок возврат в предыдущее меню, без сохранения текущих изменений и выход из режима установок.
Ok - Действует только в режиме установок. Вход в выбраный пункт, сохранение текущих параметров в энергонезависимой памяти.
Up – Действует только в режиме установок. Перемещение вверх по пунктам меню, увеличение текущего значения.
Down – Действует только в режиме установок. Перемещение вниз по пунктам меню, уменьшение текущего значения.

Режимы работы
Основной режим

В основной режим устройство входит через 2 секунды после подачи на него напряжения питания. Показания значения напряжения появляются сразу, показания значения остатка топлива появляется с задержкой обусловленной установкой инертности, 1-10 секунд.

Режим установок

Режим установок предназначен для настройки устройства под конкретные условия эксплуатации. Вход в режим установок осуществляется кнопкой Menu

Пункты меню
Емкость бака

позволяет установить объем используемого бака. Кнопками меню Up/Down изменяется в пределах от 30 до 99 литров. Для сохранение выбранного объема необходимо нажать кнопку Ok . Для выхода в меню без сохранения сделанных изменений необходимо нажать кнопку Menu .

Калибровка

позволяет политрово откалибровать емкость бака. Калибровка осуществляется после выбора необходимого объема бака в меню Емкость бака .
Литры – в данном пункте кнопками Up/Down устанавливается необходимое значение ячейки литров для записи значения калибровки. Запись значения калибровки производится кнопкой Ok .
Датчик – показывает текущее значение датчика остатка
топлива. При нажатии кнопки Ok это значение заносится в текущую ячейку памяти выбранную в пункте меню Литры .
В памяти – показывает сохраненное в памяти значение, соответствующее выбранной в данный момент, в пункте Литры , ячейке памяти.

Инерционность

позволяет установить период измерения остатка топлива. Кнопками меню Up/Down изменяется в пределах 1 - 10 секунд. В течении выбранного периода времени через равные промежутки, происходит 10 замеров остатка топлива, после чего вычисляется среднее значение.

Подсветка

позволяет установить яркость подсветки днем и ночью. Факт дня и ночи определяется включением габаритов и подсветки приборной панели.Кнопками Up/Down выбирается нужный пункт для корректировки День/Ночь. Для входа в режим изменеий выбранного значения необходимо нажать кнопку Ok , после чего кнопками Up/Down установить необходимое значение яркости подсветки от 0 до 255. Для сохранения установленного значения необходимо нажать кнопку Ok , для выхода из текущего пункта без сохранения изменений необходимо нажать кнопку Menu .

Инверсия

позволяет выбрать режим работы дисплея обычный/инверсный. Выбор нужного пункта производится кнопками Up/Down . Сохранение выбранного значения производится кнопкой Ok . Выход из текущего пункта без сохранения изменений производится кнопкой Menu .

Контрастность

позволяет установить желаемую контрастность дисплея. Кнопками меню Up/Down изменяется в пределах от 1 до 15. Сохранение выбранного значения производится кнопкой Ok . Выход из текущего пункта без сохранения производится кнопкой Menu .

Подключение и начальная настройка

Подключите устройство согласно маркировке.
[-] Земля, для подключения земли желательно выбрать надежный контакт.
[+] Плюс питания бортовой сети, 12 Вольт подключается к любой точке бортовой сети после замка зажигания.
[G] Габариты, подключается к цепи питания габаритов или подсветки приборной панели
[F] Датчик топлива, для исключения влияния родного датчика, его желательно отключить и подключить устройство непосредственно к линии датчика в баке.
Включите зажигание, подключите параллельно питанию вольтметр и
проконтролируйте показания напряжения индикатора, при необходимости подстройте показания индикатора подстроечным резистором R2

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

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

Схема бакомера для автомобиля своими руками

Сегодня вашему вниманию предоставляю действительно самодельный прибор. Опять же на микроконтроллере PIC16f676 и на этот раз с сдвоенным, динамическим семи-сигментным индикатором. Данное устройство создатели назвали "Бакометр " - И является оно цифровым указателем уровня бензина в литрах .
Точность устройства вызывает доверие так как калибруется оно непосредственно на конкретном автомобиле, так как датчики уровня топлива только по марке одинаковые. Первоисточник был этот сайт

Схема устройства:

Сверлим отверстия под детали

Спустя пару часиков устройство готово

Прошивка микроконтроллера, крона, и вот первый запуск "Бакометр"-а

Теперь нужно сделать морду лица.Для этого понадобилась пара винтиков как для установки материнок в корпус и винтики к ним. Черные винтики были взяты от материнкок ASUS. Когда-то собирал и они мне очень понравились поэтому ставил обычные а эти оставлял пригодиись.

После сборки прибор был откалиброван на столе с помощью переменного резистора на 500 Ом. Этого достаточно для наглядности так как сопротивление пустого бака классики около 340 Ом .
Бакометр после калибровки показывает уровень бензина в баке согласно прошивке. Прошивку можно сделать 0-99 литров.

При снижении уровня в баке меньше 5 литров индикатор начинает мигать отображая показания в баке до 00 литров. Это хорошо видно на видео. И скачек 35-40 на видео потому как калибровал на глаз и расстояние на переменнике от 35 до 40 литров оказалось очень маленьким. В реальных усовиях такого не будет.
Ну и само видео примера работы