Что представляет собой датчик уровня топлива и как его поменять

Что представляет собой датчик уровня топлива и как его поменять?

За уровнем топлива в современных автомобилях, оснащенных ЭСУД, отвечает датчик уровня топлива. Если он выйдет из строя, то система не определит, что нет топлива, а это грозит выходом из строя бензонасоса. В статье дается описание ДУТ, разбираются типичные неисправности, даются рекомендации по диагностике датчика уровня топлива, как отремонтировать, заменить и подключить.

Предназначение указателя уровня топлива в автомобиле

Следует различать указатель и датчик. Первый располагается на приборной панели и представляет собой стрелочный или цифровой указатель.

Цифры в любом случае дублируются аналоговой шкалой, неважно, в виде участка дисплея или отдельного прибора с магнитоэлектрическим приводом стрелки. Это скорее дань традиции, чем необходимость, но так принято.

Указатель связан с датчиком, причём электрические характеристики обоих приборов подобраны таким образом, чтоб погрешность была минимально допустимой в любой точке шкалы.

Совсем необязательно иметь линейную характеристику указателя и ДУТ. Более того, они почти всегда нелинейны. Но когда две характеристики накладываются одна на другую, а ним прибавляется дополнительная нелинейность шкалы, то отображаемой информации можно доверять.

В случае компьютерной обработки сигнала датчика за достоверность показаний можно тем более не беспокоиться. Программный контроллер способен реализовать любую самую замысловатую функцию, даже не выражаемую аналитически. Достаточно прокалибровать показания, что и делается при разработке.

Самая сложная форма бака, где в зависимости от положения уровня топлива на перемещение задающего элемента датчика влияют сильно отличающиеся количества жидкости в единицах объёма, задаётся в памяти прибора в виде таблицы.

Более того, владелец всегда может ввести свои поправочные коэффициенты в ходе процедуры индивидуальной настройки для ещё более точного считывания. Так обычно работают универсальные бортовые компьютеры, устанавливаемые в порядке дополнительного оснащения.

Место расположения прибора

ДУТ всегда размещается непосредственно в топливном баке. Его конструкция устойчива к парам бензина или дизельного топлива, а доступ осуществляется через фланец в верхней части бака, обычно объединённый с сервисным отверстием для топливного насоса.

Сам датчик также часто включается в единый с ним модуль.

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

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

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

Приветствую уважаемых читателей! Несколько лет подряд я писал на тему нашего сервиса мониторинга автотранспорта, об оборудовании, которое производим, приоткрывая внутренние аспекты производства и работы в целом. В этой статье я хочу рассказать о полном цикле производства такого очень важного элемента работы систем GPS мониторинга и контроля, как датчик уровня топлива (поисковики его знают как ДУТ). Будет теория, все чертежи и схемы для сборки данного продукта. Кому интересно — читаем далее.

0. Вступление

Забегая вперед скажу, будет три статьи, в этой я расскажу о самом простом варианте определения уровня дизельного топлива (только дизельного, использование на бензиновой технике абсолютно запрещено, так как взрывоопасно). В следующих статьях, если конечно будет читателю интересно, рассмотрим цифровой датчик уровня топлива, а в самом конце я планирую выложить схему и прошивку устройства для мониторинга, которое описывал в данной статье.

1. Немного теории

Самые популярные датчики измерения уровня топлива представляет собой электрический конденсатор, состоящий из двух трубок помещенных друг в друга, устанавливаются резервуар с топливом, уровень которого измеряется. Дизель свободно проникает в пространство между трубками, сигналом изменения уровня топлива в резервуаре является изменение электрической ёмкости датчика.

При изменении уровня топлива в резервуаре изменяется относительная диэлектрическая проницаемость пространства между обкладками конденсатора, поскольку диэлектрическая проницаемость топлива и воздуха в общем случае различна. А так как емкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости изолятора, то в результате изменяется и электрическая ёмкость датчика. Датчики в большинстве своем изготавливаются из алюминия или меди, потому что они меньше всего подвержены влиянию агрессивных сред. Из многих способов измерения значения емкости конденсатора и последующим преобразованием его емкости в пропорциональное изменение постоянного напряжения на выходе, был выбран широтно-импульсный способ, как достаточно простой и надежный, но при этом обеспечивающий необходимый уровень точности измерения. Сразу требуется оговорка, это самый простой в плане финансов и достаточно простой в плане сборки ДУТ метод определения уровня дизельного топлива.

2. Описание работы электрической схемы датчика уровня топлива

Рис 2. Принципиальная схема датчика уровня топлива (ДУТ) (большая схема тут)

Для увеличения стабильности и точности показания все элементы схемы используются с минимальным температурным коэффициентом. Резисторы используются с 1% допуском, микросхемы выбраны с улучшенными параметрами в отличии от бытовых аналогов, например: SE555N вместо NE555N, а LM358D вместо LM258D.
На микросхеме U1 SE555N и элементах R1, R2 и C1 собран задающий генератор. Так как от него сильно зависит стабильность показания то в качестве конденсатора С1 используется прецизионный полистирольные конденсатор К71-7 1%, обычно их устанавливали в советские цветные телевизоры в задающие генераторы строчной развертки. Можно заменить чем-то современным, но доступность и цена этих конденсаторов делает их весьма привлекательными, да и родились они еще в далеком году, когда СССР весьма неплохо следил за качеством производимых элементов.
С выхода 3-й микросхемы U1 прямоугольные импульсы запускают одновибратор, собранный на микросхеме U2 SE555N. В качестве конденсатора одновибратора, используется датчик помещенный в топливо, поэтому его емкость будет зависеть от уровня топлива, а следовательно, ширина импульса на выходе 3 микросхемы U2, будет изменяться также от уровня топлива.
Для обеспечения линейной зависимости ширины импульса от уровня заполнения датчика топливом, на датчик топлива поступает зарядный ток от стабилизатора тока выполненного на микросхеме U3.2 и транзисторе Q1 BC856BT. Также путем изменения зарядного тока осуществляется настройка схемы на различные размеры датчиков. Настройка схемы осуществляется путем подбора резисторов R6 и R7, для получения 1.8-1.9 Вольт на выходе схемы, при «сухом» датчике.
С выхода 3 микросхемы U2 импульсы поступают на интегратор, собранный на элементах R8 и C6.
Далее интегрированное напряжение сформировавшись на конденсаторе C6 поступает на фильтр низких частот, выполненного на R10 и С10.
Затем постоянное напряжение поступает на усилитель постоянного тока, выполненного на микросхеме U3.1.
С выхода 1-й микросхемы U3.2 сигнал, через фильтр, выполненный на элементах R17, С12, С14 и С15 поступает на выход.
Резистор R16 используется для предотвращения самовозбуждения усилителя при работе на емкостную нагрузку.
Делитель выполнен на резисторах R9 и R11 обеспечивает необходимое постоянное смещение для работы усилителя постоянного тока в линейном режиме.
Стабилизатор напряжения для питания электронной схемы, размещён по классической схеме на микросхеме U4 LM317MDT.
В итоге, на выходе, мы получаем аналоговый сигнал пустой бак 1.8В полный 6.0В (тут есть зависимость от высоты ДУТ), который линейный и прямо пропорциональный уровню топлива в бакецистернехранилище. Затем, применив фильтр Калмана, можно убирать скачки топлива, выводить обсчет среднего расхода и пр.

В реальности это будет выглядеть примерно вот так:

График уровня топлива + скорость.

3. Чертеж датчика уровня топлива, материалы

РИС 3. Чертеж датчика уровня топлива (ссылка на большой чертеж)

Уже упоминалось, что используется в основном алюминий, как видно из чертежа, наружная трубка впаивается любым удобным способом в «голову» ДУТ. При производстве своих датчиков мы используем сварку, т.к. имеем к ней доступ, пусть не самый эстетически красивый вариант, но, надежен и проверен временем. Внутри используется алюминиевый стержень, для фиксации которого нарезается резьба в верней части. Втулки используются из специального фторопласта, который максимально толерантен к дизельному топливу.

4. Итог

На данном решении построены подавляющее большинство датчиков уровня топлива представленных на GPS рынке СНГ и мира. Каждый производитель вносит свои изменения для увеличения точности измерения уровня топлива, такие как акселерометр, температурные датчики, цифровая обработка сигнала и прочее. Представленная мною схема самая простая, готовая к работе, как говорится, в полях без каких либо сложностей. Уважаемый читатель с прямыми руками вполне может сделать любые доработки, которые можно использовать как для своих целей, так и для коммерческих нужд.

PS. Немного эротики про то как подобное добро устанавливается на технику можно посмотреть тут.

Распространенные поломки

Если стрелка уровня горючего работает некорректно, то причиной неисправности может быть:

1. выгорание предохранителя;
2. потеря контакта в электрической цепи;
3. проблемы с индикатором приборной панели;
4. поломка поплавка или скользящего контакта.

Проблемы с датчиком топлива появляются на авто либо после поездок по пересеченной местности, либо зимой, когда на участки электрической цепи попадают агрессивные вещества (реагенты). Химические и механические воздействия окисляют контакты, приводят к заломам или трещинам в местах пайки. Если с окислением контактов можно справиться путем простой зачистки, то при разрыве электрической цепи проводов их придется перепаять или полностью заменить.

Отсоединение поплавка от скользящего контакта приводит к тому, что стрелка уровня топлива всегда находится в верхнем (максимальном) положении. Когда указатель горючего постоянно «дрожит», то частично изношена резистивная дорожка. Поскольку машины обычно ездят с топливным баком, заполненным на 30-70%, то именно в данном диапазоне происходит механический износ. В таком случае рекомендуется демонтировать старый аналог и установить исправное устройство. Аналогичную процедуру следует произвести с предохранителем датчика уровня топлива, если он перегорел.

Датчик рычажного типа

Рычажный датчик уровня состоит из потенциометра, поплавка и рычага, связывающего их. В свою очередь потенциометр состоит из двух секторов, на один из которых нанесены пластинки резистивного материала и бегунка, контактирующего с сектором, а также соединенного с рычагом. Второй конец его соединен с поплавком.

Работает данная конструкция достаточно просто: поплавок, сделанный в виде полого герметичного элемента (из металла или пластика) всегда находится на поверхности топлива. По мере расхода бензина он опускается, при этом посредством рычага он перемещает бегунок потенциометра. Он контактирует с секторами к которым подсоединены провода, идущие к индикатору топлива. За счет изменения количества пластин, которые подключены в электрическую цепь потенциометра, меняется и сопротивление.

То есть, при заполненном баке, бегунок находится в крайнем положении, поэтому электрический ток проходит по кратчайшему пути в потенциометре, на пластинчатом секторе через самую крайнюю пластину. Из-за этого сопротивление самое низкое (порядка 7 Ом). По мере расхода бензина бегунок перемещается и подключает в цепь все больше резистивных пластин, что повышает сопротивление (при половине бака данный параметр составляет 120-130 Ом). При пустом же баке задействован уже весь пластинчатый сектор, обеспечивая максимальное сопротивление в цепи (320-340 Ом). Отметим, что параметры сопротивления указаны приблизительно, поскольку разные модели датчика уровня топлива имеют свои конкретные параметры.

К положительным качествам рычажного типа датчика относится очень простая конструкция, что обеспечивает надежность, а также небольшая стоимость. Но есть у него и недостатки – контактные пары со временем изнашиваются, а также данный ДУТ имеет погрешность в показаниях, особенно это касается у авто с аналоговыми индикаторами топлива.

Применяется он повсеместно как на отечественных авто (ВАЗ всех моделей, ГАЗ, КамАЗ), так и на зарубежных — Toyota, Volkswagen и т. д.

Как заменить датчик уровня топлива своими руками: пошаговая инструкция

Когда не работает датчик топлива в ВАЗ 2110, и все попытки его реанимировать не увенчались успехом, остается только менять его на новый. Не следует экономить на этом приборе и затягивать покупку нового. Тем более, что цена его невысока, она находится в пределах 350-500 рублей.

Замена ДУТа выполняется из салона автомобиля. Чтобы подобраться к бензобаку, предстоит снять заднее сиденье.

Важно. Выполняя эту работу, необходимо соблюдать правила безопасности. Вести работу рекомендуется с открытыми дверями.

Дело в том, что при замене датчика придется открывать бак, а бензин – довольно летучее и взрывоопасное химическое соединение. Пары этой углеводородной смеси способны быстро заполнить собой салон автомобиля. Работая с бензобаком, ни в коем случае нельзя курить, зажигать спички во избежание возникновения пожара.

Теперь, когда вы, дорогой читатель, предупреждены, можно переходить к замене неисправного датчика уровня топлива ваз 2110 своими руками. Заднее сиденье сняли, прибор из бензобака выкрутили. Новый датчик готов к тому, чтобы его установить на место.

Покупая новый прибор, следует обращать внимание на два момента:

• выбирать новый датчик следует той же модели, что и старый. Обратите внимание на цифры, указанные на корпусе старого прибора. А лучше выпишите их для себя и сохраните.
• Обратите внимание на разъем. Покупая новый прибор, проследите, чтобы он был аналогичным, поскольку у ДУТ число концов на разъеме может разниться: у одних моделей их три, у ДУТ для инжекторных двигателей – 4.

Прежде чем снимать старый прибор, необходимо отщелкнуть разъемы, удерживающие датчик.

Доступ к крышке бензобака находится под задним пассажирским сиденьем. Чтобы к нему подобраться, придется вынимать сиденье из машины. Затем следует отсоединить насос, вынув его фишку. Чтобы сбросить давление, необходимо завести двигатель. Он почти сразу заглохнет, поскольку без насоса к нему не будет поступать бензин. Если машину в течение дня не заводили, то движок запускать не надо. Давление давно упало само собой. Сброс необходим для того, чтобы при откручивании крышки с датчиком горючее не вылилось из бака.

Для работы потребуются:

• Гаечный ключ на 17 для откручивания штуцеров;
• Крестовая отвертка для снятия крышки;
• Головка на 7 (для откручивания насоса);
• После того как отключили насос и сбросили давление, открутили и сняли крышку, необходимо отвинтить штуцеры на баке как показано на снимке.

Теперь предстоит аккуратно вынуть бензонасос. Помните, что он погружной, поэтому утоплен в бензин. Так что вынимать его следует осторожно, давая стечь горючему назад в бак.

Аккуратно отложите насос в сторону, а затем можно вынимать поплавок.

Сборка выполняется в обратном порядке. Только вместо старого устанавливается новый ДУТ.

Вот и все! Надеемся, наша публикация была для вас полезной и помогла справиться с неисправностью датчика уровня топлива на ВАЗ 2110.