Датчик уровня топлива: топливо - под контролем

Вся современная техника, оснащенная двигателями внутреннего сгорания, имеет систему контроля уровня топлива, в основе которой лежит встроенный в бак датчик. О датчиках уровня топлива, их существующих типах, конструкции и функционировании, а также об их грамотном подборе и замене — читайте в статье.

Что такое датчик уровня топлива

Датчик уровня топлива (ДУТ) — чувствительный элемент системы контроля уровня топлива в топливном баке (баках) транспортных средств.

На транспортных средствах, оснащенных бензиновым или дизельным ДВС, предусмотрена емкость для хранения запаса топлива — топливный бак. В процессе эксплуатации таких ТС необходимо отслеживать запас топлива в баке, чтобы своевременно его пополнить. Для этого используется система, построенная на двух основных компонентах — датчике и индикаторе уровня топлива.

ДУТ располагается в баке, он отслеживает количество топлива, формируя соответствующий электрический сигнал. Сигнал подается к индикатору — стрелочному или цифровому прибору, который отображает измеренный объем топлива. В некоторых автомобилях датчик уровня топлива подключен и к электронике автомобиля (контроллеру двигателя, системам самодиагностики и другим компонентам). В дальнейшем речь пойдет о ДУТ без подробного описания индикаторов и других связанных компонентов.

Какими бывают, как устроены и работают датчики уровня топлива

Поплавковый датчик рычажного типа



Принцип работы потенциометрического датчика уровня топлива



Поплавковый датчик трубчатого типа

В настоящее время используется множество различных ДУТ, отличающихся принципом работы и типом формируемого выходного сигнала.

Все датчики можно разделить на группы по лежащему в основе их работы физическому принципу:

• Поплавковые потенциометрические (резистивные);
• Емкостные;
• Ультразвуковые;
• Поплавковые магнитные.

Каждый тип ДУТ имеет свои конструктивные особенности и области применения, о чем нужно рассказать подробнее.

Поплавковые потенциометрические ДУТ

Это наиболее распространенный тип датчиков, их популярность обусловлена простотой конструкции и дешевизной. Существует две разновидности данных ДУТ:

• Рычажные;
• Трубчатые.

Рычажный датчик уровня топлива состоит из корпуса с закрепленным на нем резистивным датчиком (потенциометром) и двуплечего качающегося рычага. На коротком плече рычага расположен контакт ("бегунок"), движущийся по потенциометру, а на длинном рычаге — пустотелый пластиковый или латунный поплавок. Резистивный датчик обычно выполнен в виде пластины из изоляционного материала (стеклотекстолита, реже — различных пластиков), на которой нанесен сектор из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением. Один вывод потенциометра и подвижный контакт рычага включены в одну измерительную электрическую цепь. Для усиления и преобразования выходного сигнала на ДУТ может устанавливаться соответствующая электронная схема, она располагается в корпусе датчика за пределами топливного бака.

Рычажные датчики можно разделить на два типа по способу монтажа в бак:

• Отдельные ДУТ — датчик монтируется в отдельное посадочное место в баке;
• ДУТ, интегрированные в единый блок с топливным насосом — в качестве корпуса датчика выступает топливный насос, поэтому он устанавливается и вынимается из бака только вместе с насосом.

Работает такой датчик просто: поплавок всегда удерживается на поверхности налитого в баке топлива, от положения поплавка зависит угол наклона рычага, а значит — положение подвижного контакта на потенциометре. При изменении положения рычага подвижный контакт тоже движется по резистивному датчику, что приводит к изменению силы тока в цепи — ток на выходе устройства и используется для расчета уровня топлива в баке.

Трубчатые датчики уровня топлива устроены следующим образом. Основу датчика составляет трубка, внутри которой располагается шток и два провода из материала с высоким удельным сопротивлением. На шток насажен поплавок с двумя металлическими кольцами, замыкающими проводники. В нижней части трубка открыта, либо в ней присутствуют отверстия для доступа топлива. В верхней части трубки находится крепежный фланец с выводными клеммами. Работает датчик так же, как и рычажный: поплавок в зависимости от уровня топлива поднимается или опускается, это увеличивает или уменьшает общую длину проводников — в результате меняется сопротивление и, как следствие, ток в цепи, что и используется для выполнения расчетов.

О выходных сигналах датчиков рассказано ниже.

Емкостные ДУТ

Емкостной датчик уровня топлива



Устройство емкостного датчика уровня топлива

Основу конструкции ДУТ емкостного типа составляет металлическая трубка, внутри которой расположен металлический стержень (в изоляции или без) — эти детали образуют обкладки электрического конденсатора (так называемый коаксиальный конденсатор с жидким диэлектриком). В верхней части датчика находится корпус (обычно выполнен в виде фланца), в котором установлена плата усилителя и преобразователя сигнала, а иногда и датчик температуры.

Датчик устанавливается в бак вертикально, поэтому топливо внутри трубки находится на том же уровне, что и в баке. Наличие топлива в трубке ДУТ приводит к изменению его емкости — это и используется для вычисления степени заполненности бака. В процесс измерений вносится коррекция с помощью датчика температуры и заложенных в прибор алгоритмов.

Нужно отметить, что емкостные датчики уровня топлива подходят только для работы с непроводящими электрический ток жидкостями, в том числе бензином и дизельным топливом. Попадание в датчик воды и иных проводящих жидкостей приводит к нарушению показаний (чаще всего в этом случае прибор "видит", что бак полный), поэтому использование емкостных ДУТ ограничено.

Ультразвуковые и магнитные ДУТ

Датчики этих типов сегодня используются редко, и в основном в транспортных средствах, работающих на спирте, метаноле и некоторых других типах топлив.

Ультразвуковой датчик состоит из преобразователя (включает в себя пьезоэлектрический излучатель и приемник ультразвука), который монтируется с наружной стороны на дно бака, и соединенного с ним электронного блока. Датчик излучает ультразвук, который проходит через бак, частично отражается от верхнего уровня топлива (от границы жидкости и воздух), и возвращается к приемнику — по времени, прошедшему от излучения волны до приема отраженной волны, и измеряется уровень топлива.

Магнитные датчики (magnetic passive positioning sensor, MAPPS) конструктивно похожи на рычажные поплавковые, однако в них вместо резистивного элемента используется магнитный. Как правило, это плата с нанесенными на ней металлическими полосками различной длины, рядом с которыми двигается закрепленный на коротком плече рычага постоянный магнит. По изменению магнитного поля производится вычисление уровня топлива в баке. В таком датчике нет подвижных электрических контактов, поэтому он защищен от коротких замыканий и может работать в электропроводящих и многих химически активных жидкостях.

Типы выходных сигналов датчиков уровня топлива

ДУТ могут формировать выходной сигнал трех типов:

• Аналоговый;
• Аналоговый с частотной модуляцией;
• Цифровой.

Аналого-цифровой преобразователь современного датчика уровня топлива

Аналоговый сигнал — наиболее простое и доступное решение. Такой сигнал формируется потенциометрами поплавковых датчиков, это просто изменение выходного напряжения, которое подается на усилитель и на индикатор. Аналоговые датчики конструктивно просты, однако они дают большую погрешность и для точных измерений не подходят.

Для повышения точности измерений в датчик может вводиться схема преобразования сигнала, в частности — его частотной модуляции. Такие датчики сложнее аналоговых и сегодня используются редко, их практически полностью вытеснили цифровые устройства.

Цифровой сигнал — наиболее современное решение. Этот сигнал формируется на основании показаний датчиков встроенными в них аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) на основе микропроцессоров. Цифровые датчики обладают повышенной точностью измерений, так как они на основе данных, полученных с других датчиков (температуры, режима работы двигателя, положения автомобиля и бака, и т.д.), могут вносить корректировки в результаты измерений.

Нужно отметить, что ДУТ с аналоговым, частотным и цифровым сигналом не взаимозаменяемы, что следует учитывать при их подборе и ремонте.

Как верно выбрать и заменить датчик уровня топлива

Датчик уровня топлива постоянно работают в сложных условиях, поэтому вероятность их выхода из строя всегда высока. О поломке датчика могут говорить неправильные или нестабильные показания прибора, либо их полное отсутствие. Чаще всего это связано с ухудшением электрических контактов в цепях датчика, износом резистивного датчика и механическими повреждениями его подвижных частей. Чтобы провести диагностику, датчик необходимо демонтировать и осмотреть — обычно это сводится к вывертыванию нескольких винтов и выемке устройства из бака. Если ДУТ неисправен, его необходимо отремонтировать или заменить.

На замену следует использовать ДУТ только того типа, что был использован автопроизводителем, либо рекомендованные аналоги. При монтаже датчика нужно соблюдать инструкцию по ремонту транспортного средства. Обязательно необходимо использовать все предусмотренные конструкцией уплотнительные элементы и крепеж. После ремонта некоторые датчики требуют калибровки и настройки.

При верном подборе и замене ДУТ вся система измерения уровня топлива будет надежно работать, обеспечивая правильные показания на любых режимах эксплуатации транспортного средства.