ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Автомобильные датчики — разработка и производство. Ф. А. Руссо, Уолкер из "Автомобильные датчики " В настоящее время растет потребность в точных автомобильных указателях количества топлива с высокой разрешающей способностью, которая наилучшим образом может быть удовлетворена путем использования современных достижений в конструировании емкостных датчиков, применяемых в авиациоииых топливных баках. [c.6] Описаи датчик невысокой стоимости, обеспечивающий в сочетании с соответствующей электронной схемой достаточную точность измерений и разрешающую способность 0,5 л, на показания которого незначительно влияют колебания и наклон автомобиля. [c.6] Рассмотрена измерительная схема низкой стоимости, выполненная с использованием (мультивибраторов па КМОП-схемах, которая позволяет получить цифровые показания, а ее элементы практически невосприимчивы к различного рода помехам, изменениям питающего напряжения и температуры, а также к действию старения. [c.6] На щитке приборов отображается информация о режиме работы агрегатов автомобиля и его движении. Водителю не обязательно знать точные значения таких параметров, как, например, температура воды и давление масла, — ему вполне достаточно иметь какой-либо индикатор типа сигнальной лампы, указывающий на неисправность в автомобиле или на нарушение нормального режима работы. Любая поездка характеризуется длительностью, расстоянием и стоимостью, поэтому водителю требуются точные данные об этих параметрах, чтобы он мог оценить затрачиваемые на поездку время, силы и расходы. Продолжительность езды находят вычитанием времени отправления из времени прибытия, а расстояние — вычитанием показаний счетчика пройденного пути в конечном и исходном пунктах маршрута. Аналогично этому расход топлива на поездку, а следовательно, и основная часть ее стоимости, могут быть определены вычитанием конечного количества топлива в баке из его начального количества. Для указанной цели необходим точный указатель количества топлива с высокой разрешающей способностью. [c.6] В обычном автомобильном указателе количества топлива уровень топлива в баке определяется с помощью поплавка, который соединен с потенциометром, вырабатывающим аналоговый сигнал. Неточность и ненадежнос Л такого датчика хорошо известны. [c.6] Нефтепродукты не являются проводниками, их диэлектрическая постоянная примерно равна 2 при температурном коэффици- 0,06%/°С для единицы объема или +0,03%/° С для единицы массы. Данными свойствами и была обусловлена конструкция указателей колич- ства топлива конденсаторного типа, которые используют в авиации уже четверть века. Эти указатели включают в себя плоский с параллельными обкладками конденсатор, представляющий собой датчик, который располагают в топливном баке В вертикальном положении. Диэлектрическая постоянная воздуха равна единице, поэтому емкость конденсатора удваивается, когда бак полностью заполняется топливом. К одной из обкладок конденсатора приложено высокочастотное переменное напряжение измеряется ток, протекающий через конденсатор на массу. Источник напряжения соединен, с отдельным опорным конденсатором таким образом, что общий ток в цепи равен разности токов конденсаторного датчика, расположенного в баке, и опорного конденсатора. Вследствие этого результирующий то К равен нулю, когда бак пустой, и повышается с увеличением количества топлива в баке. [c.7] Для устранения влияния осадков и загрязнений в топливном баке на датчик его устанавливают на некотором расстоянии от дна бака. Однако это расстояние должно быть достаточно большим для того, чтобы при наполнении бака уровень топлива в датчике устанавливался в соответствии с уровнем топлива в баке без чрезмерной задержки. При торможении, разгоне и наклоне автомобиля уровень топлива у стенок бака поднимается. Во время продолжительных испытаний с использованием различных приемов вождения в автомр билях с невысоким топливным баком было обнаружено, что уровень топлива в центре бака понижается ш сравнению со средним уровнем на величину, эквивалентную примерно 4 л. Влияние этих колебаний уровня топлива было устранено установкой в баке четырех вертикальных перфорированных перегородок. Тем самым бак был разделен на девять, отдельных частей, причем датчик установили в центральной части, что уменьшило время восстановления нормального уровня до нескольких секунд. [c.10] Период колебаний мультивибратора изменяется в зависимости от напряжения питания, тем П-ературы, а также от старения, которое оказывает влияние на электрические характеристики логических вентилей. В частности, длительность выходного сигнала ждущих мультивибраторов особенно сильно зависит от напряжения переключения вентилей. Для вентилей, выполненных на одном кристалле, напряжения переключения одинаковы, однако для вентилей на разных кристаллах они обычно колеблются в диапазоне 33%. Поэтому характеристики вентилей, выполненных на одном и том же кристалле, обычно бывают идентичными. В случае нео бходимо-сти осуществить сравнительные измерения с использованием двух или более однотипных мультивибраторов применение в них вентилей, выполненных на одном кристалле, позволяет в значительной степени компенсировать влияние старения и изменений напряжения питания и температуры. [c.11] Для простого логического вентиля типовое значение максимального дрейфа напряжения переключения, связанного со старением, составляет менее 17о напряжения питания [4]. Это может приводить к изменению длительности выходного сигнала ждущего мультивибратора (см. рис. 1) на 4%, а периода колебаний мультивибратора— на 1% (в зависимости от исходного напряжения переключения их инвертирующих вентилей). [c.11] Для схемы ждущего мультивибратора (см. рис. 5) оказалось, что подключение датчика к массе автомобиля, а не к цепи питания со сглаживающими фильтрами, увеличило разброс показаний в несколько раз. С заменой в схеме ждущих мультивибраторов на мультивибраторы, показанные на рис. 2, уменьшился разброс показаний у исследуемого автомобиля, зато у другого автомобиля с электрическим топливным насосом этот разброс существенно увеличился. [c.13] Описанная выше электрическая схема не позволяет реализовать возможности датчика по разрешающей способности (0,5 л) по следующим причинам. [c.13] Первую трудность можно преодолеть использованием хронирующего резистора с меньшим сопротивление.м, вследствие чего на каждый выходной импульс вентиля исключающее ИЛИ в счетчики будет поступать всего несколько импульсов, генерируемых мультивибратором. Расчет показывает, что в этом случае статистически доверительные границы, при которых обеспечивается необходимая разрешающая способность, могут быть достигнуты только с помощью методов усреднения, требующих не менее 30 с на выполнение каждого измерения. Последняя трудность может быть преодолена посредством повышения точности выходных импульсов ждущего мультивибратора с использованием компарато-Ров напряжения для стандартизации их напряжения переключения, как это было сделано Ли и другими [7], и в случае необходимости посредством стабилизации частоты мультивибратора с помощью кварцевого кристалла. [c.13] Схема с самокомпенсацией показана на рис. 8. Блок датчика и блок щитка приборов соединены тремя проводами, по которым передается цифровая информация. Дополнительные резисторы защищают схему от обрывов и коротких замыканий в датчике и в этих трех проводах. В схеме применены три мультивибратора, показанные на рис. 2, не имеющие входа запрета и работающие Б автоколебательном режиме. Все эти мультивибраторы выполнены на базе одного кристалла, содержащего шесть инверторов. В каждом и з мультивибраторов использован хронирующий резистор с минимально допустимой величиной сопротивления, равной 10 кОм. Опорный мультивибратор и мультивибратор усилителя содержат хронирующие конденсаторы, емкости которых равны емкости датчика, так что все три мультивибратора работают на частоте 200 кГц. [c.14] Блок щитка приборов содержит три стандартных двоичных импульсных счетчика-делителя частоты, запускаемых отрицательным фронтом импульса входного сигнаал. Каждый такой делитель состоит из последовательно соединенных двоичных делительных каскадов, и выход Q любого каскада служит входом тактового импульса для следующего каскада. Высокий уровень сигнала на входе сброса приводит одновременно выходы всех каскадов делителя в нулевое состояние. Рабочие сигналы на выходах первых двух каскадов такого типа делителей показаны на рис. 9. [c.14] Частота переключения каскада Q каждого делителя в 256 раз (212-4) выше частоты переключения каскада С212- Высокое напряжение на выходе каскада Q] опорного делителя позволяет пропускать через вентиль И выходной сигнал каскада Р4 делителя усиления на тактовый вход десятичного счетчика. Поэтому число зарегистрированных счетчиком импульсов является мерой длительности интервала, в течение которого каскад Q опорного делителя находится в состоянии с высоким выходным напряжением. Частота мультивибратора усиления подобрана так, что каждому из переключений каскада Q/ делителя усиления соответствует 0,5 л топлива. [c.15] Требуется, чтобы в течение первой полусекунды после включения системы зажигания двигателя запрет импульса отключения регистров не осуществлялся. Управляющий формирователь показаний индикатора можно в случае необходимости заменить микропроцессором, а десятичные счетчики — двоичными. [c.16] И М пулБс сброса схемы сбрасывает каждый двоичный делитель, но не блокирует на это время его мультивибратор, в результате чего в первый цикл переключения выходов Q каскадов, следующий за импульсом сброса, вносится погрешность, эквивалентная по длительности 1 тактовому импульсу. Поэтому временной интервал, соответствующий 0,5 л топлива, должен включать такое минимальное число тактовых сигналов каждого счетчика, которое обеспечит уменьшение этой. погрешности до приемлемого уровня. Использование сигналов на выходе Q каскадов, указанных на рис. 8, позволяет получить погрешность каждого из делителей, равную 6% разрешающей способности 0,5 л. Математическое описание этого источника неточности в аналогичной схеме можно найти в работе Оуэна, [8]. [c.16] В большинстве систем измерения количества топлива датчик размещен в баке, а его показания отображаются на щитке приборов. Существует большое число вариантов различных компоновок для остальных элементов этой системы. На рис. 8 показан один из простейших и наиболее симметричных вариантов построения с самокомпенсацией. [c.16] Вернуться к основной статье