Kapazitive Kraftstoff Niveausensor

Емкостной датчик – это такой вид датчиков, в которых для измерения уровня жидкости не используют механические элементы (поплавка нет!). Измеряется даже не сама жидкость, а диэлектрическая проницаемость вещества между электродами, которая прямо пропорциональна количеству жидкости между ними (или не очень прямо, в физику углубляться не будем).

Без поплавка? Как это возможно?

Вместо поплавка ставим две трубки (одна в одной, так чтобы они не прикасались друг к другу) – получается конденсатор, который меняет свою емкость в зависимости от количества изолятора между его пластинами. В качестве изолятора выступает бензин.

Контроллер проводит измерения и превращает результаты измерения в показатели стрелки. (Своего рода тестер, но с одной функцией – измерение емкости конденсатора).

Общая информация

Емкостные датчики изготавливаются серийно на любую длину (допускается обрезка датчика пилой до 30% от длины). Цена от 350 грн. Есть модели для стрелки, есть модели для подключения к КАН линии (для авто в который является центральный компьютер). Но данные датчики требуют подтянуть к ним 12 вольт и не имеют выхода на лампочку. (Ну по крайней мере я таких не встречал). Поэтому я, имея в запасе базовое понятие в программировании и принципе работы датчика, решил сделать свою модификацию.

О принципе работы

Зайду из далека … По сути датчик – это две трубки – одна меньшего диаметра, вторая большего диаметра. Если этих двух трубки запихнуть друг в друга так, чтобы они не касались друг друга – то получится конденсатор. Конденсатор – это такая штука которая умеет накапливать электрический заряд (своего рода батарейка, но очень малой емкости). И как любая батарейка накопления заряда занимает определенный промежуток времени. То есть если на тех две трубки подать 1 Вольт – это то вольт на трубках начнет накапливаться (сначала там будет 0,01В, затем 0,02В … до 1В). Измерив время накопления того вольта на стенках трубок можно вычислить их емкость. Формулы пропускают … 🙂

Возникает вопрос, как измерить тем конденсатором уровень бензина? Очень просто! Все знают, что воздух ток не проводит. Но на самом деле это не так. Оно проводит, но очень плохо. Так же бензин – ток не проводит. То есть проводит, но тоже очень плохо. Однако чуть лучше чем воздух.
К чему это я … То есть, когда мы те трубки заряжаем – то часть заряда убегает через воздух. И мы на заряд тратим больше времени.

Когда же трубки погрузить в бензин – на их заряд – надо еще больше времени (бензин проводит ток лучше). Причем чем больше мы их в бензин окунаем, тем больше времени нужно на то, чтобы их зарядить.

А дальше все просто. Задача контроллера – измерить это время и превратить его в показания стрелки.

На практике разница во времени заряда трубок на воздухе и в бензине очень мала – меньше миллисекунды. Точно не скажу, ибо без опыта расчетов под рукой. Но для микроконтроллера, который выполняет 8000000 операций в секунду – это очень большой промежуток времени, и он может различить более 200 значений этой разницы. 40л / 200 = 200 грамм. НЕ точность аптекаря, но для ориентировки в запасе бензина вполне достаточно.

Ну и теперь непосредственно о самом приборе.

Как видно из схемы – основой является контроллер Atmega8 и таймер NE555 (подключен по схеме мультивибратора). В качестве конденсатора, который задает частоту таймера – выступает зонд. Строение зонда очень просто. Это по сути есть две трубки с любого металла, расположенных друг в друге (я использовал два фотобарабана от картриджей лазерного принтера). Данный зонд находится в середине бака. И в зависимости от количества бензина – меняет свою емкость. Изменение емкости – меняет исходную частоту таймера. Контроллер измеряет частоту и с помощью ШИМ – формирует сигнал для приборной панели.

Для датчика нужно дополнительного питания. Он питается от тока, проходящего через лампу “аварийного запаса бензина”. Ток, потребляемый – недостаточный для того, чтобы лампочка светила, однако, когда уровень бензина снижается ниже отметки 5% – контроллер создает дополнительную нагрузку (замыкая вход LAMP на минус с работодателем ШИМ сигнала с скважностью 20%) и лампочка загорается. В период свечения лампочки – контроллер питается от тока, накопленного на конденсаторе C2, а диод не позволяет ему разрядиться через нагрузочный транзистор. Полевые транзисторы установил те, которые были под рукой. В принципе – подойдут любые, которые могут выдержать ток больше 500мА (если в приборной панели стоит 5 ваттная лампочка).

Verbindung

В 90% автомобилей – датчик топлива выполнен однотипно (в виде потенциометра, к которому подведено три проводника “-“, вход стрелки, вход лампочки). Так же подключается и этот датчик через разъем J2.

Назначение выходов разъема J2:

1. GND;
2. Вишид указателя стрелки;
3. Выход лампы аварийного запаса топлива.

Назначение выходов разъема J1:

1. Внутренняя трубка зонда;
2. GND.

Дополнительные материалы:

Текст программы

Инструкция по изготовлению;

Архив к проекту: yemnistnij-datchik-rivnya-paliva

Источник: cxemu.te.ua