Главная Промышленная автоматика.

Логометрический датчик температуры

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.

Описан датчик невысокой стоимости, обеспечивающий в сочетании с соответствующей электронной схемой достаточную точность измерений и разрета-ющую способность 0,5 л, на показания которого незначительно влияют колебания и наклон автомобиля.

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.

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 иа 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.

В обычном автомобильном указателе количества топлива уро-; вень топлива в баке определяется с помощью поплавка, который соединен с потенциометром, вырабатывающим аналоговый сигнал. Неточность и ненадежность такого датчика хорошо известны.



Нефтепродукты не являются проводниками, их диэлектрическая постоянная примерно равна 2 при температурном коэффици-gjj.j.e -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 ib баке, и опорного конденсатора. Вследствие этого результирующий ток равен нулю, когда бак .пустой, и повышается с увеличением количества топлива в баке.

Создание семейств интегральных схем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ-схем) и логики на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП-схем) привело к разработке многочисленных лабораторных измерителей емкости, основанных на измерении длительности выходного сигнала ждущих мультивибраторов, собранных на инвертирующих логических вентилях (например, показанном на рис. 1). Длительность каждого выходного импульса пропорциональна емкости хронирующего конденсатора и может быть измерена путем стробирования этим импульсом выходного сигнала быстродействующего мультивибратора (см. рис. 2) и путем подсчета результирующего числа прошедших на выход импульсов. Для аналогового измерения емкости можно интегрировать выходной ток ждущего мультивибратора, запускаемого высокочастотным входным сигналом. Рейб и другие исследователи [1] показали, как можно использовать ждущие мультивибраторы в сочетании с конденсаторным датчиком, имеющим параллельные обкладки, для измерения уровня топлива в баке автомобиля. Опорный конденса-


Рис. 1. Ждущий мультивибратор на КМОП-вентилих, запускаемый положительным фронтом импульса:

t вход запуска: 2 - высокий уровень Нс пряжения; 3 -выход


Рис. 2. КМОП-мультивибратор, в котором для получения функции запрета второй инвертор заменен вентилем НЕ - ИЛИ:

/ - место включения компенсирующего резистора: 2 - выход; 3 - вход запрета



тор включается при этом в схему второго ждущего мультивибратора, который запускается повторяющимся сигналом синхронно с основным ждущим мультивибратором. Выходные импульсы мультивибраторов вычитаются вентилем «исключающее ИЛИ», в результате длительность выходного имиульса этого вентиля получается пропорциональной количеству топлива в баке и для пустого бака равна нулю (см. рис. 5). Рейб и другие исследователи [1] получили аналоговый выходной сигнал, измеряя проинтегрированный выходной ток вентиля «исключающее ИЛИ», и цифровой выходной сигнал, подавая выходные импульсы этого вентиля на микропроцессор. Можно предположить, что в микропроцессоре их длительность измерялась посредством сравнения с выходными сигналами мультивибратора, возможно, стабилизированного кварцевым кристаллом. Характеристики логических КМОП-схем со сверхвысокими входными сопротивлениями и высокой помехоустойчивостью обусловили их предпочтение для ТТЛ-схемой в условиях окружающей среды, характерной для автомобиля.

Конденсаторный датчик с параллельными обкладками

КонденсаторнчШ датчик с параллельными обкладками должен по стоимости и точности соответствовать применяемой логической схеме. Во многих современных автомобилях используют невысокие топливные баки с наклонным дном. Поэтому датчик должен быть сконструировая таким образом, чтобы при изменении уровня топлива он регистрировал среднюю точку поверхности топлива, сводя тем самым к минимуму эффект, обусловленный расположением автомобиля иа наклонной плоскости. Но если определять объем топлива, а не его уровень, емкость датчика должна изменяться


Рис. 3. Датчик 8





[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

0.0032