Главная Промышленная автоматика.

по длине пропорциойально площади поперечного сечения бака. При использовании такого датчика в топливных баках автомобиля может быть легко достигнута разрешающая способность 0,5 л. Пластины конденсатора должны быть отделены одна от другой изолирующими фиксаторами, которые не должны допускать воз-ник1ЮБен1.Я утечки тока, когда покрыты пленкой сконденсировавшейся влаги. Эти условия наилучшим образом обеспечиваются не в обычном датчике, имеющем форму концентрических цилиндров, а в конденсаторном датчике особого типа, показанном на рис.3 и спроектированном для автомобильного бака данного типа. Внешние пластины выполнены из стали, а внутренние - из печатной фиберглассовой платы с антикоррозийным покрытием. На обеих сторонах этой печатной платы вытравлено требуемой формы проводящее покрытие. Пластины находятся на расстоянии 1 мм одна .от другой, а самое короткое расстояние между внешней пластиной и проводящими частями внутренней пластины составляет более 10 мм. Влияние поверхностного натяжения жидкости начинает проявляться при зазоре между пластинами, меньшем 1.мм.

На рис. 1-5 показано подключение одной обкладки хронирующего конденсатора в ждущем или обычном мультивибраторе непосредственно к выхо.а;у логического вентиля или к массе. Другая обкладка подключается к источнику опорного напряжения через хронирующий резистор, поэтому 1более чувствительна к утечкам тока и к индуцированным помехам. Применение нечетного числа пластин в датчике позволяет разместить обкладки конденсатора, как более уязвимые в отношении утечки тока, между обкладками, менее чувствительными к утечке, и тогда все электрическое поле йонденсатора будет заключено внутри датчика. Прогиб внутренних пластин в этом случае не изменяет емкости до тех пор, пока внешние пластины жестко закреплены.

Если ширина датчика не более нескольких сантиметров, то при минимальном числе пластин (три) и минимальном расстоянии


Рис. 4. Ждущий КМОП-мультивибратор, запускаемый отрицательным фронтом импульса: вход запуска; 2 - выход


Рис. 5. Комбинация двух ждущих мультивибраторов, показанных на рис. 4 по схеме формирования разностного импульса, использованного Рейбом и другими [1]



между ними 1 мм его емкость примерно равна 200 пФ в воздухе и 400 пФ в топливе. Следовательно, изменению содержимого топливного бака на 0,5 л соответствует изменение емкости приблизительно на 1 пФ.

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. Прп торможении, разгоне и наклоне автомобиля уровень топлива у стенок бака поднимается. Во время продолжительных испытаний с использованием различных приемов вождения в автомрбилях ic невысоким топливным баком было обнаружено, что уровень топлива в центре бака понижается по 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.

Дальнейшего улучшения работы датчика можно достигнуть путем нанесения на его внутреннюю поверхность тонкого слоя материала, поверхностная энергия которого должна составлять половину номинальной энергии бензина 22-10~з Дж/м. Напри.мер, фторированный эфир-полиметакр ловой кислоты обладает требуемой энергией и, кроме того, его легко нанести [2]. Такой слой позволит устранить капиллярные эффекты и снять ограничения на минимальное расстояние между пластинами датчика. В результате поперечные размеры датчика могут быть существенно уменьшены без И31менения его емкости и рабочих характеристик. Вертикальная металлическая полоса без покрытия, не влияющая на емкость .датчика, может стать основной поверхностью для конденсации паров. Полную защиту от влаги и загрязнений, содержащихся в топливе, можно обеспечить с помощью диафрагм, расположив их поперек каждого из концов датчика, внутри которого содержится некоторое количество топлива и сухого воздуха. Диафрагмы в этом случае передают давление от внешней поверхности к внутренней -среде, поэтому уровень топлива в датчике всегда соответствует уровню в баке.

Мультивибраторы и ждущие мультивибраторы на КМОП-схемах

Аналоговое представление проинтегрированного выходного тока вентиля «исключающее ИЛИ» неприемлемо в связи с невозможностью обеспечить высокие разрешающую способность и точность. Для получения цифрового выходного сигнала с разрешающей способностью 0,5 л выходной импульс вентили «исключающее



или» например, для бака объемом 75 л должен иметь длительность, равную длительности 200 выходных импульсов мультивибратора. Мультивибраторы, выполненные на стандартных инвертирующих КМОП-вентилях, могут надежно работать на частоте до 1 МГц [3]. Этим определяется минимальная длительность выходного импульса основного ждущего мультивибратора, которая равна 400 МКС для заполненного бака объемом 75 л. Поэтому хронирующий конденсатор должен иметь сопротивление не менее 1 МОм, чтобы при емкости датчика 400 лФ обеспечить эту минимальную длительность импульса.

Период колебаний мультивибратора изменяется в зависимости от напряжения питания, темп-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 необходимо- 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.

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).

Период колебаний мультивибраторов (см. рис. 2) уменьшается примерно на 1% при изменении напряжения питания на 1 В в-диапазоне 6-14 В. При включении в схему соответствующего компенсирующего резистора (см. рис. 2) этот период изменяется всего на 0,1% с изменением .напряжения питания на 1 В. Кривые Л я В на рис. 6 отражают стабильность характеристик показанного на рис. 1 ждущего мультивибратора при изменении напряжения питания. Выходной сигнал этого мультивибратора запускает нескомпенсированный мультивибратор, формирующий цифровой выходной сигнал. Две представленные серии показаний отличают-ся тем, что в промежутке между их снятием кристалл с вентилями НЕ-ИЛИ, используемый в схеме ждущего мультивибратора* был заменен другим аналогичным ему кристаллом. Применение схемы мультивибратора с компенсацией напряжения питания позволило в одной серии измерений (кривая А) уменьшить зависимость показаний от напряжения питания, однако в другой серии (кривая В) эта зависимость возросла. Кривая С на рис. 6 харак-





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

0.0033