Наполовину Бак Пустой Заполненный Полный

Рис. 9. Выходные сигналы первых двух каскадов двоичного делителя частоты с импульсом сброса:

/ - входной тактовый сигнал; 2 входной сигнал сброса: 5 - выходной сигнал каскада Qi," 4 - выходной сигнал каскада Qi

Рис. 10. Формы сигналов в блоке щитка приборов при различном количестве топлива в баке:

1 - каскад опорного делителя; 2 - каскад Q,j основного делителя; 3 - каскад (3,3 основного делителя

времени между моментом установления высокого напряжения на выходе каскада Q12 и моментом его сброса получается пропорциональным кол-ичеству топлива в баке (рис. 10).

Частота переключения каскада Q4 каждого делителя в 256 раз (22~*) выше частоты переключения каскада Q12. Высокое напряжение на выходе каскада Q12 опорного делителя позволяет про-. пускать через вентиль И выходной сигнал каскада Q делителя усиления на тактовый вход десятичного счетчика. Поэтому число зарегистрированных счетчиком импульсов является мерой длительности интервала, в течение которого каскад Q12 опорного делителя находится в состоянии с высоким выходным напряжением. Частота мультивибратора усиления подобрана так, что каждому из переключений каскада Q4 делителя усиления соответствует 0,5 л топлива.

На тактовый вход первого десятичного счетчика, запускаемого отрицательным фронтом импульса, поступает один полный переключательный сигнал через каждые 0,5 л приращения содержимого топливного бака. В результате в момент формирования основным делителем импульсов отключения регистров и общего сброса на тактовом входе счетчика находится либо низкий, либо высокий уровень сигнала. Это зависит от того, прошел ли сигнал на выходе Q4 делителя усиления больше или меньше половины пути (0,25 л) до следующего отрицательного фронта импульса, который записывает приращение 0,5 л в первый десятичный счетчик. Высокое напряжение на тактовом входе десятичного счетчика во время импульса отключения регистров используется для запрета пропускания его в регистровые десятичные счетчики. Тем самым в отображаемые показания вводится нечто вроде цифрового эквивалента триггера Шмидта с 50%-ным гистерезисом. При этом при переходе к новой измеряемой величине в регистрах и,

следовательно, на индикаторах сохраняется предыдущее показание вплоть до того момента, когда новое показание не превысит предыдущее более чем на 0,25 л. Это предотвращает возможность мерцания индикатора при переходе от одного показания к другому.

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.

ИМпульс 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 потрешности 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].

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.

На практике наилучшей компоновкор является вариант схемы (см. рис. 8), в которой основной и опорный двоичные делители и генератор импульса сброса перенесены в блок датчика, а на вентиль И подключены выходы мультивибратора усиления и основного двоичного делителя. В результате создаются непрерывные последовательные группы цифровых импульсов, которые передаются по одному проводу к двоичному делителю усиления, оставленному в блоке щитка приборов. При этом в блоке щитка приборов нужны дополнительные схемы для генерирования импульса отключения регистров и еще одного импульса сброса.

Преимуществом такой компоновки является использование только одного соединительного привода вместо трех, а формирование импульса сброса в блоке щитка приборов позволяет синхронизировать основной мультивибратор и мультивибратор с основным ждущим мультивибратором в начале каждого рабочего цикла (при условии, что в обоих мультивибраторах предусмотрены функции запрета, показанные на рис. 2). Это позволяет исключить первые четыре двоичных счетных каскада в основном и опор: ном двоичных счетчиках и в двоичном счетчике усиления, увеличить в 2* раз полосу частот .схемы.

Характеристики схемы с самокомпенсацией

Все три однотипных мультивибратора схемы выполнены на базе стандартного КМОП-кристалла, содержащего шесть инвертирующих вентилей. Поэтому при изменении любого параметра импульса сброса частота каждого из мультивибраторов будет изменяться одинаково. Это обеспечивает автоматическую компенсацию для схемы указателя количества топлива и стабильность его итоговых показаний по отношению к любым изменениям параметров и режимоВ работы. Например, стабильность показаний по отношению к изменениям напряжения переключения вентилей была проверена путем поочередного использования в схеме нескольких шестиинверторных кристаллов с разными напряжениями переключения вентилей. При этом средняя погрешность составляла всего 0,05 л (максимальная 0,25 л) при показании датчика 45 л.

Независимость показаний датчика от изменений напряжения питания иллюстрируется кривой D на рис. 6. Схема полностью нечувствительна к помехам типа наводок, а также к помехам по цепи питания без сглаживающих фильтров, что, возможно, связано с симметрией работы мультивибраторов и с усреднением большого числа импульсов при каждом измерении. Симметрия обеспечивает также высокую защищенность схемы от любых токов утечки между датчиком и массой. Полярность обкладок конденсатора постоянно реверсируется, так что ток утечки попеременно удлиняет и укорачивает импульсы на протяжении каждого полного цикла работы мультивибратора, в результате влияние тока утечки на длительность цикла уменьшается.

Калибровка блока датчика производится потенциометрами установки нуля и регулировки усиления, что позволяет исключить влияние любых погрешностей в характеристиках пассивных компонентов схемы.

30 -

Описанный указатель количе- "fJ!!""

ства топлива, установленный на регулярно эксплуатировавшемся в течение шести месяцев автомобиле, имел максимальную погрешность 0,5 л при любом уровне заполнения бака и не имел дрейфа показаний, в том числе и Нулевого показания; типовые результаты измерений, полученные с помощью указателя, показаны на рис. 11.

1000 1200

13D0hH

Рис. 11. Показания указателя количества топлива и счетчика пути в автомобиле, используемом:

о - для поездок на место работы и обратно, иногда по различным маршрутам, в городских условиях при среднем расходе топлива 10 л на 100 км; б -для поездки со скоростью 80 км/ч с постоянным расходом топлива 7 л на 100 км; I - "О" недельник; 2 - вторник; 3 - среда; « четверг; 5 - пятница