устройство для измерения уровня

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня, содержащее указатель уровня и реостатный датчик уровня, включенный между указателем уровня и общей шиной, отличающееся тем, что в качестве указателя уровня используют аналого-цифровой преобразователь с балансным входом и дополнительно в устройство введены управляющий трехпозиционный переключатель, подсоединенный к указателю уровня, первый, второй и третий резистивные делители, стабилизатор напряжения и шунтирующий резистор, причем первый резистивный делитель включен между плюсовой шиной и общей шиной, вход стабилизатора напряжения подключен к плюсовой шине, второй резистивный делитель включен между выходом стабилизатора напряжения и реостатным датчиком уровня, третий резистивный делитель включен между выходом стабилизатора напряжения и общей шиной, шунтирующий резистор включен между минусовой шиной и общей шиной, первый неподвижный контакт упомянутого переключателя соединен с выходом первого резистивного делителя, второй - с выходом второго резистивного делителя, третий - с минусовой шиной и одним выводом шунтирующего резистора, четвертый и шестой неподвижные контакты соединены между собой и подсоединены к общей шине, а пятый неподвижный контакт соединен с выходом третьего резистивного делителя, при этом шунтирующий резистор выполнен на резисторе сопротивлением 0,003-0,006 Ом, реостатный датчик уровня размещен в топливном баке вертикально, а линейный размер реостатного датчика уровня по горизонтали на данном уровне прямо пропорционален площади сечения бака в горизонтальной плоскости на данном уровне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области контроля уровня жидкости и может быть использовано, в частности, для контроля уровня топлива в топливном баке автомобиля.

Известен “Омический уровнемер” (см. патент RU 2047843, опубл. 10.11.1995 г.). Известное устройство содержит два электрода с разными сопротивлениями, измерительный прибор, источник питания и переменный резистор. Известное устройство имеет повышенную точность измерения и расширенные функциональные возможности за счет использования известного устройства в качестве стабилизатора или задатчика уровня, однако известное устройство нельзя использовать в автомобиле.

Известен “Терморезисторный сигнализатор уровня жидкости” (см. патент RU 2185602, опубл. 23.02.2001 г.). Известное устройство содержит источник питания, датчик уровня, расположенный в топливном баке, компаратор, аналого-цифровой преобразователь. Известное устройство позволяет контролировать уровень топлива только в топливном баке летательного аппарата.

Известен измеритель уровня топлива в топливном баке автомобиля (см. Резник А.М. и др. “Электрооборудование автомобилей”. М.: Транспорт, 1988 г., с.102-105), выбранный в качестве ближайшего аналога. Известное устройство состоит из датчика, который устанавливается в топливный бак, и указателя на приборной панели автомобиля, в качестве которого применяются электромагнитные и магнитоэлектрические приборы. В качестве датчика используют реостатный датчик. Обмотка реостата навита на текстолитовой пластине, при этом один конец обмотки соединен с корпусом. Шкала указателя имеет метки в долях объема бака 0, , , , П.

Однако погрешность измерения у известного измерителя уровня топлива достаточно высока и, прежде всего, из-за расположения реостатного датчика в баке автомобиля, а также формы пластины реостатного датчика, на которую навита обмотка реостата.

Решаемая изобретением задача заключается в следующем. Необходимо создать устройство для измерения уровня топлива в баке автомобиля, позволяющее измерять количество топлива в баке с точностью 2% +/- 1 ед. младшего разряда измерительного прибора, а также позволяющее измерять напряжение аккумуляторной батареи автомобиля, выявлять неисправность реле-регулятора, неисправность генератора, неисправность стартера (витковое замыкание).

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что кроме известных и общих признаков, а именно указатель уровня топлива, реостатный датчик уровня, включенный между указателем уровня и общей шиной, в устройстве, содержащем указатель уровня и реостатный датчик уровня, включенный между указателем уровня и общей шиной, в качестве указателя уровня используют аналого-цифровой преобразователь с балансным входом, и, дополнительно, в устройство введены управляемый трехпозиционный переключатель, подсоединенный к указателю уровня, первый, второй и третий резистивные делители, стабилизатор напряжения и шунтирующий резистор, причем первый резистивный делитель включен между плюсовой шиной и общей шиной, вход стабилизатора напряжения подключен к плюсовой шине, второй резистивный делитель включен между выходом стабилизатора напряжения и реостатным датчиком уровня, третий резистивный делитель включен между выходом стабилизатора напряжения и общей шиной, шунтирующий резистор включен между минусовой шиной и общей шиной, первый неподвижный контакт упомянутого переключателя соединен с выходом первого резистивного делителя, второй - с выходом второго резистивного делителя, третий - с минусовой шиной и одним выводом шунтирующего резистора, четвертый и шестой неподвижные контакты соединены между собой и подсоединены к общей шине, а пятый неподвижный контакт соединен с выходом третьего резистивного делителя, при этом шунтирующий резистор выполнен на резисторе сопротивлением 0,003 - 0,006 Ом, реостатный датчик уровня размещен в топливном баке вертикально, а линейный размер реостатного датчика уровня по горизонтали на данном уровне прямо пропорционален площади сечения бака в горизонтальной плоскости на данном уровне.

Использование аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с балансным входом позволяет не только свести к нулю погрешность измерения количества топлива в баке в начале (пустой бак) и в конце (полный бак) шкалы, но и позволяет измерять количество топлива с точностью 2% +/- 1 ед., а также расширить функциональные возможности прибора.

Введение первого резистивного делителя позволяет использовать АЦП для измерения напряжения бортовой сети автомобиля, так как напряжение бортовой сети автомобиля изменяется в диапазоне 12-14 В, а чувствительность АЦП не выше 1 В. Стабилизатор напряжения и второй резистивный делитель являются генератором напряжения для реостатного датчика уровня. Введение третьего резистивного делителя позволяет создать компенсирующее напряжение на балансном входе АЦП. Балансный вход АЦП позволяет свести погрешность измерения к нулю в начале и в конце шкалы. В качестве АЦП можно использовать, например, микросхему КР572ПВ2. Информация в цифровом виде выводится на индикатор, состоящий из четырех светодиодных семисегментных индикаторов. В качестве резисторов можно использовать, например, резисторы типа МЛТ. В качестве переменных резисторов могут быть использованы, например, резисторы типа СП5-2ВБ.

Выполнение пластины реостатного датчика уровня с линейным размером пластины по горизонтали на данном уровне, прямо пропорциональным площади сечения бака в горизонтальной плоскости на данном уровне, и расположение реостатного датчика уровня в баке автомобиля вертикально сводит к минимуму погрешность показаний заявляемого устройства в средних пределах шкалы. Именно это и подтвердили испытания заявляемого устройства, проведенные авторами. При этом в результате проведенных испытаний было выявлено, что если шунтирующий резистор выполнен на резисторе сопротивлением 0,003-0,006 Ом, то погрешность измерения тока стартера составляет 10%, а это уже позволяет выявить неисправность стартера или аккумулятора.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема устройства.

Заявляемое устройство содержит резистивный делитель 1, резистивный делитель 2, резистивный делитель 3, стабилизатор 4 напряжения, трехпозиционный переключатель 5, АЦП 6, шунтирующий резистор 7, реостатный датчик 8 уровня, плюсовую шину 9, минусовую шину 10, общую шину 11. Резистивный делитель 1 состоит из последовательно соединенных резистора 12, переменного резистора 13 и резистора 14, при этом свободный вывод резистора 12 подсоединен к плюсовой шине 9 и входу стабилизатора 4 напряжения, свободный вывод резистора 14 соединен с общей шиной 11, а общая точка соединения переменного резистора 13 и резистора 14 соединена с первым неподвижным контактом (5.1) переключателя 5. Резистивный делитель 2 состоит из последовательно соединенных резистора 15 и переменного резистора 16, при этом свободный вывод резистора 15 соединен с выводом стабилизатора 4 напряжения, а свободный вывод переменного резистора 16 соединен со вторым неподвижным контактом (5.2) переключателя 5 и одним выводом реостатного датчика 8 уровня, другой вывод которого соединен с общей шиной 11. Резистивный делитель 3 состоит из последовательно соединенных резистора 17, переменного резистора 18 и резистора 19, при этом свободный вывод резистора 17 соединен с выходом стабилизатора 4 напряжения, свободный вывод резистора 19 соединен с общей шиной 11, а точка соединения переменного резистора 18 и резистора 19 соединена с неподвижным контактом (5.5) переключателя 5. Третий неподвижный контакт (5.3) переключателя 5 соединен с минусовой шиной 10 и одним выводом резистора 7, другой вывод которого соединен с общей шиной 11. Четвертый (5.4) и шестой (5.6) неподвижные контакты переключателя 5 соединены между собой и с общей шиной 11. Первый подвижный контакт (5.7) переключателя 5 соединен с инвертирующим входом АЦП 6, а второй подвижный контакт (5.8) переключателя 5 соединен с неинвертирующим входом АЦП 6.

Устройство работает следующим образом.

Реостатный датчик 8 уровня топлива размещают в топливном баке (на чертеже не показан) вертикально. Источником питания служит аккумуляторная батарея автомобиля либо генератор (на чертеже не показаны). При установке переключателя 5 в положение 5.2 аналоговый сигнал о значении напряжения на реостатном датчике 8 уровня, погруженном в жидкость, поступает через замкнутую контактную пару переключателя 5 на вход АЦП 6 и после преобразования в цифровую форму передается на индикатор (на чертеже не показан). Индикатор показывает количество топлива в топливном баке как при движении автомобиля, так и во время остановки автомобиля.

Если при выключенном двигателе установить переключатель 5 в положение 5.1, то индикатор покажет напряжение аккумуляторной батареи. А при включенном двигателе индикатор покажет напряжение генератора, питающего бортовую сеть автомобиля. При этом можно выявить следующие неисправности: реле-регулятора и генератора (отклонение напряжения генератора от нормы показывает на неисправность генератора). Если во время запуска двигателя установить переключатель 5 в положение 5.3, то индикатор показывает величину тока стартера. Если ток меньше нормы, то это говорит о неисправности аккумулятора, а если больше - о неисправности стартера (витковое замыкание).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет провести экспресс-диагностику автомобиля самим водителем и оперативно выявить нарушение регулировок двигателя и топливной системы автомобиля.

Поскольку точность заявляемого устройства составляет 2% +/- 1 ед. (а это было определено при испытаниях), можно быстро заметить увеличенный расход топлива. При этом выявилась конкретная польза при использовании устройства, например, на автобусах или грузовых автомобилях. На предприятиях, работающих посменно, можно точно контролировать остатки бензина при передаче смены, так как контроль осуществляется по уровню топлива в баке, а не по величине пробега автомобиля.

Таким образом, заявляемое устройство не только обеспечивает более высокую (по сравнению с прототипом) точность измерения уровня топлива в баке, но и имеет расширенные функциональные возможности.

Заявляемое устройство прошло испытания в реальных условиях на автомобиле ВАЗ “2102”. Испытания показали высокую надежность устройства в эксплуатации. Стоимость устройства невысока, и его можно использовать и на других автотранспортных средствах.