Одними из широко используемых моделей легкового и грузопассажирского транспорта являются автомобили семейства УАЗ. По статистическим данным, за 70 лет на УАЗе было произведено более 4,5 млн автомобилей, более 600 тыс. внедорожников было экспортировано в 100 стран мира. Ежегодно выпускается порядка 12 тысяч автомобилей.
Опыт эксплуатации автомобилей УАЗ показывает низкую эксплуатационную надежность указателя уровня топлива УБ126, обусловленную его частыми поломками и в связи с этим невозможность контроля количества топлива в бензобаках.
Проведенные опросы и анкетирование владельцев автомобилей УАЗ показали, что средний срок службы этих приборов по отзывам автолюбителей составляет полгода, что приводит к необходимости его частой замены, а это повышает материальные и временные затраты на эксплуатацию автомобиля. Учитывая широкий модельный ряд автомобилей УАЗ, среди которых кроме личного автотранспорта есть и машины скорой помощи, пожарных служб, полицейский транспорт, то проблема низкой надежности существующего прибора может сказаться на жизни и здоровье людей.
Рис. 1. Указатель уровня топлива УБ126
В целом весь прибор контроля уровня топлива на автомобилях УАЗ состоит из указателя уровня топлива УБ126, датчика, который устанавливается в топливный бак, и капронового поплавка, являющегося чувствительным элементом датчика.
Указатель уровня топлива УБ126 (рис. 1) относится к логометрическим приборам, имеет в составе электромагнитное устройство и механический узел. Работа логометрического указателя основана на принципе взаимодействия постоянного магнита, связанного с указательной стрелкой, с магнитным полем переменного направления.
Анализ причин частых отказов существующего прибора показал, что наиболее часто автолюбители сталкиваются со следующими проблемами [2, 5]:
– недостоверность отображаемой информации, вследствие большой чувствительности электромагнитного узла к вибрационным нагрузкам;
– несвоевременное обнаружение неисправности указателя уровня топлива;
– большая погрешность измерения;
– частые поломки механического узла.
Для решения отмеченных выше недостатков предлагается использовать электронный указатель уровня топлива в котором взамен электромагнитной схемы применяется электрическая и устранён механический узел (используется световая индикация взамен механической).
Интегральная схема [1, 3, 4] для приведения в действие 12 светодиодов для световой индикации представлена на рис. 2. Микросхема К1003ПП1 представляет собой простейший аналого-цифровой преобразователь, содержащий резистивный делитель напряжения и набор компараторов и коммутаторов тока – по числу ячеек индикации. Она предназначена для управления светодиодной шкалой непрерывного или дискретного вида.
Рис. 2. Интегральная схема для управления светодиодной шкалой
Напряжение питания МС может находиться в пределах 10 ... 18 В, при этом потребляемый ею ток без учета тока светодиодов не превышает 10 мА.
На рис. 3 представлены схемы включения этой МС в непрерывном (а) и дискретном (б) режимах работы.
а) б)
Рис. 3. Схемы включения микросхемы в непрерывном (а) или дискретном (б) режимах работы
Входной сигнал Uвх подают на вывод 17, а напряжения, определяющие диапазон индицируемых уровней, на выводы 16 (нижний уровень Uн) и 3 (верхний уровень Uв). Токи этих трех входов, вытекающие и по абсолютной величине, не превышают 1 мкА. «Цена деления» индикатора, т.е. увеличение входного напряжения, вызывающее включение очередного светодиода, составляет 1/13 от разности Uв-Uн. Выходные каскады МС представляют собой генераторы тока. Величина их не зависит от напряжения питания (около 15 мА). Его можно регулировать подачей соответствующего напряжения на вывод 2 (Uя), если этот вывод никуда не подключен, напряжение на нем составляет около 0,6 В, что соответствует току 15 мА.
Зависимость выходных токов от величины напряжения, поданного на вход 2, представлена в табл. 1.
В варианте на рис. 3, а индикатор работает следующим образом. Пока напряжение на входе Uвх меньше, чем на входе Uн плюс «цена деления», ни один светодиод не светится. Как только эти напряжения сравняются, включается светодиод HL1, подключенный к выводу 1. При увеличении входного напряжения ток по выходу 1 прекращается и появляется ток выхода 2. В этот момент включается светодиод HL2, но HL1 не гаснет, поскольку оба светодиода включены последовательно. При дальнейшем росте Uвх включается светодиод HL3, HL4. Когда появляется ток на выходе 5, на выводе 4 он не прекращается, что сохраняет непрерывность свечения линейки.
Таблица 1
Таблица зависимости выходных токов от величины напряжения, поданного на вход 2
|
Напряжение, В |
Ток, мА |
|
0 |
0 |
|
0,2 |
3,6 |
|
0,4 |
9 |
|
0,6 |
15 |
|
0,8 |
22 |
|
1 |
29 |
|
1,2 |
35 |
Таблица 2
Зависимость сопротивления датчика R от расстояния L от поплавка до верха топливного бака.
|
L, мм |
R, Ом |
L, мм |
R, Ом |
L, мм |
R, Ом |
|
158 |
0 |
102 |
30,7 |
46 |
64,8 |
|
144 |
7,3 |
88 |
38,6 |
32 |
74,9 |
|
130 |
16,6 |
74 |
45,7 |
18 |
82,5 |
|
116 |
25,4 |
60 |
55 |
8 |
92 |
Угол поворота поводка – начало отсчета при минимальном уровне топлива в баке. Поскольку бак параллелограмм, то количество израсходованного топлива пропорционально sin ?, где ? – угол поворота поводка поплавка.
В табл. 2 рассчитаны сопротивления R в зависимости от расстояния L от поплавка до верха топливного бака.
Параметры световой индикации предлагаемого прибора представлены в табл. 3.
Таблица 3
Параметры световой индикации электронного указателя уровня топлива
|
№ и цвет светодиода |
Кол-во израсход. бензина, л |
Сопротивление датчика, Ом |
Угол поворота поплавка ?, град. |
sin ? |
Напряжение U, мВ |
Пороги вкл., мВ |
Порог выкл., мВ |
Сопротивление делителя, ОМ |
|
1 зел. |
0…9 |
92 |
55 |
0,8191 |
1000 |
880 |
880 |
51 |
|
2 зел. |
9,1…18,2 |
80,51 |
48,13 |
0,7447 |
884,3 |
780 |
780 |
50 |
|
3 зел. |
18,3…27,3 |
70,39 |
42,08 |
0,6702 |
780,3 |
680 |
680 |
45 |
|
4 зел. |
27,4…36,4 |
61,17 |
36,57 |
0,5957 |
683,97 |
590 |
590 |
43 |
|
5 жел. |
36,5…45,5 |
52,56 |
31,42 |
0,5213 |
592,4 |
504 |
504 |
42 |
|
6 жел. |
45,6…54,5 |
44,4 |
26,54 |
0,4468 |
504,34 |
420 |
420 |
42,5 |
|
7 жел. |
54,6…63,6 |
36,57 |
21,86 |
0,3723 |
418,48 |
335 |
335 |
42,5 |
|
8 жел. |
63,7…72,7 |
28,99 |
17,33 |
0,2979 |
334,3 |
250 |
250 |
40 |
|
9 кр. |
72,8…81,8 |
21,6 |
12,91 |
0,2234 |
250 |
170 |
170 |
39 |
|
10 кр. |
81,9…90,9 |
14,33 |
8,57 |
0,1489 |
167,54 |
84 |
84 |
34,5 |
|
11 кр. |
91…100 |
7,14 |
4,27 |
0,0744 |
84 |
20 |
20 |
7,5 |
|
12 кр. |
100 |
0 |
0 |
0 |
0 |
– |
– |
– |
