Структурная схема системы контроля уровня жидкости в резервуаре

Поплавковый датчик для измерения предельного уровня (максимального и минимального) уровня жидкости:

Для поплавковых датчиков уровня должны соблюдаться следующие условия:

• контакт датчика верхнего уровня при отсутствии жидкости должен быть разомкнутым, при достижении жидкостью верхнего уровня контакт должен замкнуться;

• контакт датчика нижнего уровня при отсутствии жидкости должен быть разомкнутым, при достижении жидкостью нижнего уровня и выше - контакт должен замкнуться;

Датчик устанавливаются пользователем в резервуаре на заданных по условиям технологического процесса отметках.

Лучшие результаты позволяет получить схема на операционных усилителях (компараторах). Мы будем использовать параллельные АЦП из-за их высокой скорости преобразования.

Здесь используется массив компараторов, каждый из которых сравнивает входное напряжение с индивидуальным опорным напряжением. Такое опорное напряжение для каждого компаратора формируется на встроенном прецизионном резистивном делителе.

С увеличением входного напряжения компараторы последовательно устанавливают свои выходы в логическую единицу вместо логического нуля, начиная с компаратора, отвечающего за младший значащий разряд.

• Источник питания должен быть стабилизированным, чтобы обеспечить стабильность опорных напряжений. Вполне подойдет для питания схемы стандартный сетевой адаптер с выходным напряжением 12…24 В постоянного тока.

• Источник питания микросхемы в непосредственной близости от нее должен быть зашунтирован конденсатором алюминиевым 10 мкФ

• Ток, потребляемый от источника +12 В равен 40 мА при выключенных светодиодах, и 60 мА, если все светодиоды включены.

• 4 входных устройства сравнения (компаратора), выполненных на операционных усилителях и предназначенных для обработки сигналов датчиков уровня.

Принципиальная схема:

Для непосредственного измерения уровня топлива в основном используются реостатные датчики с поплавковым устройством, применяющиеся в комплексе с электромагнитным или магнитоэлектрическим указателем.

В данном курсовом проекте в качестве датчика уровня (R3) будем использовать датчик уровня от автотранспорта не спаренный с топливозаборником и не имеющий резерва (с одной клеммой на верху), например БМ 124Д. Подобные датчики используются на УАЗ, ГАЗ 21, древних Москвичах.

Технические характеристики датчика БМ 124Д: - полное сопротивление реостата 90 Ом; - радиус рычага поплавка 159 мм; - угол наклона вертикали при пустом баке 33 град.; - угол отклонения рычага от начального положения при наполнении половины бака 35 град.; - угол отклонения рычага от начального положения при наполнении полного бака 62 град.; - высота расположения поплавка от фланца при пустом баке 166,3 мм; - высота расположения поплавка от фланца при наполнении половины бака 92 мм; - высота расположения поплавка от фланца при полном баке 18,9 мм; - указатель уровня топлива магнитоэлектрический; - масса 0,11 кг.

Сигнал подаётся на неинвертирующие входы компараторов.

В качестве индикаторов используются импортные светодиоды на 20 мА и 2 вольта. Количество уровней измерения можно увеличить до 8-12, для чего надо просто нарастить схему.

Сопротивления R9-R12 служат для ограничения тока через светодиоды. В зависимости от мощности светодиодов их значения могут изменятся от 200 до 1k Ом. Нужно только помнить, максимальный ток через каждый выход компаратора 35-40 мА и светодиоды не должны быть рассчитаны на большие токи.

Если светодиоды VD4 установить желтого цвета свечения (мало), VD3-VD2— зеленого (норма), VD1— красного (перегрузка), одного взгляда на индикатор будет достаточно для оценки измеряемого параметра.

После настройки и проверки плата покрывается лаком и устанавливается в герметичный корпус. Светодиоды вклеиваются в отверстия верхней крышки корпуса. Очень удобны готовые линейки светодиодов прямоугольной формы. Такие линейки стыкуются между собой, диоды можно менять на другие цвета, поскольку многоцветная шкала удобнее для восприятия.

Схема устройства собрана всего на одной микросхеме DD1 (К1401УД2Б, импортный аналог LM324) и состоит из четырех компараторов, выполненных на операционных усилителях, которые с помощью светодиодов VD1...VD4 позволяют информировать о нахождении уровня напряжения в одном из пяти интервалов по свечению соответствующего индикатора.

Uвх=Uпит*K, где

К=(R2+R3)/(R1+R2+R3)

С увеличением сопротивления датчика, увеличивается К и входное напряжение растет.

0 Ом-2см,

90 Ом – 16,6см.

Для калибровки датчика, С1, R1, R2 соединяются точно также как на схеме, свободный конец резистора R3 подсоединяется к клемме которая имеется на датчике уровня, 12 вольт берутся от бортсети. Измерения проводят с помощью вольтметра, (+) которого подсоединён между R1 и R2, а (-) к массе.

Схема калибровки датчика

Для калибровки необходимо заливать в бак по одному литру бензина и записывать показания вольтметра. Затем надо выбрать объёмы топлива, которые будет показывать прибор. Например, датчик позволяет определять объёмы топлива от 1 до 12 литра, и исходя из этого диапазона выбраны следующие значения: 1, 4, 6, 12 литров. Когда бак полный, горят все светодиоды, когда остаётся менее 12 литров, гаснет первый светодиод, и по мере расхода топлива все остальные. На приведённой схеме полному баку соответствует диод VD1, пустому VD4.

Но т.к. у нас нет реального бака, то мы приводим в соответствие количеству жидкости – изменение сопротивления датчика R3.

U1 для 12литров (VD1) = 10.500 B R3=90Ом

U2 для 6 литров (VD2) = 9.356 B R3=45Ом

U3 для 4 литров (VD3) = 8.455 B R3=30Ом

U4 для 1 литра (VD4) =1.600B R3=1Ом

Сопротивления R4-R8 в килоомах рассчитываются по формуле: R= 12-Un –ΣRn-1, где U- полученное значение напряжения для соответствующего уровня топлива в вольтах. R4= 12-U1 = 12 -10,500=1,5кОм R5= 12 -U2- R4 = 12-9,356 - 1,5 =1,144кОм R6= 12-U3- R5- R4=0,901кОМ R7= 12-U4- R6- R5- R4 = 6,855кОм R8= 12- R7- R6- R5- R4=1,6кОм

Т.к. у нас в схеме стоит потенциометр, то 90 Ом соответствует 100%. 45Ом-50%, 30Ом-33,3%, 1Ом-1,1%.

По справочнику выбираем прецизионные резисторы со следующими номиналами:

R4 типа С2-29В-0,062-1,5 кОм ±0,1%

R5 типа С2-29В-0,062-1,15ком ±0,1%,

R6 типа С2-29В-0,062-909 ОМ ±1%,

R7 типа C2-29в-0,062-6,81кОм±0,1% ,

R8 типа С2-29В-0,062-1,6ком ±0,1%.

Постоянные непроволочные прецизионные резисторы С2-29В изолированного и неизолированного исполнения, предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов. Резисторы С2-29В изготавливаются в соответствии с техническими условиями ОЖО .467.130 ТУ (приёмка "ОТК"), ОЖО .467.099 ТУ (приёмка "5"), ОЖО .467.138 ТУ (приёмка "9").

C1 – Конденсатор общего назначения полярный оксидно-электролитический алюминиевый.

VD1..VD4 - Светоизлучающие диоды в пластмассовых корпусах с рассеянным излучением АЛ307(АМ,ВМ)

Технические характеристики микросхемы К1401УД2Б

Число ОУ в одном корпусе:	4
Архитектура:	-
Возможность работы от одного источника питания:	есть
Минимальное напряжение питания, В:	3
Максимальное напряжение питания, В:	16.5
Ток питания в пересчете на усилитель, мА:	2
Входное напряжение смещения, мВ:	7.5
Входной ток при 25оС, мкА:	0.15
Входной ток смещения, мкА:	0.06
Температурный дрейф нуля, мкВ/оС:	30
Коэффициент усиления с разомкнутой ОС, дБ:	25000
Входное сопротивление, МОм:	0.2
Входная емкость, пФ:	-
Коэффициент ослабления синфазной составляющей (КОСС), дБ:	70
Граничная частота усиления в малосигнальном режиме, МГц:	0.7
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс:	0.35
Полное гармоническое искажение, дБ:	-
Температурный диапазон:	-40...100
Корпус:	201.14-2
Производитель:	Россия

Моделирование в Multisim: