Большинство водителей еще помнят времена, когда перед каждой поездкой нужно было опускать металлический щуп в бак, чтобы проверить уровень масла. Но эта задача стала неактуальной в связи с повсеместным внедрением электроники, поскольку указатель уровня масла взял на себя эту функцию, причем навсегда. В этой статье мы рассмотрим этот датчик и объясним его расположение и функцию.
Устройство
На сегодняшний день существует достаточно большое количество датчиков уровня масла, отличающихся конструктивными особенностями и принципом работы. Мы рассмотрим автомобильный датчик на примере самого простого варианта — поплавкового датчика.
Рисунок 1 Конструкция датчика уровня масла
Как видно из рисунка 1, датчик уровня масла состоит из следующих компонентов:
- Магнитоуправляемый контакт 1, который реагирует на приложенное извне поле. В радиотехнике этот элемент также называют контактным контактом.
- Поплавок 2 — предназначен для непосредственного взаимодействия с маслом. Внутри поплавка находится постоянный магнит, который взаимодействует с герконом.
- Направляющая трубка 3 — направляет поплавок и служит основанием, относительно которого происходит движение. Внутри трубки имеется герметичное пространство для размещения как самого геркона, так и его цепи питания.
- Провода датчика 4 — предназначены для подключения к сигнальной цепи исполнительного или измерительного устройства.
Вся конструкция монтируется в резервуар, где должен контролироваться уровень масла, в большинстве случаев способ монтажа — прикручивание. Этот метод обеспечивает хорошую герметичность и легкую замену в случае поломки.
Принцип работы
Датчики уровня масла в гражданском и промышленном применении показывают фактический объем жидкости в определенный момент времени. Используются различные типы датчиков, но самым простым и понятным будет поплавковый датчик, который будет использоваться в качестве примера.
Рисунок 2 Функция датчика уровня масла
Как видно на рисунке 2, датчик представляет собой герметичную трубку с герметичной колбой, на которой установлен поплавок. Рабочий элемент датчика движения имеет два предельных положения, максимум и минимум жидкости, относительно которых происходит дальнейшая сигнализация и передача данных. Принцип работы заключается в следующем:
- Топливная система автомобиля заполнена маслом до установленного максимально допустимого уровня. Это обеспечивает номинальный рабочий диапазон агрегата и охлаждение камеры сгорания во время технологических операций.
- Поплавок также поднимается до максимального уровня во время фазы наполнения до отметки Max под действием силы Архимеда.
- Масло поддерживает постоянный уровень поплавка, так что магнит, помещенный в поплавок, переключает контакты геркона, цепь замыкается, и соответствующий сигнал подается на реле или измерительное устройство.
- Если механизм протекает или в нем закончилось масло, уровень масла будет постепенно снижаться. Поплавок датчика начнет опускаться ниже, но магниты будут продолжать взаимодействовать с герконом.
- Когда поплавок датчика уровня масла достигнет отметки Min, его магнитного воздействия будет недостаточно для замыкания контакта геркона, и он перейдет в отключенное положение.
- Цепь датчика разомкнется, и сигнал на контакты реле поступать не будет. После этого автомобиль подаст звуковой сигнал о необходимости долить масло.
На практике для определения уровня масла в настоящее время используются датчики других типов. Они отличаются от вышеперечисленных методом обнаружения, поэтому на следующих страницах мы хотели бы описать различные типы датчиков уровня масла.
Разновидности
В соответствии с разделом 1.1.2 ГОСТ 28725-90 датчики делятся на водонепроницаемые и пылезащищенные. Существует также отдельная категория для взрывозащищенных устройств.
Согласно пункту 1.3 ГОСТ 28725-90, датчики уровня масла можно разделить на вибрационные и виброустойчивые в зависимости от устойчивости устройства к механическим воздействиям.
Датчик основан на определенных явлениях, связанных с физическими, химическими или электрическими свойствами нефти как стабильного вещества в течение всего процесса эксплуатации. В настоящее время наиболее распространенными типами датчиков уровня масла, в зависимости от принципа действия, являются.
- Тепловой;
- Ультразвуковой;
- Электротермический;
- Емкостный;
- Поплавок.
Рис. 3 Термодатчик уровня масла
Тепловые датчики (см. Рисунок 3) являются наиболее распространенными в практике автомобильной промышленности. Принцип их работы основан на скорости охлаждения чувствительного элемента, обычно металлической проволоки. Для измерения уровня проволока, помещенная в масло, нагревается до заданной температуры, которая выше текущей температуры масла. Затем проволока охлаждается, и в зависимости от времени, необходимого для того, чтобы ее температура уравновесилась с температурой масляной среды, определяется уровень в резервуаре.
Рис. 4 Ультразвуковой датчик
Ультразвуковые измерители (изображение 4) работают по принципу звуковых волн, проходящих через различные материалы или среды. Конструктивно этот тип содержит ультразвуковой преобразователь, который направляет колебания в емкость с маслом. Нефть и воздух имеют очень разную плотность, поэтому скорость распространения волн в этих средах также будет разной. Измеряя скорость распространения ультразвука от источника до поверхности масла, датчик может определить объем заполнения.
Рисунок 5: Электротермический преобразователь
Принцип работы электротермического датчика (рис. 5) основан на зависимости сопротивления проводников от температуры материала. Здесь в качестве измерителя используется металлическая проволока с высоким температурным коэффициентом, часть которой постоянно погружена в масло. По проволоке течет электрический ток, который нагревает нить накала; в зависимости от глубины погружения в жидкость теплоотдача в соответствующей области будет лучше, сопротивление ниже, а значение тока выше. Электрические параметры регистрируются на выходе, и по их значениям оценивается уровень масла.
Фото 6: Емкостной датчик
Емкостные датчики (фото 6) работают по принципу измерения емкости машинного масла как диэлектрика. Конструктивно такие приборы состоят из двух трубок 2 и 3, помещенных одна в другую, пространство между трубками заполнено диэлектриком 4. При смещении уровня до максимальной отметки емкость между стенками трубок будет максимальной, а при постепенном уменьшении емкость измерительного блока 5 будет уменьшаться, что зафиксирует электронный блок 7.
Схемы подключения
Различные модели датчиков уровня масла могут также отличаться способом их подключения к определенной цепи. Одним из примеров их использования является электрическая система автомобиля, поэтому электрическая схема выглядит следующим образом:
Рисунок 7 — Схема подключения термодатчика уровня масла
Как видно на рисунке 7 выше, состояние оценивается немедленно через датчик температуры и уровня масла. Затем сигнал подается на оба оценочных блока. Если он соответствует заданному алгоритму, функция передается электронному блоку и отправляется на приборную панель в виде ШИМ-сигнала. В современных автомобилях состояние двигателя отображается на дисплее перед водителем.
Рисунок 8: Общая электрическая схема авиационного датчика
В отличие от автомобилей, в авиационных моделях датчик уровня масла подключается по более сложной схеме, что обусловлено безопасностью пассажиров во время полета. Как видно на рисунке 8, информация с датчика поступает в блок анализа, где он сравнивает ее с рабочими параметрами двигателя. При превышении критического порога данные с анализатора передаются в блок коррекции, который проверяет информацию с датчиков через систему обратной связи. Если подтверждается, что порог упал ниже допустимого уровня, на исполнительный блок отправляется команда на добавление жидкости в бак.
Применение
Область применения датчика уровня масла включает в себя двигатели внутреннего сгорания с масляным охлаждением. Чаще всего он встречается в тракторах и тягачах, которые часто ездят по дорогам общего пользования. Его также можно найти в блоках двигателя, дизельных генераторах и радиаторах с масляным охлаждением. В системах отопления его можно комбинировать с другими измерительными приборами.
Отдельную нишу занимает аэрокосмическая промышленность, где уровень содержания компонентов масла измеряется не только в системе охлаждения двигателя. Однако требования к датчикам нельзя сравнивать с требованиями к автомобилям, несмотря на то, что принцип работы идентичен.
В случае мощных трансформаторов, оснащенных выносным маслоуказателем, поплавковый датчик также отвечает за измерение положения диэлектрика и передает эту информацию на циферблат, расположенный снаружи трансформатора.
