Электронный расходомер топлива

Трудно найти сейчас человека, не заинтересованного в максимальной экономичности работы двигателя на катере, в достижении максимального КПД гребного винта. При испытаниях катеров и доводке винтов одной из оценок режима работы двигательно-движительного комплекса является расход топлива в единицу времени. Для его замера обычно пользуются примитивной и не очень удобной в условиях малого судна техникой — мерными (обычно стеклянными) ем костями и секундомером. Между тем современная микроэлектроника позволяет создать компактный и сравнительно несложный прибор, при помощи которого можно измерять как мгновенный расход топлива, так и общий расход за какой-либо период времени. Такой топливный расходомер может быть изготовлен самостоятельно человеком, имеющим опыт работы с транзисторными схемами, и, конечно, мог бы быть освоенным в серийном производстве промышленностью.

Изготовленный и испытанный авторами расходомер рассчитан на измерение мгновенного расхода топлива до 10 л/ч, что соответствует диапазону потребления горючего отечественными подвесными моторами мощностью до 30 л.с. Состоит он из датчика, в котором используется оптронная пара — излучающий светодиод и фотодиод, преобразующий световые сигналы в импульсы тока, электронной схемы, усиливающей импульсы и формирующей сигнал, который подается на индикатор мгновенного расхода топлива — микроамперметр М24 на 50 мкА и на электромагнитный счетчик типа СБ 1М, показывающий суммарный расход топлива Питание прибора осуществляется от источника постоянного тока напряжением 12±2,5 В; потребляемый ток — 80 мА.

Основной деталью датчика является турбинка с перфорированным диском, вращающаяся под действием потока топлива. По окружности диска сделаны 18 отверстий, при совмещении которых с осью оп-тронной пары н получаются входные сигналы в электронную схему.

В описываемом датчике турбинка была сделана из дюралюминия, но можно применить и любой другой непрозрачный материал, стойкий к воздействию топлива. Точность измерений будет выше, если удельный вес материала турбинки будет близок к плотности топлива. Ось турбинки стальная, от часового механизма; она вращается в двух сапфировых или агатовых подпятниках, которые можно использовать от старых измерительных приборов.

Корпус датчика выполнен из дюралюминия из двух частей, соединяемых винтами через уплотнительную прокладку из бензостойкой резины. Выходной штуцер выточен заодно с корпусом, а входной ввернут на резьбе (М6Х0,5) в отверстие, просверленное тангенциально по отношению к оси турбинки.

Внутренняя полость камеры, где вращается турбинка, имеет конусность 1,5—2°, направленную к выходному штуцеру. Благодаря этому здесь не задерживаются воздушные пузырьки, которые, оседая у оси турбинки, могут существенно повлиять на точность измерения. Датчик обязательно должен быть расположен выпускным штуцером вверх.

Светодиод укреплен в корпусе при помощи дюралевой втулки и стопорного винта; фотодиод поджат гайкой Диоды можно установить и на эпоксидном компаунде, что несколько упростит конструкцию. Выводы оптронной пары укреплены клеем «Момент» на корпусе и через штепсельный разъем экранированным кабелем соединяются с электронной частью прибора.

Тарировка датчика была выполнена при максимальном расходе топлива 10 л/ч, при этом частота следования импульсов датчика составила 111,111 Гц (Т=9 мс). При выбранной дискретности измерения общего расхода 0,1 л за 1 секунду с датчика поступает 1,111 импульса, а за 1 час — около 4000 импульсов. Диапазон индикатора общего расхода СБ-1М равен 10 000 импульсов, что соответствует 1000 л израсходованного топлива.

Электронная часть прибора работает следующим образом.

Положительный перепад напряжения, получаемый на резисторе R2 при «засветке» фотодиода VD2, через конденсатор С1 поступает на двухкаскадный (VT1, VT2) усилитель. Выходной сигнал с коллектора транзистора VT2 через согласующий делитель R6, R7 поступает на формирователь импульсов, выполненный на логическом элементе DD1.1.

На логических элементах DD1.2 и DD1.3 собран ждущий мультивибратор, который вырабатывает импульс длительностью около 8 мс (при минимальном периоде входного сигнала равном 9 мс). Ждущий мультивибратор запускается продифференцированным цепочкой С3, R8 импульсом формирователя. О выхода элемента DD1.3 (вывод 10) сигнал через инвертор DD1.4 поступает на индикатор мгновенного расхода топлива микроамперметр РА1 Среднее значение тока, протекающего через него, прямо пропорционально частоте входных импульсов.

Этот же сигнал с инвертора на логическом элементе DD1.4 (вывод 11) поступает на вход делителя частоты с коэффициентом деления К=4000 Для получения такого коэффициента последовательно соединены два триггера DD2 1 и DD2.2 и три делителя частоты DD3, DD4 и DD5. Выходной сигнал с делителя DD5 (вывод 2) через ключ VT3 включает электромагнитный счетчик Е1.

Для питания микросхем серии К176 в устройстве предусмотрен стабилизатор напряжения RI2, VD3.

Конденсатор С5 предназначен для начальной установки на нуль счетчика при включении напряжения питания Конденсаторы С2 и С7 нейтрализуют действие помех, приводящих к ложным срабатываниям счетчика

Индикатор мгновенного расхода топлива можно настроить и на другой предел измерения. Для этого необходимо подобрать резистор R9 или конденсатор С4 так, чтобы длительность импульса ждущего мультивибратора составляла бы около 90% от минимального периода входной частоты ждущего мультивибратора.

При малом расходе топлива стрелка индикатора мгновенно го расхода будет подергиваться в такт с входной частотой. Что бы устранить это явление, необходимо микроамперметр за-шунтировать конденсатором емкостью 2—5 мк.

Рекомендуемый измеритель расхода топлива перед установкой на двигателе был испытан на стенде в различных режимах и показал стабильные результаты измерения. Точность измерения зависит от величины расхода, температуры и других факторов и составляет от 4 до 10%, что соответствует уровню зарубежных промышленных образцов подобных устройств.