Swojego czasu na grupie dyskusyjnej pl.rec.paralotnie pojawił się ciekawy wątek o paliwomierzu do PPG zrobionym z przepływomierza i licznika rowerowego:

https://groups.google.com/group/pl.rec.paralotnie/browse_thread/thread/f838fe9c8176c430/cc337959cb0f74e3

Ta idea bardzo mi się spodobała gdyż w moim napędzie lotniowym Mosquito integralny zbiornik paliwa jest schowany w kokonie, jest całkowicie niewidoczny i ma tak dziwaczny kształt że zastosowanie jakiegokolwiek pomiaru ilości paliwa bazującego na wysokości słupa cieczy jest nierealne. Zbiornik w pozycji poziomej (jak do lotu):

Postanowiłem zbudować taki paliwomierz i w niniejszym artykule dzielę się moimi doświadczeniami w tej dziedzinie.

Paliwomierz:

Zużycie paliwa w FLPHG czy też PPG jest pi razy drzwi 1-6 litra/h, czyli 0.016 – 0.1 litra/minutę. Odpowiedni przepływomierz pokrywający ten zakres można łatwo kupić w conrad.pl:

http://www.conrad.pl/Przep%b3ywomierz-BioTech-FCH-M.htm?websale7=conrad&pi=155374

Jest to dokładnie Biotech FCH-m-PP-LC, zakres pomiarowy 0.015 – 0.8 litra/minutę, stała pomiarowa 10500 impulsów/litr, cena 78 zł. W moim przypadku realizacja zamówienia trwała 5 dni.

Wyświetlacz:

Jako wyświetlacz zastosowałem licznik rowerowy. Jego zasada działania polega na zliczaniu obrotów koła (kontaktron zwierany przez magnes umocowany do jednej ze szprych koła). Obroty koła przeliczane są na przebytą drogę przez przemnożenie ich przez wprowadzony uprzednio obwód koła (zależy to od modelu ale generalnie wprowadza się wartość w milimetrach, z zakresu kilkaset do kilku tysięcy). Korzystając z tych właściwości można licznik rowerowy wykorzystać jako licznik impulsów (przejechana droga) oraz częstościomierz (bieżąca prędkość), byleby tylko częstotliwość impulsów mieściła się w zakresie "rowerowym" a odczyty dało się sensownie zinterpretować. Dawno temu pracowałem nad obrotomierzem pracującym na tej zasadzie ale brakło mi sił aby dokończyć ten temat, gdyż nie mogłem sobie poradzić z potężnymi zakłóceniami elektromagnetycznymi generowanymi przez układ zapłonowy napędu.

Wykorzystałem licznik rowerowy Atech BS-13, link do polskiego dystrybutora:

http://apg.pl/?atech-bs-13-mo,235

można też kupić go na przykład na allegro. Wybrałem go gdyż dawno temu miałem go w swoim rowerze i pamiętałem że obwód koła jest tam wartością z zakresu 1-5000 mm, czteroliniowy wyświetlacz pokazywał jednocześnie wszystkie interesujące parametry (po przemianowaniu na litry): bieżące zużycie paliwa, średnie zużycie paliwa, ilość zużytego już paliwa, czas pracy, ponadto ten właśnie model był zaprezentowany przez autora pomysłowego paliwomierza.

Ze względu na to że liczniki rowerowe kiepsko pracują przy niskich prędkościach rzędu kilku km/h, przykładowo potrafią nie zliczać niczego poniżej 3 km/h a nawet wyłączać się (wiem to z własnego kilkunastoletniego doświadczenia jako rowerzysty), zdecydowałem się na przelicznik 1 litr = 10 km, wtedy zużycie paliwa rzędu 1-6 l/h przenosi się na prędkość 10-60 km/h, co jest już wartośćią typowo rowerową.

Przeróbka paliwomierza

Paliwomierz dostosowany jest do przewodów o średnicy wewnętrznej 6 mm. W przypadku instalcji paliwowej o średnicy wewnętrznej 3 mm (jak moja) jest to problem. Rozwiązałem to kupując w sklepie modelarskim dwa aluminiowe łączniki paliwowe na przewody 3 mm, przetaczając jedną z ich stron (od biedy można zrobić to pilnikiem) i wklejając na żywicę do przepływomierza:

Łączniki paliwowe to DU-BRO 4151, do kupienia w każdym szanującym się sklepie modelarskim, na przykład tutaj:

http://modele.sklep.pl/product_info.php?products_id=1749

Przy okazji można sobie sprawić doskonałe przeźroczyste przewody paliwowe TYGON.

Połączenie przepływomierz-licznik rowerowy.

Stała przepływomierza 10500 impulsów na litr przy dwóch założonych przeze mnie progach pomiarowych 1 i 6 litrów na godzinę przelicza się na częstotliwości 2.917 i 17.5 Hz (z punktu widzenia licznika rowerowego jest to liczba obrotów na sekundę). Ponadto dla założonego uprzednio przelicznika 1 litr = 10 km "udawany" obwód koła wynosi 10000000/10500 = 952 mm. To trochę duże (częstotliwość) wartości jak na rower, sprawdziłem więc jak zachowuje się licznik przy podaniu częstotliwości 12.5 Hz (sieciowe 50 Hz podzielone przez 4) z wpisanym obwodem koła 1000, daje to prędkość 12.5 m/s = 45 km/h, zaś licznik wskazywał naprzemiennie 45.6 i 46.1 a więc ciut zawyżał. Podałem więc częstotliwość 3.125 Hz a w licznik wpisałem obwód koła 4000 i otrzymałem stabilny odczyt 45.1. Najwyraźniej licznik nie ma zbyt dużej rozdzielczości pomiaru czau trwania impulsów i jego wewnętrzny zegar nie jest dość dobrze skalibrowany, w każdym razie dla poprawienia precyzji dodałem dzielnik częstotliwości przez 4 na układzie CD4018, dzięki czemu częstotliwości impulsów spadają czterokrotnie a obwód koła wpisany do licznika jest wtedy równy 3810mm.

Kolejną sprawą jest sterowanie licznika impulsami z przepływomierza. Przepływomierz wystawia wyjście pomiarowe jako otwarty kolektor tranzystora NPN, który standardowo powinien być podciągnięty rezystorem 2K2 do napięcia zasilającego czujnik (zakres 5 .. 24V). Licznik zaś wedle moich pomiarów daje prąd zwarcia styków na poziomie 2 mikroampera, przy czym napięcie rozwarcia wynosi 1.20 V a zwarcie wykrywane jest przy napięciu 0.4V. Z tego względu konieczne jest zastosowanie obwodu dopasowującego wyjście sygnału z przepływomierza do wejścia licznika, chociażby ze względu na mikroskopijne prądy pomiarowe, na które z pewnością mogą nałożyć się wyindukowane na przewodach połączeniowych zakłócenia od zapłonu. To jest zaledwie kilka podstawowych elementów elektronicznych, do dostania w każdym sklepie branżowym. Poniżej schemat w wersji najprostszej (bezpośrednie połączenie przepływomierza z licznikiem):

oraz z dzielnikiem częstotliwości:

Obydwa układy zlutowałem, sprawdziłem i działają poprawnie. Jeszcze kilka uwag co do konstrukcji:

 -W mojej konstrukcji zasilanie "pożyczyłem" sobie od zasilania kontrolera Spider, do czego używam dwucelowego akumulatora LiPol 7.2V W wersji z bezpośrednim podłączeniem do licznika akceptowalne napięcie zasilania jest z zakresu 5-24V (dozwolone napięcie zasilające przepływomierz), w wersji z dzielnikiem częstotliwości jest ono z zakresu 5-15 V( dozwolone napięcie zasilania przepływomierza i dzielnika częstotliwości). Pobór prądu jest kilka (3-5) mA.

 -Dzielnik częstotliwości zlutowałem "w powietrzu" na kablu w odległości około 40 cm od podłączenia do przepływomierza. Tak to wygląda:

Następnie zalałem żywicą epoksydową, oszlifowałem, owinąłem folią aluminiową podłączoną do masy, nałożyłem rurkę termokurczliwą i obkurczyłem ją.

 -Wejście licznika jest spolaryzowane (zaznaczone + i – na schematach). Należy multimetrem na zakresie pomiaru napięcia do 2V wykryć polaryzację. Nie wiem co się stanie przy pomyłce, najprawdopodobniej nic.

 -Użyte diody to dowolne krzemowe, prostownicze bądź sygnałowe. Ich zadaniem jest "przyciąć" sygnał do poziomu ok. 2 V aby w razie czego nie zniszczyć licznika wyższym napięciem (kto wie jaka jest jego wewnętrzna konstrukcja). Te diody wraz z rezystorami towarzyszącymi należy umieścić możliwie blisko licznika, aby zminimalizować długość połączeń niskoprądowych a więc wzmocnić odporność na zakłócenia. Diody można zastąpić jedną diodą świecącą LED, wtedy będzie mrugała w rytm impulsów, co może być przydatne przy uruchamianiu.

 -Linia trzyprzewodowa wyznaczona na schemacie dwoma pionowymi przerywanymi kreskami może mieć dowolną długość i dla lepszej odporności przed zakłóćeniami powinna być poprowadzona w przewodzie ekranowanym. Ja użyłem dwużyłowego przewodu ekranowanego (dwie żyły we wspólnym ekranie).

Uruchamianie i testowanie

Część elektryczna działa poprawnie, sprawdziłem obydwa zaprezentowane przeze mnie schematy podając na wejściu znaną częstotliwość (12.5Hz i 3.125 Hz) i odczyty na liczniku są zgodne z oczekiwaniami (+/- pewien błąd).

Podłączając paliwomierz i dmuchając w niego licznik wskazuje przepływ (z grubsza) proporcjonalny do dmuchania.

Na chwilę obecną nie testowałem przepływomierza z żadnymi płynami ani tym bardziej z paliwem. Ze względu na panującą za oknem aurę nieprędko przyjdzie do pierwszego lotu testowego.

Wg. datasheet-u przepływomierza, stała pomiarowa 10500 impulsów na litr jest dla wody. Trudno powiedzieć czy dla paliwa będzie ona mniejsza, większa czy taka sama. Wyjdzie w praniu.

Przypadkowo zlożyło się że kolega z pracy pracował swojego czasu przy awionice lotniczej dla samolotów ultralekkich. Podzieliłem się z nim pomysłem paliwomierza na przepływomierzu i odpowiedział że próbowali to rozwiązanie w jakiejś instalacji samolotu UL ze słabymi rezultatami: mierzone zużycie paliwa nie zgadzało się z rzeczywistym. Nie dowiedziałem się jaki był błąd (kolega nie pamiętał) a tylko tyle że problemów doszukiwano się między innymi w pulsacyjnym charakterze przepływu paliwa. W przypadku naszych gaźników membranowych będzie to oczywiste, jako że pompa paliwa to membrana pobudzana podciśnieniem z karteru. No cóż, trzeba będzie sprawdzić zachowanie w praktyce.

W miarę kolejnych testów będę sukcesywnie aktualizował artykuł o nowe informacje.

Aktualizacja 5 marca 2011

W sobotę 3 marca wykonałem próby naziemne a 4 marca pierwszy lot. Podczas próby naziemnej stwierdziłem spore zawyżanie wskazań: maksymalne zużycie było na poziomie 8 l/h co jest wartością dużo za dużą. Na obrotach jałowych zużycie ledwie tylko przekracza 1 l/h. Licznik rozsądnie reaguje na dodawanie gazu i całość wydaje się działać dobrze. Zachowanie licznika nagrałem kamerą, jakość jest jednak dość słaba, w tle słychać dźwięk silnika:

Drugiego dnia nalałem równe 5 litrów paliwa i  polatałem 50 minut. Po wylądowaniu zmierzyłem pozostałość ilość i porównałem z wartością zmierzoną. Otrzymane wyniki to: rzeczywiste zużycie paliwa: 2.9 litra, zmierzone zużycie paliwa: 4.2 litra, max. zmierzone zużycie paliwa: 8.2 l/h. Po podzieleniu rzeczywistego zużycia paliwa przez zmierzone otrzymuję współczynnik korekcji 0.69. W takim wypadku max. zużycie paliwa na poziomie 5.7 litra/h jest wartością możliwą. Licznik (obwód koła) kalibowałem dla katalogowej stałej pomiarowej 10500 impulsów na litr (H2O, 20 stopni celsjusza). Moje warunki pomiarowe były ciut inne: benzyna, temperatura nieco ponad 0 stopni i pulsacyjny przepływ. W tej chwili nie potrafię powiedzieć co jest źródłem zawyżania wskazań, w tym celu wykonam następujące próby:

-Wyeliminowanie (możliwego) zliczania impulsów z zapłonu. W tym celu zrobię prymitywny generator o niskiej i znanej mi częstotliwości z wyjściem takim jak przepływomierz, podłączę go w miejsce przepływomierza i sprawdzę czy wskazania na liczniku będą prawidłowe i niezmienne wraz z obrotami silnika.

-Sprawdzenie przepływu na benzynie. Odmierzę pewną niewielką ilość paliwa i przepuszczę ją z nie za dużą szybkością przez przepływomierz. Przy okazji upewnię się czy przepływomierz nie wprowadza zbyt dużego oporu dla przepływającego paliwa.

Do czasu dokładnego zbadania wstrzymuję się z dalszymi wnioskami.

Uwagi końcowe

 Konstrukcję opisanego przeze mnie paliwomierza można budować, ulepszać i modyfikować do woli na swoją własną odpowiedzialność. U mnie na stole działa ale u kogoś innego nie musi. Jeśli ktoś będzie chciał budować i sprzedawać to komercyjnie to nie mam do tego żadnych zastrzeżeń. Osobiście też nie jestem też zainteresowany budową i sprzedażą tego paliwomierza, za wyjątkiem aeromaniaków którym mogę złożyć go po kosztach.