Как известно, во всех стиральных машинах (СМ) используются датчики уровня воды (прессостаты). На самом деле они измеряют давление воздуха в трубке, которая подключена к воздушной камере бака СМ, поэтому показания подобных датчиков пропорциональны уровню воды в баке. Такой простой способ измерения уровня воды используется еще и потому, что высокая точность при измерении не требуется. Сигналы с датчиков уровня в дальнейшем используются системой управления СМ при выполнении различных программ (в процессе стирки, отжима), а также для обработки нештатных режимов (перелив воды в баке и др.).
В СМ используются два типа датчиков - электромеханические и электронные.
В электромеханическом датчике давление воздуха воздействует на диафрагму датчика, которая, в свою очередь, меняет положение электрического переключателя, что соответствует различным уровням воды в баке.
Рис. 1. Внешний вид датчиков давления серии MPX5010xxxxx
Что же касается электронных датчиков, они имеют несколько разновидностей. Неизменной во всех типах подобных датчиков остается только диафрагма. Но, в отличие от электромеханических датчиков, она уже воздействует на встроенные в датчик электронные элементы (катушка, конденсатор, потенциометр и др.), вследствие чего на выходе схемы формируются соответственно напряжение, частота (после преобразования в электронной схеме) или меняются параметры пассивных элементов (индуктивность, сопротивление).
В качестве примера датчиков-преобразователей "давление/напряжение" можно привести приборы семейства MPX5010xxxxx компании FREESCALE SEMICONDUCTOR. Они имеют малые габариты, достаточно высокую точность измерения и работают в диапазоне давлений 0...10 кПа. Диапазон напряжений на выходе подобных датчиков составляет 0,2...4,7 В. Внешний вид этих датчиков показан на рис 1.
Подобные датчики пока широкого распространения не получили, они только начинают применяться в составе новых моделей стиральных машин.
Наиболее широкое распространение в настоящее время получили индуктивные датчики. Из их названия ясен тип датчика - это преобразователь "давление/индуктивность". Подключение индуктивного датчика уровня и его конструкцию поясняет рис. 2, а его внешний вид показан на рис. 3.
Рис. 2. Подключение индуктивного датчика уровня и его конструкция
Рис. 3. Внешний вид индуктивного датчика уровня
Конструктивно индуктивный датчик уровня состоит из катушки и подпружиненного магнитного сердечника, который может перемещаться вдоль оси катушки при деформации диафрагмы, воспринимающей изменение давления. Изменение положения сердечника приводит к изменению индуктивности L катушки датчика.
Исходя из того, что данные датчики включены во времязадающую цепь LC-генератора, его собственная частота f определяется формулой:
где С - емкость конденсатора (в составе датчика),
L - индуктивность катушки датчика.
Зависимость частоты генератора от уровня воды в баке условно показана на рис. 4: малому уровню воды соответствует высокая частота f, и наоборот. В зависимости от типа датчика уровня, а также параметров схемы генератора, верхнему уровню воды может соответствовать частота 15.21 кГц, нижнему уровню - 25.30 кГц. Относительно большая индуктивность датчика (соответственно, низкая частота генератора) выбрана не случайно. Это связано с тем,чтобы длин
ные соединительные провода датчика имели минимальное влияние на частоту генератора (электронные компоненты генератора обычно размещены на плате электронного модуля).
Принципиальная электрическая схема генератора с индуктивным датчиком уровня на примере СМ "LG WD-1020W" показана на рис. 5. Схема представляет собой простейший генератор с обратной связью (ОС). В цепи ОС включены катушка L, конденсаторы C1, C2 (все входят в состав датчика уровня) и резисторы R1, R2, R4 (входят в состав электронного модуля).
Рис. 4. Характер зависимости частоты генератора от уровня воды в баке
Частота f этого генератора выражается формулой:
где С1, С2 - емкости конденсаторов (в составе датчика), L - индуктивность катушки датчика.
Эта схема не требует подробного описания. Перечислим назначение основных элементов схемы (рис. 5):
IC1.1, IC1.2, L, C1, C2 - элементы контура LC-генератора;
IC1.3 - буферный усилитель;
С3, С4 - фильтрующие конденсаторы;
D1-D4 - ограничительные диоды.
На рис. 6 показаны принципиальные схемы генераторов на основе индуктивных датчиков, используемых в бытовой технике Electrolux (Zanussi, AEG), а также графики зависимости частоты генерации от уровня воды в баке.
Следует отметить особенность одного из генераторов(справа на рис. 6) для аппаратной платформы СМ EWM2000 - в его выходную цепь включен делитель частоты на основе последовательного счетчика 74HC4040. В отличие от общепринятых решений, на вход системы управления СМ (после счетчика) поступают импульсы с частотой почти в 1000 раз ниже (частотный диапазон 36,128.45 Гц).
Рис. 5. Принципиальная электрическая схема генератора на основе индуктивного датчика уровня (на примере СМ LG WD-1020W)
Принципиальная электрическая схема генератора на основе индуктивного датчика, которая применяется в СМ "LG WD-80160", приведена рис. 7.
Примечание. Контакты соединителя NA6 электронного модуля LG (ELAN PJT6870EC9090A-1 2002.10.21), к которым подключен индуктивный датчик уровня, в технической документации на данный тип СМ имеют другую цоколевку.
Рис. 6. Принципиальная электрическая схема генераторов на основе индуктивных датчиков уровня (Electrolux, Zanussi, AEG). Графики зависимости частоты генерации от уровня воды в баке
Проверка индуктивных датчиков уровня
Проверку работоспособности данного типа датчиков можно выполнить следующими способами:
1. При выполнении сервисного теста СМ
В некоторых СМ с дисплеем (LG) при выполнении одного из шагов сервисного теста (на этапе залива воды) на дисплее отображается условный цифровой код, соответствующий уровню воды в баке в данный момент времени. Если значения этого кода выйдут за рамки допустимых, необходима проверка (замена) датчика уровня и связанных с ним цепей.
2. Индикация соответствующих кодов ошибок СМ При отображении на передней панели СМ различных
кодов ошибок, связанных с процессами, которые контролирует датчик уровня (залив/слив воды, рассогласованность показаний датчиков уровня) не всегда ошибки указывают на неисправность именно этого датчика.
В большинстве случаев приходится проверять работоспособность клапанов залива воды, помпы и их цепей.
3. Непосредственный контроль частоты генерации на выводах датчика или в соответствующих контрольных точках на электронном модуле СМ
Подобную проверку можно выполнить с помощью
частотомера. Уровни воды в баке (или изменение давления воздуха на диафрагму датчика) можно сымитировать различными способами.
4. Внешний осмотр
В первую очередь проверяют надежность соединения датчика с пластиковой трубкой, а также целостность самой трубки. Также необходимо проверить электрический соединитель датчика.
Рис. 7. Принципиальная электрическая схема генератора на основе индуктивного датчика уровня (на примере СМ LG WD-80160, электронный модуль ELAN PJT6870EC9090A-1 2002.10.21)
Рис. 8
5. Измерение индуктивности датчика при разных величинах давления на его диафрагме
Эту проверку можно выполнить, например, с помощью измерителя иммитанса. Уровни воды в баке (или изменение давления воздуха на диафрагму датчика) можно также сымитировать различными способами.
Отметим, что при неправильной работе данного типа датчиков в первую очередь необходимо убедиться в том, что причиной ошибки (дефекта) является именно он, а не другие конструктивные или электронные элементы СМ (например, нарушение герметизации пластиковой трубки, отсутствие контакта в соединителях датчика, неисправность электронного модуля).
На индуктивных датчиках имеется регулировочный винт, который залит фиксирующей краской - см. рис. 8 (показан стрелкой). Этим винтом регулируется начальное положение диафрагмы датчика, а, следовательно, и положение сердечника катушки, которое определяет значение L0 катушки. Положение винта калибруется в заводских условиях и в дальнейшем регулировки не требует.
При отказе работоспособности датчика регулировать этот винт нежелательно, так как чаще всего нештатное изменение индуктивности его катушки связано с повреждением диафрагмы. В подобных случаях лучше всего заменить сам датчик.
Автор: Максим Новоселов (п. Усть-Абакан, Республика Хакасия)
Источник: Ремонт и сервис