Tankanzeige

Die Tankanzeige, Ab.1, setzt die Transferfunktion des Tankgebers um in eine visuelle Widergabe, die dem Fahrer eine „Idee“ geben soll über den noch im Tank existierenden Treibstoff.

Ab.1: Tankanzeige

Der elektrische Anschluss dieser Anzeige ist in dem Schema der Amaturenbeschaltung gut zu sehen. Der Spannungsregler(konstanter) - Voltage Stabilizer erzeugt bei mir genau 10.15 V.
Da nun zwischen Masse und der Tankanzeige der variable Widerstand des Tankgebers ist, stellt sich die Frage, ob die Tankanzeige nun ein echter Strommesser oder Spannungsmesser ist.

Wichtige Erklärung:
Eine saubere Messung wird im einfachem Falle entweder über die Spannung oder über den Strom ausgeführt und nicht gleichzeitig über beide Messgrößen. Dieses kann im Prinzip auch, macht aber alles viel komplizierter.
Ohne nun auf die genauen physikalischen Einzelheiten einzugehen (dann wird es doch wieder etwas anders), gilt das folgende:
Ein Voltmeter misst parallel an einen Widerstand (auch komplexe Widerstände, so wie Kondensatoren oder Spulen und/oder Kombinationen). Um die Eigenschaften der Schaltung nicht zu beeinflussen, darf kein Strom durch das Voltmeter fließen und dadurch sind diese sehr hochohmig – im Idealfall unendlich.
Ein Amperemeter wird in die Schaltung eingebaut und misst den Strom der durch das Gerät fließt. Um keinen Spannungsabfall zu induzieren, muss der Innenwiderstand dann null sein.
Bemerkung: obiges gilt für ideale Volt- und Amperemeter, die es strikt genommen nicht gibt!
In Realität existiert z.B. für jedes Voltmeter ein Eingangswiderstand, der allerdings in den hohen MOhm liegt (mit 10 MOhm bei 10V fließen 0.0000001A durch das Voltmeter – was komplett zu vernachlässigen ist).

Was ist nun sicherlich wahr?
1. Durch den Voltage Stabilizer haben wir nun eine konstante Spannung über die Serienkombination Anzeige-Tankgeber anliegen.
2. Wenn sich die Füllhöhe verändert, verändert sich der Widerstand des Tankgebers, R_Tank.
3. Hierdurch verändert sich der Gesamtwiderstand, der sich ergibt aus R_Tank+R_Anzeige, wodurch bei gleicher Spannung durch den Voltage Stabilizer sich der Strom verändert.
Wenn die Tankanzeige nun ein idealer Strommesser wäre mit R_Anzeige = 0 Ohm, waere alles prima/ideal….aber das ist nicht so…

Eine andere Möglichkeit wäre nun, wenn die Anzeige ein idealer Voltmeter wäre, die parallel angeschlossen ist an einen konstanten extra Widerstand, den wir dann auch wider mit R_Anzeige bezeichnen können.
Durch das Voltmeter würde dann kein Strom fließen und die Stromveränderung durch die Widerstandsveränderung des Tankgebers würde sich dann verhalten wie eine idealer Voltage-Divider, so dass die Spannung über R_Tank dann
10.15 V x R_Tank/(R_Tank+R_Anzeige).
wäre.
Die Spannung ueber den Widerstand der Anzeige waere dann:
10.15 V x (1 - R_Tank/(R_Tank+R_Anzeige)).

Was hat VW nun gemacht (Dank Dir Tiemo für Deine für mich sehr überraschende Information!!!)?
VW benutzt eine Anzeige, siehe Ab. 2 [hoffe jemand hat ein Bild hiervon], die basiert ist auf einem BiMetall an den der Zeiger befestigt ist. Das BiMetall wird erwärmt durch einen gewickelten Draht durch den der Strom fließt zwischen dem Voltage Stabilizor und dem Tankgeber. Dieser Draht hat natürlich auch einen Widerstand und auch den können wir wieder mit R_Anzeige bezeichnen.
So weit so gut….aber was passiert nun???

Wenn R_Tank nun z.B. kleiner wird, fließt mehr Strom, der gewickelte Draht erhitzt sich mehr, das BiMetall wird heißer und die Nadel nimmt nach ca. 5s eine andere Position ein.
Das erste das sofort auffällt ist, dass dieses keine gute Strom- und auch keine gute Spannungsmessung sein kann, da der gewickelte Draht einen Widerstand hat mit R_Anzeige ~ 60 Ohm.

Jedoch ist hier nun ein sehr dummer Feedback!
Der Widerstand von Metallen nimmt bei höherer Temperatur zu, wodurch R_Anzeige grösser wird.
Hierdurch sinkt der Strom durch beide Widerstände.
Nun ist die Umsetzung in Wärme von einem Widrstand, oder auch Verlustleistung: P, auch noch gegeben durch P = R x I², mit dem Ergebnis, dass die Leistung deutlich schneller (quadratisch) sinkt als der Strom, wodurch die Anzeige nicht mehr linear ist!!!
Zusammenfassung: das Problem ist die Widerstandsveränderung von R_Anzeige
(und keine echte Strom- oder Spannungsmessung.)

Ab.3: Strom-Spannungskennlinie der Tankanzeige

Abbildung 3 zeigt die Strom-Spannungskennlinie der Tankanzeige.
Die roten Messpunkte kommen von Tiemo – DANKE Tiemo!!!
Die Genauigkeit von Tiemo’s Apparatur ist wahrscheinlich kleiner als die von mir, was man auch sehen kann an den 2 gleichen Messwerten bei 90 mA. Seine Werte waren mit 10mA Schritten angegeben, wohingegen ich mit 0.1mA (>30mA) und 0.01 mA (<30mA) Genauigkeit gemessen habe.

Ab.4: R_Anzeige als Funktion von Spanung

Abbildung 4 lässt sehen, dass der R_Anzeige wirklich mit zunehmendem Strom/Spannung zunimmt.

Wie kann man nun alles einfach messen MIT eingebauter Anzeige?
Es gibt 2 Möglichkeiten:
1) Man will Alles nur kontrollieren und durchmessen (einfach weiter lesen)
2) Man will sich eine dauerhafte Möglichkeit realisieren (Test-Messpunkt) die Spannung über den Tankgeber auslesen zu können (dieses ist dann hier erklärt)

Zuerst einmal braucht man ein Voltmeter und ein Amperemeter. Dann braucht man noch einen regelbaren Widerstand mit einem Bereich zwischen zumindest 10 und 300 Ohm (kann natürlich auch mehr sein).
Ich habe hierfür ein 10 Schlag-Linear-Potmeter genommen. Bei der Wahl muss man aufpassen, dass der Potmeter den maximalen Strom von 130mA auch vertragen kann ohne kaputt zu gehen.
Als nächstes muss man an der Zentralelektrik Stecker F abziehen, welcher ganz rechts ist, wenn man von vorne auf die Zentralelektrik schaut. Dann muss man über einen Stift (Metallpin) Kontakt machen mit F12 im abgezogenen Stecker!

Bevor man dass Potmeter anschließen kann sollte man sich mittels eines Ohmmeters überzeugen, dass das Potmeter auf einen vernünftigen Wert steht, dass heißt grösser als 40 Ohm ist. Ansonsten besteht die Gefahr, dass der Spannung Stabilizator in Strombegrenzung geht, da beim Einschalten auch noch Strom durch die Wassertemperaturanzeige fließt. Die p-n junctions in einem Chip altern, wenn dieser in seine Strombegrenzung geht (sehr einfach aufgeschrieben hier – ist komplizierter – aber auf jeden Fall nicht gut…).

Nun verbindet man mittels des Ampetermeters den Stift mit dem Potmeter, so dass man den Strom messen kann. Die andere Seite des Potmeters muss mit der Karosserie verbunden werden (oder eben Minus von der Batterie). Das kann überall sein und ich habe das Zündschloss genommen. Nun muss man noch das Voltmeter parallel an das Potmeter anschließen und man kann dann mit dem Potmeter die Widerstandsveränderung, die durch den Tankgeber erzeugt wird, nachahmen (mit dem Potmeter einstellen). Erst jetzt sollte man die Zündung, und damit die Spannung, anschalten.
Um die Messung zu vereinfachen habe ich meine SportsCam genommen und einfach ein Movie gemacht. Das Voltmeter und das Amperemeter habe ich rechts und links neben die Tankanzeige gestellt und nun kann man alles zur gleichen Zeit beobachten. Aufpassen: Durch die extrem große Zeitkonstante der Anzeige (Erwärmung des BiMetalls - siehe oben), muss man schon einige Sekunden (ca. 10) warten, bis dass die Anzeige den richtigen Wert sehen lässt nachdem man den Potmeter mit einem kleinen Schritt verändert hat.

Ab.5: zeigt 4 Momentaufnahmen von dem Video, dass ich für die Messung aufgenommen habe. Um die Spannungen mit der Grafik in Ab. 3 vergleichen zu können, muss man 10.15V – V_{rechtes Multimeter} ausrechnen.

Abbildung 5 zeigt dann die eigentliche Messung. Links steht dass Amperemeter (Bereich auf mA geschaltet) und rechts das Voltmeter. Nun kann ich die Spannungen mit den Werten und der Information von Tiemo in Ab. 3 vergleichen. Hierfür muss man allerdings noch eine extra Messung machen: man muss einmal die Massenleitung zum Potmeter abziehen, so dass man die Spannung des Spannung Stabilizors direkt misst, welche bei mir 10.15V ist (siehe oben). Da nun 10.15 V = V_Tankanzeige + V_Tankgeber ist, muss ich 10.15 V – V_Multimeter rechnen, um den Vergleich durchzuführen….und dieses hat mich dann glücklicherweise vor einer sehr großen Reparatur bewahrt – dem Wechsel des Tankgebers, wofür der Tank ausgebaut werden muss.
DANKE Tiemo!!!

Woher weiß ich das nun?
Mir war aufgefallen, dass, im Vergleich mit meinem 1sten LT, meine Tankanzeige am Anfang viel zu schnell abnahm und dass ich auf Reserve noch unendlich weit kahm. Der Vergleich liefert nun fuer
Ab. 5a „Strich 1/1“ ⇒ 7.84 V
Ab. 5b „Strich 1/2“ ⇒ 5.00 V
Ab. 5c „Strich 1/4“ ⇒ 4.12 V
Ab. 5d „Anfang Reserve“ ⇒ 3.42 V
Hiermit wird deutlich, dass meine Anzeige viel schneller sinkt als die von Tiemo. So habe ich bei 3.42 V schon den roten Bereich erreicht, wohingegen Tiemo bei dieser Spannung gerade mal 1/4 hat.

Was sagt das original VW Handbuch eigentlich?
VW gibt Zeigerstellungen in Abhängigkeit von R_Tank an, wobei VW die Zeigerstellung definiert in der Mitte eines Bereiches/dicken Striches – also z.B. die Mitte des roten Bereiches:
Mitte Reserve = 350 Ohm = was 1,55 V sein sollte für V_Anzeige
1/4 = 200 Ohm = was 2,43 V sein sollte für V_Anzeige
1/2 = 140 Ohm = was 3,15 V sein sollte für V_Anzeige
1/1 = 50 Ohm = was 5,66 V sein sollte für V_Anzeige
Da ich diese Werte wirklich nicht nachvollziehen kann, habe ich diese nicht mit aufgenommen in Ab. 3.

Da nun meine Transferfunktion [Anzeige/Spannungswerte] nicht stimmt, wäre es schön, wenn jemand anders diese mal gut aufnehmen könnte…und mir die dementsprechenden Bilder schicken könnte von der Anzeige, so dass ich dann eine dementsprechende Graphik machen kann.
Um diesen Beitrag komplett zu machen, habe ich auch noch zwei weitere Transferfunktionen ausgewertet, siehe Ab. 7 und Ab.8.

…und letztlich, für den interessierten Leser….ich realisiere mir eine Tankanzeige in Litern.

Marcel(NL)

Ab.7: V_Tankanzeige als Funktion von R_Tankgeber

Ab.8: V_Tankgeber als Funktion von R_Tankgeber

Marcel(NL)

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