汽车油箱液位测量参考资料

1、测试技术课程设计目录设计题目:汽车油箱液位检测第一章2012 年秋季 学期学 生指导教师.言1.1研究问题提出及意义 31.1.1 研究问题的提出 3研究的意义 31.2国内外相关传感器研究现状 31.2.1 光钎压力传感器 31.2.2 电容式真空压力传感器 41.2.3 耐高温压力传感器 4硅微机械加工传感器 4具有自测试功能的压力传感器 4第二章 汽车油箱中的传感器 52.1液位传感器 52.1.1 弹簧开关式液位传感器 52.1.2 热敏电阻式液位传感器 52.1.3 可变电阻式液位传感器 62.2汽车油箱液位监测概述 7222 电路工作原理 82.3 汽车油箱检测报警器 9概述 9系

2、统方案图 102.3.3 工作原理 102.4 电阻应变式传感器的设计应用 11第三章设计总结 14参考文献 141. 引言1.1研究问题提出及意义在汽车使用中，对于油箱中油量的检测是十分必要的。因为，如果司机不能及时的了 解油箱的油量，就会对出行造成很大的麻烦。而且，油箱的泄漏也会造成极大的能源和经 济上的浪费，尤其对像我国一样能源非常紧俏的国家，问题显得尤为突出。所以对于油箱 密封性的检测有很重大的实际意义和经济效益。此外，可以设定不同的测试条件，并自动 进行合格和不合格的判断。针对由于汽车油箱的各种问题，包括油箱爆炸、汽油油量测量 不准确等问题，进行的研究。进行此项研究，旨在尽量减少由于

3、汽车油箱的各种问题所造成的各种事故，以汽油油 量测量不准确为主开展此项研究，主要是对于传感器的应用研究，使得传感器的应用得以 扩展，开发新式的测量方式。放眼国内外，现在对于油量的测量，主要用到的传感器有光 钎压力传感器、电容式真空压力传感器、耐高温压力传感器、硅微机械加工传感器、具有 自测试功能的压力传感器。1.2国内外研究现状从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。1. 2.1光纤压力传感器这是一类研究成果较多的传感器，但投入实际领域的并不是太多。它的工作原理是利用 敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性，由硅框和金铬薄膜组成的膜片结 构中间夹了一个硅光纤挡板，在有压力

4、的情况下，光线通过挡板的过程中会发生强度的改 变,通过检测这个微小的改变量，我们就能测得压力的大小。这种敏感元件已被应用与临床 医学,用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。可预见这种压力传感器在显微外科方面一 定会有良好的发展前景。1. 2.2电容式真空压力传感器E + H公司的电容式压力传感器是由一块基片和厚度为0. 82. 8mm勺氧化铝(AI2O3)构成,其间用一个自熔焊接圆环钎焊在一起。该环具有隔离作用，不需要温度补偿，可以保持长期测量的可靠性和持久的精度。测量方法采用电容原理，基片上一电容CP位于位移最大 的膜片的中央，而另一参考电容 CR位于膜片的边缘，由于边缘很难产生位移，电容值不

5、发 生变化,CP的变化则与施加的压力变化有关，膜片的位移和压力之间的关系是线性的。遇 到过载时，膜片贴在基片上不会被破坏，无负载时会立刻返回原位无任何滞后，过载量可以 达到100 %,即使是破坏也不会泄漏任何污染介质。因此具有广泛的应用前景。耐高温压力传感器新型半导体材料碳化硅(SiC)的出现使得单晶体的高温传感器的制作成为可能。Rober.S.Okojie报导了一种运行试验达500 C的a (6H)SiC压力传感器。实验结果表明,在输入 电压为5V ,被测压力6.9MPa的条件下，23500 C时的满量程输出 44.6620.03mV ,满量 程线度为20.17 % ,迟滞为0.17 %。在

6、500 C条件下运行10h ,性能基本不变，在100 C 500E两点的应变温度系数(TCGF),分别为20.19 %/C和-0.11%厂C。这种传感器的主要优 点PN结泄漏电流很小，没有热匹配问题以及升温不产生塑性变型，可以批量加工。Ziermann ,Rene报导了使用单晶体n型B -SiC材料制成的压力传感器，这种压力传感器工 作温度可达573K,耐辐射。在室温下，此压力传感器的灵敏20.2muV/ VKPa。硅微机械加工传感器在微机械加工技术逐渐完善的今天，硅微机械传感器在汽车工业中的应用越来越多。而 随着微机械传感器的体积越来越小，线度可以达到12mm，可以放置在人体的重要器官中 进

7、行数据的采集。Hachol ,An drzej ;dziuban Jan Boche nek报导了一种可以用于测量眼球的眼压计，其膜片直径为1mm在内眼压为60mmHg寸,静态输出为40mV，灵敏度系数比 较咼。具有自测试功能的压力传感器为了降低调试与运行成本，Dirk De Bruyker等人报导了一种具有自测试功能的压阻、电容双元件传感器，它的自测试功能是根据热驱动原理进行的，该传感器尺寸为1.2mm x 3mm< 0.5mm ,适用于生物医学领域 。针对由于汽车油箱的各种问题，包括油箱爆炸、汽油油量测量不准确等问题，进行的 研究。旨在发现不同的传感器在汽车上的应用，拓展传感器的应用

8、范围，创新出传感器在 油量测量方面的新应用。2. 汽车油箱中的传感器2.1液位传感器这种传感器是由树脂圆管制成的轴和可沿轴上下移动的换状浮子组成的。圆管状轴内 装有由易磁化的强磁性材料制成的触点（笛簧开关），浮子内嵌有永久磁铁。笛簧开关的 内部是一对很薄的金属触头，随浮子位置的不同触头之间或者闭合，或者断开，由此就可 以判定出液量是达到规定量，还是少于规定量。热敏电阻式液位传感器由于热敏电阻对液位反应敏感，所以可利用热敏电阻式液位传感器检测汽油、柴油的 油位。这是利用了热敏电阻上加有电压时，就有微小的电流通过，在电流的作用下，热敏 电阻自身就要发热这一性质。热敏电阻的温度特性如图1所示。当热敏

9、电阻置于油中时，因为其上的热量容易散出，所以热敏电阻的温度不会升高而是其阻值增加；反之，当油量 减少，热敏电阻暴露在空气中时，因为其上的热量难以散出所以热敏电阻的阻值降低。用 热敏电阻与指示灯等组成电路，如图 2所示，通过指示灯的亮、灭，就可以判断燃油量的 多少。图1热敏电阻的温度特性图2 热敏电阻式液位传感器电路可变电阻式液位传感器可变电阻式液位传感器是浮子、内装滑动电阻的本体以及连接这两者的浮子臂构成， 如图3所示，浮子可随液位上下移动，这时滑动臂就在电阻上滑动，从而改变搭铁与浮子 之间的电阻值，利用这一阻值变化来控制回路中电流的大小，并在仪表上显示出来。图3 可变电阻式液位传感器2.2汽

10、车油箱液位检测本文介绍的油量指示器可随时监视油箱，当存油量低于规定油位时就通过LED指示器通知你，并在接近危险油位时发出可闻警报。燃油检测系统由装在油箱上的漂浮传感器和 电流表（油表）组成。浮漂物驱动的传感器连接至油箱内部的变阻器，变阻器在油箱变空 时呈高电阻，在油箱变满时电阻减小。燃油监视电路的工作过程是：通过检测油表两端的电压变化，在油箱几乎要变空之前激活蜂鸣器。电路的 A点连接至油箱的内端子，B点与车身相连。指示电路由运放芯片 CA3140(IC1 )、两块555定时器芯片(IC2和IC3)和十进计数器 CD4017(IC4)组成。IC1 接成电压比较器，其反相输入端连接基准电压，同相输

11、入端脚则通过R1连接至油表输入端，抽取出变化的电压。当脚电压高于脚电压时，IC2的输出变高，使绿色，LED(LED1发光，这一状态一直维持到脚电压低于脚电压时为止。脚电压变低后，IC1输出从高至低，经C1送出一负脉冲去触发单稳电路IC2o IC2触发后，其输出变高，并维 持由R5和C2决定的一段单稳时间，大约为4分钟。IC2的输出经二极管D2对弛张振荡器 IC3供电，其振荡由R6 R7、VR2和C4控制。从图中元件值计算，振荡时接通时间为27秒，断开时间为18秒。IC3的输出脉冲送至IC4的时钟输入脚，其输出也随着输入脉冲逐 个变高。当电路接通时，如果车辆油箱里燃油足够，LED1和LED2便发

12、光。当燃油在最低存油线以下时，IC1的输出变低，LED1熄灭，同时IC2的脚收到负脉冲，IC2的输出变 高并维持4秒左右时间，在这段时间里，IC4的脚从IC3的输出接收时钟脉冲(由低至高)。 第一个脉冲输入后，IC4的Q0输出变高，表示安全油位的绿色指示灯 LED2发光约50秒。 第二个脉冲输入后，IC4的Q1输出变高，表示低油位的黄色指示灯 LED3发光约45秒，同 时电路发出音频警报，提醒你燃油即将用完。第三个脉冲输入后，LED3熄灭，蜂鸣器停止鸣叫。从此刻至Q5输出变高之前还有2分半钟的间隙。到Q5输出变高时，表示最低油位 的红色指示灯LED4发光约4分钟，此后，IC3供电中断。Q5的输

13、出状态不变，一直维持 到其脚又收到下一个由低至高的时钟输入为止。所以LED4将一直发光，蜂鸣器也一直鸣叫，这表示汽车燃油马上就要耗完。IC4的Q6输出经D3连接至其复位脚，这表示从 Q5变 高之时起，计数总是从 00开始。C5用作在S1合上时对IC4复位。IC1的输出也经D1连 接至IC4的复位脚，因此只要油箱内的油量在最低油位以上，LED2总是发光，指示油箱中的油量足够。电路装好后调整VR1使IC1脚上的电压降至1.5V为止。在A点连接至油表 接漂浮传感器的一端后，绿色指示灯 LED1和LED2发光，表示燃油量正常。VR2可用来设 定IC3的接通时间在20秒左右。图4 工作电路的整体电路图2

14、.3汽车油箱检测报警器本次设计系统以AT89S52为核心，当测量液面超过设定的液面上下限时，启动蜂鸣 器和指示灯报警显示稳定，从而达到自动报警的功能。随着社会的进步、生产工艺和生产 技术的发展，人们对液位的检测提出了更高的要求。而新型电子技术微电子技术和微型计算机的广泛应用于普及，单片机控制系统以其控制精度高，性能稳定可靠，设置操作方便，造价低等特点，被应用到液位系统的控制中来。本文介绍了用液位检测集成芯片 LM1042和A/D转换芯片A/D574A，以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测的原 理、电路及监控程序。用LM1042液位检测集成芯片测量液位，具有测量精度高、速度快、 可靠、

15、稳定等优点；采用单片机来控 制液位信息的采集，并且计算出真实液位值，通过 运算判断是否超限报警，使检测具有更高的智能性。图5系统方案框图当液位高于X1(X1<800mm)时，鸣响振铃并点亮红色 LED灯，液位低于X2(X2>0)时， 鸣响振铃并点亮黄色LED灯；当液位处于X1和X2之间时，点亮绿色LED灯。如下图图6报警部分电路图2.4电阻应变式传感器的设计应用电阻应变式传感器(straingauge type transducer)以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由 弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据 具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏

16、感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着 其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传 感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效 应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传 感器。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应 变信号转换为 R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量， 且不便处理。因此，要采用转换电路把

17、应变片的厶R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力 强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，Ein接直流电源E：图7直流供电的平衡电阻电桥电路图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥， 即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有：= （2.2） 当满足条件R1R3=R2R时，即（2.3） uo=0，即电桥平衡,式（2.3 ）称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的

18、应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即 R仁RR,R2=R+R,R3=R-AR, R4=RAR,按式（2.2），则电桥输出 为二 k ；E（2.4）应变片式传感器有如下特点：（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。（3） 结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等 特殊环境中使用，频率响应好。常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器（见转矩传感器）、应变式位移传感器（见位移传感器）、应变式加速度传感器（见 加速度计）和测温应变计等。电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广，寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种 多样化等。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、 输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。 因