CN107036676A - 油量传感器、油量测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油量传感器，包括电极组件，所述电极组件包括二第一直角三角极板和二第二直角三角极板，所述第一直角三角极板和所述第二直角三角极板的结构相同，二所述第一直角三角极板相互平行、且正对设置，组成第一电容器，二所述第二直角三角极板相互平行、且正对设置，组成第二电容器，其中，第一电容器的一第一直角三角极板和第二电容器的一第二直角三角极板的斜边平行且相对设置，对应的直角边平行且相对设置，第一电容器的另一所述第一直角三角极板和第二电容器的另一所述第二直角三角极板的斜边平行且相对设置。本发明技术方案的油量传感器的测量精度较高。本发明还公开一种应用该油量传感器的油量测量系统及其测量方法。

Description

油量传感器、油量测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及油量测量技术领域，特别涉及一种油量传感器、应用该油量传感器的油量测量系统及测量方法。

背景技术

现有的液位传感器，采用平行放置的两块矩形电容板，将其中一块矩形电容板从对角线割开，形成两块有效面积相等、对称布置的三角形极板，利用多个测量探头分别对两三角形极板的电容值进行同步测量。应用该液位传感器，当液体高度发生变化时，两三角形极板分别与另一矩形电容板构成的二传感器同时将液位高度信号转换为电容信号，并通过测量探头传输至信号处理模块。信号处理模块对电容信号进行处理，得到与液体的介电常数无关的液位高度。然而该种液位传感器仅对一块矩形电容板进行切割，由于边缘效应的存在，电荷在矩形电容板和三角形极板上的分布不同，导致测量结果存在较大偏差，测量精度低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种油量传感器，旨在提高测量精度。

为实现上述目的，本发明提出的油量传感器，包括电极组件，所述电极组件包括二第一直角三角极板和二第二直角三角极板，所述第一直角三角极板和所述第二直角三角极板的结构相同，二所述第一直角三角极板相互平行、且正对设置，组成第一电容器，二所述第二直角三角极板相互平行、且正对设置，组成第二电容器，其中，第一电容器的一第一直角三角极板和第二电容器的一第二直角三角极板的斜边平行且相对设置，对应的直角边平行且相对设置，第一电容器的另一所述第一直角三角极板和第二电容器的另一所述第二直角三角极板的斜边平行且相对设置，对应的直角边平行且相对设置。

优选地，每一所述第一直角三角极板和每一所述第二直角三角极板均为表面覆盖有绝缘层的金属片。

优选地，所述电极组件还包括第一线路板和第二线路板，一第一直角三角极板和一第二直角三角极板设于所述第一线路板朝向所述第二线路板的表面，另一所述第一直角三角极板和另一所述第二直角三角极板设于所述第二线路板朝向所述第一线路板的表面。

优选地，所述油量传感器还包括套设于所述电极组件的外管体、和盖设于所述外管体的端盖组件，所述端盖组件和所述外管体的底壁均设有一第一安装槽和一第二安装槽，所述第一线路板的两端分别容纳于二所述第一安装槽，所述第二线路板的两端分别容纳于二所述第二安装槽。

优选地，所述端盖组件靠近所述外管体的一端开设有进气孔，所述外管体远离所述端盖组件的一端开设有进油孔，所述外管体形成有空腔，所述进气口和所述进油孔均与所述空腔连通。

优选地，所述油量传感器还包括芯片和四探针，四所述探针的一端分别连接于二所述第一直角三角极板和二第二直角三角极板，另一端均与所述芯片连接。

本发明还提出一种油量测量系统，包括油箱，还包括所述的油量传感器，所述油量传感器设于所述油箱内，所述油量传感器包括通讯连接的数据采集模块和信号处理模块。

优选地，所述油量测量系统还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述油箱中，并与所述信号处理模块通讯连接。

本发明还提出一种采用所述油量测量系统的测量方法，包括以下步骤：

采集第一电容器的电容值C₁和第二电容器的电容值C₂；

根据采集的电容值C₁、C₂，计算油量高度h。

优选地，所述根据采集的电容值C₁、C₂，计算油量高度h的步骤包括：

提供一预设公式：其中C₀为油量高度h等于0时，第一电容器和第二电容器的电容值，H为第一直角三角极板和第二直角三角极板沿油量上升或下降方向的高度；

根据所述预设公式计算油量高度h。

本发明技术方案的油量传感器在使用时，垂直于油面，并浸入燃油中，燃油由油量传感器的底部进入油量传感器的内部，同时空气由油量传感器的上端排出，对应地，电极组件一端浸没于燃油中，另一端浸没于空气中，可以测量得到二第一直角三角极板组成的第一电容器的电容值和二第二直角三角极板组成的第二电容器的电容值，再根据板式电容器的计算公式，反推得到燃油高度。由于燃油和空气的介电常数不同，为便于计算，使得燃油高度值不依赖于不同介质的介电常数，本发明的第一直角三角极板和第二直角三角极板的形状相同，并且第一直角三角极板和第二直角三角极板的斜边相对设置，第一直角三角极板的两直角边和第二直角三角极板的两直角边对应平行设置。此外，由于二第一直角三角极板上的电荷分布相同，二第二直角三角极板上的电荷分布也相同，有效降低了边缘效应的影响，提高了油量传感器的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明油量传感器一实施例的结构示意图；

图2为图1所示油量传感器的爆炸图；

图3为图2中第一直角三角极板、第二直角三角极板和第一线路板的结构示意图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为本发明油量传感器的测量原理示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种油量传感器100，包括电极组件10，所述电极组件10包括二第一直角三角极板11和二第二直角三角极板12，所述第一直角三角极板11和所述第二直角三角极板12形状相同，一所述第一直角三角极板11和一所述第二直角三角极板12的斜边平行且相对设置，两直角边对应平行，另一所述第一直角三角极板11和另一所述第二直角三角极板12的斜边平行且相对设置，两直角边对应平行；二所述第一直角三角极板11相互平行、且正对设置，组成第一电容器，二所述第二直角三角极板12相互平行、且正对设置，组成第二电容器，如图1、图3和图4所示。

该油量传感器100在使用时，垂直于油面，并浸入燃油中，燃油由油量传感器100的底部进入油量传感器100的内部，同时空气由油量传感器100的上端排出，对应地，电极组件10一端浸没于燃油中，另一端浸没于空气中，可以测量得到二第一直角三角极板11组成的第一电容器的电容值和二第二直角三角极板12组成的第二电容器的电容值，再根据板式电容器的计算公式，反推得到燃油高度。由于燃油和空气的介电常数不同，为便于计算，使得燃油高度值不依赖于不同介质的介电常数，本发明的第一直角三角极板11和第二直角三角极板12的形状相同，并且第一直角三角极板11和第二直角三角极板12的斜边相对设置，第一直角三角极板11的两直角边和第二直角三角极板12的两直角边对应平行设置。

本发明技术方案的油量传感器包括二第一直角三角极板11组成的第一电容器，及二第二直角三角极板12组成的第二电容器，测得第一电容器和第二电容器的电容值，再采用板式电容计算公式进行推算得到油位高度。由于二第一直角三角极板11上的电荷分布相同，二第二直角三角极板12上的电荷分布也相同，有效降低了边缘效应的影响，提高了油量传感器100的测量精度。

每一所述第一直角三角极板11和每一所述第二直角三角极板12均为表面覆盖有绝缘层的金属片。

本发明技术方案的第一直角三角极板11和第二直角三角极板12为表面覆盖有绝缘层的金属片，该金属片可选为铝、铜、无磁不锈钢等材料，该绝缘层可选为聚四氟乙烯等，使得燃油与金属片隔离，从而构成第一电容器和第二电容器的两个极板。

所述电极组件10还包括第一线路板15和第二线路板16，一第一直角三角极板11和一第二直角三角极板12设于所述第一线路板15朝向所述第二线路板16的表面，另一所述第一直角三角极板11和另一所述第二直角三角极板12设于所述第二线路板16朝向所述第一线路板15的表面，如图2所示。

本发明技术方案为保证电极组件10的结构强度，将一第一直角三角极板11和一第二直角三角极板12镀于第一线路板15上，将另一第一直角三角极板11和另一第二直角三角极板12镀于第二线路板16上，同时也便于油量传感器100的安装。

所述油量传感器100还包括套设于所述电极组件10的外管体20、和盖设于所述外管体20的端盖组件30，所述端盖组件30和所述外管体20的底壁均设有一第一安装槽和一第二安装槽，所述第一线路板15的两端分别容纳于二所述第一安装槽，所述第二线路板16的两端分别容纳于二所述第二安装槽。

本发明技术方案的电极组件10外部套设有外管体20，外管体20的端部连接有端盖组件30，外管体20的底壁设有一第一安装槽和一第二安装槽，端盖组件30设有一第一安装槽和一第二安装槽，用于安装固定电极组件10，第一安装槽和第二安装槽相互平行且有形成有间隙，使得第一线路板15和第二线路板16形成一定间距，进而使得构成第一电容器的两第一直角三角极板11形成一定间距，以及构成第二电容器的两第二直角三角极板12形成一定间距。

进一步地，端盖组件30中部设有隔板，将端盖组件30内部空间分割为与外管体20连通的第一容纳腔和远离外管体20的第二容纳腔，第一安装槽和第二安装槽即设于该隔板上，电极组件10部分容纳于第一容纳腔，芯片容纳于第二容纳腔中，以使得芯片与燃油隔离，隔板还开设有若干通孔，探针穿设该通孔而连接于芯片。

所述端盖组件30靠近所述外管体20的一端开设有进气孔31，所述外管体20远离所述端盖组件30的一端开设有进油孔21，所述外管体20形成有空腔，所述进气口31和所述进油孔21均与所述空腔连通。

本发明技术方案的端盖组件30靠近外管体20处开设有进气孔31，使得油量传感器100内部与外部大气连通，保持内外压强相等，提高测量精度，进油孔21的设置使得燃油能够进入油量传感器100内部。

所述油量传感器100还包括芯片和四探针，四所述探针的一端分别连接于二所述第一直角三角极板11和二第二直角三角极板12，另一端均与所述芯片连接。

本发明技术方案的油量传感器100通过探针(未图示)将第一直角三角极板11和第二直角三角极板12与芯片连接，将测得的第一电容器和第二电容器的电容值传输到芯片。

本发明还提出一种油量测量系统，包括油箱，还包括所述的油量传感器100，所述油量传感器100设于所述油箱内，所述油量传感器100包括通讯连接的数据采集模块和信号处理模块。

本发明技术方案的油量传感器100的数据采集模块和信号处理模块均集成于油量传感器的芯片上，其中数据采集模块用于采集电容值，并将该电容值信号传输至信号处理模块，信号处理模块处理得到油位高度。

所述油量测量系统还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述油箱中，并与所述信号处理模块通讯连接。

本发明技术方案的油量测量系统还包括温度传感器，用于监测燃油温度变化，进而根据燃油密度-温度曲线获得不同时刻的燃油密度，通过燃油密度和燃油体积计算得到燃油质量。

本发明还提出一种采用所述油量测量系统的测量方法，包括以下步骤：

采集第一电容器的电容值C₁和第二电容器的电容值C₂；

根据采集的电容值C₁、C₂，计算油量高度h。

如图5所示，已知H为第一直角三角极板和第二直角三角极板沿油量上升或下降方向的高度，h为当前油位高度，ε₀为空气的介电常数，ε₁为燃油的介电常数，S1、S2、S3、S4分别为极板面积，C₀为油量高度h等于0时，第一电容器和第二电容器的电容值，C₁为第一电容器的电容值，C₂为第二电容器的电容值。根据板式电容计算公式，可以得到：

进一步地，

从而得到，

将两式相除，得到

令

而S1＝ah/2，S2＝Ah-ah/2，a/h＝A/H，

得到

进一步地，

将上式变形得到

数据采集模块获得第一电容器的电容值C₁和第二电容器的电容值C₂，并将C₁和C₂传递到信号处理模块，信号处理模块根据事先存储的零油位时的电容值C₀，从而解算出油位高度h，其不受燃油或空气的介电常数的影响。

所述根据采集的电容值C₁、C₂，计算油量高度h的步骤包括：

提供一预设公式：其中C₀为油量高度h等于0时，第一电容器和第二电容器的电容值，H为第一直角三角极板和第二直角三角极板沿油量上升或下降方向的高度；

根据所述预设公式计算油量高度h。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种油量传感器，包括电极组件，其特征在于：所述电极组件包括二第一直角三角极板和二第二直角三角极板，所述第一直角三角极板和所述第二直角三角极板的结构相同，二所述第一直角三角极板相互平行、且正对设置，组成第一电容器，二所述第二直角三角极板相互平行、且正对设置，组成第二电容器，其中，第一电容器的一第一直角三角极板和第二电容器的一第二直角三角极板的斜边平行且相对设置，对应的直角边平行且相对设置，第一电容器的另一所述第一直角三角极板和第二电容器的另一所述第二直角三角极板的斜边平行且相对设置，对应的直角边平行且相对设置。

2.如权利要求1所述的油量传感器，其特征在于，每一所述第一直角三角极板和每一所述第二直角三角极板均为表面覆盖有绝缘层的金属片。

3.如权利要求1所述的油量传感器，其特征在于，所述电极组件还包括第一线路板和第二线路板，一第一直角三角极板和一第二直角三角极板设于所述第一线路板朝向所述第二线路板的表面，另一所述第一直角三角极板和另一所述第二直角三角极板设于所述第二线路板朝向所述第一线路板的表面。

4.如权利要求3所述的油量传感器，其特征在于，所述油量传感器还包括套设于所述电极组件的外管体、和盖设于所述外管体的端盖组件，所述端盖组件和所述外管体的底壁均设有一第一安装槽和一第二安装槽，所述第一线路板的两端分别容纳于二所述第一安装槽，所述第二线路板的两端分别容纳于二所述第二安装槽。

5.如权利要求4所述的油量传感器，其特征在于，所述端盖组件靠近所述外管体的一端开设有进气孔，所述外管体远离所述端盖组件的一端开设有进油孔，所述外管体形成有空腔，所述进气口和所述进油孔均与所述空腔连通。

6.如权利要求1-5任一项所述的油量传感器，其特征在于，所述油量传感器还包括芯片和四探针，四所述探针的一端分别连接于二所述第一直角三角极板和二第二直角三角极板，另一端均与所述芯片连接。

7.一种油量测量系统，包括油箱，其特征在于，还包括权利要求1-6任一项所述的油量传感器，所述油量传感器设于所述油箱内，所述油量传感器包括通讯连接的数据采集模块和信号处理模块。

8.如权利要求7所述的油量测量系统，其特征在于，所述油量测量系统还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述油箱中，并与所述信号处理模块通讯连接。

9.一种采用如权利要求7或8所述的油量测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集第一电容器的电容值C₁和第二电容器的电容值C₂；

根据采集的电容值C₁、C₂，计算油量高度h。

10.如权利要求9所述的油量测量系统的测量方法，其特征在于，所述根据采集的电容值C₁、C₂，计算油量高度h的步骤包括：

提供一预设公式：其中C₀为油量高度h等于0时，第一电容器和第二电容器的电容值，H为第一直角三角极板和第二直角三角极板沿油量上升或下降方向的高度；

根据所述预设公式计算油量高度h。