CN202485751U - 用于油箱的油量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种用于油箱的油量传感器，油量信号采样单元产生的电容信号通过信号转换单元，将电压信号经放大输出单元放大输出正弦、余弦电压信号，由显示单元测量出油箱的实际剩余油量，油量信号采样单元是一个由空心圆筒构成的油量探测管和变直径芯轴组合而成的电容体，在芯轴和油量探测管之间形成的等效电容CX正比于液位高度h，且满足。本实用新型摒弃了传统油量传感器继电器，舌簧管，滑动电位器等结构复杂的机械动作元件，通过变换芯轴的尺寸来改变油量探测管和芯轴之间的电容C，让电容C的变化曲线跟随油箱的油箱曲线，对油箱油量进行精确的测量，寿命长，可靠性高，抗干扰能力强。

Description

用于油箱的油量传感器

技术领域

本实用新型涉及一种主要用于车辆的油量传感器。 

背景技术

现有的技术中用于车辆油箱的油量传感器一般分为三类。 

一类是用滑动电位器为基本检测元件，由浮子带动电位器，再用欧姆表检测其阻值，显示油位的油量传感器。这种油量传感器的不足之处在于，当油垢覆盖电位器后，阻值会发生变化，误差太大，甚至不能使用，使此类油量传感器成为寿命很短的易损件。 

第二类是用电感线圈为基本检测元件，用浮子带动电感线圈，改变震荡电路的震荡频率，再通过频率计检测其频率来测定油位的油量传感器。其不足之处是结构复杂，调试麻烦，成本高，价格贵，不能被广泛使用。 

第三类是利用磁场控制舌簧管内触点通断的原理，将被测量变化转换成输出信号，从而测出油位高度的油量传感器。由于受舌簧管的机械动作寿命和外磁场的影响大，抗干扰能力差，不能在特殊领域或要求高可靠性的场合使用。 

上述现有油量传感器，通常只能对规则的油箱油量进行测量（比如长方体，正方体，圆柱体等），如果要进行测量的油箱是不规则的（比如三角形，梯形，壶形，多边形等），则不能很好的满足测量要求。 

特种油量传感器是用芯轴和油量探测管为基本检测元件，用于测量车辆 燃油油量的传感器。通过变换芯轴的尺寸，可以实现对的油箱油量进行测量。它配合专用的油量指示器一起工作，油量指示器对特种油量传感器提供的信号进行变换，通过指针指示出当前车辆的实际燃油剩余量。 

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种低成本，长寿命，高可靠性，抗干扰能力强，温度范围宽，可以对的油箱油量进行精确测量的油量传感器。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于油箱的油量传感器，包括，油量信号采样单元、电信号放大输出单元、油量显示单元和信号转换单元，其特征在于，所述的油量信号采样单元产生的电容信号通过信号转换单元，将电压信号经放大输出单元放大输出正弦、余弦电压信号，由显示单元测量出油箱的实际剩余油量，油量信号采样单元是一个由空心圆筒构成的油量探测管和变直径芯轴组合而成的电容体，在芯轴和油量探测管之间形成的等效电容CX正比于液位高度h，且满足 

$\mathrm{CX}=C_0+\frac{2\mathrm{\πh}({\mathrm{\ϵ}}_1-\mathrm{\ϵ})}{\ln \frac{D}{d}}$

式中：C₀为芯轴和油量探测管的初始电容，ε为空气的介电常数，ε ₁为燃油的介电常数，D为油量探测管直径，d为芯轴直径。 

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果。 

本实用新型摒弃了传统油量传感器继电器，舌簧管，滑动电位器等结构复杂的机械动作元件，降低了成本。采用电容式传感器原理，通过变换芯轴的尺寸来改变油量探测管和芯轴之间的电容C，让电容C的变化曲线跟随油箱的油 箱曲线，对的油箱油量进行精确的测量，具有寿命长，可靠性高，抗干扰能力强。采用铝合金材料的芯轴和外管作为基本检测元件，温度范围宽，可以在-40℃～+70℃范围内稳定工作。 

附图说明

图1是本实用新型油量传感器的构造示意图。 

图2是本实用新型的工作原理示意图。 

图3是图1中的电容体示意图。 

图4是不规则油箱的油箱曲线。 

图5是本实用新型的传感器电路图。 

图6是本实用新型显示单元的流比计示意图。 

图中：1电气仓盖，2硅橡胶密封体，3电路印刷板，4绝缘垫片，5插座，6沉头螺钉，7基座，8绝缘支座，9支撑体，10油量探测管,11芯轴，12螺钉。 

具体实施方式

参阅图1-图4。附图所描述的一种用于油箱的油量传感器，包括，一个连接油量信号采样单元的油量显示单元和电信号放大输出单元。油量信号采样单元产生的电容信号通过信号转换单元，将电压信号经放大输出单元放大输出正弦、余弦电压信号，由显示单元测量出油箱的实际剩余油量。 

所述的油量信号采样单元是一个由空心圆筒构成的油量探测管和实心圆柱芯轴组合而成电容体。油量探测管10和芯轴11采用铝合金材料加工而成。油量探测管10是一个空心圆筒，芯轴11是一个实心的圆柱或变直径圆锥体。芯轴11通过螺钉12固联在油量探测管10端口的支撑体9上，另一端通过电气仓内的绝缘支座8的外圆，同轴装配在电气仓基座7下台阶的连接孔内。绝缘支座8的台阶经沉头螺钉6固联在基座7底部。基座7的上端面设有安装电路印 刷板3的绝缘垫片4。电气仓内填充硅橡胶密封体2，并由电气仓盖1密封为电气仓。电连接电路印刷板电路元件的插座5固联在基座7筒体上。 

在芯轴11和油量探测管10之间形成的电容CX正比于燃油液位高度h，且满足 

$\mathrm{CX}=C_0+\frac{2\mathrm{\πh}({\mathrm{\ϵ}}_1-\mathrm{\ϵ})}{\ln \frac{D}{d}}$

式中：C₀为芯轴11和油量探测管的初始电容，ε为空气的介电常数，ε₁为燃油的介电常数，D为油量探测管直径，d为芯轴直径。 

通过变换油量传感器芯轴的尺寸，可以让油量传感器油量探测管与芯轴之间的电容C的变化曲线与不规则油箱的油箱曲线相一致。 

根据上述公式，可知道，当油量传感器芯轴的直径d增大时，那么C也将增大。比如芯轴11设为变直径圆锥体时，上端设为d1，下端设为d2，当d1>d2，根据上面的公式，可计算出油量传感器油量探测管10与芯轴11之间的电容C的变化曲线与不规则的油箱曲线基本相一致，因此通过变换芯轴11尺寸后的油量传感器可以准确测量出油箱的实际剩余油量。 

参阅图5。所述的信号转换单元相连于芯轴11和油量探测管10之间形成的等效电容CX，该信号转换单元包括，相连串联电阻R1、R2的运算放大器U1、接地并联电容C1组成的震荡器、相连U1输出端的电容C2电阻R3组成的微分电路，二极管D2串联电阻R4，电阻R5并联电容C3组成的整流电路。震荡器从U1的3脚输出频率为f的方波信号，经过由电容C2，电阻R3组成的微分电路，通过二极管D1限幅后，经由二极管D2，电阻R4、R5、电容C3组成的整流电路整流、衰减和滤波电路处理，从B点输出微弱的直流信号。 

当等效电容CX的容量增大时，频率f下降，B点的电压下降；反之，当 CX的容量减小时，频率f上升，B点的电压也上升。 

放大输出单元包括，经由整流电路输入信号进入运算放大器U1 1/4，通过可变电阻R6，并联电阻R7、 R8，跨接电阻R9相连的运算放大器U1 2/4组成的比例运算放大电路，比例运算放大电路将输入信号进行比例放大后从8脚输出分为两路，一路经过运算放大器U1 3/4接成射极跟随器，驱动三极管Q1，通过电阻R14输出接近正弦的驱动电压，另一路经过电阻R12，经由运算放大器U1 4/4，跨接电阻R13，正向端并联电阻R10，R11组成的反向器，通过电阻R15驱动二极管Q2输出接近余弦的驱动电压。 

如果被测量油箱是规则形状的情况，规则油箱的油箱曲线是线性的。比如长方体，正方体，圆柱体等时，油箱油量是正比于燃油的液位高度的。不规则油箱的油箱曲线是非线性的。 

假设油箱是规则油箱，容积为200L，油箱高度为H40mm，当燃油液面高度h为10mm时，油量指示器指示50L。 当燃油液面高度h为20mm时，油量指示器指示100L, 当燃油液面高度h为30mm时，油量指示器指示150L, 当燃油液面高度h为40mm时，油量指示器指示200L。  

因为油箱为规则形状的油箱，油箱燃油剩余量正比于燃油液面高度，而油量传感器的输出信号也是正比于燃油的液位高度，所以油量指示器可以准确的反映出油箱燃油剩余量。 

如果被测量油箱是不规则形状的情况，不规则油箱的油箱曲线是非线性的。 

    假设油箱是不规则梯形截面油箱，油箱容积同样为200L，油箱高度H同样为40mm。油量传感器的输出信号也是正比于燃油的液位高度。 

当燃油液面高度h为10mm时，油量指示器指示50L, 当燃油液面高度h为20mm时，油量指示器指示100L, 当燃油液面高度为30mm时，油量指示器指 示150L, 当燃油液面高度h为40mm时，油量指示器指示200L。这样油量指示器的指示值与油箱的实际剩余油量就相差甚远了。 

实际情况应该是这样的：当燃油液面高度h为10mm时，实际油量应该是68.75L, 当燃油液面高度h为20mm时，实际油量应该是125L, 当燃油液面高度h为30mm时，实际油量应该是168.75L, 当燃油液面高度h为40mm时，实际油量应该是200L(油量指示器也指示200L，这是因为假设两个油箱的总容积是一样的)。 

参阅图6。显示单元实际就是油量指示器，油量指示器通过内部的流比计带动指针旋转实现流量的指示。流比计的工作原理是，当线圈A中有电流流过，线圈B中无电流流过时，根据右手螺旋定则，线圈A的磁场方向指向x，此时线圈B中无电流流过，所以线圈B不会产生磁场，合成磁场方向指向x，指针指向x方向；当线圈A，B中有相等的电流流过时，根据右手螺旋定则，线圈A的磁场方向指向x，线圈B的磁场方向指向z, 所以合成磁场方向指向y，指针指向y方向，相对于第一种情况，指针旋转了45度； 

当线圈B中有电流流过，线圈A中无电流流过时，根据右手螺旋定则，线圈B的磁场方向指向z，此时线圈A中无电流流过，所以线圈A不会产生磁场，他们的合成磁场方向指向z，指针指向z方向，相对于第一种情况，指针旋转了90度。 

Claims (8)

1.一种用于油箱的油量传感器，包括，油量信号采样单元、电信号放大输出单元、油量显示单元和信号转换单元，其特征在于，所述的油量信号采样单元产生的电容信号通过信号转换单元，将电压信号经放大输出单元放大输出正弦、余弦电压信号，由显示单元测量出油箱的实际剩余油量，油量信号采样单元是一个由空心圆筒构成的油量探测管和变直径芯轴组合而成的电容体，在芯轴和油量探测管之间形成的等效电容CX正比于液位高度h，且满足 

式中：C₀为芯轴和油量探测管的初始电容，ε为空气的介电常数，ε ₁为燃油的介电常数，D为油量探测管直径，d为芯轴直径。 

2.如权利要求1所述的用于油箱的油量传感器，其特征在于，芯轴（11）通过螺钉（12）固联在油量探测管（10）端口的支撑体（9）上，另一端通过电气仓内的绝缘支座（8）的外圆，同轴装配在电气仓基座（7）下台阶的连接孔内。 

3.如权利要求1所述的用于油箱的油量传感器，其特征在于，所述的信号转换单元相连于芯轴（11）和油量探测管（10）之间形成的等效电容CX。 

4.如权利要求1所述的用于油箱的油量传感器，其特征在于，所述的信号转换单元包括，相连串联电阻R1、R2的运算放大器U1、接地并联电容C1组成的震荡器、相连U1输出端的电容C2电阻R3组成的微分电路，二极管D2串联电阻R4，电阻R5并联电容C3组成的整流电路。 

5.如权利要求4所述的用于油箱的油量传感器，其特征在于，所述震荡器从U1的3脚输出频率为f的方波信号，经过由电容C2，电阻R3组成的微分电 路，通过二极管D1限幅后，经由二极管D2，电阻R4、R5、电容C3组成的整流电路整流、衰减和滤波电路处理，从B点输出直流信号。 

6.如权利要求1所述的用于油箱的油量传感器，其特征在于，放大输出单元包括，经由整流电路输入信号进入运算放大器U1，通过可变电阻R6，并联电阻R7、 R8，跨接电阻R9相连的运算放大器U1 2/4组成的比例运算放大电路。 

7.权利要求6所述的用于油箱的油量传感器，其特征在于，比例运算放大电路将输入信号进行比例放大后从8脚输出分为两路，一路经过运算放大器U1 3/4接成射极跟随器，驱动三极管Q1，通过电阻R14输出接近正弦的驱动电压，另一路经过电阻R12，经由运算放大器U1 4/4，跨接电阻R13，正向端并联电阻R10，R11组成的反向器，通过电阻R15驱动二极管Q2输出接近余弦的驱动电压。 

8.如权利要求1所述的用于油箱的油量传感器，其特征在于，油量探测管（10）和芯轴（11）采用铝合金材料加工而成。 

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