CN202994244U - 一种智能数字电容液位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能数字电容液位传感器，包括有筒体，筒体顶部配合安装有顶座，顶座内设有数据采集处理电路线路板，筒体内设有一对相互对应的卡槽，卡槽中卡装有线路板本体，线路板本体上覆有一片或者两片相互独立的铜箔，铜箔表面覆有绝缘材料用来与被测液体隔离绝缘，筒体内还设有与线路板本体平行的金属板，金属板与线路板本体构成传感器的电容探头，电容探头的输出和数据采集处理电路线路板部分连接在一起，且数据采集处理电路线路板用密封胶封装装在传感器上顶座的腔体内，筒体和顶座连接处设有通气孔。本实用新型采用数字芯片电容采集技术来对被测液体高度进行测量，实现燃油高度的连续、高精度计量和显示。

Description

一种智能数字电容液位传感器

技术领域

本实用新型涉及一种液位传感器，尤其涉及一种智能数字电容液位传感器 。 

背景技术

传统的第一代液位传感器为接触电阻摆杆式，通过液位高度的变化带动装有浮子的摆杆上下移动，通过接触电阻的阻值变化来达到测量液位的高度，由于核心部件为可变电阻，随液位变化往复做机械运动，且直接暴露在被测液体中，长期使用可变电阻部分易磨损，读数误差也较大，使用寿命也受到限制；第二代液位传感器同样通过浮子在被测液体上下浮动来测量液体高度，所不同的是采用磁璜非接触感应原理，当内嵌磁体的浮子沿着装有干簧管的信息管上下浮动时，磁场感应区内的干簧管发生吸合，磁场感应区外的干簧管保持断开，通过干簧管的吸合、断开变化来对浮子位置进行测量。不管是第一代的接触电阻摆杆式液位传感器还是第二代磁璜管式非接触液位传感器都是通过浮子的位置变化带动传感器内部电阻值的变化来测量被测液体高度，都存在读数不精确、分辨率低等缺陷，尤其在汽车仪表指示中，当前广泛使用的燃油液位传感器都无法在仪表上反应当前油箱燃油的精确高度。 

随着工业化水平的不断提高，对液位高度的探测手段也不断提出新要求，新一代智能数字电容液位传感器采用数字芯片电容采集技术，同时运用MCU对采集到的数字信号进行处理，再通过can或者其他串行通信协议对外直接输出给发动机ECU或者液晶仪表显示，具有极高的精度和分辨率，具体到汽车油箱的燃油量测量时可以在液晶屏上实时对油箱内的燃油量进行监测,实时显示每次的加油量和汽车的实际油耗;同时液位测量中无需机械部件浮子，也避免了浮子上下运动时发生卡滞的隐患。当前，数字化仪表成为发展趋势，传统的汽车燃油液位传感器越来越无法满足汽车电子发展的要求，新一代只能液位传感器的研发应用显得更加迫切。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了弥补已有技术的不足，提供了一种智能数字电容液位传感器，采用数字芯片电容采集技术来对被测液体高度进行测量，彻底规避传 统的液位传感器靠机械浮子式的上下机械运动的测量方式可能产生的卡滞现象以及信号输出方式固定不灵活，寿命不长等缺陷。 

本实用新型是通过以下技术方案来实现的： 

一种智能数字电容液位传感器，包括有筒体，所述筒体顶部配合安装有顶座，所述顶座内设有数据采集处理电路线路板，其特征在于：所述筒体内设有一对相互对应的卡槽，所述卡槽中卡装有线路板本体，所述线路板本体上覆有一片或者两片相互独立的铜箔，所述的铜箔表面覆有阻焊剂或其他绝缘材料用来与被测液体隔离绝缘，所述筒体内还设有与线路板本体平行的金属板，所述金属板与线路板本体构成传感器的电容探头，所述电容探头的输出和数据采集处理电路线路板部分连接在一起，且数据采集处理电路线路板用密封胶封装装在传感器上顶座的腔体内，所述筒体和顶座连接处设有通气孔。 

所述的金属板位于筒体内线路板本体的一侧或两侧。 

所述的线路板本体为长条形的线路板本体。 

所述的长条形的线路板本体表面印制有一片长条形铜箔。 

所述的长条形的线路板本体表面印制有两片铜箔。 

所述的两片铜箔分别为长条形铜箔，两长条形铜箔的长度不同。 

所述的两片铜箔的分别为直角三角形铜箔，所述两直角三角形铜箔的长度相同，且直角三角形铜箔的斜面对应配合，交错分布在长条形的线路板本体表面上。 

所述的绝缘材料为阻焊剂。 

其原理是：当液体高度从传感器底部开口处进入传感器内部腔体时，传感器内部空气从此通气孔排出；当传感器内部被测液体从底部开口流出时，外部空气也能从此通气孔进入传感器内部。 

电容传感器的基本测量原理，通常是由其中的某一项物理量发生变化，比如极板面积A、物质的介电常数r、物质的液位高度h等变化，从而引起电容值的变化，只要测出该电容的值就可以计算出所要测量的相应物理量的变化情况；在液位高度测量中，发生变化即为液位高度，正是通过电容量的测量来反映被测液体高度。 

探头部分只用阻焊剂覆盖铜箔导体的线路板即可与圆筒状金属壳体内部的平行金属板形成测量电极，在线路板表面覆盖阻焊剂，这是线路板制作中的正常工艺，使整个传感器的结构及工艺实现非常简单；同时圆筒状金属壳体内部只要两边设有可以安装固定线路板的卡槽即可，为了简化圆筒状金属壳体的制造工艺， 它内部与线路板形成一对电极的平行金属板也可去除，此时线路板则直接与圆筒状金属壳体形成一对电极，同样实现对液位的精确测量。 

本实用新型的优点是： 

1、具有模拟电压信号、pwm、can、usart等多种形式信号输出方式，可根据客户要求灵活多变，信号输出精确稳定；实现燃油高度的连续、高精度计量和显示。 

2、采用数字芯片电容采集技术来对被测液体高度进行测量，彻底规避传统的液位传感器靠机械浮子式的上下机械运动的测量方式可能产生的卡滞现象以及信号输出方式固定不灵活，寿命不长等缺陷。 

3、当测量的油箱为异形油箱时，可通过CAN通讯接口，直接对传感器进行标定，传感器内部MCU接收到标定参数后存储在内部EEPROM即可，标定简单易行。 

4、传感器内部可以同时运用两对电容极板实现双路测量，传感器内部算法程序具有智能自适应功能，能够在不同液体内自动进行算法调整和自适应测量，而无需根据不同液体进行标定校准。 

附图说明

图1 为本实用新型局部爆炸结构示意图。 

图2为本实用新型配合后结构示意图。 

图3为印制有一片长条形铜箔的线路板本体结构示意图。 

图4为印制有两片长条形铜箔的线路板本体结构示意图。 

图5为印制有两片直角三角形铜箔的线路板本体结构示意图。 

图6为本实用新型轴向剖视图。 

图7为本实用新型径向剖视图。 

具体实施方式

参见附图，一种智能数字电容液位传感器，包括有筒体1，筒体1顶部配合安装有顶座2，顶座2内设有数据采集处理电路线路板，筒体1内设有一对相互对应的卡槽3，卡槽3中卡装有线路板本体4，线路板本体4上覆有一片或者两片相互独立的铜箔5，铜箔5表面覆有阻焊剂绝缘材料用来与被测液体隔离绝缘，筒体1内还设有与线路板本体4平行的金属板6，金属板6与线路板本体4构成传感器的电容探头，电容探头的输出和数据采集处理电路线路板部分连接在一起，且数据采集处理电路线路板用密封胶封装装在传感器上顶座2的腔体内，筒体1和顶座2连接处设有通气孔7；金属板6位于筒体1内线路板本体4的一侧 或两侧；线路板本体4为长条形的线路板本体。 

其线路板本体上的铜箔设计具体方案如下： 

第一方案：如图3所示，长方形线路板本体4表面印制有一定宽度的长条形铜箔，铜箔表面覆有聚四氟乙烯或者其他绝缘材料，起到与被测液体隔离绝缘的作用，此长条形铜箔5-1在电容液位测量中作为电容的一个极板，另一极板为圆筒状金属壳体内部与线路板本体平行的金属板。当进行液位高度测量时，被测液体从传感器底部开口处进入传感器内部，液位高度h从0开始增大，导致两极板间电容量发生变化，测量此时的电容值就可以推算出物质的液位高度。液位高度不同时，电容值也就不同，高度h与电容值形成一一对应关系；通过电容值的测量即可体现液体高度。 

第二方案：图3所示的第一方案在同一时间只能针对同一种液体进行高度测量，如果电容传感器内的被测液体成分发生改变，也就是介电常数ε_r发生了变化（水80，酒精25，油2，空气1），则需要针对具体的被测液体对传感器重新进行标定校准，标定校准后的传感器同样也只能对标定校准的同种液体进行测量，对其他液体无法准确测量。在实际应用中，第一方案因为在不同液体间进行测量时需要进行校准标定，而且同一种液体因为浓度的不同，电常数ε_r也会发生变化，造成传感器实际使用非常不便；为此，出现了第二和第三方案。如图4所示，线路板本体表面设计有两片一定宽度的铜箔（铜箔表面附有绝缘材料），分别为铜箔5-2和铜箔5-2＇，铜箔5-2＇的长度小于铜箔5-2，同时在线路板本体上设计有较细的导线与铜箔5-2＇左端A点处相连（如图所示）；当线路板本体装入圆筒状金属壳体内部时，铜箔5-2和铜箔5-2＇分别和平行金属板形成两队电极。在进行液体高度测量时，电容采集芯片分别对两队电极形成的电容进行测量，铜箔5-2＇与金属极板形成的电容在液体高度达到铜箔5-2＇左端A点时电容值达到最大，此时液体高度若再增加，铜箔5-2与平行金属板形成的电容量则继续增大，而铜箔5-2＇与金属极板形成的电容量基本不变。传感器内部MCU根据铜箔5-2＇的已知长度和采集到电容值进行计算，计算结果形成的参数自动对铜箔5-2与金属极板形成的电容量所反映的高度进行修正，达到智能自适应测量功能。在此方案中，铜箔5-2与金属极板用于对液体高度进行测量，铜箔5-2＇与金属极板得到的电容主要用于计算参数，对铜箔5-2与金属极板形成的电容进行修正自适应，达到在不同液体内进行准确可靠测量而无需校准。 

第三方案：如图5所示，线路板本体上同样设计有铜箔5-3和铜箔5-3＇，表面同样覆有绝缘材料。在装入圆筒状金属壳体内后与金属平行板形成两对电极。当液体进入传感器内部时，电容采集芯片分别对两路电容量进行采集，其中一路用于测量液体高度，另一路用与自适应校准；同样能够达到在不同液体间进行准确的测量。 

Claims (8)

1.一种智能数字电容液位传感器，包括有筒体，所述筒体顶部配合安装有顶座，所述顶座内设有数据采集处理电路线路板，其特征在于：所述筒体内设有一对相互对应的卡槽，所述卡槽中卡装有线路板本体，所述线路板本体上覆有一片或者两片相互独立的铜箔，所述的铜箔表面覆有绝缘材料用来与被测液体隔离绝缘，所述筒体内还设有与线路板本体平行的金属板，所述金属板与线路板本体构成传感器的电容探头，所述电容探头的输出和数据采集处理电路线路板部分连接在一起，且数据采集处理电路线路板用密封胶封装装在传感器上顶座的腔体内，所述筒体和顶座连接处设有通气孔。

2.根据权利要求1所述的智能数字电容液位传感器，其特征在于：所述的金属板位于筒体内线路板本体的一侧或两侧。

3.根据权利要求1所述的智能数字电容液位传感器，其特征在于：所述的线路板本体为长条形的线路板本体。

4.根据权利要求3所述的智能数字电容液位传感器，其特征在于：所述的长条形的线路板本体表面印制有一片长条形铜箔。

5.根据权利要求3所述的智能数字电容液位传感器，其特征在于：所述的长条形的线路板本体表面印制有两片铜箔。

6.根据权利要求5所述的智能数字电容液位传感器，其特征在于：所述的两片铜箔分别为长条形铜箔，两长条形铜箔的长度不同。

7.根据权利要求5所述的智能数字电容液位传感器，其特征在于：所述的两片铜箔的分别为直角三角形铜箔，所述两直角三角形铜箔的长度相同，且直角三角形铜箔的斜面对应配合，交错分布在长条形的线路板本体表面上。

8.根据权利要求1所述的智能数字电容液位传感器，其特征在于：所述的绝缘材料为阻焊剂。 

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