CN203100832U - 磁致伸缩传感器以及使用其的机动车油箱燃油计量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁致伸缩传感器以及使用其的机动车燃油计量仪。该传感器包括：垂直设置的波导丝，波导丝的上方设置的检测头，其中包括发出激励电脉冲信号的电子装置和检测返回信号的装置，在波导丝外部套设的保护套管，在保护套管外穿设的可随液面变化自由浮动的球式液面浮子，其中在与波导丝垂直的平面内设有液面浮子磁铁。由于返回信号是在产生磁致收缩的位置处即磁铁或浮子的位置处发出的，代表着真正的绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，因此不存在信号漂移或变值的情况，因此该传感器的测量精度非常高。

Description

磁致伸缩传感器以及使用其的机动车油箱燃油计量仪

技术领域

本实用新型涉及传感器，特别涉及一种用于机动车油箱燃油计量仪的磁致伸缩传感器，以及使用其的机动车油箱燃油计量仪。 

背景技术

随着油价的上涨，对于机动车油量的计量显得尤为重要，现今我国的机动车油量计量方式有三种：加油计量方式、耗油计量方式、油箱燃油计量方式。 

然而，这些计量方式均存在问题，主要存在以下方面问题： 

第一、加油计量方式是在机动车加油时计量加油数量，原理是在油箱加油口安装容积式流量表，该加油计量仪连接加油枪容易产生气泡影响计量精度，因此即使流量表计量精度很高也无法与加油机计量精度比较。 

第二、机动车耗油计量方式是在机动车运行时计算发动机燃油消耗数量，原理是在机动车发动机进油管安装流量表，柴油发动机要在进油管和回油管分别安装流量表也称进油减回油方法，计量发动机耗油数量，这种方式安装复杂，操作繁琐。 

第三、油箱燃油计量方式是机动车油箱安装液位传感器，这也是一种较为常见的油量测量方法，然而这种计量方式同样存在着精度底的缺点。 

为了提高机动车油箱燃油计量仪的精度，降低机动车油箱燃油计量仪的复杂程度，需要对当前的机动车油箱燃油计量仪进行改进，其核心内容在于对于其中的传感器进行改进，以制 造出高精度传感器，从而完善机动车油箱燃油计量仪。 

实用新型内容

鉴于以上原因，为了提高机动车油箱燃油计量仪的精度，本发明人进行锐意研究，结果发现，可以在机动车油箱内设置磁致伸缩传感器，其中沿垂直方法设有波导丝，在波导丝上部设有检测头，其中设置有可发出电脉冲信号的器件，在波导丝其外部套设有保护套管，在保护套管外设有可随液面变化自由浮动的球式液面浮子，其中在与波导丝垂直的平面内设有环状浮子磁铁，当检测头发出激励电脉冲信号时，其产生的磁场沿波导丝方向传播，其与环状浮子磁铁产生的磁场相互作用，使得波导丝产生磁致伸缩，发出应变脉冲，沿波导丝向上传导的应变脉冲即返回信号被检测头检测到，由于磁场在燃油中传播的超声波速是已知的，由此通过测量激励电脉冲的发出时间与返回信号被检测到时间即可确定液面高度，从而完成本发明。 

本实用新型的目的在于提供以下方面： 

（1）一种磁致伸缩传感器，包括： 

垂直设置的波导丝1， 

波导丝1的上方设置的检测头，其中包括发出激励电脉冲信号的电子装置和检测返回信号的装置， 

在波导丝1外部套设的保护套管2， 

在保护套管2外穿设的可随液面变化自由浮动的球式液面浮子3，其中在与波导丝垂直的平面内设有液面浮子磁铁30。 

（2）根据上述（1）所述的磁致伸缩传感器，其中， 

所述液面浮子磁铁30为环状的，绕设于保护套管外。 

（3）根据上述任一项中所述的磁致伸缩传感器，其中， 

在波导丝1的下方设置阻尼单元，用来吸收弱化沿波导丝向下传播的应变脉冲。 

（4）根据上述任一项中所述的磁致伸缩传感器，其中， 

保护套管3由耐腐蚀材料制成。 

（5）根据上述任一项中所述的磁致伸缩传感器，其中， 

在保护套管2外还穿设有可随不同液体界面变化自由浮动的球式界面浮子，其中在与波导丝垂直的平面内设有界面浮子磁铁。 

（6）上述（5）中所述的磁致伸缩传感器，其中， 

所述界面浮子磁铁为环状的，绕设于保护套管外。 

（7）根据上述任一项中所述的磁致伸缩传感器，其中， 

在保护套管2外还穿设有测量液体密度的球式密度浮子，其中在与波导丝垂直的平面内设有密度浮子磁铁。 

（8）上述（7）中所述的磁致伸缩传感器，其中， 

所述密度浮子磁铁为环状的，绕设于保护套管外。 

根据本实用新型提供的磁致伸缩传感器，浮子随着液面、界面或液体密度等不断变化而变化，其中的磁铁位置相应不断变化，通过波导丝的磁致收缩，返回信号正是在产生磁致收缩的位置处即磁铁或浮子的位置处发出的，代表着真正的绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，因此不存在信号漂移或变值的情况，因此测量精度非常高。 

（9）根据上述任一项中所述的磁致伸缩传感器，其中，监测头设置于密封容器中，以防止燃油侵蚀。 

（10）一种机动车油箱燃油计量仪，包括： 

上述任一项中所述的磁致伸缩传感器，和 

显示屏， 

其中，显示屏与磁致伸缩液位传感器之间通过数据线传输数据。 

附图说明

图1示出根据本实用新型磁致伸缩传感器一个优选实施方式的结构示意图。 

图2示出根据本实用新型磁致伸缩传感器一个优选实施方式的剖视图。 

附图标号说明：

1-波导丝 

2-保护套管 

3-液面浮子 

30-液面浮子磁铁 

4-检测头 

33-界面浮子 

60-燃油 

61-水 

具体实施方式

以下结合附图，参照优选的示例性具体实施方式来进一步说明本实用新型。本实用新型的特点和优点将随着这些说明变得更为清楚。 

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优 于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。 

在本实用新型的一个优选实施方案中，提供一种磁致伸缩传感器，包括：垂直设置的波导丝1，波导丝1的上方设置的检测头，其中包括发出激励电脉冲信号的电子装置和检测返回信号的装置，在波导丝1外部套设的保护套管2，在保护套管2外穿设的可随液面变化自由浮动的球式液面浮子3，其中在与波导丝垂直的平面内设有液面浮子磁铁30，如图1所示。 

在本实用新型的一个优选实施方案中，提供一种机动车油箱燃油计量仪，包括：上述磁致伸缩传感器和显示屏，显示屏与磁致伸缩液位传感器之间通过数据线传输数据。 

在一个更优选的实施方式中，检测返回信号的装置包括逆磁致伸缩效应换能器。 

本实用新型的机理如下：检测头中的电子装置首先在磁致伸缩波导丝上施加一个激励电脉冲信号，根据电磁场理论，此电脉冲伴随一个环型磁场，以光速沿磁致伸缩波导丝向下传递。当该环形磁场遇到浮子中磁铁产生的纵向磁场时，将与之进行矢量叠加，形成一个螺旋形的磁场。根据磁致伸缩原理，当磁致伸缩材料所处的磁场发生变化时，磁致伸缩材料本身的物理尺寸也会跟着发生变化，即磁致伸缩效应。因此，当合成磁场发生变化，形成螺旋形磁场时，磁致伸缩波导丝会产生伸缩变形，沿螺旋形磁场的伸缩，将导致波导丝产生扭曲形变，从而激发扭转波（也称为“应变脉冲”或“返回信号”）。该扭转波沿波导丝以超声波的形式向两端传播，向顶部传播的超声波将传到传感器检测头中的逆磁致伸缩效应换能器中，从而被检测到。记下发送激励脉冲的时间和接收到回波的时间，并计算其 时间差t₁，在根据超声波的传播速度v，可计算出检测头与液面之间的距离L₁=v×t₁，而传感器的总长L己知，即可得出液面高度L₁’=L-L₁。 

在一个更优选的实施方式中，为了便于激励电脉冲与液面浮子磁铁的磁场发生作用，液面浮子磁铁为绕设于保护套管外部的环形磁铁。 

在一个更优选的实施方式中，如图2中所述，为了消除沿波导丝向下传递的扭转波，在波导丝下方设置阻尼单元（图中未示出），其吸收弱化向下传递的扭转波，以避免该扭转波对返回信号测量的干扰。此外，阻尼器具有防震功能，并且可以预防其他脉冲信号干扰，提高机动车油箱燃油计量仪的准确度。 

对于测量两种液体的情况，例如燃油和水，此时，在保护套管2外还穿设可随不同液体界面变化自由浮动的球式界面浮子33，其中在与波导丝垂直的平面内设有界面浮子磁铁。 

特别地，所述界面浮子磁铁为环状的，绕设于保护套管外。 

在此情况下，通过记下发送激励脉冲的时间和接收到液面浮子返回信号时间和界面浮子返回信号的时间，并计算发送激励脉冲的时间和接收到液面浮子返回信号时间差t₁和发送激励脉冲的时间和接收到界面浮子返回信号时间差t₂，在根据超声波的传播速度v，可计算出检测头与燃油液面之间的距离L₁=v×t₁，检测头与水液面之间的L₂=v×t₂，而传感器的总长L己知，即可得出燃油液面高度L₁’=L-L₁，水液面高度L₂’=L-L₂，燃油高度H=L₁-L₂=v×（t₂-t₁）。 

在一个更优选的实施方式中，为了测量燃油密度，以便通过燃油密度修正由于温度等因素导致的燃料液面高度变化，在保护套管2外还穿设有测量液体密度的的球式密度浮子（图中 未示出），其中在与波导丝垂直的平面内设有密度浮子磁铁。 

特别地，所述密度浮子磁铁为环状的，绕设于保护套管外。 

为了保护其中的波导丝不被液体如燃油等复试，保护套管优选由防腐蚀性材料制成。 

在本实用新型的一个优选实施方案中，机动车油箱燃油计量仪安装了密度测量的伺服装置，该装置由电机驱动浮子上升下降，可让密度浮子在油品中来回运动，测量任意不同点的密度。系统可以测量的多点密度得到平均密度。该装置有利于测量不同密度的油品，有利于减小不同密度的油品对测量产生的误差。 

在一个更优选实施方案中，显示屏采用彩色全屏幕显示器，有利于显示屏画面的清晰。 

以上结合具体实施方案对本实用新型进行了说明。不过，这些实施方案仅是说明性的，其对本实用新型的保护范围并不构成任何限制。本领域技术人员理解，在不超出或偏离本实用新型保护范围的情况下，本实用新型的技术方案及其实施方式有多种修饰、改进或等价物，这些均应落入本实用新型的保护范围内。本实用新型的保护范围以所附权利要求为准。 

Claims (10)

1.一种磁致伸缩传感器，包括： 

垂直设置的波导丝， 

波导丝的上方设置的检测头，其中包括发出激励电脉冲信号的电子装置和检测返回信号的装置， 

在波导丝外部套设的保护套管， 

在保护套管外穿设的可随液面变化自由浮动的球式液面浮子，其中在与波导丝垂直的平面内设有液面浮子磁铁。 

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩传感器，其中， 

所述液面浮子磁铁为环状的，绕设于保护套管外。 

3.根据权利要求1中所述的磁致伸缩传感器，其中，在波导丝的下方设置阻尼单元，用来吸收弱化沿波导丝向下传播的应变脉冲。 

4.根据权利要求1中所述的磁致伸缩传感器，其中，保护套管由耐腐蚀材料制成。 

5.根据权利要求1中所述的磁致伸缩传感器，其中，在保护套管外还穿设有可随不同液体界面变化自由浮动的球式界面浮子，其中在与波导丝垂直的平面内设有界面浮子磁铁。 

6.根据权利要求5所述的磁致伸缩传感器，其中， 

所述界面浮子磁铁为环状的，绕设于保护套管外。 

7.根据权利要求1中所述的磁致伸缩传感器，其中，在保护套管外还穿设有测量液体密度的球式密度浮子，其中在与波导丝垂直的平面内设有密度浮子磁铁。 

8.根据权利要求7所述的磁致伸缩传感器，其中， 

所述密度浮子磁铁为环状的，绕设于保护套管外。 

9.根据权利要求1中所述的磁致伸缩传感器，其中，检测头设置于密封容器中，以防止燃油侵蚀。 

10.一种机动车油箱燃油计量仪，包括： 

上述任一项中所述的磁致伸缩传感器，和 

显示屏， 

其中，显示屏与磁致伸缩液位传感器之间通过数据线传输数据。 

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