CN203241111U

CN203241111U - 一种车辆油箱油位检测装置

Info

Publication number: CN203241111U
Application number: CN 201320267866
Authority: CN
Inventors: 唐自强; 任洁; 宋峰伟; 邱晓娟
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2023-05-16

Abstract

本实用新型属于车辆油箱油位检测技术领域，公开了一种车辆油箱油位检测装置。该车辆油箱油位检测装置包括：传感装置和信号处理装置，其中所述传感装置包括：带孔盒、圆形弹性片、盒盖、第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片；信号处理装置用于将第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片的电阻值转变为对应的数字信号，并用于从数字信号中分析得出油箱内油液的高度。本实用新型的有益效果为：本实用新型结构简单，不受工作环境（如温度、污垢）变化的影响，具有较高的油箱油位检测精度和广泛的适用范围。

Description

一种车辆油箱油位检测装置

技术领域

本实用新型属于车辆油箱油位检测技术领域，特别涉及一种车辆油箱油位检测装置。

背景技术

目前，公知且应用广泛的车辆油箱油位传感器都结合使用了浮子和电位器；其工作原理如下：油箱油位变化时，浮子在油箱内上下浮动，从而带动电位器，改变电位器的阻值，然后使用欧姆表检测电位器的阻值，由于电位器的不同阻值对应着不同的油位高度，这样就能获知油箱的油位，从而达到检测油箱油位的目的。但是当有油垢覆盖电位器后，或者当电位器工作环境温度变化时，电位器的阻值会发生变化，从而增大油箱油位检测误差，降低油箱油位检测精度；另外，这种类型的车辆油箱油位传感器寿命短且检测范围窄。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种车辆油箱油位检测装置。该车辆油箱油位检测装置结构简单，不受工作环境（如温度、污垢）变化的影响，具有较高的油箱油位检测精度和广泛的适用范围。

本实用新型提出的车辆油箱油位检测装置包括传感装置和信号处理装置，其中所述传感装置包括：带孔盒、圆形弹性片、盒盖、第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片；带孔盒固定安装在油箱底部，盒盖密封安装在带孔盒上方，圆形弹性片固定安装在带孔盒和盒盖之间；带孔盒和盒盖之间具有圆柱形空腔，带孔盒的下端具有小孔，小孔与圆柱形空腔相通，圆形弹性片将圆柱形空腔分割为相互隔绝的两个空腔；第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片均粘贴在圆形弹性片的上方，第一电阻应变片和第三电阻应变片的粘贴位置关于圆形弹性片的圆心对称，第一电阻应变片和第三电阻应变片到圆形弹性片的圆心的距离均大于0.635a，a为圆形弹性片的半径；第二电阻应变片和第四电阻应变片的粘贴位置关于圆形弹性片的圆心对称，第二电阻应变片和第四电阻应变片到圆形弹性片的圆心的距离均小于0.635a。信号处理装置包括差动全桥电路，第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片对应设置在差动全桥电路的四个桥臂上。

信号处理装置用于将第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片的电阻值转变为对应的数字信号，并用于从数字信号中分析得出油箱内油液的高度。

优选地，所述信号处理装置包括：直流电源、第三运算放大器、模数转换器和分析装置；其中，直流电源的正极和负极对应连接差动全桥电路的两个输入端，差动全桥电路的两个输出端对应连接第三运算放大器的正相输入端和反相输入端，模数转换器的输入端连接第三运算放大器的输出端，模数转换器的输出端连接分析装置的输入端，分析装置为计算机、车载电脑或单片机。

优选地，所述信号处理装置还包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻；其中，所述第一运算放大器的正相输入端分别电连接第二电阻应变片和第三电阻应变片，第二运算放大器的正相输入端分别电连接第一电阻应变片和第四电阻应变片；第一运算放大器的反相输入端通过第三电阻连接第二运算放大器的反相输入端；第一运算放大器的输出端连接第三运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的输出端连接第三运算放大器的正相输入端；第一电阻接入在第一运算放大器的输出端和反相输入端之间，第二电阻接入在第二运算放大器的输出端和反相输入端之间。

优选地，所述第三电阻为可调电阻。

优选地，所述第一运算放大器和第二运算放大器具有相同的放大倍数。

优选地，所述信号处理装置还包括：稳压二极管，稳压二极管的阳极电连接直流电源的负极，阴极电连接直流电源的正极。

优选地，所述信号处理装置还包括：第四电阻和第五电阻；其中，第四电阻的一端电连接第一运算放大器的输出端，另一端电连接第三运算放大器的反相输入端；第五电阻的一端电连接第二运算放大器的输出端，另一端电连接第三运算放大器的正相输入端。

优选地，所述信号处理装置还包括：第六电阻和第七电阻，其中，第六电阻的一端电连接第三运算放大器的反相输入端，另一端电连接第三运算放大器的输出端；第七电阻的一端电连接第三运算放大器的正相输入端，另一端接地。

本实用新型的有益效果为：本实用新型结构简单，不受工作环境（如温度、污垢）变化的影响，具有较高的油箱油位检测精度和广泛的适用范围。

附图说明

图1为本实用新型的车辆油箱油位检测装置的电路图；

图2为带孔盒和圆形弹性片的纵向剖面图；

图3为图2的I-I向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

为了克服现有车辆油位传感器在受油垢覆盖后和工作温度变化时，造成的油位检测误差大，精度低的不足。本实用新型提出一种车辆油箱油位检测装置，该车辆油箱油位检测装置不仅能准确地测量出油箱内的油位值，而且在测量的过程中不受环境温度变化和油垢的影响。

当车辆油箱油位发生变化时，本实用新型的车辆油箱油位检测装置通过传感装置采集油位变化信息，信号处理装置对采集到的油位变化信息进行分析，从而得出对应的车辆油箱油液高度。

本实用新型提供了一种传感装置的具体实施例，在该实施例中，通过电阻应变片来采集油位变化信息；如图2和图3所示，该传感装置包括：带孔盒17、圆形弹性片18、盒盖19、第一电阻应变片2、第二电阻应变片3、第三电阻应变片4和第四电阻应变片5；其中，带孔盒17固定安装在油箱底部，盒盖19密封安装在带孔盒17上方，圆形弹性片18固定安装在带孔盒17和盒盖19之间；带孔盒17和盒盖19之间具有圆柱形空腔，带孔盒17的下端具有小孔22，小孔22与圆柱形空腔相通，圆形弹性片18将圆柱形空腔分割为相互隔绝的两个空腔（即位于圆形弹性片上方的空腔和位于圆形弹性片下方的空腔）；带孔盒17可以通过多种方式固定安装在油箱底部，例如在带孔盒17的下端或侧面设置螺纹孔，然后通过螺钉将带孔盒17固定在油箱底部；也可以在盒盖19上设置螺纹孔，然后通过螺钉将盒盖19固定在油箱底部，从而将带孔盒17也固定在油箱底部。

圆形弹性片18在受到油液的压力时，将会发生形变；油箱油液高度不同时，圆形弹性片18产生的形变也不同。为了对圆形弹性片18产生的形变进行采集，将第一电阻应变片2、第二电阻应变片3、第三电阻应变片4和第四电阻应变片5粘贴在圆形弹性片18上；当圆形弹性片18产生形变时，在以上4个电阻应变片中，两个电阻应变片需要产生压应变，另外两个电阻应变片需要产生拉应变；为了达到该目的，可以采用多种方式将4个电阻应变片粘贴在圆形弹性片18上，例如，将第一电阻应变片2、第二电阻应变片3、第三电阻应变片4和第四电阻应变片5均粘贴在圆形弹性片18的上方，第一电阻应变片2和第三电阻应变片4的粘贴位置关于圆形弹性片18的圆心对称，第一电阻应变片2和第三电阻应变片4到圆形弹性片18的圆心的距离均大于0.635a，a为圆形弹性片18的半径；第二电阻应变片3和第四电阻应变片5的粘贴位置关于圆形弹性片18的圆心对称，第二电阻应变片3和第四电阻应变片5到圆形弹性片18的圆心的距离均小于0.635a。

当圆形弹性片18产生形变时，在圆形弹性片18上方的4个电阻应变片同时受到径向应力和切向应力，距离圆形弹性片18的圆心小于0.635a的电阻应变片（第二电阻应变片3和第四电阻应变片5）在径向应力和切向应力的同时作用下会产生拉应变，第二电阻应变片3和第四电阻应变片5的电阻值会减小，并且两者电阻值的减小量相同；反之，距离圆形弹性片18的圆心大于0.635a的电阻应变片（第一电阻应变片2和第三电阻应变片4）在径向应力和切向应力的同时作用下会产生压应变，第一电阻应变片2和第三电阻应变片4的电阻值会增大，并且两者电阻值的增大量相同；圆形弹性片18会随着油箱油液高度产生对应的形变，以上4个电阻应变片的电阻值也会发生对应的改变。总而言之，4个电阻应变片将油液高度转变为了对应的电阻值。

本实用新型还提出了信号处理装置的具体实施例，在该实施例中，信号处理装置将第一电阻应变片2、第二电阻应变片3、第三电阻应变片4和第四电阻应变片5的电阻值转变为对应的数字信号，对数字信号中分析，从而得出油箱内油液的高度。

优选地，可以在信号处理装置中采用差动全桥电路23，具体地说，如图1所示，信号处理装置包括：直流电源20、差动全桥电路23、第三运算放大器13、模数转换器16和分析装置21；其中，第一电阻应变片2、第二电阻应变片3、第三电阻应变片4和第四电阻应变片5的灵敏系数相同，并且在未受外力时具有相同的电阻值。第一电阻应变片2、第二电阻应变片3、第三电阻应变片4和第四电阻应变片5对应设置在差动全桥电路23的四个桥臂上，使得相邻的两个桥臂上的电阻应变片具有不同的应变力，即在相邻的两个桥臂上对应设置有两个电阻应变片，当圆形弹性片18产生形变时，其中一个电阻应变片会产生压应变，另一电阻应变片会产生拉应变。

在信号处理装置中，直流电源20的正极和负极对应连接差动全桥电路23的两个输入端，例如，直流电源20的正极分别电连接第一电阻应变片2和第二电阻应变片3、直流电源20的负极分别电连接第三电阻应变片4和第四电阻应变片5。差动全桥电路23的两个输出端对应连接第三运算放大器13的正相输入端和反相输入端，例如以下两种方式进行连接差动全桥电路23和第三运算放大器13，第一种方式：第三运算放大器13的正相输入端接入在第二电阻应变片3和第三电阻应变片4之间，第三运算放大器13的反相输入端接入在第一电阻应变片2和第四电阻应变片5；第二种方式：第三运算放大器13的反相输入端接入在第二电阻应变片3和第三电阻应变片4之间，第三运算放大器13的正相输入端接入在第一电阻应变片2和第四电阻应变片5。模数转换器16的输入端连接第三运算放大器13的输出端，模数转换器16的输出端连接分析装置21的输入端，分析装置21为计算机、车载电脑或单片机。

在信号处理装置中，4个电阻应变片的电阻值随着圆形弹性片18的形变发生变化时，差动全桥电路23输出的电压信号也会产生对应的变化，第三运算放大器13用于对差动全桥电路23输出的电压信号进行放大，并将放大后的信号输出至模数转换器16中，模数转换器16将放大后的信号转换为数字信号，分析装置再对数字信号进行分析，从而得出油箱油液的高度值。优选地，分析装置可以采用车载电脑（ECU），由于在通常车辆上均安装有车载电脑，从而更好地利用了现有装置。

为了保持差动全桥电路输入端的电压恒定，在信号处理装置实施例中，可以在电源20两端并联设置稳压二极管1，稳压二极管1的阳极电连接直流电源20的负极，稳压二极管1的阴极电连接直流电源20的正极。

为了便于采集电阻值变化信息，本实用新型在上述信号处理装置的基础上增加设置了第一运算放大器6、第二运算放大器7、第一电阻8、第二电阻10和第三电阻9；此时，第一运算放大器6、第二运算放大器7、第一电阻8、第二电阻10和第三电阻9；其中，第一运算放大器6的正相输入端分别电连接第二电阻应变片3和第三电阻应变片4，第二运算放大器7的正相输入端分别电连接第一电阻应变片2和第四电阻应变片5；第一运算放大器6的反相输入端通过第三电阻9连接第二运算放大器7的反相输入端；第一运算放大器6的输出端连接第三运算放大器13的反相输入端，第二运算放大器7的输出端连接第三运算放大器13的正相输入端；第一电阻8接入在第一运算放大器6的输出端和反相输入端之间，第二电阻10接入在第二运算放大器7的输出端和反相输入端之间。

在第三运算放大器13对电压信号进行放大之前，第一运算放大器6和第二运算放大器7分别对差动全桥电路23输出的两个电压信号进行放大。第一运算放大器6和第二运算放大器7具有相同的放大倍数，第三电阻9为固定电阻（即第三电阻9的电阻值固定不变）或可调电阻，当第三电阻9为可调电阻，通过调节第三电阻9的电阻值，可以改变第一运算放大器6和第二运算放大器7的放大倍数。

本实用新型的信号处理装置还包括：第四电阻11、第五电阻12、第六电阻14和第七电阻15，；其中，第四电阻11的一端电连接第一运算放大器6的输出端，另一端电连接第三运算放大器13的反相输入端；第五电阻12的一端电连接第二运算放大器7的输出端，另一端电连接第三运算放大器13的正相输入端。第六电阻14的一端电连接第三运算放大器13的反相输入端，另一端电连接第三运算放大器13的输出端；第七电阻15的一端电连接第三运算放大器13的正相输入端，另一端接地。

本实用新型的工作过程如下：

当车辆油箱内油液通过带孔盒17的小孔22进入带孔盒17的内部空腔时，位于带孔盒17的圆形弹性片18受到油液压力产生弹性变形，使得粘贴在圆形弹性片18上的2组（共4片）电阻应变片产生应变，圆形弹性片18上方的4个电阻应变片同时受到径向应力和切向应力，当圆形弹性片18的半径为a时，由于第一电阻应变片2和第三电阻应变片4到圆形弹性片18的圆心的距离均大于0.635a，并且第一电阻应变片2和第三电阻应变片4的粘贴位置关于圆形弹性片18的圆心对称，从而使第一电阻应变片2和第三电阻应变片4受到到相同大小的压应力；而第二电阻应变片3和第四电阻应变片5到圆形弹性片18的圆心的距离均小于0.635a，并且第二电阻应变片3和第四电阻应变片5的粘贴位置关于圆形弹性片18的圆心对称，从而使第二电阻应变片3和第四电阻应变片5受到相同大小的拉应力。

由于第一电阻应变片2和第三电阻应变片4受到到相同大小的压应力，并且第一电阻应变片2和第三电阻应变片4的灵敏系数相同，从而使第一电阻应变片2和第三电阻应变片4电阻值增加量相同；同理，第二电阻应变片3和第四电阻应变片5电阻值减小量相同。在本实用新型实施例中，第一电阻应变片2、第二电阻应变片3、第三电阻应变片4和第四电阻应变片5构成了差动全桥电路，差动全桥电路输出的电压信号经第一运算放大器6、第二运算放大器7和第三运算放大器13进行放大，然后输入至模数转换器中进行模数转换，经模数转换后的数字信号再通过分析装置21进行分析。

当车辆油箱内油液的油位发生变化时，第一电阻应变片2和第三电阻应变片4的电阻值会发生相应的改变，第二电阻应变片3和第四电阻应变片5的电阻值也会发生相应的改变，那么最终输入至的分析装置21的数字信号也会发生对应的改变，分析装置21（例如计算机、车载电脑（ECU）或单片机）根据此数字信号进行分析，从而得出对应的油箱内油液的高度。

本实用新型采用了差动全桥电路，从而大大降低了工作环境（如温度、污垢）对油箱内油液高度的检测的影响，提高了油箱油位检测精度。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种车辆油箱油位检测装置，包括传感装置和信号处理装置，其特征在于，所述传感装置包括：带孔盒（17）、圆形弹性片（18）、盒盖（19）、第一电阻应变片（2）、第二电阻应变片（3）、第三电阻应变片（4）和第四电阻应变片（5）；带孔盒（17）固定安装在油箱底部，盒盖（19）密封安装在带孔盒（17）上方，圆形弹性片（18）固定安装在带孔盒（17）和盒盖（19）之间；带孔盒（17）和盒盖（19）之间具有圆柱形空腔，带孔盒（17）的下端具有小孔（22），小孔（22）与圆柱形空腔相通，圆形弹性片（18）将圆柱形空腔分割为相互隔绝的两个空腔；第一电阻应变片（2）、第二电阻应变片（3）、第三电阻应变片（4）和第四电阻应变片（5）均粘贴在圆形弹性片（18）的上方，第一电阻应变片（2）和第三电阻应变片（4）的粘贴位置关于圆形弹性片（18）的圆心对称，第一电阻应变片（2）和第三电阻应变片（4）到圆形弹性片（18）的圆心的距离均大于0.635a，a为圆形弹性片（18）的半径；第二电阻应变片（3）和第四电阻应变片（5）的粘贴位置关于圆形弹性片（18）的圆心对称，第二电阻应变片（3）和第四电阻应变片（5）到圆形弹性片（18）的圆心的距离均小于0.635a；信号处理装置包括差动全桥电路（23），第一电阻应变片（2）、第二电阻应变片（3）、第三电阻应变片（4）和第四电阻应变片（5）对应设置在差动全桥电路（23）的四个桥臂上。

2.如权利要求1所述的一种车辆油箱油位检测装置，其特征在于，所述信号处理装置还包括：直流电源（20）、第三运算放大器（13）、模数转换器（16）和分析装置（21）；其中，直流电源（20）的正极和负极对应连接差动全桥电路（23）的两个输入端，差动全桥电路（23）的两个输出端对应连接第三运算放大器（13）的正相输入端和反相输入端，模数转换器（16）的输入端连接第三运算放大器（13）的输出端，模数转换器（16）的输出端连接分析装置（21）的输入端，分析装置（21）为计算机、车载电脑或单片机。

3.如权利要求2所述的一种车辆油箱油位检测装置，其特征在于，所述信号处理装置包括：第一运算放大器（6）、第二运算放大器（7）、第一电阻（8）、第二电阻（10）和第三电阻（9）；其中，所述第一运算放大器（6）的正相输入端分别电连接第二电阻应变片（3）和第三电阻应变片（4），第二运算放大器（7）的正相输入端分别电连接第一电阻应变片（2）和第四电阻应变片（5）；第一运算放大器（6）的反相输入端通过第三电阻（9）连接第二运算放大器（7）的反相输入端；第一运算放大器（6）的输出端连接第三运算放大器（13）的反相输入端，第二运算放大器（7）的输出端连接第三运算放大器（13）的正相输入端；第一电阻（8）接入在第一运算放大器（6）的输出端和反相输入端之间，第二电阻（10）接入在第二运算放大器（7）的输出端和反相输入端之间。

4.如权利要求3所述的一种车辆油箱油位检测装置，其特征在于，所述第三电阻（9）为可调电阻。

5.如权利要求2所述的一种车辆油箱油位检测装置，其特征在于，所述第一运算放大器（6）和第二运算放大器（7）具有相同的放大倍数。

6.如权利要求2所述的一种车辆油箱油位检测装置，其特征在于，所述信号处理装置还包括稳压二极管（1），稳压二极管（1）的阳极电连接直流电源（20）的负极，阴极电连接直流电源（20）的正极。

7.如权利要求2所述的一种车辆油箱油位检测装置，其特征在于，所述信号处理装置还包括：第四电阻（11）和第五电阻（12）；其中，第四电阻（11）的一端电连接第一运算放大器（6）的输出端，另一端电连接第三运算放大器（13）的反相输入端；第五电阻（12）的一端电连接第二运算放大器（7）的输出端，另一端电连接第三运算放大器（13）的正相输入端。

8.如权利要求2所述的一种车辆油箱油位检测装置，其特征在于，所述信号处理装置还包括：第六电阻（14）和第七电阻（15），其中，第六电阻（14）的一端电连接第三运算放大器（13）的反相输入端，另一端电连接第三运算放大器（13）的输出端；第七电阻（15）的一端电连接第三运算放大器（13）的正相输入端，另一端接地。