CN205262548U - 液位监测电压信号传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种液位监测电压信号传感器，旨在提供一种采集信号易于传输、抗干扰能力强、能够提高电容信号测量精度的电压输出的传感器。本实用新型通过下述技术方案予以实现：在电容式油量传感器顶端连接法兰盘的腔体中装配有接受来自电容式油量传感器和介电常数传感器传输电容信号并将其转换为电压信号输出的信号转换电路，其中，介电常数补偿传感器共用电容式油量测量传感器外管(3)，与位于电容式油量传感器内管(4)底端同轴相隔的补偿中管(5)和补偿内管(6)构成两个柱形同轴电容并联的电容器感应被测介质介电常数的变化。本实用新型解决了现有技术电容信号抗电磁干扰能力差，电容信号在传输过程中，很容易受到电磁干扰，特别是短波干扰的问题。

Description

液位监测电压信号传感器

技术领域

本实用新型涉及一种可用于油箱油位测量、汽车、游艇油位测量、油罐运输设备、轻工设备等多种场合，输出信号为电压信号式的油量传感器。

背景技术

油量传感器分为摆杆式油量传感器和立式油量传感器两种。输出模拟量信号都为电阻。摆杆式油量传感器在油液被颠簸震荡时很容易损坏，因此已逐步被立式油量传感器替代。立式油量传感器由磁钢浮子、舌簧管、金属膜电阻等组成。在输出模拟量的同时，还根据油位不同，输出开关信号。油量传感器的量程根据油箱内高确定。电气接线方式有三种：单线制(输出模拟量；外壳接地)；双线制(输出模拟量；外壳不接地)；四线制(输出模拟量；高位报警；低位报警；公共负极)。工作介质：汽油、柴油、液压油。油、液位传感器共分两类:一类是用滑动电位器为基本检测元件，它是由浮子带动电位器，再用欧姆表检测其阻值，从而达到显示油位的目的，但当油垢覆盖电位器后，其阻值会发生变化，造成误差太大，甚至不能使用，使此类油箱传感器成为寿命很短的易损件。另一类是用电感线圈为基本检测元件。它是用浮子带动电感线圈，改变震当电路的振荡频率，再通过频率计检测其频率来测定油(液)位。但其结构复杂，调试麻烦，成本高，价格贵，不能被广泛使用。现有技术中的电容式油量传感器相比传统的浮子式油量传感器，其显著的优点在于取消了机械传动机构，结构紧凑、体积较小、使用时间更长、精度大幅度提高。电容式传感器的原理是，液面变化引起电容变化，电容变化引导电路板输出一个与液位相对应的输出信号(电压、电流、数字)来反映容器油量。电容传感器能分辨液面1mm内的变化，所以其检查精度很高，精度在0.5％以内。电容式油量传感器的传感部分是一个同轴的容器，当油进入容器后引起传感器壳体和感应电极之间电容量的变化，这个变化量通过电路的转换并进行精确的线性和温度补偿。电容式油量传感器是目前飞行器油量测量的主要测量手段，虽然其生产技术已经十分成熟，但是随着飞行器的更新换代，电容式油量传感器输出的电容信号已渐渐的暴漏如下问题：

电容信号的数量级太小，为pF级。在信号传输过程中极易受到传输电缆、电连接器等产生的寄生电容的影响，使测量精度受很大影响；

电容信号不易采集。相比于电压、电流、周期信号，电容信号采集很难，很多生产接受电容信号设备的单位不具备采集电容信号的能力，使电容式传感器的使用范围受到限制；

电容信号抗电磁干扰能力差。电容信号在传输过程中，很容易受到电磁干扰，特别是短波干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种输出信号易于传输、抗干扰能力强、稳定性、可靠性、能够提高电容信号测量精度的电压输出的油量测量传感器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液位监测电压信号传感器，包括由两根同轴装配的外管3和内管4连接法兰盘构成的电容式油量传感器，其特征在于：在位于电容式油量传感器内管4底部的自由端,轴向相隔有同轴装配的补偿中管5和补偿内管6,补偿中管5、补偿内管6与外管3构成了两个并联电容器,两个并联电容器共用电容式油量测量传感器的外管3组成介电常数补偿传感器,电容式油量传感器和介电常数传感器传输的电容信号通过装配在法兰盘2腔体中的信号转换电路1,转换为电压信号输出的信号。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：补偿了被测介质介电常数随温度变化的油量信号，

采集信号易于传输、抗干扰能力强。本实用新型传感器在传统电容式油量增加信号转换电路，将电容式油量传感器的输出信号转换为电压信号输出。通过转换电路将电容式油量传感器和介电常数补偿传感器输出的电容信号转换为电压信号输出，缩短了电容信号的传输距离，减小了信号传输电缆产生的寄生电容的影响，使电容式油量传感器输出的电压信号易于采集，克服了电容式传感器的使用范围受到限制的缺陷。同时比电容式油量传感器电容信号更强的抗干扰能力，解决了现有技术电容信号抗电磁干扰能力差，电容信号在传输过程中，很容易受到电磁干扰，特别是短波干扰的问题。本实用新型在信号转换电路中采集电容量C的电路采用减法计算，仅利用与油量有关的电容增量，减小了因传感器中导线等产生的寄生电容的影响，提高了测量数据的有效性；信号转换电路中增加介电常数补偿电路，采集介电补偿传感器输出的电容信号并计算，使油量传感器输出的信号不易受被测介质的温度变化等环境的影响，输出准确的实际被测介质量。

稳定性、可靠性。本实用新型在传统的电容式油量增加转换电路，将电容式油量传感器的输出信号转换为电压信号输出，在电容式油量传感器的底部增加电容式测量原理的介电常数补偿传感器，在电容式油量传感器顶端的法兰盘中增加信号转换电路，在油量传感器底部增加的介电常数补偿传感器，增加了介电常数补偿功能，提高了油量传感器稳定性、可靠性。

电容信号测量精度提高，本实用新型在电容式油量传感器的基础上，增加了信号转换电路，将传输过程中极易受到传输电缆、电连接器等产生的寄生电容的影响的电容信号转换为了电压信号，进一步提高了测量精度。

附图说明

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

图1是本实用新型液位监测电压信号传感器的结构透视图。

图2是本实用新型的液位监测电压信号传感器的电路原理示意图。

图中：1信号转换电路，2法兰盘，3外管，4内管，5补偿中管、6补偿内管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

参阅图1。在以下描述的一个最佳实施例中，液位监测电压信号传感器包括：由两根同轴装配的外管3和内管4连接法兰盘构成的电容式油量传感器、介电常数补偿传感器和信号转换电路。电容式油量测量传感器由两根同轴的外管3和内管4组成。介电常数补偿传感器由同轴外管3、补偿中管5和补偿内管6构成两个柱形同轴电容并联而成。其中，外感应管3和补偿中管5构成一个补偿电容器，补偿中管5和补偿内管6构成了另一个补偿电容器。信号转换电路1通过螺钉固定密封在法兰盘2端盖中，接收来自外管3与内管4的同轴电容器输出的电容信号C和外管1、补偿中管5及补偿内管6的同轴电容器输出的电容信号C₀。

参阅图2。信号转换电路(1)包括激励信号振荡器、由运算放大器构成的电容式油量传感器电容增量的减法计算电路、介电常数补偿电路和I/V转换电路，其中，激励信号振荡器通过电阻R₁电连接运算放大器负输入端，运算放大器负输入端与输出端之间跨接有并联电阻R₂，电容式油量测量传感器的输出电容C跨接在运算放大器输入端电阻R₁与输出端电连接的电容C1上。激励信号振荡器产生三角波信号或正弦波信号，作为信号转换电路中采集电容的驱动信号，该驱动信号作用于电容式油量传感器输出电容C上；以及作用于运算放大器、电阻R₁和电阻R₂上，使该驱动信号的相位变化π，变化后的信号作用于电容C₁后，与输出电容C的信号作减法，产生与电容增量ΔC相关的电流量I。该电流量I经过介电常数补偿电路，采集到介电常数补偿传感器输出的电容C₀信号反馈补偿后，产生经过介电常数补偿的电流量I₁，电流量I₁经过I/V转换电路，实现电流到电压的转换和交流到直流的转换，输出一个直流电压V₁，直流电压V₁经过放大电路输出要求的电压信号V。其中电容C₁的量值与电容式油量传感器干电容的量值相同。

信号转换电路采集电容式油量传感器输出电容信号C，并通过模拟电路实现减法计算，输出电容式油量传感器输出电容的增量ΔC相关的电流量I，电容增量ΔC为油箱中空油量到某一高度油量时，电容式油量传感器输出电容的增量；电流量I输出给介电常数补偿电路，通过介电常数补偿电路的反馈补偿电路计算，输出经过介电常数补偿的电流量I₁；电流量I₁经过I/V变换电路，转换为电压信号，并经过放大电路输出经过介电常数补偿的、且与油量对应的电压信号V输出。

Claims (10)

1.一种液位监测电压信号传感器，包括由两根同轴装配的外管(3)和内管(4)连接法兰盘构成的电容式油量传感器，其特征在于：在位于电容式油量传感器内管(4)底部的自由端,轴向相隔有同轴装配的补偿中管(5)和补偿内管(6),补偿中管(5)、补偿内管(6)与外管(3)构成了两个并联电容器,两个并联电容器共用电容式油量测量传感器的外管(3)组成介电常数补偿传感器,电容式油量传感器和介电常数传感器传输的电容信号通过装配在电容式油量传感器顶部法兰盘(2)腔体中的信号转换电路(1),转换为电压信号输出的信号。

2.如权利要求1所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：信号转换电路(1)通过螺钉固定,密封在法兰盘(2)腔体中，接收来自外管(3)与内管(4)的同轴电容器和补偿中管(5)与补偿内管(6)同轴并联电容器之间油量变化电信号的电容信号。

3.如权利要求2所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：液位监测电压信号传感器由电容式油量传感器、介电常数补偿传感器和信号转换电路组成。

4.如权利要求3所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：介电常数补偿传感器由同轴外管(3)、补偿中管(5)和补偿内管(6)构成两个柱形同轴电容并联而成。

5.如权利要求4所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：外管(3)和补偿中管(5)构成一个补偿电容器，补偿中管(5)、补偿内管(6)和外管(3)构成了另一个补偿电容器。

6.如权利要求5所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：信号转换电路(1)包括激励信号振荡器、由运算放大器构成的电容式油量传感器电容增量的减法计算电路、介电常数补偿电路和I/V转换电路，其中，激励信号振荡器通过电阻R₁电连接运算放大器负输入端，运算放大器负输入端与输出端之间跨接有并联电阻R₂，电容式油量测量传感器的输出电容C跨接在运算放大器输入端电阻R₁与输出端电连接的电容C₁上。

7.如权利要求6所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：电容C₁的量值与电容式油量传感器干电容的量值相同。

8.如权利要求7所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：激励信号振荡器产生三角波信号或正弦波信号，作为信号转换电路中采集电容的驱动信号，该驱动信号作用于电容式油量传感器输出电容C上；以及作用于运算放大器、电阻R₁和电阻R₂上，使该驱动信号的相位变化π，变化后的信号作用于电容C₁后，与输出电容C的信号作减法，产生与电容增量相关的电流量I。

9.如权利要求8所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：电流量I经过介电常数补偿电路，采集到介电常数补偿传感器输出的电容C₀信号反馈补偿后，产生经过介电常数补偿的电流量I₁，电流量I₁经过I/V转换电路，实现电流到电压的转换和交流到直流的转换，输出一个直流电压V₁，直流电压V₁经过放大电路输出要求的电压信号V。

10.如权利要求9所述的液位监测电压信号传感器，其特征在于：信号转换电路采集电容式油量传感器输出电容信号C，并通过模拟电路实现减法计算，输出电容式油量传感器输出电容的增量ΔC相关的电流量I，电容增量ΔC为油箱中空油量到某一高度油量时，电容式油量传感器输出电容的增量；电流量I输出给介电常数补偿电路，通过介电常数补偿电路的反馈补偿电路计算，输出经过介电常数补偿的电流量I₁；电流量I₁经过I/V变换电路，转换为电压信号，并经过放大电路输出经过介电常数补偿的、且与油量对应的电压信号V输出。