【正文】 1 所示。主要 包括 放大電路，電壓比較電路， 555 單穩(wěn)態(tài)電路以及兩路聲光報(bào)警電路幾部分。 圖 1 原理框圖 系統(tǒng)功能 課題設(shè)計(jì)了一款簡易功能的監(jiān)控電路，該電路能對(duì)汽車油量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)汽車油箱內(nèi)油量過低時(shí)發(fā)出警報(bào)進(jìn)行提 醒，以防止在行駛時(shí)油量耗盡，而帶來的不便。報(bào)警時(shí)能在視覺和聽覺上進(jìn)行提醒，以更加直觀有效的進(jìn)行警示。 系統(tǒng)特點(diǎn) 反應(yīng) 時(shí)間極短， 檢測電路 檢測到報(bào)警信號(hào)后 立刻 將報(bào)警信息 反應(yīng)在人機(jī)界面上 油量采集 放大電路 閾值控制 電壓比較器 單穩(wěn)態(tài)電路 聲音報(bào)警電路 驅(qū)動(dòng)電路 光報(bào)警電路 Opinos adugethry39。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()2. 直觀性 系統(tǒng)狀態(tài)能夠全面直白的顯示在人機(jī)界面上 電路連接相對(duì)簡單，所用元器件也相對(duì)較少，電路圖簡單，可靠性很高。 4實(shí)時(shí)性 能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)，沒有延時(shí) 5全中文界面 采用全中文圖形界面，直觀的屏幕提示，界面友好美觀，操作 簡單 方便 。 幾種長見的油位測量技術(shù) 汽車油位傳感器由于 持續(xù)浸泡在各種燃 油中 使用環(huán)境惡劣，所以其失效一直是售后投訴的重點(diǎn)，也是傳感器供應(yīng)商研究改進(jìn)的最重要的課題。目前市場使用的油位傳感器種類繁多，原理各異，使用環(huán)境也是千差萬別，故十分必要對(duì)各傳感器的特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，為新型傳感器的研究提供參考。 方案一： 浮筒液位計(jì)也稱為沉浸式浮筒液位計(jì)，是根據(jù)阿基米德定律進(jìn)行液位測量的儀表，可用來測量液位、界位和密度。比較適合用于測量壓力容器內(nèi)液位。 其基本結(jié)構(gòu)見下圖。 原理： 浸在液體中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和扭力管彈力的復(fù)合作用。當(dāng)這三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，浮筒就 靜止在某一位置。當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，浮筒所受浮力相應(yīng)改變，平衡狀態(tài)被打破，從而引起彈力變化，以達(dá)到新的平衡。懸掛在扭力管上的位移筒體沉浸在被測液體中，并受到阿基米德向上浮力作用，其作用力與排開液體質(zhì)量成正比。根據(jù)液位高低，筒體浸入深度不同，向上浮力發(fā)生變化，以達(dá)到測量結(jié)果。 在結(jié)構(gòu)上浮筒液位計(jì)分為側(cè)裝和頂裝式，側(cè)裝式需要一個(gè)外筒，將液位引到設(shè)備外側(cè)進(jìn)行測量，可大大減少液面波動(dòng)和介質(zhì)流動(dòng)帶來的干擾；而頂裝式直接從罐頂將浮筒投入，結(jié)構(gòu)簡單。不少廠家將頂裝式浮筒的扭力管改為彈簧，簡化了結(jié)構(gòu)，但原理還是一樣的。 圖 中所示的的輸出為偏轉(zhuǎn)的刻度，如果將這種偏轉(zhuǎn)或扭力轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的遠(yuǎn)傳信號(hào)，就構(gòu)成液位變送器。 Opinos adugethry39。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB() 油量計(jì) 油量計(jì) Ｆｕｅｌ Ｇａｕｇｅ。用來顯示燃油的存量，從儀表的分類上來說，油量計(jì)屬于 “ 液位顯示器 ” ，因?yàn)樗墓ぷ髟?，就是在油箱里裝置一個(gè)浮筒，隨著燃油的減少、浮在燃油液面上的浮筒也會(huì)跟著下降、帶動(dòng)油量計(jì)的指針顯示燃油存量。明白油量計(jì)的工作原理之后。您當(dāng)可恍然大悟，為何有的油表前半段指針移動(dòng)很慢、過了１／２之后就下降飛快，總之，很少油表指針的移動(dòng)是線性的；那是因?yàn)楦⊥仓荒茱@示液位，然而油箱的形狀卻不是規(guī)則的四方形，為了配合后座椅下方、或是行李 廂尾端的結(jié)構(gòu)，油箱通常的形狀是上半部多少還能維持四方形，到了下半部，就不得不萎縮成三角狀，因此到了下半部，其實(shí)體積比起上半部幾乎小了有一半之多，這也就解釋了為何油表指針過半之后會(huì)飛快下降了 這套方案原理和電路連接相對(duì)簡單，所用元器件也相對(duì)較少，電路圖簡單易懂，符合性價(jià)比高的要求。 方案二： 基于電容法測量液位的儀表一般稱為電容式液位計(jì)，它主要由掖位傳感器 (液位 電容變送器 )和測量、顯示部分組成。傳感器部分實(shí)際上是一個(gè)可變電容器，這種電容器多為圓柱形，只是根據(jù)被測液體的不同性質(zhì)，在具體結(jié)構(gòu)和原理上有所差 異。下面分別以導(dǎo)電液體和非導(dǎo)電液體為被測對(duì)象，主要介紹 電容式液位傳感器的基本工作原理。 一、測量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測量導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要利用傳感器 Opinos adugethry39。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，從而引起電容量變化這種 關(guān)系進(jìn)行液位測量，圖 96 為傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理圖。從整體上看，不銹鋼棒 聚四氛乙烯套管 4 以及容器 2 內(nèi)的被測導(dǎo)電 液體 1 共同構(gòu)成一圓柱形電容器，其中不銹鋼棒是電容器的一個(gè)電極 (相當(dāng)于定片 )，被測導(dǎo)電液體則是電容器的另一個(gè)電極 (相當(dāng)于動(dòng)片 )，套在不銹鋼棒上的聚四 氟乙烯套管為兩電極間的絕緣介質(zhì)?？梢?，液位升高時(shí)，兩電極極板的覆蓋面積增大，可變 電容傳感器的電容量就成比例地增加；反之．電容量就減小。因此，通過測量傳感器的電容量大小就可獲知被測液體液位的高低。 當(dāng)可測量液體位 H=0，即容器內(nèi)的實(shí)際液位低于 h(非測量區(qū) )時(shí)．傳感器與容器之間存在分布電容、這時(shí)的電容量 C0 為 （ 98） 式中， ε’0 為聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)； L 為液位測量范圍 (可變電容器兩電極的最大覆蓋長度 )； D0 為容器內(nèi)徑； d 為個(gè)銹鋼棒直徑。 當(dāng)液位高度為 H時(shí)，傳 感器的電容量 CH為 （ 99） 式中， ε 為聚四氛乙烯的介電常數(shù)， ε≈2； D 為聚四氛乙烯套管外徑。 因此．當(dāng)容器內(nèi)的液位由零增加到 H時(shí)，傳感器的電容變化量 ?C 為 通常， D。 D，而且 ε＞ ε’0，因而上式中第二項(xiàng)的數(shù)值要比第一項(xiàng)小得多，可以忽賂。 則 （ 910） 在式 (910)中．當(dāng)電極確定后， ε、 D 和 d 都是定值，故可以將式子改寫為 （ 911） 可見，只要參數(shù) ε、 D 和 d 的數(shù)值穩(wěn)定，不受壓力、溫度等因素的影響，即 K 為常數(shù)，那么傳感器的電容變化量與液位的變化量之間就有著良好的線性關(guān)系。因此，通過測量傳感器電容量就可方便地求出被測液位。另外，式 (911)還表明，絕緣材料的介電常數(shù) ε 較大和絕緣層厚度較薄 (D/d 較小 )時(shí)，傳感器的靈敏度較高。 以上介紹的液位傳感器適用于電導(dǎo)率 ≥ 102S／ m 的液體，但被測液體的粘度不能大，否則，當(dāng)液位下降時(shí)，被測液體會(huì)在電極的套管上產(chǎn)生粘 附層，該枯附層將繼續(xù)起著外電極的作用，從而產(chǎn)生虛假電容信號(hào)，以致形成虛假液位，使儀表指示液位高于實(shí)際液位。另外，還應(yīng)該再次指出，這種液位傳感器的底部約有 10mm 的非測量區(qū)(圖 96 中的 h)。 二、測量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測量非導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要利用被測液體液位變化時(shí)，可變電容傳感器Opinos adugethry39。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()兩電極 之間充填介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化這一特性進(jìn)行液位測量。適合的測量對(duì)象包括：電導(dǎo)率＜ 109S／ m 的液體 (如輕油類 )、部分有機(jī)溶劑和液態(tài)氣體。傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理如圖 97 所示。兩根同軸 裝配、相互絕緣的不銹鋼管分別作為圓柱形可變電容傳感器的內(nèi)、外電極，外管管壁上布有通孔，以便被測液體自由進(jìn)出。 當(dāng)測量液位 H 為零時(shí)，兩電極間的介質(zhì)是空氣，這時(shí)傳感器的初始電容量 C0為 （ 912） 式中， ε0 為空氣的介電常數(shù) 。L 為兩電極的最大覆蓋長度 。D和 d分別為外電極的內(nèi)徑和內(nèi)電極的外徑。 當(dāng)被測液體的液位上升為 H 時(shí)，傳感器的電容量 CH為（ 913） 式中， ε 為被測液體的介電常數(shù)。 因此，當(dāng)容器內(nèi)的液位由零增加到 H時(shí)。傳感器的電容變化量 ?C 為 （ 914） 可見．當(dāng)電極給定后，參數(shù) ε、 D 和 d 均為定值，故傳感器的電容變化量只是液位 H的單值函數(shù)，亦即測取傳感器的電容量就可確定被測液位。 以上所述為電容式液位傳感器的基本工作原理，反映了電容式液位計(jì)將液位測量轉(zhuǎn)換為電容量測量的過程。在此基礎(chǔ)上．液位計(jì)的測量電路將完成電容量的測量，井最終顯示相應(yīng)的液位。目前，電容量的測量方法很多，常用的有交流電橋法、充放電法、調(diào)頻法和諧振法等。 但是此種傳感器價(jià)格很高，儀表復(fù)雜，所以難以普及到普通汽車上 通過比較可知兩套方案中，方案二的原理較 方案一要復(fù)雜一些，所以選擇方案一，因?yàn)檫@套方案原理和電路連接相對(duì)簡單，所用元器件也相對(duì)較少，電路圖簡單易懂，符合性價(jià)比高的要求。 傳感器的原理 傳感器 ：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 Opinos adugethry39。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()（實(shí)現(xiàn)直接測量或間接測量）。 檢測的分類 1 被測量值的物理屬性： 電量、非電量。 2 檢測原理（物理的、化學(xué)的、生物學(xué)的）： 電磁法、光學(xué)法、微波法、超聲法、核輻射法、 電化學(xué)分析、色譜分析、質(zhì)譜分析等。 3 檢測方法： 直接與間接、開環(huán)與閉環(huán)、接 觸式與非接觸式、 動(dòng)態(tài)和靜態(tài)。 4 變送單元 使被測變量信號(hào)符合國際標(biāo)準(zhǔn)。 15V DC 或 420mA DC 模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào) 5 調(diào)節(jié)單元 將變送器輸來的檢測信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，并對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，以輸出作為控制信號(hào)。 常規(guī)控制規(guī)律：位式調(diào)節(jié)、 PID 調(diào)節(jié)。 6 顯示單元 將檢測單元測量獲得的相關(guān)參數(shù)，以適當(dāng)方式顯示給操作人員。 顯示方式：曲線、數(shù)字和圖象。 誤差分類 (1). 系統(tǒng)誤差：指測量器件或方法引起的有規(guī)律的誤差，體現(xiàn)為與真值之間的偏差。 (2). 隨機(jī)誤差：除可排除的系統(tǒng)誤差外，另外由隨機(jī)因素引起的，一般無法排除并難以校正的誤差。 (3). 粗大誤差：由于觀測者誤讀或傳感要素故障引起的歧異誤差。 誤差原因分析 1 被檢測物理模型的前提條件屬理想條件，與實(shí)際檢測條件有出入； 2 測量器件的材料性能或制作方法不佳使檢測特性隨時(shí)間而發(fā)生劣化； 3 電氣、空氣壓、油壓等動(dòng)力源的噪聲及容量的影響； 4 檢測線路接頭之間存在接觸電勢或接觸電阻； 5 檢測系統(tǒng)的慣性即遲延傳遞特性不符合檢測的目的要求，因此要同時(shí)考慮系統(tǒng)靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性； 6 檢測 環(huán)境的影響，包括溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、輻射等； 7 不同采樣所得測量值的差異造成的誤差； 8 人為的疏忽造成誤讀，包括個(gè)人讀表偏差，知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的深淺，體力及精神狀態(tài)等因素； 9 測量器件進(jìn)入被測對(duì)象，破壞了所要測量的原有狀態(tài)； 10 被測對(duì)象本身變動(dòng)大，易受外界干擾以致測量值不穩(wěn)定等。 Opinos adugethry39。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB() 油位傳感器的發(fā)展方向 在油品情況復(fù)雜的中國市場，應(yīng)用最為廣泛的浮筒式油位傳感器也顯示出了其局限性，在售后失效中， 80%以上是由于觸電腐蝕而引起的電阻輸出不正確或不穩(wěn)定。 尤其是中國的油品市場，稂莠不齊 ，各地出產(chǎn)的原油本身差異比較大，煉制工藝也千差萬別，燃油中所含活性硫 .酸性物質(zhì)也參差不齊，最近幾年風(fēng)行的生物用油，如 E20， M15 等也在一些省份大行其道。惡劣的燃油環(huán)境是傳感器發(fā)展中的最大阻礙。 另外，隨著汽車市場競爭日趨激烈，價(jià)格已成為傳感器研發(fā)不能回避的問題。因此，兼顧價(jià)格，改善和提高浮筒式油位傳感器構(gòu)件自身性能