【正文】 因此，當(dāng)容器內(nèi)的液位由零增加到 H時(shí)。 當(dāng)測(cè)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) 。 二、測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要利用被測(cè)液體液位變化時(shí)，可變電容傳感器 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(cè)量。因此，通過測(cè)量傳感器電容量就可方便地求出被測(cè)液位。 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。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(cè)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(cè)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)。 方案二： 基于電容法測(cè)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(cè)量、顯示部分組成。 油量計(jì) 油量計(jì) Ｆｕｅｌ Ｇａｕｇｅ。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(cè)量結(jié)果。 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。目前市場(chǎng)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。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。 我們?cè)跒?汽車油量檢測(cè)報(bào)警器 設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮以上原則，為 用戶 設(shè)計(jì)最為適用的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備 。 3 油量檢測(cè)報(bào)警器設(shè)備的組成 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 油量檢測(cè)設(shè)備 的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從實(shí)際需要出發(fā)，盡可能的使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的基本原則如下： （ 1）系統(tǒng)可靠必須高，即使工作電源發(fā)生故障，系統(tǒng)也必須處于隨時(shí)能夠工作的狀態(tài)。當(dāng)油箱儲(chǔ)滿燃 油時(shí)，浮標(biāo)動(dòng)臂升起，將電位器的阻值調(diào)至最小 (也有部分車型是將電位器的阻值調(diào)至最大），使油量計(jì) (實(shí)際上是一只毫安表 )的指針作滿標(biāo)度的偏轉(zhuǎn) 。該報(bào)警器能夠采集汽車油量信號(hào)，當(dāng)油量不足時(shí)報(bào)警，并將報(bào)警信號(hào)分成聲光兩路發(fā)送出去。 監(jiān)測(cè)報(bào)警器由油量采集 、放大電路、閾值控制、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)電路、驅(qū)動(dòng)電路組成。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。實(shí)現(xiàn)的具體功能是當(dāng)油箱的存油量達(dá)到預(yù)置的油量水平以下時(shí)警示燈常亮直至油量達(dá)到適當(dāng)水平，聲音報(bào)警時(shí)間約 5S。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 論文題目： 汽車油量檢測(cè)報(bào)警器 所屬系部： 自動(dòng)化工程系 指導(dǎo)老師：張玉蓮 職稱：教授 學(xué)生姓名 張振龍 班級(jí)、學(xué)號(hào) : 09603424 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制 2021 年 12 月 7 日 西安 航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目： 汽車油量檢測(cè)報(bào)警器 任務(wù)與要求： 1 用五個(gè)指示燈分別指示五種油量位置，當(dāng)汽車油量低于規(guī)定油量下限時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員及時(shí)補(bǔ)充油量。 汽車油量檢測(cè)報(bào)警器 摘要 ： 監(jiān) 測(cè)報(bào)警器由油量采集、放大電路、閾值控制、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)電路、驅(qū)動(dòng)電路組成。 本課題設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)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。 本 畢業(yè)論文 從設(shè)計(jì) 要求出發(fā)，經(jīng)過多個(gè)方案的分析比較，選擇了合適的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并制作完成了由油量采集、 放大電路、閾值控制、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)電路、驅(qū)動(dòng)電路組成的汽車油量監(jiān)測(cè)報(bào)警器。 設(shè)計(jì)思想 汽車的油箱油量檢測(cè)通常是由水平檢測(cè)器 (一個(gè)與儀表板油量計(jì)串接的由浮標(biāo)控制的浮筒式電位器系統(tǒng) )來完成的。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 本例介紹的汽車油量監(jiān)測(cè)報(bào)警器，通過發(fā)光二極管的點(diǎn)亮數(shù)量來顯示機(jī)動(dòng)車油箱內(nèi)的油量的多少，當(dāng)油位降至低油位時(shí)，它能及時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員油箱內(nèi)油量己不多，應(yīng)及時(shí)加油。 （ 4）系統(tǒng)應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，便于日后系統(tǒng)的維護(hù)和檢修。 圖 1 原理框圖 系統(tǒng)功能 課題設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)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。 幾種長(zhǎng)見的油位測(cè)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。 其基本結(jié)構(gòu)見下圖。懸掛在扭力管上的位移筒體沉浸在被測(cè)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。 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。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(jiǎn)單，所用元器件也相對(duì)較少，電路圖簡(jiǎn)單易懂，符合性價(jià)比高的要求。 一、測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要利用傳感器 兩電極的覆蓋面積隨被測(cè)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(cè)量，圖 96 為傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理圖。 當(dāng)可測(cè)量液體位 H=0，即容器內(nèi)的實(shí)際液位低于 h(非測(cè)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(cè)量范圍 (可變電容器兩電極的最大覆蓋長(zhǎng)度 )； D0 為容器內(nèi)徑； d 為個(gè)銹鋼棒直徑。 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。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(cè)量區(qū)(圖 96 中的 h)。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(cè)液體自由進(jìn)出。 當(dāng)被測(cè)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(cè)液體的介電常數(shù)。在此基礎(chǔ)上．液位計(jì)的測(cè)量電路將完成電容量的測(cè)量，井最終顯示相應(yīng)的液位。 （實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量或間接測(cè)量）。 4 變送單元 使被測(cè)變量信號(hào)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 顯示方式：曲線、數(shù)字和圖象。 誤差原因分析 1 被檢測(cè)物理模型的前提條件屬理想條件，與實(shí)際檢測(cè)條件有出入； 2 測(cè)量器件的材料性能或制作方法不佳使檢測(cè)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(cè)線路接頭之間存在接觸電勢(shì)或接觸電阻； 5 檢測(cè)系統(tǒng)的慣性即遲延傳遞特性不符合檢測(cè) 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(cè)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(cè)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(cè)量器件進(jìn)入被測(cè)對(duì)象，破壞了所要測(cè)量的原有狀態(tài)； 10 被測(cè)對(duì)象本身變動(dòng)大，易受外界干擾以致測(cè)量值不穩(wěn)定等。 另外，隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，價(jià)格已成為傳感器研發(fā)不能回避的問題。 圖 2 汽車油量檢測(cè)報(bào)警電路 油位監(jiān)測(cè)電路由二極管 VD輔助電位器 RP1 和汽車油箱內(nèi)浮筒式電位器 RP2 組成。 +l2V 電壓經(jīng) VD1 降壓和 IC1 穩(wěn)壓后，產(chǎn)生 +9V電壓，供給 IC2 和 V1~V7 等電路。 VL2~VL7均熄滅，使 V1 導(dǎo)通， IC2 的 4腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，?IC2 和外圍元器件組成的多諧振蕩器振蕩 (工作頻率為 lOHz 左右 )工作， IC2 的 3 腳 間斷輸出高電平，使發(fā)光二極管 VL1 閃亮，揚(yáng)聲器 BL 發(fā)出 嘟、嘟 的報(bào)警聲。 RP1~RP3 可選用小型膜式電位器或全密封式電位器。 VL1~VL7 均選用 φ 3mm高亮度發(fā)光二極管 ,其中 VL1 選紅色， VL2 選黃色 ,VL3~VL7 均選綠色。IC2 選用 NE555 型時(shí)基集成電路。其中 ,運(yùn)放 A1, A2為同 相差分輸入方式 ,同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗 ,減小電路對(duì)微弱輸入信號(hào)的衰減 。由公式可見 ,電路增益的調(diào)節(jié)可以 通過改變 Rg 阻值實(shí)現(xiàn)。其中 ,V最大輸入是指在給定測(cè)試條件下使電路輸出不失真時(shí)的信號(hào)源最大 (小 ) 輸入 。 G=4100 。 (2) 表格中 的 電壓測(cè) 量 數(shù)據(jù)全 部 以峰峰 值 表示 。而實(shí) 際 測(cè)試電路 由 于受環(huán)境 干 擾因 素 (如環(huán)境溫 度 、空 間 電 磁干擾等 ) 、人為操 作 因素 、實(shí)際 測(cè)試 儀 器精確 度 、準(zhǔn)確 度和 量 程范 圍 等的 限 制 ,使 測(cè) 試 條 件 不 夠理想 , 測(cè)量結(jié) 果 具有一 定 的誤 差 。 電 路的設(shè)計(jì) 方 案確定 以 后 ,在 具體的電 路 設(shè)計(jì)過程 中 ,要注意 以 下幾個(gè) 方 面： (1) 注 意關(guān) 鍵 元 器 件的 選 取 , 比如 對(duì) 圖 2 所 示 電 路 ,要注意 使 運(yùn)放 A1 ,A2 的特 性 盡 可