【文章內容簡介】 特性不符合檢測 的目的要求，因此要同時考慮系統(tǒng)靜態(tài)特性和動態(tài)特性； 6 檢測環(huán)境的影響，包括溫度、濕度、氣壓、振動、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，包括個人讀表偏差，知識和經(jīng)驗的深淺，體力及精神狀態(tài)等因素； 9 測量器件進入被測對象，破壞了所要測量的原有狀態(tài)； 10 被測對象本身變動大，易受外界干擾以致測量值不穩(wěn)定等。 油位傳感器的發(fā)展方向 在油品情況復雜的中國市場，應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 .酸性物質也參差不齊，最近幾年風行的生物用油，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，價格已成為傳感器研發(fā)不能回避的問題。因此，兼顧價格，改善和提高浮筒式油位傳感器構件自身性能的嘗試非常多。例如使用貴金屬材料和高分子復合材料等。 4 電路工作原理 主電路工作原理 該汽車油量監(jiān)測報警器電路由 油位 監(jiān)測電路、油位顯示電路、缺油警示電路和電源電路等組成，如圖 2 所示。 圖 2 汽車油量檢測報警電路 油位監(jiān)測電路由二極管 VD輔助電位器 RP1 和汽車油箱內浮筒式電位器 RP2 組成。 油位顯示電路由發(fā)光二極管 VL2~VL 晶體管 V2~V7 等組成。 缺油警示電路由二極管 VD晶體管 V發(fā)光二極管 VL1， 集成電路 IC 揚聲器 BL 和有關阻容元件組成。 電源電路由二極管 VD三端集成穩(wěn)壓器 IC1 和濾波電容器 C1~C3 組成。 +l2V 電壓經(jīng) VD1 降壓和 IC1 穩(wěn)壓后，產生 +9V電壓，供給 IC2 和 V1~V7 等電路。 在 汽車油箱內儲滿燃油時， RP2 的阻值在浮標的作用下滑向最小值，使 V2~V7 均導通，發(fā)光二極管 VL2~VL7 均點亮。 當油箱內油量降為一半時， RP2 的中心頭滑至中間位置，使 V2~V4 導通， V5~V7截止， VL2~VL4 仍亮， VL5~VL7 熄滅。 當油箱內油位降低至限位時， RP2 的阻值變?yōu)樽畲笾担?V2~V7 均截止。 VL2~VL7均熄滅，使 V1 導通， 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，揚聲器 BL 發(fā)出 嘟、嘟 的報警聲。 聲音報警 5S 結束，燈泡持續(xù)報警直到油箱內油量達到適當值。 若僅黃色發(fā)光二極管 VL2 亮，則說明油箱內即將缺油。 主電路元器件選擇 R1~R9 均選用 1/4W 碳膜電阻 器。 RP1~RP3 可選用小型膜式電位器或全密封式電位器。 C C4~C C9 均選用耐壓值為 16V 的鋁 電解 電容器 。C C3 和 C8 均選用滌綸電容器或 獨石電容 器。 VD VD2 均選用 IN4001 或 IN4007 型硅整流二極管， VD3 選用 IN4148型硅開關二極管。 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。 V1選用 S8550 或 C8550 型硅 PNP晶體管 。V2~V7 均選用 S8050 或 C8O5O型硅 NPN 晶體管。 IC1 選用 LM7809 型三端集成穩(wěn)壓器 。IC2 選用 NE555 型時基集成電路。 BL 選用 ~、 8Ω 電動式揚聲器。 各組合電路的設計及其工作原理 油量采集及放大電路設計 油量采集及放大電路圖如圖 3 所示 ： 圖 3 油量采集及放大電路 油量采集及放大電路的構成及原理 儀表放大器電路的典型結構如圖 3 所示。它主要 由兩級差分放大器電路構成。其中 ,運放 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 ,減小電路對微弱輸入信號的衰減 。 差分輸入可以使電路只對差模信號放大 ,而Uo 對共模輸入信號只起跟隨作用 ,使得送到后級的差模信號與共模信號的幅值之比 (即共模抑制比 CM R R) 得到提高。這樣在以運放 A3為核心部件組成的差分放大電路中 ,在 CM R R 要求不 變情況下 ,可明顯降低對電阻 R3和 R4, Rf和 R5的精度匹配要求 ,從而使儀表放大器電路比簡單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。在 R1= R2, R3 = R4 , Rf = R5的條件下 , 圖 1 電路的增益為 : G= ( 1 +2 R1 / Rg ) ( Rf / R3 ) [ 3 ] 。由公式可見 ,電路增益的調節(jié)可以 通過改變 Rg 阻值實現(xiàn)。 （ 其中A1 ～ A3都是使用 L M741） 油量采集及放大電路 采用 4個電阻組成電橋電路的形式 ,將雙端差分輸入變?yōu)閱味说男盘栐摧斎?。性能測試主要是從信號源 V s 的最大輸入和 V s 最小輸入、電路的最大增益及共模抑制比幾方面進 行仿真和實際電路性能測試。測試數(shù)據(jù)分別見表 1 和表 2 。其中 ,V最大輸入是指在給定測試條件下使電路輸出不失真時的信號源最大 (小 ) 輸入 。最 大 增益是指在 給 定測試條 件 下 ,使 輸出不失 真 時可以實 現(xiàn) 的電 路 最 大 增 益 值 。 共 模 抑 制 比 由 公 式 KCM RR=20l gA vd / A vc ( dB) 計 算得 出 。 表 1 仿 真 數(shù)據(jù) V s 最大輸入 V s最小輸入 最大增益 KCMRR 測試條 件 f=25HZ 。 G=4100 。Rp=5kΩ ； V s = 100 μ V； Rp = 5 kΩ； V cm = 10 V 15 . 2 mV 2 μ V 204 204 123 dB 表 2 實測 數(shù)據(jù) V s 最大輸入 V s最小輸入 最大增益 KCMRR測 測試條 件 f=25HZ 。 G=4100 。Rp=5kΩ ； V s = 100 μ V； Rp = 5 kΩ； V cm = 10 V 13 mV 2 mV 16 250 98 dB 說明 : (1) f 為 V s 輸 入信號 的 頻率 。 (2) 表格中 的 電壓測 量 數(shù)據(jù)全 部 以峰峰 值 表示 。 (3) 表 格中的 表示 以 L M741為 核 心組成 的 儀表放 大 器電路 。 由表 1 和表 2 可 見 ,仿 真性能明 顯 優(yōu)于實際 測 試性 能 。 這 是 因為仿真 電 路 的 性 能基本 上是 由 仿真器 件 的 性能和 電 路的結 構 形 式確 定 的 ,沒有 外 界干 擾 因 素 ,為理想條件 下的測試 。而實 際 測試電路 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 、實際 測試 儀 器精確 度 、準確 度和 量 程范 圍 等的 限 制 ,使 測 試 條 件 不 夠理想 , 測量結 果 具有一 定 的誤 差 。 在實際電 路 設計過 程 中 ,仿 真 與實際 測 試 各有 所 長 。 一般先 通過 仿 真 測 試 ,初步確定電 路 的結 構及器 件 參 數(shù) ,再 通過實際 電 路測 試 ,改進其具 體性能 指標及參 數(shù) 設 置 。 這 樣 ,在保 證 電路功 能 、性能的 前 提 下 ,大大 提 高電路設計的效 率 。 電 路的設計 方 案確定 以 后 ,在 具體的電 路 設計過程 中 ,要注意 以 下幾個 方 面： (1) 注 意關 鍵 元 器 件的 選 取 , 比如 對 圖 2 所 示 電 路 ,要注意 使 運放 A1 ,A2 的特 性 盡 可能一 致 。 選 用電 阻 時 ,應該使 用 低溫 度系 數(shù)的 電 阻 ,以獲 得 盡可能 低 的 漂移 。 對 R3 , R4 , R5 和 R6 的 選擇應 盡 可能匹 配 。 ( 2) 要 注意在電 路 中增加各 種 抗干擾 措 施 , 比如 在 電 源 的引 入 端增 加 電源 退 耦電 容 , 在信 號 輸 入 端 增 加 RC 低 通 濾波 或在 運 放 A1 ,A2 的 反 饋回路 增加 高頻 消 噪電容 , 在 PCB 設 計中 精 心布 局 合 理 布 線 , 正 確 處 理 地線等 ,以提 高 電 路 的抗 干擾 能 力 ,最大 限 度地發(fā) 揮 電 路的性 能 電壓比較器電路設計 電壓比較器原理 電壓比較器是集成運放非線性應用電路 , 他常用于各種電子設備中 , 它將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較 , 在二者 幅度相等的附近 ,輸出電壓將產生躍變 ,相應輸出高電平或低電平 .比較器可以組成非正弦 波形變換電路及應用于模擬與數(shù)字信號轉換等領域 ， 電壓比較器 ， 它可用于報警器電路 , 自動控制電路 , 測量技術 ,也可用于 V/F 變換電路 ,A/D 變換電路 ,高速采樣電路 ,電源電壓監(jiān)測電路 ,振 蕩器及壓控振蕩器電路 ,過零檢測電路等 . 如圖 所示為一電壓比較器 ， UR 為參考電壓 ,加在運放的同相的 輸入端 ,輸入電壓 ui 加在反相的輸入端 . (a)電路圖 (b)傳輸特性 圖 4 電壓比較電路 （ 1） 當 uiUR 時 ,運放輸出高電平 ,穩(wěn)壓管 Dz 反向穩(wěn)壓工作 .輸出端 電位被其箝位在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 UZ,即 uO=UZ （ 2） 當 uiUR 時 , 運放輸出低電平 , 正向導通 , DZ 輸出電壓等于穩(wěn)壓管的正向 壓降 UD, uo 即 =UD 因此