汽車油箱液位測(cè)量(共14頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上測(cè)試技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：汽車油箱液位檢測(cè)專 業(yè)班 級(jí)學(xué) 生指導(dǎo)教師、2012 年秋季學(xué)期目錄 第一章 引言3 1.1研究問(wèn)題提出及意義3 1.1.1 研究問(wèn)題的提出31.1.2 研究的意義3 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)傳感器研究現(xiàn)狀 3 1.2.1 光釬壓力傳感器3 1.2.2 電容式真空壓力傳感器4 1.2.3 耐高溫壓力傳感器41.2.4 硅微機(jī)械加工傳感器41.2.5 具有自測(cè)試功能的壓力傳感器4 1.2.6本文研究的任務(wù) 4第二章 汽車油箱中的傳感器 5 2.1液位傳感器52.1.1 彈簧開關(guān)式液位傳感器 52.1.2 熱敏電阻式液位傳感器 52.1.3 可變電阻式

2、液位傳感器 6 2.2汽車油箱液位監(jiān)測(cè)7 2.2.1 概述 72.2.2 電路工作原理 8 2.3 汽車油箱檢測(cè)報(bào)警器 92.3.1 概述 92.3.2 系統(tǒng)方案圖10 2.3.3 工作原理10 2.4 電阻應(yīng)變式傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)用112.4.1電阻式應(yīng)變傳感器組成112.4.2電阻式應(yīng)變傳感器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)122.4.3電阻式應(yīng)變傳感器的工作原理122.4.4電阻式應(yīng)變傳感器在汽車油箱液位檢測(cè)中的應(yīng)用122.4.5汽車油箱液位顯示電路14第三章 設(shè)計(jì)總結(jié)14參考文獻(xiàn)141.引言1.1 研究問(wèn)題提出及意義 1.1.1問(wèn)題的提出 在汽車使用中，對(duì)于油箱中油量的檢測(cè)是十分必要的。因?yàn)椋绻緳C(jī)不能及時(shí)

3、的了解油箱的油量，就會(huì)對(duì)出行造成很大的麻煩。而且，油箱的泄漏也會(huì)造成極大的能源和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，尤其對(duì)像我國(guó)一樣能源非常緊俏的國(guó)家，問(wèn)題顯得尤為突出。所以對(duì)于油箱密封性的檢測(cè)有很重大的實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)效益。此外，可以設(shè)定不同的測(cè)試條件，并自動(dòng)進(jìn)行合格和不合格的判斷。針對(duì)由于汽車油箱的各種問(wèn)題，包括油箱爆炸、汽油油量測(cè)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題，進(jìn)行的研究。 1.1.2研究的意義 進(jìn)行此項(xiàng)研究，旨在盡量減少由于汽車油箱的各種問(wèn)題所造成的各種事故，以汽油油量測(cè)量不準(zhǔn)確為主開展此項(xiàng)研究，主要是對(duì)于傳感器的應(yīng)用研究，使得傳感器的應(yīng)用得以擴(kuò)展，開發(fā)新式的測(cè)量方式。放眼國(guó)內(nèi)外，現(xiàn)在對(duì)于油量的測(cè)量，主要用到的傳感器有光釬壓

4、力傳感器、電容式真空壓力傳感器、耐高溫壓力傳感器、硅微機(jī)械加工傳感器、具有自測(cè)試功能的壓力傳感器。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從世界范圍看壓力傳感器的發(fā)展動(dòng)向主要有以下幾個(gè)方向。12.1 光纖壓力傳感器 這是一類研究成果較多的傳感器,但投入實(shí)際領(lǐng)域的并不是太多。它的工作原理是利用敏感元件受壓力作用時(shí)的形變與反射光強(qiáng)度相關(guān)的特性,由硅框和金鉻薄膜組成的膜片結(jié)構(gòu)中間夾了一個(gè)硅光纖擋板,在有壓力的情況下,光線通過(guò)擋板的過(guò)程中會(huì)發(fā)生強(qiáng)度的改變,通過(guò)檢測(cè)這個(gè)微小的改變量,我們就能測(cè)得壓力的大小。這種敏感元件已被應(yīng)用與臨床醫(yī)學(xué),用來(lái)測(cè)擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管氣球內(nèi)的壓力?？深A(yù)見這種壓力傳感器在顯微外科方面一定會(huì)有良好的

5、發(fā)展前景。12.2 式真空壓力傳感器 E + H公司的電容式壓力傳感器是由一塊基片和厚度為0. 82. 8mm的氧化鋁(Al2O3) 構(gòu)成,其間用一個(gè)自熔焊接圓環(huán)釬焊在一起。該環(huán)具有隔離作用,不需要溫度補(bǔ)償,可以保持長(zhǎng)期測(cè)量的可靠性和持久的精度。測(cè)量方法采用電容原理,基片上一電容CP位于位移最大的膜片的中央,而另一參考電容CR 位于膜片的邊緣,由于邊緣很難產(chǎn)生位移,電容值不發(fā)生變化,CP 的變化則與施加的壓力變化有關(guān),膜片的位移和壓力之間的關(guān)系是線性的。遇到過(guò)載時(shí),膜片貼在基片上不會(huì)被破壞,無(wú)負(fù)載時(shí)會(huì)立刻返回原位無(wú)任何滯后,過(guò)載量可以達(dá)到100 %,即使是破壞也不會(huì)泄漏任何污染介質(zhì)。因此具有廣

6、泛的應(yīng)用前景。1.2.3 耐高溫壓力傳感器 新型碳化硅(SiC)的出現(xiàn)使得單晶體的高溫傳感器的制作成為可能。Rober. S.Okojie報(bào)導(dǎo)了一種運(yùn)行試驗(yàn)達(dá)500 的(6H)SiC壓力傳感器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在輸入電壓為5V ,被測(cè)壓力6.9MPa的條件下,23500 時(shí)的滿量程輸出44.6620.03mV ,滿量程線度為20.17 % ,遲滯為0.17 %。在500 條件下運(yùn)行10h ,性能基本不變,在100 500兩點(diǎn)的應(yīng)變溫度系數(shù)(TCGF),分別為20.19 %/和- 0.11%/。這種傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)PN結(jié)泄漏電流很小,沒有熱匹配問(wèn)題以及升溫不產(chǎn)生塑性變型,可以批量加工。Zierma

7、nn ,Rene 報(bào)導(dǎo)了使用單晶體n型-SiC材料制成的壓力傳感器,這種壓力傳感器工作溫度可達(dá)573K,耐輻射。在室溫下,此壓力傳感器的靈敏20.2muV/ VKPa。1.2.4 硅微機(jī)械加工傳感器 在微機(jī)械加工技術(shù)逐漸完善的今天,硅微機(jī)械傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越多。而隨著微機(jī)械傳感器的體積越來(lái)越小,線度可以達(dá)到12mm ,可以放置在人體的重要器官中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。Hachol ,Andrzej ;dziuban ,Jan Bochenek報(bào)導(dǎo)了一種可以用于測(cè)量眼球的眼壓計(jì),其膜片直徑為1mm。在內(nèi)眼壓為60mmHg時(shí),靜態(tài)輸出為40mV ,靈敏度系數(shù)比較高。1.2.5 具有自測(cè)試功能的

8、壓力傳感器 為了降低調(diào)試與運(yùn)行成本,Dirk De Bruyker 等人報(bào)導(dǎo)了一種具有自測(cè)試功能的壓阻、電容雙元件傳感器,它的自測(cè)試功能是根據(jù)熱驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行的,該傳感器尺寸為1.2mm ×3mm×0.5mm ,適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 。1.2.6本文研究的任務(wù) 針對(duì)由于汽車油箱的各種問(wèn)題，包括油箱爆炸、汽油油量測(cè)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題，進(jìn)行的研究。旨在發(fā)現(xiàn)不同的傳感器在汽車上的應(yīng)用，拓展傳感器的應(yīng)用范圍，創(chuàng)新出傳感器在油量測(cè)量方面的新應(yīng)用。2.汽車油箱中的傳感器 2.1液位傳感器2.1.1浮子彈簧開關(guān)式液位傳感器這種傳感器是由樹脂圓管制成的軸和可沿軸上下移動(dòng)的換狀浮子組成的。圓管狀軸內(nèi)

9、裝有由易磁化的強(qiáng)磁性材料制成的觸點(diǎn)（笛簧開關(guān)），浮子內(nèi)嵌有永久磁鐵。笛簧開關(guān)的內(nèi)部是一對(duì)很薄的金屬觸頭，隨浮子位置的不同觸頭之間或者閉合，或者斷開，由此就可以判定出液量是達(dá)到規(guī)定量，還是少于規(guī)定量。2.1.2 熱敏電阻式液位傳感器由于熱敏電阻對(duì)液位反應(yīng)敏感，所以可利用熱敏電阻式液位傳感器檢測(cè)汽油、柴油的油位。這是利用了熱敏電阻上加有電壓時(shí)，就有微小的電流通過(guò)，在電流的作用下，熱敏電阻自身就要發(fā)熱這一性質(zhì)。熱敏電阻的溫度特性如圖1所示。當(dāng)熱敏電阻置于油中時(shí)，因?yàn)槠渖系臒崃咳菀咨⒊?，所以熱敏電阻的溫度不?huì)升高而是其阻值增加；反之，當(dāng)油量減少，熱敏電阻暴露在空氣中時(shí)，因?yàn)槠渖系臒崃侩y以散出所以熱敏電

10、阻的阻值降低。用熱敏電阻與指示燈等組成電路，如圖2所示，通過(guò)指示燈的亮、滅，就可以判斷燃油量的多少。 圖1 熱敏電阻的溫度特性 圖2 熱敏電阻式液位傳感器電路2.1.3 可變電阻式液位傳感器 可變電阻式液位傳感器是浮子、內(nèi)裝滑動(dòng)電阻的本體以及連接這兩者的浮子臂構(gòu)成，如圖3所示，浮子可隨液位上下移動(dòng)，這時(shí)滑動(dòng)臂就在電阻上滑動(dòng)，從而改變搭鐵與浮子之間的電阻值，利用這一阻值變化來(lái)控制回路中電流的大小，并在儀表上顯示出來(lái)。 圖3 可變電阻式液位傳感器2.2汽車油箱液位檢測(cè)2.2.1概述本文介紹的油量指示器可隨時(shí)監(jiān)視油箱，當(dāng)存油量低于規(guī)定油位時(shí)就通過(guò)LED指示器通知你，并在接近危險(xiǎn)油位時(shí)發(fā)出可聞警報(bào)。燃

11、油檢測(cè)系統(tǒng)由裝在油箱上的漂浮傳感器和電流表（油表）組成。浮漂物驅(qū)動(dòng)的傳感器連接至油箱內(nèi)部的變阻器，變阻器在油箱變空時(shí)呈高電阻，在油箱變滿時(shí)電阻減小。2.2.2電路工作原理 燃油監(jiān)視電路的工作過(guò)程是：通過(guò)檢測(cè)油表兩端的電壓變化，在油箱幾乎要變空之前激活蜂鳴器。電路的A點(diǎn)連接至油箱的內(nèi)端子，B點(diǎn)與車身相連。指示電路由運(yùn)放芯片CA3140（IC1）、兩塊555定時(shí)器芯片（IC2和IC3）和十進(jìn)計(jì)數(shù)器CD4017（IC4）組成。IC1接成電壓比較器，其反相輸入端連接基準(zhǔn)電壓，同相輸入端腳則通過(guò)R1連接至油表輸入端，抽取出變化的電壓。當(dāng)腳電壓高于腳電壓時(shí)，IC2的輸出變高，使綠色，LED（LED1）發(fā)光

12、，這一狀態(tài)一直維持到腳電壓低于腳電壓時(shí)為止。腳電壓變低后，IC1輸出從高至低，經(jīng)C1送出一負(fù)脈沖去觸發(fā)單穩(wěn)電路IC2。IC2觸發(fā)后，其輸出變高，并維持由R5和C2決定的一段單穩(wěn)時(shí)間，大約為4分鐘。IC2的輸出經(jīng)二極管D2對(duì)弛張振蕩器IC3供電，其振蕩由R6、R7、VR2和C4控制。從圖中元件值計(jì)算，振蕩時(shí)接通時(shí)間為27秒，斷開時(shí)間為18秒。IC3的輸出脈沖送至IC4的時(shí)鐘輸入腳，其輸出也隨著輸入脈沖逐個(gè)變高。當(dāng)電路接通時(shí)，如果車輛油箱里燃油足夠，LED1和LED2便發(fā)光。當(dāng)燃油在最低存油線以下時(shí)，IC1的輸出變低，LED1熄滅，同時(shí)IC2的腳收到負(fù)脈沖，IC2的輸出變高并維持4秒左右時(shí)間，在這

13、段時(shí)間里，IC4的腳從IC3的輸出接收時(shí)鐘脈沖（由低至高）。第一個(gè)脈沖輸入后，IC4的Q0輸出變高，表示安全油位的綠色指示燈LED2發(fā)光約50秒。第二個(gè)脈沖輸入后，IC4的Q1輸出變高，表示低油位的黃色指示燈LED3發(fā)光約45秒，同時(shí)電路發(fā)出音頻警報(bào)，提醒你燃油即將用完。第三個(gè)脈沖輸入后，LED3熄滅，蜂鳴器停止鳴叫。從此刻至Q5輸出變高之前還有2分半鐘的間隙。到Q5輸出變高時(shí)，表示最低油位的紅色指示燈LED4發(fā)光約4分鐘，此后，IC3供電中斷。Q5的輸出狀態(tài)不變，一直維持到其腳又收到下一個(gè)由低至高的時(shí)鐘輸入為止。所以LED4將一直發(fā)光，蜂鳴器也一直鳴叫，這表示汽車燃油馬上就要耗完。IC4的Q

14、6輸出經(jīng)D3連接至其復(fù)位腳，這表示從Q5變高之時(shí)起，計(jì)數(shù)總是從O0開始。C5用作在S1合上時(shí)對(duì)IC4復(fù)位。IC1的輸出也經(jīng)D1連接至IC4的復(fù)位腳，因此只要油箱內(nèi)的油量在最低油位以上，LED2總是發(fā)光，指示油箱中的油量足夠。電路裝好后調(diào)整VR1使IC1腳上的電壓降至1.5V為止。在A點(diǎn)連接至油表接漂浮傳感器的一端后，綠色指示燈LED1和LED2發(fā)光，表示燃油量正常。VR2可用來(lái)設(shè)定IC3的接通時(shí)間在20秒左右。 圖4 工作電路的整體電路圖2.3汽車油箱檢測(cè)報(bào)警器2.3.1概述 本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)以 AT89S52 為核心，當(dāng)測(cè)量液面超過(guò)設(shè)定的液面上下限時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器和指示燈報(bào)警顯示穩(wěn)定，從而達(dá)到自動(dòng)

15、報(bào)警的功能。隨著社會(huì)的進(jìn)步、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)液位的檢測(cè)提出了更高的要求。而新型電子 技術(shù)微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用于普及，單片機(jī)控制系統(tǒng)以其控制精度高，性能穩(wěn)定可靠，設(shè) 置操作方便，造價(jià)低等特點(diǎn)，被應(yīng)用到液位系統(tǒng)的控制中來(lái)。本文介紹了用液位檢測(cè)集成芯片 LM1042 和 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 A/D574A，以及 AT89C51 單片機(jī)作為主控元件的液位檢測(cè)的原理、電路及監(jiān)控程序。用 LM1042 液位檢測(cè)集成芯片測(cè)量液位，具有測(cè)量精度高、速度快、可靠、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；采用單片機(jī)來(lái)控 制液位信息的采集，并且計(jì)算出真實(shí)液位值，通過(guò)運(yùn)算判斷是否超限報(bào)警，使檢測(cè)具有更高的智能性。 2.

16、3.2.系統(tǒng)方案框圖 圖5 系統(tǒng)方案框圖2.3.3.工作原理當(dāng)液位高于X1(X1<800mm) 時(shí)，鳴響振鈴并點(diǎn)亮紅色LED燈 ,液位低于X2(X2>0)時(shí)，鳴響振鈴并點(diǎn)亮黃色LED燈；當(dāng)液位處于X1和X2之間時(shí)，點(diǎn)亮綠色LED燈。如下圖 圖6 報(bào)警部分電路圖2.4電阻應(yīng)變式傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)用2.4.1電阻應(yīng)變式傳感器組成電阻應(yīng)變式傳感器（straingauge type transducer ）以為轉(zhuǎn)換元件的。電阻應(yīng)變式傳感器由、電阻應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電阻和外殼組成，可根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì)成多種結(jié)構(gòu)形式。彈性敏感元件受到所測(cè)量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變計(jì)一起變形。電阻應(yīng)變計(jì)再

17、將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。 電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受

18、各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。下圖為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E： 圖7 直流供電的平衡電阻電橋電路圖當(dāng)電橋輸出端接無(wú)窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開路，此時(shí)直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有： = （2.2）當(dāng)滿足條件R1R3=R2R4時(shí)，即（2.3）=0，即電橋平衡,式（2.3）稱平衡條件。應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前使電橋平衡，從而使測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。若差動(dòng)工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.

19、2），則電橋輸出為 (2.4) 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：（1）應(yīng)用和測(cè)量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。（3）結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。2.4.2電阻式應(yīng)變傳感器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)常用的電阻應(yīng)變式傳感器有應(yīng)變式測(cè)力傳感器、應(yīng)變式扭矩傳感器（見轉(zhuǎn)矩傳感器）、應(yīng)變式位移傳感器（見位移傳感器）、應(yīng)變式（見加速度計(jì)）和測(cè)溫應(yīng)變計(jì)等。電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，測(cè)量范圍廣,壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。因此它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試和控制技術(shù)中。 2.4.3電阻式應(yīng)變傳感器的工作