專利名稱：一種電容電子式燃油傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃油傳感器，尤其涉及一種電容電子式燃油傳感器。
在汽車燃油傳感器市場(chǎng)，燃油傳感器主要有磁簧變阻式燃油傳感器，滑動(dòng) 變阻式燃油傳感器，電容式燃油傳感器和壓力式燃油傳感器四種，國內(nèi)市場(chǎng)占 有率最高的是擺臂式和干簧管式燃油傳感器。電容式燃油傳感器以其精度高、 溫度特性好、易于制造的優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛的關(guān)注，在電容式燃油傳感器中，應(yīng) 用最多的是變介質(zhì)型電容式傳感器，目前其產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)主要有如下難點(diǎn)
1、 易受分布參數(shù)影響，電容式傳感器的被測(cè)量為電容值，所以產(chǎn)品容易受到 分布參數(shù)的影響，從而造成測(cè)量的誤差；
2、 電容參l't不易準(zhǔn)確測(cè)量。
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單和易于制造的電容電子式燃油傳感器，解 決電容式燃油傳感器中常見的分布參數(shù)過大，電容參數(shù)不易準(zhǔn)確測(cè)量的問題， 并且本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器采用的電容測(cè)量電路及算法，能夠有 效降低電容值測(cè)量的誤差。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種電容電子式燃油傳感器，其包括電 容傳感單元和電容測(cè)量單元和電容/液位轉(zhuǎn)換單元，其中，
所述電容傳感單元，是組合管式電容元件，包括金屬外管和金屬內(nèi)管，所 述金屬外管和所述金屬內(nèi)管構(gòu)成燃油液位傳感器電容器；所述電容傳感單元用 于將燃油液位轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電容值；
所述電容傳感單元的金屬外管和金屬內(nèi)管分別通過引線連接至所述電容測(cè) 量單元的輸入端；
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容所述電容測(cè)量單元，用于測(cè)量所述電容傳感器單元的電容值； 所述電容/液位轉(zhuǎn)換單元，與所述電容測(cè)量單元電連接，用于將來自所述電
容測(cè)量單元的電容值轉(zhuǎn)換為液位。
優(yōu)選的，所述電容測(cè)量單元，包括處理模塊、控制模塊和電源模塊，其中， 所述電源模塊，分別與所述處理模塊和所述控制模塊電連接，為所述處理
模塊和電容充電提供電源；
所述處理模塊與所述控制模塊電連接，所述控制模塊與所述電容傳感單元
電連接；
所述處理模塊用于向所述控制模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述控制模塊控 制所述電容傳感單元進(jìn)行充放電，所述處理模塊通過測(cè)取所述電容傳感單元的 充電時(shí)間求得電容值。
優(yōu)選的，所述處理模塊以一預(yù)定周期向所述控制模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū) 動(dòng)所述控制模塊以等頻率控制所述電容傳感單元進(jìn)行充放電。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器還包括通訊單元，所述通訊 單元與所述電容/液位轉(zhuǎn)換單元電連接，用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通訊。
優(yōu)選的，所述金屬外管和所述金屬內(nèi)管表面噴涂有聚四氟乙烯。
優(yōu)選的，所述金屬外管和所述金屬內(nèi)管表面使用陽極氧化工藝提高絕緣等級(jí)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器，簡單并易于制造， 解決電容式燃油傳感器中常見的分布參數(shù)過大，電容參數(shù)不易準(zhǔn)確測(cè)量的問題， 并且本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器采用的電容測(cè)量電路及算法，能夠有 效降低電容值測(cè)量的誤差。


圖1是本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器的一種具體實(shí)施的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器的一種具體實(shí)施的電容器充電 電路圖4是本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器的一種具體實(shí)施的電容測(cè)量單 元的電路圖5是本發(fā)明所述的電容電子式燃油傳感器的通訊單元的一種具體實(shí)施的電路圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種電容電子式燃油傳感器，其包括電容傳感 單元11和電容測(cè)量單元12、電容/液位轉(zhuǎn)換單元13和通訊單元14,其中，
所述電容傳感單元11,是組合管式電容元件，包括金屬外管和金屬內(nèi)管， 所述金屬外管和所述金屬內(nèi)管構(gòu)成燃油液位傳感器電容器；所述電容傳感單元 11用于將燃油液位轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電容值；
所述電容傳感單元11的金屬外管和金屬內(nèi)管分別通過引線連接至所述電容 測(cè)量單元12的輸入端；
所述電容測(cè)量單元12，用于測(cè)量所述電容傳感器單元11的電容值；
所述電容/液位轉(zhuǎn)換單元13，與所述電容測(cè)量單元11電連接，用于將來自 所述電容測(cè)量單元11的電容值轉(zhuǎn)換為液位；
所述通訊單元14,與所述電容/液位轉(zhuǎn)換單元電連接，用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備 的通訊。
優(yōu)選的，所述電容測(cè)量單元12，包括處理模塊、控制模塊和電源模塊.其
中，
所述電源模塊，分別與所述處理模塊和所述電源模塊電連接，為所述處理 模塊和電容充電提供電源；
所述處理模塊與所述控制模塊電連接，所述控制模塊與所述電容傳感單元 電連接；
所述處理模塊用于向所述控制模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述控制模塊控
充電時(shí)間求得電容值。
優(yōu)選的，所述處理模塊以 一預(yù)定周期向所述控制模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū) 動(dòng)所述控制模塊以等頻率控制所述電容傳感單元進(jìn)行充放電。
如圖2所示，本發(fā)明的電容傳感單元11采用兩只同心鋁管分別作為電容器 的兩只極板，當(dāng)油箱中的燃油液位低于鋁管底部時(shí)兩極板中的填充介質(zhì)為空氣， 此時(shí)由兩極板構(gòu)成的電容器的等效電容值最小，當(dāng)液位升高后，液位覆蓋部分 長度增加，相應(yīng)部分的等效電容增加。由電容計(jì)算公式可得C=C1+C2;
其中，C為總電容，Cl為未填充介質(zhì)部分電容，C2為填充介質(zhì)部分電容；
S =未填充燃油部分等效電容極板面積； S2 =填充燃油部分等效電容一及板面積； 《-空氣介質(zhì)介電常數(shù)；^-燃油介質(zhì)介電常數(shù)； 由上述可知，C-《5"+ 。^/J,其中，S=6"i + &; 隨著燃油液位高度的增加，等效電容呈線性增長，從而可以實(shí)現(xiàn)液位/電容 信號(hào)的變換。
在實(shí)際操作時(shí)，也可以使用其他形狀和材質(zhì)的極板作為電容器的極板，如 不銹鋼，銅等金屬材料，需在電容極板表面使用陽極氧化工藝提高絕緣等級(jí)或 噴涂PTFE(聚四氟乙烯)提高產(chǎn)品耐腐蝕能力和穩(wěn)定性。
當(dāng)內(nèi)外筒形極板將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為電容值后，電容兩極板通過引線連接到 信號(hào)變換線路板的輸入端，通過充放電電路以等頻率對(duì)電容器進(jìn)行充放電，電 容兩端電壓通過后級(jí)的比較器電路實(shí)現(xiàn)電容兩端電壓達(dá)到預(yù)置電壓時(shí)刻的翻 轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生外部中斷信號(hào)，通過測(cè)量電容器充電時(shí)間測(cè)量電容值。
電容充電電路采用恒流源電路，電路原理如圖3所示，當(dāng)放電電路與電容 器斷開時(shí)，電容器進(jìn)入充電狀態(tài)，圖3所示電路是一個(gè)Source型電流源，其充 電電流大小由同相端預(yù)置電壓和反饋電阻決定，恒流源輸出電流I=U1/R2,由于 恒流源的作用，電容器充電過程為恒流充電，充電時(shí)間與電容器兩端電壓成正 比，滿足
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從而可以通過測(cè)取電容器充電時(shí)間求得電容值。
在實(shí)際操作時(shí)，也可以采用如萬用表中常用的施加交流激勵(lì)的方式測(cè)量電 容相J反兩端交流電壓值的方式測(cè)量電容值。 <旦是以目前經(jīng)ij全來看，測(cè)量充電時(shí) 間的方式在相同規(guī)模和成本條件下更加精確。下面結(jié)合圖4、圖5對(duì)電容的測(cè)量原理作進(jìn)一步解釋
1、 電源部分
電源部分采用穩(wěn)壓集成電路進(jìn)行電壓變換，為MCU提供穩(wěn)定的供電電壓。傳 感器電容充放電電路如圖4所示，釆用運(yùn)算放大器構(gòu)成的Source型電流源作為 恒流源，通過MCU產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管V4控制被測(cè)電容器充放電。
2、 RS232串口輸出電路
RS232串口輸出電i 各如圖5所示，采用V6和V7構(gòu)成兩極放大電^各，實(shí)現(xiàn)電 平轉(zhuǎn)換和電隔離。
電容器的電容值被通過計(jì)算程序轉(zhuǎn)換為剩余油量值以后，通過通訊程序， 由MCU內(nèi)置的異步/同步串行通訊口經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路由油量傳感器的信號(hào)端 發(fā)送到儀表或者總線模塊中，實(shí)現(xiàn)燃油信號(hào)的采集和發(fā)送。
電容電子式燃油傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、燃油變化測(cè)量準(zhǔn)確和成本低 的優(yōu)點(diǎn)，以 一長方體300L容積，600毫米高的油箱為例，當(dāng)使用擺臂式燃油傳 感器或干簧管式燃油傳感器時(shí)，精度只能達(dá)到士10L 士20L,而使用電容電子式燃 油傳感器的精度可以達(dá)到±0.5L以內(nèi)，便于駕駛者和管理者掌握更加精確的燃油 消耗信息。電容電子式燃油傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，相比于具有相同精度的 干簧管式燃油傳感器，其成本僅為后者的30% 50%,是一種具有實(shí)用價(jià)值的燃 油傳感器。
本發(fā)明通過對(duì)電容器進(jìn)行的多項(xiàng)防水和耐腐蝕處理，保證了傳感器具有長期 連續(xù)工作的能力，同時(shí)產(chǎn)品具有量程標(biāo)定功能，產(chǎn)品在安裝前可以通過線路板 實(shí)現(xiàn)參數(shù)的標(biāo)定，消除了不同穩(wěn)壓集成電路輸出電壓誤差和電阻元件阻值誤差 引起的精度下降，保證了批量生產(chǎn)中不同傳感器具有相等的測(cè)量精度。
本發(fā)明在產(chǎn)品安裝設(shè)計(jì)中選用具有低介電常數(shù)和介電常數(shù)溫度系數(shù)的聚四氟 乙烯材料作為絕緣材料，消除了普通絕緣材料帶來的高分布電容及其分布電容 隨溫度、濕度和老化等環(huán)境因素造成的電容值變化帶來的測(cè)量誤差。 本產(chǎn)品部分參數(shù)如下 測(cè)量精度<0.5%F.S.; 工作電壓20-30VDC;工作溫度-20。C 80。C。
以上說明對(duì)本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員理解，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多 修改，變化，或等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種電容電子式燃油傳感器，其特征在于，其包括電容傳感單元和電容測(cè)量單元和電容/液位轉(zhuǎn)換單元，其中，所述電容傳感單元，是組合管式電容元件，包括金屬外管和金屬內(nèi)管，所述金屬外管和所述金屬內(nèi)管構(gòu)成燃油液位傳感器電容器；所述電容傳感單元用于將燃油液位轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電容值；所述電容傳感單元的金屬外管和金屬內(nèi)管分別通過引線連接至所述電容測(cè)量單元的輸入端；所述電容測(cè)量單元，用于測(cè)量所述電容傳感器單元的電容值；所述電容/液位轉(zhuǎn)換單元，與所述電容測(cè)量單元電連接，用于將來自所述電容測(cè)量單元的電容值轉(zhuǎn)換為液位。
2、 如權(quán)利要求1所述的電容電子式燃油傳感器，其特征在于， 所述電容測(cè)量單元，包括處理模塊、控制模塊和電源模塊，其中， 所述電源模塊，分別與所述處理模塊和所述控制模塊電連接，為所述處理模塊和電容充電提供電源；所述處理模塊與所述控制模塊電連接，所述控制模塊與所述電容傳感單元 電連接；所述處理模塊用于向所述控制模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述控制模塊控 制所述電容傳感單元進(jìn)行充放電，所述處理模塊通過測(cè)取所述電容傳感單元的 充電時(shí)間求得電容值。
3、 如權(quán)利要求2所述的電容電子式燃油傳感器，其特征在于，所述處理模 塊以 一預(yù)定周期向所述控制模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述控制模塊以等頻率
4、 如權(quán)利要求3所述的電容電子式燃油傳感器，其特征在于，其還包括通 訊單元，所述通訊單元與所述電容/液位轉(zhuǎn)換單元電連接，用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備 的通訊。
5、 如權(quán)利要求4所述的電容電子式燃油傳感器，其特征在于，所述金屬外 管和所述金屬內(nèi)管表面噴涂有聚四氟乙烯。
6、 如權(quán)利要求4所述的電容電子式燃油傳感器，其特征在于，所述金屬外 管和所述金屬內(nèi)管表面使用陽極氧化工藝提高絕緣等級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電容電子式燃油傳感器，其包括電容傳感單元和電容測(cè)量單元和電容/液位轉(zhuǎn)換單元，其中，所述電容傳感單元，是組合管式電容元件，包括金屬外管和金屬內(nèi)管，所述金屬外管和所述金屬內(nèi)管構(gòu)成燃油液位傳感器電容器；所述電容傳感單元用于將燃油液位轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電容值；所述電容傳感單元的金屬外管和金屬內(nèi)管分別通過引線連接至所述電容測(cè)量單元的輸入端；所述電容測(cè)量單元，用于測(cè)量所述電容傳感器單元的電容值；所述電容/液位轉(zhuǎn)換單元，與所述電容測(cè)量單元電連接，用于將來自所述電容測(cè)量單元的電容值轉(zhuǎn)換為液位。本發(fā)明簡單并易于制造，解決了電容式燃油傳感器中常見的分布參數(shù)過大，電容參數(shù)不易準(zhǔn)確測(cè)量的問題。
文檔編號(hào)G01F23/26GK101551264SQ20091013575
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者夏鐵錚, 崔建民, 蔣于坤 申請(qǐng)人:哈爾濱威帝汽車電子有限公司