一款重型商用車雙油箱傳感器的電路設計研究

駱 楊

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

傳感器在工業生產、電子設計、汽車領域等有著不可替代的角色。常用的傳感器有高分子傳感器、紅外吸收型傳感器、離子傳感器、光電傳感器等[1]。傳感器的原理是由敏感元件、轉換原件、轉換電路以及接收元件組成[2]，也就是將輸入信號轉換為電信號再經過濾波、放大等處理環節使輸出信號變得直觀。

在汽車的燃油量的顯示中，傳感器也承擔著較為重要的角色。油量傳感器將燃油量的多少轉換為電壓信號，再與報警電路連接即當油量不足時會有相應的顯示。文章研究在雙油箱汽車中如何設計將油量大小通過電壓信號顯示的傳感器。該傳感器會顯示兩個油箱分別的油量以及總油量。

雙油箱油量傳感器先對于單油箱增加一個液位傳感器及加法器電路模塊，電路控制算法相對于單油箱較復雜。文章基于一款重型商用車雙油箱傳感器的開發匹配過程中，對傳感器的控制電路進行研究開發。

1 直接測量油量的傳感機構分析

在此方案中要使燃油量轉換為電信號，先將其轉換成位移信號。可以用電阻式位移傳感器直接測量油量多少，電阻上的滑片與電阻接觸的位置會根據燃油液面高度的變化而變化，且滑片位移與燃油液面高度變化呈線性關系，如圖1所示。RW1與RW2可以為總電阻值不同的電阻式位移傳感器，電阻上的滑片位置會因油量的減少而向下滑動。當油量為最大時，滑片處于最高位置，隨著油量減小，滑片下滑量會與燃油變化量呈正比關系，當油量為零時，滑片滑動到最低位置。圖2為油箱傳感器插入油箱內部的草圖。

圖1

圖2

2 將油量信號轉換為電信號的設計分析

2.1 如圖3所示，將兩個油箱的油量對應的可變電阻（RW1

與RW2）的滑片位置信號轉變為電壓信號（U1與U2）

圖3

根據圖2中的電路布置，我們默認主油箱容積是副油箱的三倍。主油箱對應的可變電阻為RW1（最大值3KΩ），副油箱為RW2（最大值1KΩ）。RW1與RW2滑片向下位移與對應的油箱燃油減少量呈正比。從圖2電路中可以看出主油箱在燃油裝滿時RW1上滑片位置處于最高且對應的電壓U1為7.5V（由XMM1測出），同理，副油箱燃油裝滿時RW2上滑片位置處于最高且對應電壓U2為2.5V（由XMM2測出）?？傆^圖2可以得出：不管是哪一個油箱，滑片位置對應的電壓減小量與燃油減少量的比值都是唯一的。假設主油箱油量為Q1，副油箱油量為Q2，則U1＝K·Q1，U2＝K·Q2；K為一個常數項系數，其意義表示同一時刻某個油箱的油量與當時對應的電壓表測出的電壓值的比值。

2.2 將U1與U2通過“LM358組成的加法器電路”輸出U3＝U1＋U2從而得出兩個燃油箱的油量之和如圖4

將U1和U2通過由LM358組成的正向集成運算放大器將U1和U2放大為原來的兩倍，再通過電阻分壓得到放大之后得到兩個放大后電壓的中間電壓值U3（由XMM3測量）。從而形成加法器電路，結果為U3=U2+U1。即U3電壓值表示兩個燃油箱的總油量。

圖4

2.3 油量下限報警裝置設計

當油量低于某個量時，車內會出現報警現象。在此裝置中對兩個油箱可以分別設置為當油量不足20%時出現報警。照這樣計算，對于圖一中 U1＜1.5V出現主油箱油量不足報警、U2＜0.5V出現副油箱油量不足報警。用LM358作為單限比較器則電路應該如圖5。

圖5

LS1與LS2為無源蜂鳴器，LED1與LED2為發光二極管其作用為油量不足指示燈。當主油箱油量低于下限（20%），LED1亮且LS1響一次；當副油箱油量低于下限（20%），LED2亮且LS2響一次。

2.4 總體電路布置如圖6

圖6

圖6所示的總體電路布置圖分別可以顯示主油箱和副油箱的油量以及主副油箱的總油量，可以分別使兩個油量小于總油量的20%的時候提示油量不足。將油量信號轉換為電信號從而使駕乘人員更直觀的看出油量的多少以及變化情況。

3 結論

文章從燃油量信號分析、位移傳感器的特性以及其他信號轉換為電信號的應用，研究了如何通過信號之間相互轉換以及電路布置更直觀的反映出汽車燃油量的多少以及變化情況。該電路布置也巧妙地運用了線性系統和數字系統的優勢使電路設計變得更加簡潔，且為確保提醒駕乘人員注意油量不足，應該使用發光二極管作為油量不足指示燈和無源蜂鳴器作為汽車儀表臺聲音報警裝置。