新型数字电容式液位传感器

       随着汽车工业和电子技术的发展，汽车电子化程度日益提高，各种机械式部件逐渐被电子产品替代，为人们提供了更加便捷、舒适的行车环境。为了适应机电一体化发展，本文阐述了一种数字电容式液位传感器，替代传统投入浮子式油箱液位传感器。利用电容量随电容极板间介质的介电常数变化这一原理，通过测量变化的电容量得到剩余燃油量，同时监控油箱内部的温度。测量结果不但可以通过 LCD 显示，而且能够和行车速率等信息一起传给车载 ECU，计算汽车的续航里程数。传感器主体由电容探头、信号采集和处理电路、信号传输电路和信号显示电路 4 部分组成。数字电容式液位传感器带自补偿功能，消除了温度和燃油杂质对测量结果产生影响，无可动部件的设计增加了它的使用寿命，测量结果准确，实时。

　　1 传感器探头设计

　　河流、水库或者容器中液体的液位，可以通过监测浸在液体的两极板之间的电容值得到[1]。以轿车油箱为例，为了有更大的储油空间，通常使用吹塑加工得到一个异形的油箱。不规则的形状虽然给测量增加了难度，但油箱内部各个液位高度和容积是一一对应的关系，获取实时的燃油高度，即可以得到此高度下的剩余燃油量。对于导电液体，为了避免短，两极板至少有一个需要绝缘，对于非导电液体，极板不需要绝缘。汽车行驶所用的燃油是不导电的液体混合物，可以用两个金属极板作为电容的电极。

　　电容量和极板的正对面积，间距和极板间介质的介电常数有关，当其中两个量保持不变，第 3 个量发生变化时，电容值随之变化[2]。基于这一原理，研制出了数字电容式液位传感器。电容探头结构如图 1 所示，金属极板 A 和极板 B 平行正对组成一对电容器，金属极板 A 和极板 C 平行正对组成第二对电容器，极板 B 和极板 C 之间的空隙很小，可忽略不计。如图 2 所示，测量汽车油箱的剩余油量时，电容探头竖直地安装在油箱中。极板 B 和极板 C 共用极板 A，因此，设极板 A 和极板 B 之间产生的电容为测量电容c1，极板 A 和极板 C 之间产生的电容为参考电容 c2。

　从式( 6) 可以看出，实时的燃油高度值 h 可以通过测量电容 c1和 c2的值得到。为了保证车辆正常行驶，油箱中的燃油不能完全耗尽，燃油的高度要大于极板 C 的高度 L2，否则会发出报警信号表示燃油量达到最低值，提醒驾驶员加油，当液位高度 > L 时，传感器会发出一个溢出信号，表示此时油箱已加满。电容探头本身带有自动补偿的功能，可以使测量　　结果不受燃油温度和杂质含量的影响。安装后的探头不带可动部件，增加了传感器的使用寿命。以电容作为敏感元件，得到的剩余燃油量结果实时准确。