带有自动标定功能的电容式燃油传感器设计.pdf

带有自动标定功能的电容式燃油传感器设计.pdf

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1、第52卷第7期V01.52No.7农业装备与车辆工程AGRICUIJTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING2014年7月Julv2014doi:10.3969巧.issn.1673—3142.2014.07.001带有自动标定功能的电容式燃油传感器设计张润臣1,鲍康胜1,黄鹤2(1.230061安徽省合肥市合肥市第六中学;2.230009安徽省合肥市合肥工业大学机械与汽车工程学院)[摘要]电容式燃油传感器由于其结构简单、测量精度高,代表着汽车燃油传感器的一个重要的发展方向。

2、然而这种测量方法需要预知被测燃油的介电常数,且测量结果与该介电常数紧密相关,为保证测量的准确性需要定期标定被测介电常数,因此限制了该方法的广泛使用。针对这些问题,提出带有自动标定功能的电容式液位传感器的设计方法,通过数学建模、仿真分析、快速控制原型和传感器设计及标定实验验证了提出的电容式液位传感器可确保燃油介电常数发生变化时测量结果的准确性。[关键词]电容式;自动标定;快速控制原型[中图分类号]u463.7+3[文献标志码]A[文章编号]1673—3142f2014)07一o001一040引言汽车燃油

3、传感器的功能是在汽车行驶的过程中能够准确地测量汽车油箱内的剩余油量以维持对汽车发动机的自动供油,使汽车能平稳地行驶在道路上。目前,电位器式、干簧管式燃油传感器得到了广泛的应用。但是电位器式传感器由机械方式改变电阻值容易导致磨损、接触不良,进而影响精确度,干簧管式则体积较大,安装数量有限,导致输出阻值产生跳变。电容式燃油传感器因其没有机械运动的摩擦,机械机构简单,测试精确度高,成为燃油传感器的发展方向㈣。传统的电容式液位传感器是由一组同轴安装在一起的铝合金管组成,它们相对于汽车正常行驶状态而言,垂直于燃

4、油油面安装在油箱内,两个内外管相当于电容器的极板,需要保持一定的问基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金f20136hzxo006)收稿日期:2014一04—302014一05—26隙,通过燃油液面的位置变化测量剩余油量。这种液位传感器具有高阻抗、小功率、动态范围大、响应速度快、零漂小、结构简单、适应性强等优点。然而这种测量方法需要预知被测燃油的介电常数,且测量结果与该介电常数紧密相关,为保证测量的准确性需要定期标定被测介电常数,因此限制了该方法的广泛使用。本文提出带有自动标定功能的电容式液位传感器

5、的设计方法,通过数学建模、仿真分析、快速控制原型和传感器设计及标定实验验证了提出的电容式液位传感器可确保燃油介电常数发生变化时测量结果的准确性。1传统电容传感器工作原理电容式传感器是以各种类型的电容器作为敏感元件将被测物理量的变化转换为电容量的变化,以达到检测的目的。电容式传感器结构简单,分辨率高,测量精度高,并能在高温、辐射、强烈震动等恶劣条件下工作。因此电容式传感器在燃~略一一~~一~~一一一一一一一一一一~一一~~一

6、

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8、~一~一一一一一一一~一一娜一一一一~~一一一~㈣~一~~~~一一一跳_吾一叫疵¨b№蹦㈨_蚕痂一耋董.妻如讪帅忡:蚕一~一一一一一一~M'墓唧蛔批m.一瞅~2农业装备与车辆工程油测量中应用是可行的。由两块金属平板可构成最简单的电容器。当忽略边缘效应时,其电容量为c一孚=竽(1)其中:£——极板问的介电常数;s。——真空介电常数;s,——极板间的相对介电常数;S——两平行板所覆盖的面积;d——两平行板之问的距离。电容式液位测量的主要缺点是[4]:1)电容式液位测量的信号处理较困难因电容式传感器的电容量

9、很小,而传感器的引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与周围导体构成的电容等使寄生电容较大,给实现精确的电容信号转换带来困难,为此需要从硬件及软件两部分着手解决这个问题。比如德国AMG公司开发的模数一体化集成电路cAV424电容电压转换器,利用单片机进行开发的智能传感器对数据处理运算。2)电容式液位测量中挂料的问题当被测介质为具有粘附性的液体时,电容式液位传感器容易产生挂料问题,造成虚假物位,给测量带来很大误差。而射频导纳技术正好解决了这个难题,同时检测电容和电阻可以消除电极挂料而产生的测量误

10、差。上述几种方法对改善电容式液位测量状况有很好的前景和许多实际的措施,起到了一定的效果,填补了电容式液位测量的某些缺陷。然而当被测液体本身介质发生改变时,如环境、温度发生变化和被测介质有搀杂物等时,可能导致介电常数的改变,造成电容量发生改变,给测量带来误差。上述几种方法则显得束手无措,无能为力。即使采用传统的解决措施,通过不定期标定被测介质或通过参考电容求得被测介电常数,虽然一定程度上缓解了被测介质常数的影响,但这两种方法增加了运算量,且给工作带来不便。

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