王建華

（十堰職業(yè)技術學院 電子工程系，湖北 十堰 442000）

目前汽車上的油位指示系統(tǒng)，主要由燃油表和油位傳感器組成。燃油表大多為電磁式指針表，其結構是在表盤上通過多條均勻刻線把燃油量分成三格，通過指針指示燃油量的多少。這種結構的油位指示系統(tǒng)，通過傳感器把油位信息轉換成電阻，然后把這個電阻串接到汽車蓄電池中，構成直流回路，回路中電流的大小和電阻成反比，這樣就可以用電流的大小來反映油位的高低，把電流計的刻度用油位（滿油位、半油位、低油位）來標記，就形成了汽車油位表。

這種結構的油位指示系統(tǒng)，傳感器只有一支，當汽車在上、下坡或是車身傾斜時，油位的液面并不是水平方向，傳感器反映的油位并不是真正的油位，顯示的只是大概的油位，無法得到準確的油位信息，為了得到準確的燃油信息，就必須對現(xiàn)有的油位顯示系統(tǒng)進行改進。

一、傳統(tǒng)油位顯示系統(tǒng)工作原理及缺點

圖1 傳統(tǒng)油位傳感器的組成

傳統(tǒng)的油位傳感器安裝在燃油箱內(nèi)，由浮子、轉軸杠桿及滑動變阻器組成，具體結構見圖1：其浮子漂浮在油面上，浮子通過杠桿帶動滑動變阻器的滑動端旋轉，隨著杠桿的轉動，接入回路中的電阻也隨著改變，回路中的電流也隨著改變［1］。當油箱在空油位時，浮子在油箱的底端，這時滑動變阻器的滑動端在最高位，接入電路的電阻R′最大，回路的總電阻R總＝R′＋R（R是回路中的限流電阻），回路中的電流I＝ U／R總＝U／（R′＋R），U是汽車蓄電池的電壓，根據(jù)公式可知此時I最小，油表指針指在最左邊，這個位置就代表油位在最低位，亦即空油位；當給油箱加入燃油時，隨著油位的上升，浮子也逐漸上升，杠桿帶動滑動變阻器的滑動端向下旋轉，接入回路中的電阻逐漸減小，回路中的電流逐漸增加，指針也逐漸向右偏轉，當油箱中的油加滿后，浮子就上升到最高點，這時滑動變阻器的滑動端就旋轉到最下端，接入電路的電阻R′就為0，回路中的電流I就最大，指針就指在最右邊，這個位置就代表了油位在最高位，即滿油位。這種傳統(tǒng)油位傳感器，結構簡單，制造成本較低，且只有一支傳感器，當汽車水平方向時，油位的液面和油箱的底部平行，油位指示還比較準確，但是當汽車在上、下坡或是車身傾斜時，油位的液面和油箱的底部不平行（具體細見圖2），這樣油表指示的油位就不準確，為了能在任何時候都能得到準確的油位，就必須對傳統(tǒng)的油位表進行改進。

圖2 不同狀態(tài)下油箱的油位示意圖

二、具有自動糾錯功能的汽車油位指示系統(tǒng)的設計

1.油位傳感器的改進

傳統(tǒng)的油位傳感器的核心是滑動變阻器，滑動變阻器主要是用康銅絲（銅鎳合金）繞制而成，其電阻溫度系數(shù)較高，在炎熱的夏季和寒冷的冬季其電阻變化較大；另外潮濕對其性能影響也很大，線繞電阻器在潮濕條件下使用時，會發(fā)生阻值減小、阻值增大、阻值不穩(wěn)以及斷線等故障，失效率相當高［2］，這樣油位測量結果誤差很大。

為了準確指示油位，就需要選擇溫度系數(shù)低的電阻組成傳感器，目前金屬膜材料制作的精密電阻，就是很好的替代品，這種電阻，在夏季和冬季其電阻誤差一般都低于1%，油位傳感器的測試精度可達到1級，比傳統(tǒng)的油位傳感器提高了幾十倍以上。

2.測量電路的改進

滑動變阻器在使用過程中，滑動端始終和電阻器接觸，觸點長時間的摩擦，觸點部位就會形成一層粉末，造成觸點的接觸電阻變大，而且滑動端的觸點很容易被油箱里揮發(fā)出來的燃油腐蝕，使觸點接觸電阻變大或者絕緣，造成電路故障，甚至還會導致觸點轉動卡滯，致使燃油表指示不準［3］，所以需要一種新的元器件取代滑動變阻器。

干簧管就是取代滑動變阻器的最好元件，它作為一種電磁元器件，其電磁特性很早就被應用于液位測量領域，但是因為制作工藝的限制，沒有被廣泛應用，直到近幾年銠金屬材料的開發(fā)，使得干簧管觸點磁化后消磁時間大大降低，已經(jīng)可以在液位測量領域廣泛應用了圖3所示就是一種用干簧管制作的新型油位傳感器，現(xiàn)已逐漸取代傳統(tǒng)的油位傳感器，其內(nèi)部電路詳見圖4所示。

干簧管式傳感器，其測量原理是：把永久磁鐵裝入油浮子里面，磁鐵隨著油位的升降，磁化同一位置的干簧管，干簧管磁化后就導通，其相應位置的電阻就接入到汽車蓄電池，構成直流回路，回路中電流的大小就可以反映油位高低。

干簧管式油位傳感器測量油位時，浮子不與測量元件直接接觸，這樣就可以有效避免電路接觸不良的問題，并且因為干簧管觸點開關次數(shù)能達到億次規(guī)模，使得傳感器的整體使用壽命輕松達到10年以上，比傳統(tǒng)的滑動電阻式傳感器高出很多倍，所以取代其地位也就不言而喻了。

3.糾錯功能的設計

當用一支傳感器測量油位時，不管傳感器有多好，當汽車在上、下坡或是車身傾斜時油箱的油位一邊多一邊少，這樣測量結果無法準確，當用兩支傳感器組合測量油位時，測量的結果就非常準確了。

圖5 雙干簧管式油位傳感器電路圖

用兩支傳感器組合測量油位的具體電路見圖5所示，在油箱左右兩邊分別放置一支相同的干簧管式油位傳感器，把這兩支傳感器串聯(lián)接入到電路，產(chǎn)品安裝時左邊傳感器中干簧管SW1～SW6分別對應右邊傳感器中的干簧管SW7～SW12，且每組對應的干簧管都在同一水平位置，電阻R1～R6分別對應右邊傳感器中的R7～R12，且有R6＝R12＝6R1、R5＝ R11＝5R1、R4＝ R10＝4R1、R3＝ R9＝3R1、R2＝ R8＝2R1、R1＝R7，當油面處在油箱的某個位置時，左右兩邊傳感器中就會有一只干簧管導通，對應位置的電阻就會接入回路，回路中的總電阻就是R總＝R左＋R右，回路中的電流I＝U／R總＝U／（R左＋R右），和傳統(tǒng)的油位傳感器一樣，此電流反映了油位的高低。

當汽車在上、下坡或是車身傾斜時油面就與油箱底部不平行，油位是一邊高一邊低，如汽車在上坡時，就是這種情況，其具體油位如圖6所示。

圖6 汽車在斜坡上的油位示意圖

以汽車在水平方向時的油面作一條虛線（具體見圖7所示），根據(jù)三角形全等條件，不難得到⊿ABC≌⊿EDC，由此得到油位左邊上升的高度AB和右邊油位右邊降低的高度DE端相等，那么左邊傳感器因油位上升而減少的電阻和右邊傳感器因油位降低而增加的電阻就相等，即△R增＝△R降，則接入回路中的總電阻R總＝（R左-△R降）＋（R右＋△R增）卻沒有發(fā)生任何變化，從而達到了自動糾錯功能。

圖7 斜坡上油位分析

三、結束語

新型燃油表在安裝了由干簧管組成的油位傳感器后，不管汽車運行在任何路面都能精確顯示油箱中的油位，從而給駕駛員帶來極大的方便.本文中的燃油箱為長方體形狀，對于不規(guī)則的燃油箱，只要油箱底部是水平的，依然可以通過雙傳感器電路準確測量出油箱中的油位。

［1］丁左武.具有自糾偏功能的數(shù)字式燃油表設計［J］.山東理工大學學報，2007（3）：52.

［2］汪源濟.潮濕對精密線繞電阻器性能的影響［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，1994（4）：50.

［3］趙德剛.貴金屬在油位傳感器上的應用［J］.汽車電器，2010（11）：18.