一種合成電阻式傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種合成電阻式傳感器，包括液位傳感器、信號變換單元、單片機單元和合成電阻控制單元及電源單元，液位傳感器的輸出端和信號變換單元的輸入端相連，信號變換單元的輸出端和單片機單元的輸入端相連，單片機單元的PWM信號輸出端和合成電阻控制單元的輸入端相連，合成電阻控制單元的電阻信號輸出端和液位指示儀表相連。本實用新型采用單片機控制，將液位傳感器輸出的電流值或電壓值轉(zhuǎn)換成非線性的合成電阻信號輸出，故使電壓輸出型或電流輸出型傳感器和動圈式、動磁式十字交叉線圈油量表匹配連接時，油量表所指示油量值仍能保持很高的精確度，大大減小液位指示誤差，拓寬電容型、電壓型和電流型傳感器的使用范圍。
【專利說明】一種合成電阻式傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種液位傳感器，尤其涉及一種合成電阻式傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的汽車、摩托車用油量傳感器采用浮子式液位傳感器，這種傳感器為滑線電阻式傳感器，利用杠桿原理，浮子高低位置變化，帶動滑線電阻式電位器轉(zhuǎn)動，從而改變阻值，最后在油量表上顯示出來。當油箱高度較高時，由于杠桿傳動力較大，容易造成滑線電阻式電位器磨損及損壞，因此在油箱高度較高的大型汽車中，一般采用電容式油量傳感器，其輸出較多米用電流輸出型(輸出電流與液位高度有對應(yīng)關(guān)系)或電壓輸出型(輸出電壓與液位高度有對應(yīng)關(guān)系)。而油量表較多地利用動圈式或動磁式十字交叉線圈原理，對于動圈式或動磁式十字交叉線圈油量表來說，是針對電阻式傳感器設(shè)計的，如果配電壓輸出型或電流輸出型傳感器，其所指示油量值均將產(chǎn)生較大誤差。特別對汽車儀表來說，電源電壓的變化較大，如采用電流輸出型傳感器，配上動圈式或動磁式十字交叉線圈油量表，當電源電壓從10.5V?15V(國家標準規(guī)定的范圍)變化時，其油量值指示誤差會超過20%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型主要解決原有測量液位的電流輸出型傳感器、電壓輸出型傳感器和動圈式、動磁式十字交叉線圈油量表匹配使用時，油量表所指示油量值存在較大誤差的技術(shù)問題；提供一種合成電阻式傳感器，其能將電流輸出型傳感器輸出的電流值或電壓輸出型傳感器輸出的電壓值轉(zhuǎn)換成非線性的合成電阻信號，即相當于轉(zhuǎn)換成電阻式傳感器，故和動圈式或動磁式十字交叉線圈油量表匹配連接時，提高油量表所指示油量值的精確度，減小誤差。
[0004]本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:本實用新型包括液位傳感器、信號變換單元、單片機單元和合成電阻控制單元及為整個合成電阻式傳感器提供工作電壓的電源單元，液位傳感器的輸出端和信號變換單元的輸入端相連，信號變換單元的輸出端和單片機單元的輸入端相連，單片機單元的PWM信號輸出端和合成電阻控制單元的輸入端相連，合成電阻控制單元的電阻信號輸出端和液位指示儀表相連。液位傳感器輸出和液位高度對應(yīng)的電壓值或電流值給信號變換單元，經(jīng)信號變換單元處理再輸送給單片機單元，單片機單元再將該信號轉(zhuǎn)換成PWM信號，作為合成電阻的控制信號，輸送給合成電阻控制單元，最后經(jīng)合成電阻控制單元處理，輸出非線性的合成電阻信號給液位指示儀表。本實用新型相當于將電流輸出型傳感器或電壓輸出型傳感器轉(zhuǎn)換成電阻式傳感器，故和動圈式或動磁式十字交叉線圈油量表匹配連接時，油量表所指示油量值的精確度高，大大減小指示誤差。當然，這里所說的液位傳感器和液位指示儀表，也可以是測量其他參數(shù)的傳感器，只要傳感器的輸出信號為電容、電壓或電流值即可，指示儀表與傳感器匹配，也不局限于是液位指示儀表。
[0005]作為優(yōu)選，所述的合成電阻控制單元包括PWM調(diào)整電路、濾波電路、合成電阻輸出電路和跟隨器，PWM調(diào)整電路、濾波電路和合成電阻輸出電路依次相連，PWM調(diào)整電路的輸入端和所述的單片機單元的PWM信號輸出端相連，合成電阻輸出電路的電阻信號輸出端和液位指示儀表相連，跟隨器的一端和所述的PWM調(diào)整電路相連，跟隨器的另一端和所述的合成電阻輸出電路相連。單片機單元輸出的PWM波形經(jīng)過PWM調(diào)整電路調(diào)整，整形成不同占空比的方波，再由濾波電路進行濾波，變?yōu)槠交闹绷麟妷海偻ㄟ^合成電阻輸出電路處理，輸出對應(yīng)的合成電阻給液位指示儀表。跟隨器主要消除PWM調(diào)整電路對輸出合成電阻的影響。
[0006]作為優(yōu)選，所述的PWM調(diào)整電路包括三極管Q2和電阻R10、電阻RlI，所述的濾波電路包括電阻R12和電容C4，所述的合成電阻輸出電路包括運放U4、運放U5和三極管Q1、二極管D2、電阻R7、電阻R8、電阻R9、可變電阻RW、電容C3、電解電容C12，所述的跟隨器包括運放U3和電容C5 ；電容C5的兩端分別和運放U2、運放U3、運放U4及運放U5的工作電源負極、工作電源正極并接，運放U3的反相輸入端和運放U3的輸出端相連，運放U3的輸出端經(jīng)電阻R10、電阻R12和運放U4的同相輸入端相連，電阻RlO和電阻R12的并接點和三極管Q2的集電極相連，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的基極經(jīng)電阻Rll和所述的單片機單兀的PWM信號輸出端相連，電容C4的一端接地，電容C4的另一端和運放U4的同相輸入端相連，運放U4的反相輸入端和運放U4的輸出端相連，運放U4的輸出端經(jīng)電阻R9、可變電阻RW接地，電阻R9和可變電阻RW的并接點及電容C3的一端和運放U5的同相輸入端相連，電容C3的另一端接地，運放U5的輸出端經(jīng)電阻R7和三極管Ql的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極，一路經(jīng)電阻R8接地，另一路和運放U5的反相輸入端相連，二極管D2的正極、電解電容C12的負極均接地，二極管D2的負極、電解電容C12的正極均和三極管Ql的集電極相連，三極管Ql的集電極就是所述的合成電阻輸出電路的電阻信號輸出端，其既和所述的液位指示儀表相連，又和運放U3的同相輸入端相連。運放U2、運放U3、運放U4及運放U5可用一個集成電路實現(xiàn)，如LM324芯片，因此這四個運放是同電源。
[0007]作為優(yōu)選，所述的合成電阻式傳感器包括報警電路，報警電路的控制端和所述的單片機單元的輸出端相連。當單片機單元接收到的液位信號低于設(shè)定值時，單片機單元輸出控制信號觸發(fā)報警電路，實現(xiàn)液位過低報警。報警電路可采用燈光報警或聲音鳴叫報警或聲光同時報警方式。
[0008]作為優(yōu)選，所述的液位傳感器采用電容式傳感器CX，所述的信號變換單元包括運放U2和電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6，運放U2的同相輸入端和電阻R1、電阻R2及電阻R3的一端相連，電阻Rl的另一端接+8V電壓，電阻R2的另一端接地，電阻R3的另一端和運放U2的輸出端相連,運放U2的反相輸入端和電容式傳感器CX的一端相連，電容式傳感器CX的另一端接地，電阻R4連接在運放U2的反相輸入端和運放U2的輸出端之間，運放U2的輸出端經(jīng)電阻R5和電阻R6接地，電阻R5和電阻R6的并接點就是所述的信號變換單元的輸出端，和所述的單片機單元的輸入端相連。本技術(shù)方案中的信號變換單元采用c-f變換電路，該c-f變換電路實際上是運放U2構(gòu)成的RC振蕩電路，將由電容式傳感器CX測得的與液位高度對應(yīng)的電容值變換成對應(yīng)的頻率輸出，單片機單元對c-f變換電路輸出的頻率進行測量，根據(jù)頻率大小輸出PWM波形(占空比)給合成電阻控制單元。
[0009]作為優(yōu)選，所述的單片機單元包括單片機U1、電容Cl、電容C2、電容ClO和晶振Yl，單片機Ul采用87LPC759單片機，所述的信號變換單元的輸出端和單片機Ul的7腳相連，單片機Ul的I腳即為單片機Ul的PWM信號輸出端，其和所述的合成電阻控制單元的輸入端相連，單片機Ul的3腳接地，電容Cl、電容C2的一端分別和單片機Ul的4腳、5腳相連，電容Cl、電容C2的另一端均接地，晶振Yl的兩端分別和單片機Ul的4腳、5腳并接，電容ClO的一端接地，電容ClO的另一端既和單片機Ul的11腳相連，又和+5V電壓相連。
[0010]本實用新型的有益效果是:電路結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，采用單片機控制，將液位傳感器輸出的電壓信號或電流信號轉(zhuǎn)換成PWM信號，作為合成電阻的控制信號，實現(xiàn)非線性合成電阻的輸出，故使電壓輸出型或電流輸出型傳感器和動圈式、動磁式十字交叉線圈油量表匹配連接時，油量表所指示油量值仍能保持很高的精確度，大大減小液位指示誤差，拓寬電容型、電壓型和電流型傳感器的使用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的一種電路原理連接結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2是本實用新型的一種電路原理圖。
[0013]圖中1.液位傳感器，2.信號變換單元，3.單片機單元，4.合成電阻控制單元，5.電源單元，6.液位指示儀表，7.PWM調(diào)整電路，8.濾波電路，9.合成電阻輸出電路，10.跟隨器，11.報警電路。
【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0015]實施例:本實施例的一種合成電阻式傳感器，如圖1所不，包括液位傳感器1、信號變換單元2、單片機單元3、報警電路11和由PWM調(diào)整電路7、濾波電路8、合成電阻輸出電路9與跟隨器10構(gòu)成的合成電阻控制單元4及為整個合成電阻式傳感器提供工作電壓的電源單兀5。液位傳感器I的輸出端和信號變換單兀2的輸入端相連,信號變換單兀2的輸出端和單片機單元3的輸入端相連，單片機單元3的PWM信號輸出端和PWM調(diào)整電路7的輸入端相連，PWM調(diào)整電路7、濾波電路8和合成電阻輸出電路9依次相連，合成電阻輸出電路9的電阻信號輸出端和液位指示儀表6相連，跟隨器10的一端和PWM調(diào)整電路7相連，跟隨器10的另一端和合成電阻輸出電路9相連。報警電路11的控制端和單片機單元3的輸出端相連。
[0016]如圖2所示，液位傳感器I采用電容式傳感器CX。信號變換單元2包括運放U2和電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6。單片機單元3包括單片機U1、電容Cl、電容C2、電容ClO和晶振Y1，單片機Ul采用87LPC759單片機。運放U2的同相輸入端和電阻R1、電阻R2及電阻R3的一端相連，電阻Rl的另一端接+8V電壓，電阻R2的另一端接地，電阻R3的另一端和運放U2的輸出端相連,運放U2的反相輸入端和電容式傳感器CX的一端相連，電容式傳感器CX的另一端接地，電阻R4連接在運放U2的反相輸入端和運放U2的輸出端之間，運放U2的輸出端經(jīng)電阻R5和電阻R6接地，電阻R5和電阻R6的并接點就是該信號變換單元2的輸出端，和單片機Ul的7腳相連。單片機Ul的I腳即為單片機Ul的PWM信號輸出端，其和PWM調(diào)整電路7的輸入端相連，單片機Ul的3腳接地，電容Cl、電容C2的一端分別和單片機Ul的4腳、5腳相連，電容Cl、電容C2的另一端均接地，晶振Yl的兩端分別和單片機Ul的4腳、5腳并接，電容ClO的一端接地，電容ClO的另一端既和單片機Ul的11腳相連，又和+5V電壓相連。PWM調(diào)整電路7包括三極管Q2和電阻R10、電阻Rl I，濾波電路8包括電阻Rl2和電容C4，合成電阻輸出電路9包括運放U4、運放U5和三極管Q1、二極管D2、電阻R7、電阻R8、電阻R9、可變電阻RW、電容C3、電解電容C12，跟隨器10包括運放U3和電容C5。電容C5的兩端分別和運放U2、運放U3、運放U4及運放U5的工作電源負極、工作電源正極并接，運放U3的反相輸入端和運放U3的輸出端相連，運放U3的輸出端經(jīng)電阻R10、電阻R12和運放U4的同相輸入端相連，電阻RlO和電阻R12的并接點和三極管Q2的集電極相連，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的基極經(jīng)電阻Rll和單片機Ul的I腳相連，電容C4的一端接地，電容C4的另一端和運放U4的同相輸入端相連，運放U4的反相輸入端和運放U4的輸出端相連，運放U4的輸出端經(jīng)電阻R9、可變電阻RW接地，電阻R9和可變電阻RW的并接點、電容C3的一端均和運放U5的同相輸入端相連，電容C3的另一端接地，運放U5的輸出端經(jīng)電阻R7和三極管Ql的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極，一路經(jīng)電阻R8接地，另一路和運放U5的反相輸入端相連，二極管D2的正極、電解電容C12的負極均接地，二極管D2的負極、電解電容C12的正極均和三極管Ql的集電極相連，三極管Ql的集電極輸出合成電阻信號，其既和液位指示儀表6相連，又和運放U3的同相輸入端相連。報警電路11包括報警燈和三極管Q3、電阻R13，單片機Ul的8腳經(jīng)電阻R13和三極管Q3的基極相連，三極管Q3的發(fā)射極接地，三極管Q3的集電極和報警燈相連。
[0017]輸入電源經(jīng)三端穩(wěn)壓塊U6、三端穩(wěn)壓塊U7分別輸出+8V電壓和+5V電壓，為合成電阻式傳感器的各電路單元提供工作電壓。電容式傳感器CX為直接測量液位高低的液位傳感器，其輸出與液位高度對應(yīng)的電容值。本實施例中的信號變換單元是C-f變換電路，c-f變換電路實際上是運放U2構(gòu)成的RC振蕩電路，將電容式傳感器CX輸出的電容值變換成對應(yīng)的頻率輸送給單片機，單片機對c-f變換電路輸出的頻率進行測量，根據(jù)頻率大小輸出PWM波形(占空比)給PWM調(diào)整電路，經(jīng)過PWM調(diào)整電路調(diào)整，整形成不同占空比的方波，再由濾波電路進行濾波，變?yōu)槠交闹绷麟妷?，再通過合成電阻輸出電路處理，輸出對應(yīng)的合成電阻給液位指示儀表。運放U4作為跟隨器，主要消除PWM調(diào)整電路對輸出合成電阻的影響。
[0018]合成電阻的轉(zhuǎn)換原理如下:
[0019]運放U5的同相輸入端電壓V+=V0UTXD，VOUT為三極管Ql的集電極的輸出電壓，D為與PWM占空比有關(guān)的參數(shù)，當液位高度不變時為定值；
[0020]運放U5的反相輸入端電壓V_=R8 XI, I為流過電阻R8的電流值；
[0021]由于運放U4、運放U5和三極管Ql的調(diào)整作用，V-= V+，則R8XI =VOUTXD,而合成電阻R= V0UT + I，因此得出:合成電阻R= V0UT + I=R8 + D。液位變化，與PWM占容比有關(guān)的參數(shù)D也變化，相應(yīng)地輸出不同的合成電阻值。
[0022]當單片機接收到的液位信號低于設(shè)定值時，單片機輸出控制信號給三極管Q3的基極，三極管Q3導(dǎo)通，報警燈得電被點亮，實現(xiàn)燈光報警。
【權(quán)利要求】
1.一種合成電阻式傳感器，其特征在于包括液位傳感器(I)、信號變換單元(2)、單片機單元(3)和合成電阻控制單元(4)及為整個合成電阻式傳感器提供工作電壓的電源單元(5),液位傳感器(I)的輸出端和信號變換單兀(2)的輸入端相連,信號變換單兀(2)的輸出端和單片機單元(3)的輸入端相連，單片機單元(3)的PWM信號輸出端和合成電阻控制單元(4)的輸入端相連，合成電阻控制單元(4)的電阻信號輸出端和液位指示儀表(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成電阻式傳感器，其特征在于所述的合成電阻控制單元(4)包括PWM調(diào)整電路(7 )、濾波電路(8 )、合成電阻輸出電路(9 )和跟隨器(10 )，PWM調(diào)整電路(7 )、濾波電路(8 )和合成電阻輸出電路(9 )依次相連，PWM調(diào)整電路(7 )的輸入端和所述的單片機單元(3)的PWM信號輸出端相連，合成電阻輸出電路(9)的電阻信號輸出端和液位指示儀表(6)相連，跟隨器(10)的一端和所述的PWM調(diào)整電路(7)相連，跟隨器(10)的另一端和所述的合成電阻輸出電路(9)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種合成電阻式傳感器，其特征在于所述的PWM調(diào)整電路(7)包括三極管Q2和電阻R10、電阻R11，所述的濾波電路(8)包括電阻R12和電容C4，所述的合成電阻輸出電路(9)包括運放U4、運放U5和三極管Ql、二極管D2、電阻R7、電阻R8、電阻R9、可變電阻RW、電容C3、電解電容Cl2，所述的跟隨器(10)包括運放U3和電容C5 ；電容C5的兩端分別和運放U2、運放U3、運放U4及運放U5的工作電源負極、工作電源正極并接，運放U3的反相輸入端和運放U3的輸出端相連，運放U3的輸出端經(jīng)電阻R10、電阻R12和運放U4的同相輸入端相連，電阻RlO和電阻R12的并接點和三極管Q2的集電極相連，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的基極經(jīng)電阻Rll和所述的單片機單元(3)的PWM信號輸出端相連，電容C4的一端接地，電容C4的另一端和運放U4的同相輸入端相連,運放U4的反相輸入端和運放U4的輸出端相連，運放U4的輸出端經(jīng)電阻R9、可變電阻RW接地，電阻R9和可變電阻RW的并接點及電容C3的一端和運放U5的同相輸入端相連，電容C3的另一端接地，運放U5的輸出端經(jīng)電阻R7和三極管Ql的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極，一路經(jīng)電阻R8接地，另一路和運放U5的反相輸入端相連，二極管D2的正極、電解電容C12的負極均接地，二極管D2的負極、電解電容C12的正極均和三極管Ql的集電極相連，三極管Ql的集電極就是所述的合成電阻輸出電路(9)的電阻信號輸出端，其既和所述的液位指示儀表(6)相連，又和運放U3的同相輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種合成電阻式傳感器，其特征在于包括報警電路(11)，報警電路(11)的控制端和所述的單片機單元(3)的輸出端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成電阻式傳感器，其特征在于所述的液位傳感器(I)采用電容式傳感器CX，所述的信號變換單元(2)包括運放U2和電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6,運放U2的同相輸入端和電阻R1、電阻R2及電阻R3的一端相連，電阻Rl的另一端接+8V電壓，電阻R2的另一端接地，電阻R3的另一端和運放U2的輸出端相連，運放U2的反相輸入端和電容式傳感器CX的一端相連，電容式傳感器CX的另一端接地，電阻R4連接在運放U2的反相輸入端和運放U2的輸出端之間，運放U2的輸出端經(jīng)電阻R5和電阻R6接地，電阻R5和電阻R6的并接點就是所述的信號變換單元(2)的輸出端，和所述的單片機單元(3)的輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5所述的一種合成電阻式傳感器，其特征在于所述的單片機單元(3 )包括單片機Ul、電容Cl、電容C2、電容ClO和晶振Yl，單片機Ul采用87LPC759單片機，所述的信號變換單元(2)的輸出端和單片機Ul的7腳相連，單片機Ul的1腳即為單片機Ul的PWM信號輸出端，其和所述的合成電阻控制單元(4)的輸入端相連，單片機Ul的3腳接地，電容Cl、電容C2的一端分別和單片機Ul的4腳、5腳相連，電容Cl、電容C2的另一端均接地，晶振Yl的兩端分別和單片機Ul的4腳、5腳并接，電容ClO的一端接地，電容ClO的另一端既和單片機Ul的11腳 相連，又和+5V電壓相連。
【文檔編號】G01F23/24GK203464974SQ201320526151
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】謝少偉 申請人:浙江水利水電學(xué)院