简析汽车油箱液位测量技术

杭州永富电子仪表有限公司研发部 张建杭

一、目前我国测量汽车油箱液位的方法

最传统的汽车油箱液位测量方法为浮子法。这种方法主要是通过浮子会随着邮箱内的燃油量减少液位变低而降低的原理来测量的。具体测量方法为当油箱内的油量在增加或者在减少时，浮子会随着液位变化而变化。随着浮子的变化，浮子带动的电阻元件也会变化。而当油箱中的燃油即将用完时，油箱中的液位将会变得很少，所以油箱内的浮子也会随液位降低，也就带动了浮子上的电阻，在这个时候电阻阻值将会变得很大。在电路变得很大的情况下，电流会变得很小，指针会指向油量小的一边。而当油箱中在加油时，随着油量的增加，液面会逐渐升高，随着液面的提高，浮子也会提高并且带着电阻阻值变小。在这种情况下电流会变大，而指针也会指向油量多的那一边。

另一种传统的测量汽车油箱液位的方法为利用导磁材料进行测量，即用霍尔元件进行测量。具体原理是当油箱内的燃油量增加或减少时，浮子会随着液位的变化而变化，也就会带动着浮子上的线性霍尔元件进行变化。当邮箱内的液位变得很少时，浮子就会随着液位的变低而降低。在这个时候浮子连杆上的磁铁将不会处在一个水平面上，在这个时候线性输出的霍尔元件与磁铁间的磁通量将会变大，从而引起分压电阻的变化，使得油量表指针指向油量少的一边。而当邮箱内注入燃油时，邮箱内的液面将会逐渐上升，所以浮子也会随着液面的变高而变高。在这个时候浮子会带着连杆运动到一个水平面上，在这个时候线性输出的霍尔元件与磁铁间的磁通量将会变少，从而引起分压电阻的变化，在这个时候也就会使得油量表的指针会指向油量高的一边。

另一种在国产车较为高级的一种油箱液面测量方法为光纤传感测量油箱液面的方法。这种方法主要原理是靠光的全反射原理来测量的。在具体的测量方法上，当油箱内燃油量很少时，光源会发射出光照射到液面上，而光信号反射到接受光纤的不同位置，光纤再将光信号转化为电信号，通过信号放大的原理传入汽车内的油量显示系统，在油量表上显示油箱内油量较低的情况。而如果油箱内的燃油在增加，液面上升时，光信号会随着液面的上升而在接收光纤上进行移动，从而让接收光纤将这样的光信号转化为电信号，通过信号放大将电信号传入汽车内的油量测量系统，在油量表上显示燃油量在增加。

在我国汽车中采用的油箱液面测量方法中还有一种为超声波测量。这种方法和光纤测量方法较为类似，不过是将光信号换成超声波，光纤用超声波探头来替代，而且这种测量方法不是由其他信号转化为电信号而让汽车内的油量测量装置计算出油量多少，而是由超声波由发射到接收到的时间来计算的。在具体测量方法上，当油箱内的油量很少，液面变得很低时，发射探头发射出的超声波打到液面上在反射到接收探头，在发射探头发射超声波时开始进行时间计算，而当接收探头接收到信号时计时截止。通过这段时间可以计算出油箱内的液面高度，从而在汽车油量表上显示燃油量很少。而当油箱内注入燃油时，随着燃油高度的逐渐变高，发射探头从发射超声波到接收探头接收到超声波的时间会逐渐降低从而可以让汽车内的油箱测量装置计算出油箱内燃油量的变化情况，并且在油量表上显示出来。

二、外国采用的汽车油箱液位测量方法

(一)目前外国较为常用的汽车油箱液位测量方法为雷达液位计测量。这种方法主要是通过雷达液位计的天线通过发射电磁波，液面反射电磁波，天线接收电磁波的方式来测量油箱顶部到达燃油液面的距离，从而得出油箱内液面的高度，也就能够计算出油箱内的燃油体积。在具体测量的时候，如果油箱内的燃油较少，液面很低的时候，发射天线发射出电磁波，电磁波经过油箱内燃油液面的反射会达到接收天线，在这段时间内可以算出油箱内空余的体积，从而可以计算得到燃油的体积，从而在汽车油量表上显示出来。

(二)通过对油箱底部的压力进行测量也可以计算出油箱内的燃油体积，从而计算出油箱液位。具体测量方法为在油箱底部安装液体压力测量仪，当油箱内的燃油体积较少的时候，燃油对于压力测量仪的压力会变小，从而计算出燃油体积及油箱液位。而当邮箱内注入燃油时，压力会逐渐升高，这时的压力测量仪器会将此时的情况传入汽车内的燃油测量装置，从而将油箱内液位逐渐升高的情况反馈出来。

(三)在外国另一种测量油箱液位的方法为采用压阻式传感器测量，即在油箱内部生成惠斯通电路。这种方法需要在油箱内放置单晶硅片，通过油箱内部燃油液位的变化来引起硅片受力的改变，从而让电阻发生变化，测量出油箱内液位的改变。在油箱内液位较低时硅片受力较少，电阻的阻值会变得很小，在这样的电流下汽车内的油箱液位测量装置会计算出液位数据，在油量表中显示出来。

(四)另一种在国外较为流行的传感器测量方法为电容传感器测量。这种方法是在油箱内部放置上下电极。当油箱内液位升高时，对电机的压力较大，使得电极上层会向中间靠拢，这样会让电容发生改变。在不同的电容下油箱内的液位测量仪器会计算出油箱内部液位的变化，从而反馈给油量表。

三、各种液位测量方法的特点

(一)浮子法测量液位构造简单，成本不高，适用于便宜的家用车和货车。但是在实际的应用中，用浮子法测量的油箱液位常常不准确，精度也较低，只能读出大概的燃油液位。而且浮子法是通过浮子带动电阻变化而计算出液位变化的，所以在颠簸的路面上燃油的晃动会导致浮子的起伏，从而引起读数的改变，这对司机来说将会造成很大的影响。而且电阻长期浸泡在燃油中会造成阻值的改变，也会引起读书的不稳定，准确度降低。

(二)如果采取霍尔元件测量油箱液位，通过元件特性可以得到线性数据。但是这种测量方法需要浮子带动连杆转动，从一方面来说也会出现浮子法在路况不好时的读数不稳定现象，而且磁铁长期在燃油中也会逐渐消退磁性，这需要驾驶员经常更换测量元件，较为麻烦。

(三)光纤传感器的测量方式也具有成本低廉，构造简单的特点。而且光纤传感器的响应非常迅速。但是光线传感器是需要光信号反射到接收光纤上才能够进行信号的转换。这也就造成了只能在一定的范围内测量油箱的液面数据。而且目前的光感应技术还不是很成熟，所以用光纤传感器测量出的数据精度普遍不高，而且在油箱内部会有杂质挡住光源，在长期行驶的过程中会出现数据归零等故障，对驾驶员的操作造成一定的困难。

(四)超声波测量的方法不会出现浸泡在燃油中使传感器产生故障的情况发生，但是超声波在介质中很容易被杂质等微小物体反射，对测量数据的准确程度造成一定的影响。而且超声波传输的速度较慢，在不同的环境下速度也不同，这也会对数据的测量造成影响。而且超声波元件价格偏贵，容易损耗，不适用于经济型车辆的使用。

(五)导波雷达传感器不仅可以穿透各种物体，使得受干扰程度降到最低，而且在安装过程中不需要在油箱壁上进行打孔，从而让驾驶过程更加安全。但是这种传感器对波的分析需要复杂的分析电路，对于芯片要求也很高。这就造成了导波雷达液位计的造价十分昂贵，无法在所有车辆上进行普及。

(六)液体压力传感器对油箱内部构造没有要求，可以安装在任何油箱底部，而且不需要进行信号的传输，计算速度十分快速。在路况不好，油箱液面起伏较大时也对传感器没有影响，造价也较为低廉，很容易普及。但是这种传感器的安装需要在油箱底部打孔，对汽车造成安全隐患。

(七)压阻式传感器采用了硅晶片作为介质传输数据，保证了数据的稳定性，而且惠斯通电路可以测量线性变化，对于油箱液位的测量会更加准确。而且硅加工工艺已经十分成熟，传感器质量难以出现问题，制造成本也较低。对于普及应用来说十分方便。但是硅体受温度影响较大，在气温变化较大时测量会出现误差，数据也会出现不稳定的情况。

(八)电容式传感器也具用响应迅速的特点，而且制造工艺十分简单，不需要在油箱内部打孔，保证了行驶安全。而且电容传感器内部电路简单，不容易受到外部影响，在各种条件下的数据都较为稳定。但是这种传感器采用的输出不是线性输出，而且电容长期浸泡在燃油中容易损坏。

四、国内外传感器的比较

通过各种传感器的比较我们可以看出国内所采用的传感器多数是机械测量，不需要电路接入的。这些传感器虽然成本低廉，但是数据的准确性不高，而且极易受到外部影响。而国外传感器基本上是需要信号转换，电路计算的。这样的数据虽然准确，稳定性好，但是需要在油箱内部打孔，对行车安全造成隐患，而且电路容易损坏。

五、结语

目前汽车油箱液位测量技术很多，但是都不完美。在油箱液位测量方面我们需要精度高，稳定性好，安全耐用且价格便宜的传感器。这就需要对传感器材料和工艺的不断研究。我国的液位测量技术还处于较低的阶段，所以就需要我国科研人员在油箱液位测量方面进行更加深入的研究，在液位测量的智能化，自动化方面进行突破，为我国汽车工业，航空工业做出贡献。

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