厨房燃油灶油箱液位计改造安装

杨 峰 新疆广电局91612台

厨房燃油灶油箱液位计改造安装

杨 峰 新疆广电局91612台

本文介绍的是一款基于浮子电阻式传感器实现液位控实时监测的方案，采用小电流信号来探测液位，经过前端信号处理后由LM3914十位模拟电压比较器进行信号比对，最后驱动十段LED灯条对液体位置进行直观的显示。本文首先介绍总体的设计方案，接着重点介绍各功能模块的作用及实现方法。

液位电阻式传感器；信号前端处理；安全保障电路；LM3914模拟电压比较器

1.整体电路实现

目前我的油箱采用的就是这种传感器，它实际上由一个全阻值80欧姆的绕线滑动电阻组成，实际应用中传感器为了能更可靠的工作和防止表面氧化对阻值的干扰，的电阻值取值是比较小的，液位反馈出来的电阻值也只能在0到80欧之间连续变化，当油量充足时电阻值趋向于0欧姆，当油量减少时电阻又从0欧逐渐趋向于80欧。只需要能检测出这个范围的电阻值信息就能来实现液位准确的实时显示，然而油品是严禁热量和火花的危险品，早期采用的指针式mA电流表需要的电流是很小的，工作电压也非常低，相对也算比较安全的，因为过高的电压会造成火花，过大的电流也会造成探头发热，下面就是我们讨论的安全性和工作稳定性问题了，所以我们必须把测电流控制在50mA内，以防止电阻发热造成事故，同时还必须对施加的检测电压进行严格的限制，不能超过5V，防止在滑动拨片中产生火花造成闪爆，这个也是非常危险的，后面将介绍安全保障防止发生此类情况。

2.传感器供电 前端采样

传感器的阻值范围很小，为了安全性我们不能使用高电压和高电流来进行检测，这样的话我们实际上得到到电流信号就非常微弱，转换的电压变化范围也只能在1V范围内， 只能得到mA或者mV信号，所以我们需要将这个信号做线性的放大，才能正常显示，图1就是我们的采样电路：

这是一个供电限压5V，工作电流不超过50mA的采样前端，首先此部分使用直流电源，工作电压10～12V都能正常供电，由一个SS14进行防接反保护，以防止使用中不小心接反电源后烧毁整个模块甚至造成更大的安全隐患。经过一个自恢复PTC保险电阻，这个元件实际上是一个热敏限流元件，当电流超过预设值后自身发热，高分子材料膨胀断开两级，最后只剩下几mA电流维持自身断开状态，直到电流断开冷却后才自动回复导通状态，这个元件是做200mA限流，主要是防止前端元件短路或者击穿后自动断开电流保障整个模块的安全。再后级就是稳压系统了，78L05，这是一款小电流高精度输出的三端稳压模块，结构简单，工作可靠，因为探头的低电压要求和测量中要求电压稳定，这样就刚好能满足探头供电要求，因为探头的电流不大，使用小电流的三端稳压模块能自身限流也能减小体积。在稳压模块后面就是3个由3V击穿的雪崩二极管串联组成，一旦电压超过8V二极管其中一个导通后后面的两个二极管也做雪崩式放电导通，导通电流最大为400mA，此时前端的PTC会保护性过流断开，一旦电压超过10V电流超过400mA后雪崩二极管将永久性击穿导通，直接拉低78L05和PTC电压，此时后面的指示灯将熄灭，直到排除故障才能恢复。

图2

3.信号处理电压比较放大 LED驱动显示

我们前端液位探头得到的电压信号是连续的，也是线性的，但是信号电流值值很微弱变化范围也非常小，3914的内部拥有高增益的信号放大系统，所以能直接对小信号进行放大，前端输出的信号由5脚输入，内部缓冲器进行预防大，经过输入缓冲器接成跟随器形式，提高了输入阻抗和测量精度。LM3914内部设有迟滞电路，显示不是从一个LED立刻跳到另一个LED，而是平缓过度，可消除噪声干扰，改善输入信号快速变化时引起的闪烁现象。芯片的9脚是点阵和线装显示模式端口，当此脚悬空时输出的驱动就会以点状灯显示，将其接入高电平时就会以全灯线性模式驱动LED灯条，

原理图如图2所示：

其中的参数由下面公式计算：

REF OUT基准输出参考电压

公式一：REF OUT V=1.28（1+R2/ R1）

公式二：I（LED）≌12.5/R1

4.电路的调试过程

首先将整个模块接入系统，R1是决定LED驱动电流的电阻，输出电流在2～30mA范围可调，输出端承压能力为±35V，最大输出限制在30mA之内。实际使用中我们LED是超高亮度的，发光效率非常高，选择5mA即可，实际取值为7K。油箱充满也就是传感器为0欧，调整Rout电位器时显示器的灯位会变化，直到刚好点亮第十灯即可，让后就通过设定R2来确定下限电压，也就是第一个灯的驱动电压值，将油箱放空传感器的输出值刚好为80欧，就调整下限电阻直到最后一个灯刚好点亮，实际取值为20K，此时即设定好了上下限低位显示，整个电路即可投入正常使用，通过发光二极管的显示，比如在地下室，或者黑暗的地方很远就能能看液位清实时状态情况，有效解决了是指针表的缺点-必须走近照明后才能分辨出来。

完成效果图：

[1] 孙余凯、项绮明《精选使用电子电路260例》.出版单位：电子工业出版社（北京）.出版时间：2007年2月

[2] 范立南，恩莉等：《 模拟电子技术》.出版单位：水利水电出版社（北京）.出版时间：2006年1月