发布于 06-24 21:14:52
汽车上有多种液位传感器，例如，燃油液位传感器、制动液液位传感器、冷却液液位传感器、洗涤液液位传感器等，用于监测液位的高低（线性型）或液位的极限情况（开关型）。按传感器的结构原理分类，这些液位传感器有浮子式（电位计式）、电热式、舌簧开关式、电容式等多种类型。线性型液位传感器主要用于相关仪表系统，开关型液位传感器则主要用于液位降至极限值的报警信号灯的控制。
一、浮子式燃油液位传感器
1.浮子式燃油液位传感器的组成原理
浮子式燃油液位传感器的核心部件是滑片式变阻器，其组成部件如图10-42所示。
浮子随燃油液面升降时，通过浮子杆和滑片转轴带动滑片在滑片电阻上滑动，使串联于燃油表电路中的电阻发生变化，并使燃油表内部的电流有相应的改变，驱动指针偏转，指示相应的燃油量。燃油表主要有电热式和电磁式两种结构形式。
电热式燃油表的组成与工作原理如图10-43所示。这种燃油表的指针偏摆由双金属片的弯曲带动，双金属片上绕有加热线圈。工作时，随着燃油箱油面的下降，浮子下沉，使串入仪表电路的电阻值增大，电路电流减小，燃油表加热线圈产生的热量减少，双金属片因温度的下降，其弯曲程度随之降低，带动指针回摆，指示的油量下降。
图10-42 浮子式燃油液位传感器
a）传感器组成 b）传感器原理
1—滑片 2—滑片电阻 3—浮子杆 4—接线柱 5—浮子 6—滑片转轴 7—固定板 8—电位计 9—燃油滤清器
图10-43 电热式燃油表的组成与工作原理
1—双金属片 2—指针 3—浮子式燃油液位传感器 4—燃油液面 5—双金属片
电磁式燃油表的组成与工作原理如图10-44所示。燃油表内有左右两个线圈，其中左线圈与传感器串联，右线圈与传感器并联，指针的摆动由左右两个线圈的合成磁力吸引转子的转动来带动。工作时，随着燃油箱油面的下降，浮子下沉，使串入燃油表电路的电阻值减小，并联线圈的电流随之下降，而串联线圈的电流则有所增加。这使得两线圈的综合磁场方向发生偏转，吸引衔铁（转子）转动一定的角度，带动指针摆向低油量示值一侧。
2.浮子式燃油液位传感器的检测方法
浮子式燃油液位传感器常见的故障是：滑片与滑片电阻之间接触不良、滑片电阻不良、传感器内部线路接触不良等，导致燃油表指针不动、总是指示满油不动、指示值不准确。
图10-44 电磁式燃油表的组成与工作原理
1—左线圈 2—右线圈 3—衔铁（转子） 4—指针 5—滑片电阻 6—滑片 7—浮子
（1）就车故障诊断
电热式燃油表指针不动、电磁式燃油表指示满油位置不动，说明传感器或其连接线路有断路故障，诊断方法是：将连接传感器的接线直接搭铁，接通点火开关时看指针是否摆向满油位置（电热式）或摆向空油位置（电磁式）。如果是，说明传感器内部有断路故障；如果不是，则需检修线路和燃油表。
（2）检测传感器的电阻
拆下传感器，摆动浮子杆，测量传感器的电阻，当浮子从低位“E”摆向高位“F”时，电阻值应连续变化。如果电阻值为无穷大，说明传感器内部有断路故障；如果电阻值变化不连续，说明滑片与滑片电阻之间接触不良。
二、热敏电阻式燃油液位传感器
1.热敏电阻式燃油液位传感器的作用原理
热敏电阻式燃油液位传感器连接于燃油液面过低报警电路中，如图10-45所示。传感器中的热敏元件为负温度系数的热敏电阻，当燃油箱油面高于设定的低限时，传感器的热敏电阻被浸没在燃油中，通过燃油散热较快而温度较低，其电阻值大。因此，继电器线圈电路中电流很小，不能吸合继电器触点，指示灯不亮。当燃油箱油面降到设定的最低限时，传感器的热敏电阻露出油面，由于通过空气散热较慢，热敏电阻的温度升高，其电阻值减小，使继电器线圈电流增大，吸合继电器触点，指示灯亮起，指示燃油箱油量已不足。
图10-45 热敏电阻式燃油液位过低报警电路
1—继电器 2—燃油不足报警灯 3—燃油箱 4—热敏电阻式液位传感器
2.热敏电阻式燃油液位传感器的检测方法
以丰田汽车上使用的热敏电阻式燃油液位传感器为例，介绍这种传感器的检测方法。
（1）检测传感器的电阻
如图10-46所示，从上至下改变浮子的位置，测量燃油端子与搭铁端子之间的电阻，其电阻值应符合表10-4的规定值。
图10-46 检测传感器的电阻
表10-4 丰田汽车燃油端子与搭铁端子间的电阻值
（2）检测燃油不足报警灯及电路
从燃油表上断开插接器，接通点火开关（ON），将报警灯端子搭铁（图10-47），这时报警灯应点亮。如果不亮，则应检修报警灯线路或更换报警灯。
（3）检测热敏电阻式燃油液位开关
取出燃油表的外壳，然后在报警端与搭铁端连接一个12V、3W的小灯泡作为警告灯，当接上蓄电池时，如图10-48a所示，警告灯应点亮；当将液位传感器放入水中时，如图10-48b所示，警告灯应该熄灭。
图10-47 检测燃油不足报警灯及其电路
图10-48 检测热敏电阻式燃油液位开关
a）放在空气中 b）放在水中
经上述检测，如不符合规定，则应更换液位传感器。
三、电容式燃油液位传感器
1.电容式燃油液位传感器的基本组成
变介电常数的筒型电容式液位传感器已在第二章介绍过，应用于汽车燃油箱的电容式液位传感器是A、B、C三块平板电极，如图10-49所示。其中极板A与极板B组成电容器C1，极板A与极板C构成参考电容C2，极板B和极板C之间的空隙很小，可忽略不计。
2.电容式燃油液位传感器的测量原理
电容式燃油液位传感器的测量原理如图10-50所示。传感器电容探头竖直地安装在油箱中，极板A与极板B构成的C1可看是两个电容并联，一个是以空气为介质，另一个介质是燃油。空气的介电常数ε0很小，当燃油箱的液面下降时，C1空气为介质部分增加，燃油为介质部分减少，电容值减小。C1的改变与燃油的液面有着一一对应的关系，通过测量电路，将电容C1的变化转换为相应的电信号。
图10-49 电容式燃油液位传感器
图10-50 电容式燃油液位传感器测量原理
d—极板间隙 ε0—空气介电常数 εr—燃油相对介电常数
3.电容式燃油液位传感器的特点
电容式燃油液位传感器是一种新型液位传感器，具有如下特点。
（1）工作可靠且寿命长
电容式燃油液位传感器探头安装于燃油箱后，将燃油箱内的燃油液面的变化转换为电容的变化，再由测量电路转换为电信号，工作过程无运动部件，工作可靠性强，使用寿命长。
（2）存油量测量的精度高
以电容作传感元件，油量测量探头本身具有自动补偿功能，可使测量结果不受燃油温度和杂质等的影响，测量的精度较高。
（3）可与行车电控单元集成
传感器的电容参量可通过以单片机为核心的测量电路转换为数字信号，可向车载行车电脑提供剩余油量信息，行车电脑可结合当前的车速和油耗率计算并显示续驶里程，提醒驾驶人及时加油；根据一段时间的油量变化，结合行驶里程，还可计算并显示平均油耗。
（4）可提供油箱油量的极限状态信号
当燃油箱液位超过L时，传感器的电容值达到最大值，可发出一个溢油信号，表示此时油箱已加满；当燃油箱液位低于L2时，传感器的电容值小于C2，可发出一个油量已达到最低极限的信号，可使燃油液位过低报警灯亮起。
四、电热式燃油液位传感器
1.电热式液位传感器的构成与测量原理
电热式燃油液位传感器的构成如图10-51所示。传感器的传感元件是金属箔上附着的Fe-Ni薄膜，薄膜电阻通电后产生热量，使薄膜电阻的温度升高，电阻也随之增大。当把传感器的探头置于燃油箱的燃油之中时，通过燃油的热传递，薄膜电阻的温度会下降，其电阻也随之下降。随着燃油箱燃油液面的下降，薄膜电阻与空气接触部分增加，由于空气的导热性差，这会使薄膜电阻的温度随液面的下降而升高，其等效电路如图10-51b所示。通过测量电路将薄膜电阻的变化转换为与液面成一一对应关系的电压信号。
由于燃油温度对薄膜电阻的阻值也会有影响，因而在传感器探头中设有温度补偿电阻，用于消除温度对传感器测量精度的影响。
2.电热式液位传感器的检测方法
有电阻检测法和电压检测法两种检测方法。
图10-51 电热式燃油液位传感器
a）探头构成 b）等效电路
1—20ΩFe-Ni电阻 2—7kΩ温度补偿电阻 3—Cu导体
（1）电阻检测法
与热敏电阻式温度传感器一样，测量电热式液位传感器在各种温度下的电阻，看其是否与规定的值相符。
（2）电压检测法
与电位计式传感器相似，将电热式液位传感器置于水中，接通电源后，改变探头在水中的高度，测量信号端子的电压，电压应随液面高度的变化而变化，并与规定值相符。
五、舌簧开关式液位传感器
图10-52 舌簧开关式液位传感器的主要构造
1—点火开关 2—警告灯 3—液面 4—浮子 5—传感器外壳 6—舌簧开关 7—永久磁铁
1.舌簧开关式液位传感器的测量原理
舌簧开关式液位传感器的主要部件是带永久磁铁的浮子和舌簧开关，其主要构造如图10-52所示。在液面正常时，固定在浮子上的永久磁铁离传感器壳体内的舌簧开关的距离较远而不能吸合舌簧开关，液面不足，警告灯电路不通电，警告灯不亮。当浮子随着液面下降到设定的低限时，永久磁铁离舌簧开关的距离较近而将舌簧开关吸合（图10-53），液面不足，警告灯亮起，以示警告。
2.舌簧开关式制动液液位传感器
舌簧开关式制动液液位传感器控制的制动液不足警告灯电路如图10-54所示。制动液不足报警电路由仪表板上的警告灯和安装在制动液储液罐中的舌簧开关式液位传感器组成，当浮子随着制动液面下降到设定的低限时，永久磁铁的磁力将舌簧开关磁化而使舌簧开关闭合。这时如果点火开关处于接通状态，制动液不足警告灯就会亮起，以示警告。
图10-53 舌簧开关式液位传感器的工作原理
图10-54 制动液不足警告灯电路
1—舌簧开关 2—浮子 3—驻车制动器开关 4—制动液不足警告灯
3.舌簧开关式冷却液液位传感器
在一些汽车上，装有舌簧开关式冷却液液位传感器（图10-55），当冷却液的液面降至最低极限时，随冷却液的液面一起下降的浮子靠近了舌簧开关，浮子上的永久磁铁将舌簧开关吸合，接通了冷却液不足警告灯电路，仪表板处的冷却液不足警告灯亮起，提醒驾驶人及时补充冷却液，以避免因缺少冷却液而导致发动机温度过高。
图10-55 舌簧开关式冷却液液位传感器工作原理
a）冷却液充足时浮子的位置 b）冷却液不足时浮子的位置
1—舌簧开关 2—带永久磁铁的浮子
4.舌簧开关式洗涤液液位传感器
部分汽车上在其风窗玻璃洗涤器的储液罐中，装有液位传感器，用以在储液罐缺少洗涤液时及时报警。舌簧开关式洗涤液液位传感器如图10-56所示。洗涤液充足时，浮子在上面，离舌簧开关较远，舌簧开关处于断开状态（图10-56a）。当洗涤液不足时，浮子下降到舌簧开关的附近（图10-56b），舌簧开关被永久磁铁吸合，仪表板上的洗涤液不足警告灯亮起，提醒驾驶人及时补充洗涤液。
5.浮子舌簧开关式液位传感器的检测
这种液位传感器常见故障是浮子损坏、舌簧丧失弹性、舌簧触点接触不良等，导致舌簧开关控制的报警电路工作失常。检测方法如下：使浮子上下移动，测量传感器的两接线端子电阻。正常情况应该是：当浮子向下移动时，两端子电阻为0Ω，表示导通；浮子向上移动时，两端子电阻为∞，表示不导通。如果不符合要求，说明液位传感器已损坏，应予以更换。
图10-56 舌簧开关式洗涤液液位传感器工作原理
a）洗涤液充足时 b）洗涤液不足
1—浮子 2—舌簧开关
