专利名称：一种汽车油位霍尔传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车油位霍尔传感器。
背景技术：
目前，国内汽车油位传感器是厚膜电阻式，阻值变化对应油位变化，类似划线变阻 器，这种厚膜电阻式油位传感器在测量范围内是分段线性，即在测量范围内有至少两个不 同的斜率。它对生产工艺环节的控制要求较高，为保证电阻的精度，从其电阻浆料的配制， 印刷到烧结，修阻都要从严控制；为保证接触的有效性，电极材料的选取，机械电刷材质及 与电极磨擦压力，燃油等对触点、电极的腐蚀，机械接触寿命等也有众多考量。而生产设备 更是价格高昂，资源、生产能耗、管理成本较大。这种油位传感器采用机械接触的方案，往往 造成在现实环境中使用一段时间后，油位传感失效。虽然能严格控制生产工艺环节，从工 艺、材料上减少这种结构上机械接触失效的几率，但仍旧不能杜绝，因此我们要从设计方案 上寻求突破。基于霍尔效应的霍尔传感器常用于测量磁场强度，其测量范围从IOOe到几千奥 斯特，霍尔传感器利用霍尔效应进行测量，将检测到的磁场变化转变为电信号输出，其输出 电压与磁场强度成正比。目前的霍尔器件都可承受一定的振动，可在零下40摄氏度到零上 150摄氏度范围内工作，全部密封不受水油污染，完全能够适应汽车的恶劣工作环境。但是 霍尔元件也存在由于材料不均勻，导致电阻分布不均勻，控制电极接触不良，电流分布不均 勻的问题，这样霍尔元件会出现零位误差现象，即磁感应强度为零时，霍尔元件的输出即霍 尔电动势不为零。综上所述，可以在解决霍尔元件零位误差问题后，利用霍尔传感器将霍尔效应应 用到汽车油位传感器的设计当中，解决现有汽车油位传感器的不足。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种汽车油位霍尔传感器结构简单，体形轻巧，使用 方便，生产成本低，测量精度高，信号稳定。实现本实用新型目的的技术方案是一种汽车油位霍尔传感器，包括电路板、磁 性元件、霍尔元件、支架、旋杆和浮子，电路板和霍尔元件固定在支架上，且霍尔元件与电 路板连接，支架安装在油箱上，旋杆的中部与支架转动连接，旋杆的一端与磁性元件固定连 接，另一端与浮子固定连接，磁性元件位于霍尔元件的背面且二者水平高度一致；所述浮子 浮于油箱内的油面上；所述油箱内油位的变化带动浮子移动，浮子带动旋杆转动，旋杆带动 磁性元件转动，霍尔元件感应到磁性元件转动带来磁场的变化后，输出电压信号给电路板， 电路板通过磁性元件转动角度与霍尔元件输出的电压之间的关系实现对油箱内油位的检 测。所述电路板上设有数据处理部件和输出部件，数据处理部件用于接收并处理霍尔 元件输出的信号，经处理后将数据传送到输出部件。[0008]所述数据处理部件为嵌入式模块，包括集成放大器、温度测量元件和单片机，集成 放大器用于消除前端电路的共模信号并且将霍尔元件输出的信号放大，温度测量元件用于 采集温度信号，单片机用于处理集成放大器放大的信号以及温度测量元件采集到的温度信号。所述数据处理部件的集成放大器放大倍数可调节，型号为TL084，用于供给单片机 所需要的范围的数值信号；所述数据处理部件的温度测量元件为热敏电阻；所述数据处理 部件的单片机的型号为STC12C5402AD，采用ISP在线编程方式，设有ISP下载编程接口。所述输出部件包括F/V转换电路、辅助矫正编程口和仪表盘接口，F/V转换电路用 于将单片机处理后的频率信号转为相应的电压信号然后输出给仪表盘接口，辅助矫正编程 口用于连接PC机，仪表盘接口用于连接仪表盘。所述输出部件的F/V转换电路采用分立元件；所述输出部件的辅助矫正编程口采 用RS总线结构，占用单片机的P3.0、P3. 1 口，辅助矫正编程口与PC机连接后用于修正输出 电压的斜率和0点偏置电压，以及对传感器控制进行线性段编程；所述输出部件的仪表盘 接口采用引出线结构，接口为J2，引出线为3根，分别为电源线，地线和数据线。所述磁性元件为环形磁铁，且径向充磁。所述支架的背面设有安装插件，支架通过安装插件安装在油箱上。油位传感器还包括霍尔元件零位误差补偿电路，通过调整霍尔元件零位误差补偿 电路消除霍尔元件的零位误差问题，使得磁感应强度为零时，霍尔元件输出的电动势为零。本实用新型具有以下的有益效果(1)本实用新型的霍尔元件感应到磁性元件转 动带来磁场的变化后，输出电压信号给电路板，电路板通过磁性元件转动角度与霍尔元件 输出的电压之间的关系实现对油箱内油位的检测，这种利用霍尔效应制作出的油位传感器 结构简单、成本低、使用方便。(2)本实用新型的磁性元件位于霍尔元件的背面且二者水平高度一致，这种结构 能使霍尔元件位于最大有效磁感应强度处。(3)本实用新型的数据处理部件包括集成放大器，经过差分放大后，使得霍尔元件 灵敏度大为提高，这种结构使得油位传感器具有很好的检测性能。(4)本实用新型的数据处理部件包括温度测量元件，这种结构使得油位传感器的 工作温度范围较宽，完全符合油箱温度变化范围大的特点，且霍尔元件和磁性元件的温漂 系数较小，可以保证输出电压的稳定性。(5)本实用新型还包括霍尔元件零位误差补偿电路，这样便可以通过调节电阻的 大小，使两个电极间达到平衡，消除霍尔元件存在的零位误差现象，也就是当磁感应强度为 零时，输出的霍尔电动势也为零。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1为本实用新型的结构示意图。图2为图1背面的结构示意图。图3为图1的剖视示意图。[0024]图4为霍尔效应原理示意图。图5为本实用新型的电路原理图。附图中标号为电路板1、数据处理部件12、集成放大器12-1、温度测量元件12_2、单片机12_3、 ISP下载编程接口 12-4、输出部件13、F/V转换电路13-1、辅助矫正编程口 13_2、仪表盘接 口 13-3、磁性元件2、霍尔元件3、支架4、安装插件41、旋杆5。
具体实施方式
(实施例1)见图1至图3，本实施例包括电路板1、磁性元件2、霍尔元件3、支架4、旋杆5、浮 子和霍尔元件零位误差补偿电路。电路板1和霍尔元件3固定在支架4上，且霍尔元件3与电路板1连接，支架4的 背面设有安装插件41，支架4通过安装插件41安装在油箱上，旋杆5的中部与支架4转动 连接，旋杆5的一端与磁性元件2固定连接，另一端与浮子固定连接；磁性元件2位于霍尔 元件3的背面且二者水平高度一致，磁性元件为环形磁铁，采用MQ钕铁硼，且径向充磁；浮 子浮于油箱内的油面上。见图4，假设存在方向垂直于薄片向上的磁场B，在薄片电极两端加直流电，则有 相应的电流I。通过，半导体中的载流子将沿着与电流I。相反的方向运动，在外磁场B的作 用下，电子受洛伦兹力&的作用而发生偏转，于是在半导体的前端面上电子积聚而带负电 荷，后端面因电子的偏移而带正电，在前后断面上形成与洛伦兹力&方向相反的电场力Fe 电场，阻止电子继续偏移，当Fe与&大小相等时，电子积累达到平衡状态，这时在半导体前 后两面之间就形成霍尔电场EH，产生相应的霍尔电势UH。设电子以速度ν按电流相反方向 运动，则& = qVB，q为电子电荷量，则电作用于电子的FE = _qEH。设半导体薄片长、 宽、厚分别为l，b，d，则Fe = _qUH/b，当电子积累达到动态平衡时，FJFe = 0，即vB = UH/b， 又由于电流密度j = -nqv，n为N型半导体中的电子浓度即单位体积中的电子数，得到I = jbd = -nqvbd，ν = -I/nqbd，将 ν 带入上述力平衡式，得 Uh = -IB/nqd = RHIB/d = KhIB,式 中Rh为霍尔系数，Rh = "1/nq (立方米/库仑)，由材料的物理性质决定，Kh为灵敏度系数， 与材料的物理性质和几何尺寸有关。见图5，电路板1上设有数据处理部件12和输出部件13，数据处理部件12用于接 收并处理霍尔元件3输出的信号，经处理后将数据传送到输出部件13。数据处理部件12为 嵌入式模块，包括集成放大器12-1、温度测量元件12-2和单片机12-3，集成放大器12_1用 于消除前端电路的共模信号并且将霍尔元件3输出的信号放大，温度测量元件12-2用于采 集温度信号，单片机12-3用于处理集成放大器12-1放大的信号以及温度测量元件12-2采 集到的温度信号。数据处理部件12的集成放大器12-1放大倍数可调节，型号为TL084，用 于供给单片机12-3所需要的范围的数值信号；数据处理部件12的温度测量元件12-2为热 敏电阻；数据处理部件12的单片机12-3的型号为STC12C5402AD，采用ISP在线编程方式， 设有ISP下载编程接口 12-4。输出部件13包括F/V转换电路13-1、辅助矫正编程口 13_2 和仪表盘接口 13_3，F/V转换电路13-1用于将单片机处理后的频率信号转为相应的电压信 号然后输出给仪表盘接口 13-3，辅助矫正编程口 13-2用于连接PC机，仪表盘接口 13-3用于连接仪表盘。输出部件13的F/V转换电路13-1采用分立元件；输出部件13的辅助矫正 编程口 13-2采用RS232总线结构，占用单片机12-3的P3.0、P3. 1 口，辅助矫正编程口 13-2 与PC机连接后用于修正输出电压的斜率和0点偏置电压，以及对传感器控制进行线性段编 程；输出部件13的仪表盘接口 13-3采用引出线结构，接口为J2，引出线为3根，分别为电 源线，地线和数据线。通过调整霍尔元件零位误差补偿电路，使得磁感应强度为零时，霍尔 元件3输出的电动势为零。油箱内油位的变化带动浮子移动，浮子带动旋杆5转动，旋杆5带动磁性元件2转 动，霍尔元件3感应到磁性元件2转动带来磁场的变化后，输出电压信号给电路板1，电路 板1通过磁性元件2转动角度与霍尔元件3输出的电压之间的关系实现对油箱内油位的 检测。当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用 新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范 围之中。
权利要求1.一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于包括电路板(1)、磁性元件(2)、霍尔元件 (3)、支架(4)、旋杆(5)和浮子，电路板(1)和霍尔元件(3)固定在支架(4)上，且霍尔元件 (3)与电路板(1)连接，支架(4)安装在油箱上，旋杆(5)的中部与支架(4)转动连接，旋杆 (5)的一端与磁性元件(2)固定连接，另一端与浮子固定连接，磁性元件(2)位于霍尔元件 (3)的背面且二者水平高度一致；浮子带动旋杆(5)转动，旋杆(5)带动磁性元件(2)转动， 霍尔元件(3)感应到磁性元件(2)转动带来磁场的变化后，输出电压信号给电路板(1)，电 路板(1)通过磁性元件(2)转动角度与霍尔元件(3)输出的电压之间的关系实现对油箱内 油位的检测。
2.根据权利要求1所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于所述电路板(1)上 设有数据处理部件(12)和输出部件(13)，数据处理部件(12)用于接收并处理霍尔元件 (3)输出的信号，经处理后将数据传送到输出部件(13)。
3.根据权利要求2所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于所述数据处理部件 (12)为嵌入式模块，包括集成放大器(12-1)、温度测量元件(12-2)和单片机(12-3)，集成 放大器(12-1)用于消除前端电路的共模信号并且将霍尔元件(3)输出的信号放大，温度测 量元件(12-2)用于采集温度信号，单片机(12-3)用于处理集成放大器(12-1)放大的信号 以及温度测量元件(12-2)采集到的温度信号。
4.根据权利要求3所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于所述数据处理部件 (12)的集成放大器(12-1)放大倍数可调节，型号为TL084，用于供给单片机(12_3)所需要 的范围的数值信号；所述数据处理部件(12)的温度测量元件(12-2)为热敏电阻；所述数 据处理部件(12)的单片机(12-3)的型号为STC12C5402AD，采用ISP在线编程方式，设有 ISP下载编程接口(12-4)。
5.根据权利要求4所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于所述输出部件(13) 包括F/V转换电路(13-1)、辅助矫正编程口(13-2)和仪表盘接口(13-3)，F/V转换电 路(13-1)用于将单片机处理后的频率信号转为相应的电压信号然后输出给仪表盘接口 (13-3)，辅助矫正编程口(13-2)用于连接PC机，仪表盘接口(13-3)用于连接仪表盘。
6.根据权利要求5所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于所述输出部件(13) 的F/V转换电路(13-1)采用分立元件；所述输出部件(13)的辅助矫正编程口(13-2)采用 RS232总线结构，占用单片机(12-3)的P3. 0、P3. 1 口，辅助矫正编程口(13_2)与PC机连 接后用于修正输出电压的斜率和0点偏置电压，以及对传感器控制进行线性段编程；所述 输出部件(13)的仪表盘接口(13-3)采用引出线结构，接口为J2，引出线为3根，分别为电 源线，地线和数据线。
7.根据权利要求6所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于所述磁性元件(2) 为环形磁铁，且径向充磁。
8.根据权利要求7所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于所述支架(4)的背 面设有安装插件(41)，支架(4)通过安装插件(41)安装在油箱上。
9.根据权利要求8所述的一种汽车油位霍尔传感器，其特征在于还包括霍尔元件零 位误差补偿电路。
专利摘要本实用新型公开了一种汽车油位霍尔传感器，包括电路板、磁性元件、霍尔元件、支架、旋杆和浮子，电路板和霍尔元件固定在支架上，且霍尔元件与电路板连接，支架安装在油箱上，旋杆的中部与支架转动连接，旋杆的一端与磁性元件固定连接，另一端与浮子固定连接，磁性元件位于霍尔元件的背面且二者水平高度一致，浮子浮于油箱内的油面上，油箱内油位的变化带动浮子移动，浮子带动旋杆转动，旋杆带动磁性元件转动，霍尔元件感应到磁性元件转动带来磁场的变化后，输出电压信号给电路板，电路板通过磁性元件转动角度与霍尔元件输出的电压之间的关系实现对油箱内油位的检测。这种利用霍尔效应制作出的油位传感器结构简单、成本低、使用方便。
文档编号G01F23/72GK201780148SQ201020302120
公开日2011年3月30日 申请日期2010年2月2日 优先权日2010年2月2日
发明者方颖, 时张杰, 缪琴 申请人:常州机械电子工程研究所