专利名称：车用液位报警保护装置的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车车身电气领域，具体涉及一种利用液体压力传感器测量车上液体
容器内的液体压力后通过电压比较器进行安全判别，并在必要时可采取报警和保护措施的装置。
背景技术：
现有的类似液位检测装置主要是借助大多数液体的导电性实现的。在某种液体的 储液罐壁面上的某个深度上设置一枚探针，当液面超出该位置时，液体浸没探针，液体可以 使电流流过，相关电路被接通，此时，报警电路不会发出报警，而当液位低于探针位置时，检 测电路被切断，报警电路被接通，发出报警。 此类装置的优点是结构简单，成本低廉。但是，这种测量方式过于简单、粗糙，容易 受到外部条件变化的影响，在工作中的可靠性不好。又由于探针位置固定，无法调整。当被 检测的液体性质或者探针本身发生变化时，无法通过调整来校正系统的判别条件，会导致 装置工作时的准确性，甚至会造成装置的误报。此外，这类装置通常只具备报警功能，不具 备保护功能，只能起到提示驾驶员的作用，而不能进一步的对被检测设备进行有效的保护， 在功能上有其局限性。此外，上述装置不能用于检测绝缘或导电性较差的液体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量精度更高、可调整、具备报警和保护双重功能，并 且可以用于检测绝缘或导电差的液体的车用液位报警保护装置。 本发明所提供的车用液位报警保护装置，具体包括信号采集模块、电压转换模块、 信号比较模块以及报警和保护控制模块，其中的信号采集模块1采用压力传感器作为测量 元件，并安装于被测液体容器9的底部；信号比较模块包括彼此独立工作的电压比较器A和 电压比较器B，这2个电压比较器的输入端分别与压力传感器的输出端相连，电压比较器A 的输出端与报警模块5的输入端连接，电压比较器B的保护控制模块3的输入端连接；电压 转换模块7的输入端与外接电源8连接，输出端分别于电压比较器A和电压比较器B的另 一个输入端连接，为其提供合适的工作电压。 本发明所提供的车用液位报警保护装置中的保护控制模块3为一个串联在被保
护设备电路的干路中的常闭合继电器。而且在所述的常闭合继电器与被保护设备电路之间
可以串联一个二极管，用以保障只有单一方向的电流可以驱动保护控制模块。 本发明所提供的车用液位报警保护装置中的报警模块5可以是LED发光二极管，
或蜂鸣器，或二者的组合。而且报警模块与电压比较器的输出端采用共阳极接法。 本发明所提供的车用液位报警保护装置中的外接电源8可以采用车载的蓄电池。 本发明具有如下优点 (1)使用传感器作为测量装置，输出稳定，测量可靠。 测量装置使用压力传感器代替了此前系统上常用的探针，使得测量更加准确、可
3靠，抗外部干扰的能力更强，也更便于后期电控系统的进一步处理和使用。探针一般使用金
属材质，长期的使用必然会产生锈蚀、变形等问题，而在传统系统中的测量和判别都完全依
靠其进行，所以使得系统测量的准确和可靠程度下降，而使用传感器则可以避免诸如此类
的问题。探针系统在有较大的外部干扰时，会表现的非常不稳定，比如车辆行驶在颠簸或者
倾斜路面时，被检测的液体液面会发生较大幅度的变动，严重影响探针系统判别的正确性，
造成误报等，干扰驾驶员的判断。而使用压力传感器测量时，使用对于小幅度液面变化响应
较弱的传感器就可以尽可能减少颠簸路面上误报的可能，而传感器布置在被检测液体容器
的底面中心，当容器发生倾斜时，对压力传感器的测量影响被降到最小，可以避免其对判别
结果产生的影响，大大提升了系统的抗干扰能力。传统系统的控制方式完全不具备后期再
处理的能力，也因此限制了系统的功能性，在使用传感器后，输出的电压信号可以直接被其
它控制系统利用，为系统功能的扩展留出了很大余地。
(2)装置具备调整功能，可以根据不同液体性质进行调整。 此前的传统探针系统的判别完全是利用被检测液体与探针导通，当液体的性质或 探针本身发生变化时，比如使用了不同的风窗清洗剂或者探针发生变形或锈蚀，系统的判 别条件就会相应的发生改变。并且由于探针位置固定，当上述改变发生时，无法通过调节探 针的位置来校正系统。基于上述原因，在本发明中增加了独立的进行判别电路。判别电路 的核心是电压比较器，电压比较器工作的基本原理是比较两个分别由正相端和反相端输入 的电压信号，当正相端输入大于反相端输入时，比较器输出正的电源电压值，即输出一个高 电平；反之，则输出一个低电平。压力传感器测量输出的电压值由反相端输入到比较器，正 相端输入的是比较电压的基准信号，也就是被检测系统安全临界值所对应的电压，这个电 压信号是由电源进行调压后给出的，调压是通过滑动变阻器实现的。传统系统探针不能实 现的调整功能，在本发明中，借助可调节的基准电压得以实现。除此之外，在增加独立的判 别电路以后，还可以实现多级比较功能。所谓多级比较，就是将压力传感器输出的电压值 同时引入多个电压比较器进行比较，不同的电压比较器对应不同的基准电压，可以实现被 检测液位信号与多个不同安全限度的液位临界值的比较，各个电压比较器后所带负载也不 同，进而实现了不同液位触发不同的功能，使得装置的功能性大大提升，工作更精密。本发 明中将传感器电压进行了两次比较，分别用于触发报警电路和保护电路。对于报警电路，触 发时所对应的液位要略高于保护电路。这样，当液位到达报警临界值时，装置首先向驾驶员 发出声光报警信号，提示驾驶员及时进行检查和补充。而如果液位在报警电路触发后仍旧 继续下降一段高度，才会触发保护电路，这样分条件触发可以给驾驶员留出维修的时间。保 护电路被触发后，会在必要时切断被检测液体相关设备的电路，防止其继续工作带来的设 备损坏。
(3)装置在报警的基础上增加了保护电路。 传统系统往往只具备报警功能，只能提醒驾驶员进行必要的检查，只能被动的减 少事故发生的可能性，而本发明不仅保留了基本的报警功能，还增加了保护功能。保护功能 是通过保护电路实现的，保护电路的触发条件是在报警电路触发后液面又下降一段高度。 保护电路的保护装置是与电压比较器输出端串联的一个常闭合继电器，保护电路连接的是 继电器的控制端，而继电器的受控端串联在被保护设备的干路中。在该通路上还串联了一 个二极管，二极管的作用是保证电路的单向导通性，使得仅在被检测液位低于安全基准信
4号时，电路才能导通，防止相关系统由于误报而被强制停止工作。之所以使用常闭继电器是因为在正常情况下，由于二极管的作用，保护电路中不会有电流流过，受控端常闭保证受控设备可以正常使用，而只有当超出了安全阈值，保护电路中出现电流，继电器才被吸开，切断受控端的电路断路。
(4)本装置可以用于检测绝缘或导电性差的液体 传统装置是依靠液体导电性实现的，因而不适用于绝缘或导电性差的液体。本装置的工作原理是依靠液体内部的压力P = P gh，因而与液体的导电性无关，可以用于检测传统系统所无法检测的液体，应用范围更广。 以下结合
和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1车用液位报警保护装置示意图； 图中1_压力传感器，2-电压比较器B，3-保护控制模块，4-被保护设备电路，5-报警模块，e-电压比较器A，？-电压转换模块，S-外接电源，9-被测液体容器；
图2车用液位报警保护装置电路原理 图3车用液位报警保护装置控制流程具体实施例方式图1是本发明的总体示意图。 图2是本发明的电路连接图。其中V1是整套装置的电源，在使用时由车载蓄电池供给，蓄电池的输出电压为12V左右。非线性电压源V2代表的是用于检测液位高度的压力传感器的输出电压值，传感器的输出电压随液体内部压强的升高而升高，由于液体内部压强P = P gh，液体性质不发生变化时，只与测量位置有关，所以输出电压值随传感器与液面的相对位置变化而变化，又因为传感器的位置固定不变，液面位置越高，输出电压值越大；该输出值的范围为0 5V。装置系统内部多数器件需要时用5V供电，因而由蓄电池直接输出的电压需要经过一次降压才能输入到各个器件上，图中Ul表示的就是用于降压的LM7805芯片，该芯片可以将12V电压降为5V。图中U2是LM339电压比较器，该比较器内部共有4路独立的输入输出，在装置中只用了 A路和B路，二者分别是报警电路和保护电路的判别电路，图中用U2A和U2B代表。蜂鸣器(BUZZER)U3的功能是在报警电路被接通时发出声音报警。Rl和R2是两个滑动变阻器，分别安装在两路电压比较的正相端上，用于调节正相端的输入电压值。图中用R3代表被检测液体的相关设备，即被保护设备。LED1表示的是报警电路中的发光二极管，功能是在报警电路接通时，发光报警。Dl为一个二极管，串联在保护电路中，用以保障只有单一方向的电流可以驱动继电器。X1代表常闭合继电器，继电器的控制端与电压比较相连，受控端与受控设备相连，在图中与R3相连。
线路的连接关系如图2所示，蓄电池VI的正极与7805芯片Ul的输入端相连，负极接地，图中的地在蓄电池的负极上。Ul的其它两个管脚，输出端与电压比较器U2的供电端3相连，公共端接地。电压比较器的12端接地。在芯片U1输出端和U2供电端的结点上引出一路电源，用于给比较器的正相端5和7供电，即提供比较的基准电压；由于基准电压应可调，所以在该路电源上设置滑动变阻器Rl和R2，分别位于报警和保护支路上。滑动变阻器两端分别接结点和地，由滑动端输出电压，与比较器的正相端相连。比较器的反相端 4和6由压力传感器V2输入。发光二极管LED1、蜂鸣器U3与电压比较器U2的A路输出 端l串联，构成报警电路，可以发出声光报警；由于发出报警时，比较输出的是正电压，所以 LED1和U3采用共阳极接法。二极管Dl、继电器XI的控制端与电压比较器U2的B路输出 端2串联，构成保护电路；二极管的方向要保证只有电压比较器输出正相电压时才能驱动 继电器动作。 本发明的液位检测控制流程如图3所示。当被检测液面的高度高于报警电路临界 值时，传感器输出的电压值Ui大于临界值对应的电压Ucl，报警电压比较器的输出值Uol 等于负的比较器的电源电压。由于报警电路的发光二极管和蜂鸣器采用了共阳极接法，所 以此时不发出报警。当液面降低到报警临界值和保护临界值中间时，传感器输出电压Ui 〈Ucl，Uol输出等于正的电源电压，二极管和蜂鸣器被接通，发出声光报警。但是传感器输 出电压Ui大于保护临界值Uc2，保护比较器的输出值Uo2等于负的电源电压，由于二极管的 作用，保护电路中没有电流流过继电器的控制端，保护电路不动作。当液面低于保护临界值 时，Ui <Ucl，Ui 〈Uc2，此时报警比较器和保护比较器都输出正的电源电压，报警电路和保 护电路都接通，既发出报警，又采取保护措施。
权利要求
车用液位报警保护装置，包括信号采集模块、电压转换模块、信号比较模块以及报警和保护控制模块，其特征在于其中的信号采集模块采用压力传感器(1)作为测量元件，并安装于被测液体容器(9)的底部；信号比较模块包括彼此独立工作的电压比较器A(6)和电压比较器B(2)，这2个电压比较器的输入端分别与压力传感器(1)的输出端相连，电压比较器A的输出端与报警模块(5)的输入端连接，电压比较器B(2)的保护控制模块(3)的输入端连接；电压转换模块(7)的输入端与外接电源(8)连接，输出端分别于电压比较器A(6)和电压比较器B(2)的另一个输入端连接，为其提供合适的工作电压。
2. 根据权利要求1所述的车用液位报警保护装置，其特征在于，所述的保护控制模块 (3)为一个串联在被保护设备电路(4)的干路中的常闭合继电器。
3. 根据权利要求2所述的车用液位报警保护装置，其特征在于，在所述的常闭合继电 器与被保护设备电路(4)之间可以串联一个二极管，用以保障只有单一方向的电流可以驱 动保护控制模块。
4. 根据权利要求l所述的车用液位报警保护装置，其特征在于，所述的报警模块(5)可 以是LED发光二极管，或蜂鸣器，或二者的组合。
5. 根据权利要求4所述的车用液位报警保护装置，其特征在于，所述的报警模块(5)与 电压比较器的输出端采用共阳极接法。
6. 根据权利要求l所述的车用液位报警保护装置，其特征在于，所述的外接电源(8)可 以采用车载的蓄电池。
全文摘要
本发明公开了一种车用液位报警保护装置，属于汽车车身电气领域。该装置包括信号采集、电压转换、信号比较以及报警和保护控制等模块。其中，信号采集模块以压力传感器作为测量元件安装于被测液体容器底部；传感器输出的电压信号输入2个彼此独立工作的电压比较器，两电压比较器的输出端分别与报警模块和保护控制模块连接；电压转换模块将外接电源转换成适合装置工作的电压。与传统液位保护装置相比，本发明所提供装置使用传感器进行测量，输出稳定，测量可靠；且装置具备调整功能，可以根据不同液体性质进行调整。当被测液位超出临界值时，装置兼具报警和保护两种功能。此外，本装置还可以用于绝缘和导电性差液体的检测。
文档编号H02H5/08GK101771264SQ20101010586
公开日2010年7月7日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者张红光, 王欣, 王道静 申请人:北京工业大学