一种液位测量器和油位表系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及测量技术，尤其涉及一种液位测量器和油位计。


背景技术：

2.一直以来，液位测量需求普遍存在于工业生产领域以及日常生活中。浮球式液位测量装置作为一种结构简单，可靠性高的测量装置被广泛应用于各种液位检测环境中。
3.由于一般液位测量装置多采用多个并列放置的开关型元件作为传感器，导致测量精度较低，不能满足精确测量的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种液位测量器和油位计，解决了现有技术中测量精度低的问题，实现了精确的感知液位高度，达到提高测量精度的效果。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种液位测量器，包括：
6.浮筒，所述浮筒漂浮于待测液体的液面上；
7.浮筒连接杆，所述浮筒连接杆的一端固定连接所述浮筒；
8.传动装置，所述传动装置连接浮筒连接杆的另一端，能够用于将水平传动量转化为竖直传动量。
9.转动量采集模块，所述转动量采集模块为线性传感器，固定于所述传动装置的上方，用于采集所述传动装置的竖直转动量；
10.数据处理模块，所述数据处理模块与所述转动量采集模块电连接，用于根据所述转动量采集模块提供的所述传动装置的竖直转动量、传动比和所述浮筒连接杆的长度，以及转动起始角或终止角的绝对位置，计算所述浮筒所处的液面高度。
11.可选地，所述传动装置包括传动组件，所述传动组件与所述浮筒连接杆的另一端连接，以使所述浮筒连接杆围绕水平方向转轴转动。
12.进一步地，所述传动组件包括相互啮合的第一斜齿轮和第二斜齿轮，所述第一斜齿轮的旋转轴与所述第二斜齿轮的旋转轴垂直。
13.进一步地，所述传动装置包括传动杆，所述传动杆的下端与所述传动组件连接，以使所述传动杆围绕竖直方向转轴转动。
14.进一步地，所述传动杆的上端固定连接有磁体结构，所述磁体结构与所述转动量采集模块相对设置，所述转动量采集模块根据所述磁体结构转动产生的磁场变化测量液位高度变化。
15.进一步地，所述转动量采集模块为霍尔式旋转角度传感器。
16.进一步地，所述转动量采集模块为旋转式数字电位计，所述旋转式数字电位计的轴与所述传动杆上端同轴连接。
17.可选地，所述液位测量器还包括支架，所述支架的上端和下端分别设置有第一固定部和第二固定部；
18.所述第一固定部设置有第一通孔，所述转动量采集模块固定安装在所述第一固定部的上表面，且所述传动杆贯穿所述第一通孔；
19.所述传动组件固定安装在所述第二固定部上。
20.进一步地，所述支架的中部还设置有限位部，所述限位部设置有第二通孔，所述传动杆贯穿所述第二通孔。
21.可选地，所述液位测量器还包括壳体，所述壳体内部设置有容置腔，所述转动量采集模块和所述数据处理模块位于所述容置腔中。
22.可选地，所述液位测量器还包括电路板，所述电路板位于所述容置腔中，且所述转动量采集模块和所述数据处理模块集成在所述电路板上。
23.可选地，还包括看门狗，所述看门狗与所述数据处理模块耦接，所述看门狗用于监控所述数据处理模块的工作状况，当所述数据处理模块死机时，向所述数据处理模块发送复位重启信号。
24.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种油位表系统，包括如第一方面任一项所述的液位测量器。
25.本实用新型实施例提供的液位测量器和油位计，通过在液位测量器中设置浮筒、浮筒连接杆、传动装置、传动采集模块和数据处理模块，其中，浮筒漂浮于待测液体的液面上；浮筒连接杆的一端固定连接浮筒；传动装置连接浮筒连接杆的另一端，用于将水平传动量转化为竖直传动量；转动量采集模块固定于传动装置的上方，用于采集传动装置的竖直转动量；数据处理模块与转动量采集模块电连接，用于根据转动量采集模块提供的传动装置的竖直转动量、传动比和浮筒连接杆的长度，以及转动起始角或终止角的绝对位置，计算浮筒所处的液面高度。本实用新型实施例解决了传统使用开关型传感器的液位测量器测量精度低的问题，降低了液位测量器的测量误差，提高了测量精度和分辨率，能够适用于高精度液位测量的场合。
附图说明
26.图1为本实用新型实施例提供的一种液位测量器的结构示意图；
27.图2为实用新型图1所示液位测量器的分解示意图；
28.图3为本实用新型实施例提供的传动组件内部示意图；
29.附图标记：
30.10
‑
浮筒，20
‑
浮筒连接杆，30
‑
传动组件，31
‑
第一斜齿轮，32
‑
第二斜齿轮， 40
‑
传动杆，41
‑
磁铁固定件，42
‑
磁铁，50
‑
电路板，60
‑
壳体，61
‑
壳体本体，62
‑ꢀ
壳体上盖，63
‑
出线口，70
‑
支架，71
‑
第一固定部，711
‑
第一通孔，72
‑
第二固定部，73
‑
限位部，731
‑
第二通孔。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
32.图1为本实用新型实施例提供的一种液位测量器的结构示意图，图2为图 1所示液位测量器的分解示意图，参见图1和图2，该液位测量器，包括：
33.浮筒10，所述浮筒10漂浮于待测液体的液面上；
34.浮筒连接杆20，所述浮筒连接杆20的一端固定连接所述浮筒10；
35.传动装置，所述传动装置连接浮筒连接杆20的另一端，能够用于将水平传动量转化为竖直传动量；
36.转动量采集模块，所述转动量采集模块为线性传感器，固定于所述传动装置的上方，用于采集所述传动装置的竖直转动量；
37.数据处理模块，所述数据处理模块与所述转动量采集模块电连接，用于根据所述转动量采集模块提供的所述传动装置的竖直转动量、传动比和所述浮筒连接杆20的长度，以及转动起始角或终止角的绝对位置，计算所述浮筒10所处的液面高度。
38.其中，浮筒10为能够漂浮在被测液体表面的部件；浮筒连接杆20为一用于将浮筒10的机械变化传递到传动组件30的部件。对于上述部件的形状、材质等与上述功能无关的特性，本实施例不做任何限制。
39.当液面高度改变时，位于浮筒连接杆20一端的浮筒10高度随液面高度变化而变化，并且带动浮筒连接杆20转动，浮筒连接杆20带动传动装置中的部件转动，并由传动装置将竖直面内的转动转化为水平面内的转动，传动装置的另一部件带动同轴连接的转动量采集模块(图中未示出)，由转动量采集模块将机械信号转化为电信号输出给数据处理模块(图中未示出)，并由数据处理模块通过采集到的转动量、传动组件30的传动比、浮筒连接杆20的长度和起始位置，计算浮筒10所处的液面高度。
40.本实用新型实施例提供的液位测量器，通过设置浮筒10、浮筒连接杆20、传动装置、传动采集模块和数据处理模块，其中，浮筒10漂浮于待测液体的液面上；浮筒连接杆20的一端固定连接浮筒10；传动装置与浮筒连接杆20的另一端连接，以使浮筒连接杆20围绕水平转轴转动；转动量采集模块则与传动装置连接，用于采集传动装置的转动量；数据处理模块与转动量采集模块电连接，用于根据转动量采集模块提供的转动量、传动装置的传动比和浮筒连接杆20的长度，以及转动起始角或终止角的绝对位置，计算浮筒10所处的液面高度，实现了液位的精确测量。本实用新型实施例解决了传统使用开关型传感器的液位测量器测量精度低的问题，降低了液位测量器的测量误差，提高了测量精度和分辨率，能够适用于高精度液位测量的场合。
41.在另一些实施例中，传动装置包括传动组件30，传动组件30与浮筒连接杆20的另一端连接，以使浮筒连接杆20围绕水平方向转轴转动。
42.其中，浮筒连接杆20被固定于传动组件30上，并且可以以传动组件30为圆心进行全部或部分圆周运动。
43.另外，所述传动组件30包括相互啮合的第一斜齿轮31和第二斜齿轮32，所述第一斜齿轮31的旋转轴与所述第二斜齿轮32的旋转轴垂直。
44.其中，斜齿轮轮缘的齿槽并非平行于齿轮轴，其与齿轮轴呈一定夹角倾斜设置，而且具有一定弧度。
45.可选地，所述传动装置包括传动杆40，所述传动杆40的下端与所述传动组件30连接，以使所述传动杆40围绕竖直方向转轴转动。
46.包括传动组件30与传动杆40的传动装置可以将位于下方的部件所采集到的转动量传递到上方，避免了其他电子电路受到下方液体的影响。
47.在上述实施例中，传动组件30可以是两个形状相同且相啮合的齿轮，齿轮轴截面的侧边与其一临边呈45度夹角，且该轴截面沿轴对称。浮筒连接杆20 与一齿轮连接；传动杆40与另一齿轮同轴连接，两齿轮的旋转轴处于同一平面且相互垂直。本实用新型实施例针对传动组件30的具体结构还提供了一种传动组件30。图3为本实用新型实施例提供的传动组件30内部示意图，参考图2 和图3，该传动组件30可设置包括相互啮合的第一斜齿轮31和第二斜齿轮32，第一斜齿轮31的旋转轴与第二斜齿轮32的旋转轴垂直；浮筒连接杆20与第一斜齿轮31连接；传动杆40与第二斜齿轮32同轴连接。上述斜齿轮轮缘的齿槽并非平行于齿轮轴，其与齿轮轴呈一定夹角倾斜设置，而且具有一定弧度，这样设置的好处在于减小了传动过程中的旷量，进一步地提升了液位测量器的精度。
48.在另一些实施例中，传动组件30的具体结构可以是，传动组件30被螺丝固定于第二固定部72上表面，其内部结构参见图3，传动组件30内部设有旋转轴水平设置的第一斜齿轮31和与第一斜齿轮31相啮合的旋转轴竖直设置的第二斜齿轮32。两斜齿轮均设有同轴圆柱形插接部，插接部设有延轴向方向内凹的长方体凹槽，第一斜齿轮31的凹槽用于插接浮筒连接杆20上的固定件，其固定连接于浮筒连接杆20的一端，浮筒连接杆20的另一端连接有能够漂浮于液体介质上的圆柱形浮筒10。第二斜齿轮32的凹槽用于插接穿过第一固定部71和限位部73的传动杆40的下端。
49.在另一些实施例中，所述传动杆40的上端固定连接有磁体结构，所述磁体结构与所述转动量采集模块相对设置，所述转动量采集模块根据所述磁体结构转动产生的磁场变化测量液位高度变化。
50.由于液位上升/下降使得浮筒10移动，浮筒10带动传动组件30的第一斜齿轮31沿水平方向转轴转动，由于第一斜齿轮31与第二斜齿轮32啮合，进而第一斜齿轮31带动第二斜齿轮32沿竖直方向转轴转动，第二斜齿轮32转动使得传动杆40转动，传动杆40转动使得磁铁42转动，磁铁42转动的角度影响磁场变化，进而被霍尔角度传感器检测到，将磁场变化传输到数据处理模块，数据处理模块输出相对应的液位高度。具体地，霍尔角度传感器可通过切割磁场来识别磁铁42旋转后所处的角度，将角度信号传给mcu处理器，mcu处理器将角度信号转换为相应数字信号传给汽车仪表，进而显示液位高度。
51.此外，液位测量器还可以包括支架70，支架70的上端和下端分别设置有第一固定部71和第二固定部72；第一固定部71设置有第一通孔711，转动量采集模块固定安装在第一固定部71的上表面，且传动杆40贯穿第一通孔711；传动组件30固定安装在第二固定部72上。参见图2，第一固定部71与支架70 上端连接，且居中位置设置有可用于传动杆40通过的第一通孔711，转动量采集模块安装于第一固定部71的上表面；在另一些实施例中，第一固定部71可不设置通孔，转动量采集模块可设置于第一固定部71的下表面。第一固定部 71仅用于固定转动量采集模块，在另一些实施例中，转动量采集模块可被固定于第一固定部71的任意位置。传动组件30可安装在位于支架70下端的第二固定部72的上表面。在另一些实施例中，第二固定部72居中位置设有通孔，以供传动杆40穿过，传动组件30设置于第二固定部72下表面。在另一些实施例中，传动组件30可被固定于第二固定部72的任意位置。
52.进一步地，支架70可以在中部设置有限位部73，限位部73设置有第二通孔731，传动杆40贯穿第二通孔731。限位部73固定连接于支架70上，限位部73设置有第二通孔731，将传动杆40穿过该通孔设置，以限制传动杆40在水平方向上的活动，提升了液位测量器的精
度。在另一些实施例中，支架70的具体结构可以是，支架70上端具有弯折而成的类圆环状的第一固定部71，下端具有弯折而成的第二固定部72，支架70居中位置还设有与支架70一体的，弯折而成的限位部73，限位部73设置有通孔，上述三者均向支架70同一侧弯折，且垂直于支架本体设置。
53.此外，上述的液位测量器中，转动量采集模块可以是霍尔式旋转角度传感器；参考图1和图2，传动杆40的上端固定连接有磁体结构，磁体结构与霍尔式旋转角度传感器相对设置，霍尔式旋转角度传感器根据磁体结构转动产生的磁场变化生成传动杆40的转动量。具体来说，霍尔式旋转角度传感器是一种cmos霍尔传感器，可以输出与芯片表面平行磁场的角度位置信息。当小型磁铁42在芯片表面下方旋转时，霍尔式旋转角度传感芯片可以感应其绝对的角度位置。芯片内的集磁片(imc)可以将平行作用于芯片表面的磁场集中起来，并在imc结构的边缘产生正比于磁场的垂直分量，再通过两对位于imc下方的传统平面霍尔元件来测量此信号。上述磁体结构与霍尔式旋转角度传感器最好在纵向空间上具有一定距离设置，两者几何中心最好在横向空间上重合。使用霍尔式旋转角度传感器的好处在于，由于磁体与霍尔式旋转角度传感器之间具有一定距离，不会相互接触，故完全没有相互间摩擦阻力，提高了液位测量器的灵敏性；并且由于霍尔式旋转角度传感器为线性测量元件，且其测量精准度高，故可提高液位测量器的精准度。
54.上述霍尔式旋转角度传感器的工作原理可以是：霍尔式旋转角度传感器把输出的pwm信号分成4096份，磁铁42旋转角度范围为0度
‑
360度，故得出 4096/360＝11.37份/度，即磁铁42每旋转1度时芯片会输出11.37份的pwm信号， mcu通过计算芯片输出的pwm信号份数可以获得磁铁42旋转的角度。mcu获得了磁铁42旋转的角度后，通过一系列的逻辑算法可以推出液位的高度。
55.可选地，转动量采集模块还可以是旋转式数字电位计，旋转式数字电位计的轴与传动杆40上端同轴连接。具体来说，旋转式数字电位计通过轴感知被测绝对旋转角的机械量，并输出相应的数字信号。由于旋转式数字电位计具有着线性度高的特点，故提高了液位测量器的精准度。
56.其中，数据处理模块，数据处理模块与转动量采集模块电连接，用于根据转动量采集模块提供的传动杆40的转动量、传动组件30的传动比和浮筒连接杆20的长度，以及转动起始角或终止角的绝对位置，计算浮筒10所处的液面高度。数据处理模块可以是mcu，mcu将接收到的转动位置角度信号和预设的传动组件30的传动比和浮筒连接杆20的长度进行运算，得到液位高度。在另一些实施例中，由于传动杆40转动角的绝对位置和液面高度具有一一对应的映射关系，因此可以事先测出该映射关系，并写入mcu，使得mcu可以根据角度值得到液面高度。对于液面高度的具体算法，本申请不做具体限定，满足上述功能的技术方案皆应落入本申请保护范围。
57.其中，液位测量器还可以包括信号转换模块，信号转换模块用于将mcu 输出的液位高度信息转换为所需通信信号发出。例如，在数字电路中，信号转换模块可以是max232或max485等接口芯片；在模拟电路中，信号转换模块可以是运算放大器。
58.其中，液位测量器还可以包括看门狗，看门狗与数据处理模块耦接，看门狗用于监控数据处理模块的工作状况，当数据处理模块死机时，向数据处理模块发送复位重启信号。看门狗可以是软件看门狗，也可以是硬件看门狗，对于硬件看门狗电路，mcu正常工作的时
候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给wdt清零，如果超过规定的时间不喂狗，wdt定时超过，就会给出一个复位信号到mcu以使mcu复位，防止死机。通过设置看门狗以监控mcu状态，大大增强了本装置的可靠性和稳定性，避免了长时间工作系统不稳定导致的异常。
59.在另一些实施例中，液位测量器还可以包括电源模块，电源模块功能是把汽车电瓶电压转换成各系统模块所需要的电源，看门狗模块可时时检测系统工作状态是否正常，如果侦测到系统工作不正常则重启电源，系统将复位清零后重新接通电源工作。
60.此外，液位测量器还可以包括电路板50，电路板50位于容置腔中，且转动量采集模块和数据处理模块集成在电路板50上。电路板50上焊有转动量采集模块和数据处理模块，使用电路板50集成上述两模块提高了稳定性和可靠性。
61.在另一些实施例中，具有如下结构，电路板50(pcb)上焊接有磁场角度测量芯片、mcu信号处理模块、看门狗、电源模块、信号转换模块。磁场角度测量芯片的下方设置有磁铁42，用于提供磁场，磁铁42被固定于磁铁固定件 41上，固定件下部设有长方体凹槽，用于插接长方体传动杆40的上端，并用螺丝固定。
62.可选地，液位测量器还可以包括壳体60，壳体60内部设置有容置腔，转动量采集模块和数据处理模块位于容置腔中。壳体60设置于支架70的第一固定部71上，内部容置有转动量采集模块和数据处理模块。转动量采集模块和数据处理模块飞线连接。由于本实施例具有壳体，因此可以保护电子器件免受被测液体的影响。
63.由于生产以及装配的需要，上述壳体60可被设计成两部分。例如，参见图 2，壳体可以包括壳体本体61和壳体上盖62，第一固定部71上表面设置有塑胶材质的壳体本体61，第一固定部71与壳体本体61连接处设有垫圈，用以增强密封性能。壳体本体61具有一上表面开口的圆柱形凹槽，用以容置电路板 50。圆形的壳体上盖62通过螺丝固定于壳体本体61的凹槽开口上，用于盖住壳体本体61的凹槽开口，以防护内部电路元件。壳体上盖62与壳体本体61连接处设有垫圈，用以增强密封性能。壳体本体61侧面设有一通过螺丝连接的类空心圆柱体出线口63，用于引出电线及连接器。
64.基于同一实用新型构思，本实施例提供一种油位表系统，其中，包括如上述实施例提供的任一项的液位测量器。其具有显示部和测量部，显示部可为指针式或电子式等任意一种，测量部使用上述实施例提供的任一项的液位测量器。其连接关系可为直接电耦接，也可使油位表任一部件连接于汽车总线或ecu。本申请对油位表的显示部形式和连接关系不做限定。
65.下面通过两个具体实施例的工作过程对本油位表系统进行说明。
66.在一些实施例中，浮筒10感应液位上升/下降，浮筒连接杆20随液位变化带动齿轮转动，齿轮带动传动杆40转动、磁铁42固定在传动杆40上随之旋转，磁场角度测量芯片可通过切割磁场来识别磁铁42旋转后所处的角度，将角度信号传给mcu处理器，mcu处理器将角度信号转换为相应数字信号传给汽车仪表，进而显示液位高度。
67.在另一些实施例中，磁场角度测量芯片通过切割测量磁铁42产生的磁场信号从而得出pwm信号给到mcu，mcu将接收到的pwm信号做相应的软件算法分析后，将信号输出给到信号转换单元模块，信号转换单元模块最终通过硬件整形和放大处理得出最终的电压信号或者是数字信号给到车机ecu单元， ecu把接收到的电压信号或者数字信号通过适当的处理后，将油量直观地显示在汽车油位仪表盘上。
68.上述实施例中的油位表，由于使用了线性度较高的传感器，使得本申请中的油位表分辨率大大提高，因此提升了油位表的精准度。
69.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。