一种铁路客车用浮子式液位传感器电路的制作方法

1.本发明涉及一种铁路客车用浮子式液位传感器电路，属于液位测量技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着铁路客车行业地快速发展，对于铁路客车用水位测量产品的要求也越来越高，铁路客车用水位测量产品通常分为液位显示仪和液位传感器两部分，液位显示仪主要将列车提供的110v电源经过变换后给液位传感器使用并对液位传感器的输出电压进行采样处理，从而根据液位传感器输出电压的不同显示不同的水位，液位传感器输出电压的分辨率直接影响液位显示的精度。
3.目前，对于浮子式液位传感器而言，主要有干簧管以及插件型霍尔器件两种技术方案，然而干簧管存在易碎易损坏的特点，且干簧管主要由日本及俄罗斯生产，不易采购；插件型霍尔器件由于引脚间距较小，不易焊接，而采用插件型霍尔器件的液位传感器常规方案采用不同阻值的电阻分压，不易选择合适的电阻。


技术实现要素：

4.为解决现有技术的不足，本发明提供了一种铁路客车用浮子式液位传感器电路，该电路结构清晰，稳定可靠，测量精度高，并且能够通过调整两个电阻r1、r2的阻值，以适应不同高度的水箱液位测量需求。
5.本发明所采用的技术方案为：
6.一种铁路客车用浮子式液位传感器电路，包括依次相连的电源升压单元、恒流源单元和可变电阻rl，所述的电源升压单元将液位显示仪面板提供的vcc电压通过dc-dc升压变换后为所述的恒流源单元供电；所述的恒流源单元用于输出恒定电流；所述的恒定电流流经可变电阻rl，进而产生可变电压vout；液位显示仪面板根据所述可变电压vout的大小显示对应液位高度。
7.作为本发明的一种优选，所述的电源升压单元包括升压芯片u1，电容c3、c5，电感l1，二极管d2和电阻r3、r4；升压芯片u1的4脚、5脚，电容c3的一端均与电源vcc相连；升压芯片u1的1脚、5脚分别接于电感l1的两端；升压芯片u1的3脚与电阻r3、电阻r4的一端相连；升压芯片u1的1脚与二极管d2的正极相连；电阻r4的另一端与电容c5的一端相连；二极管d2的负极与电阻r3的另一端以及电容c5另一端相连后接于恒流源单元。
8.作为本发明的一种优选，所述的电源升压单元还包括二极管d1，二极管d1的正极与电源vcc相连，升压芯片u1的4脚、5脚，电容c3的一端与二极管d1的负极相连。
9.作为本发明的一种优选，所述电容c3的另一端、电阻r4与电容c5相连的一端以及升压芯片u1的2脚均接液位显示仪面板gnd。
10.作为本发明的一种优选，所述的恒流源单元包括线性稳压芯片u2和电阻r1、r2，线性稳压芯片u2的2脚依次与电阻r2、r1相连后，与线性稳压芯片u2的1脚以及可变电阻rl相连并接于液位显示仪面板信号端；
11.其中，二极管d2的负极与电阻r3的另一端以及电容c5另一端相连后接于线性稳压芯片u2的3脚。
12.作为本发明的一种优选，所述的电路还包括电阻r8和二极管d3，电阻r8的一端接于线性稳压芯片u2的1脚与电阻r1以及可变电阻rl三者的公共端，电阻r8的另一端与液位显示仪面板信号端以及二极管d3的正极相连，二极管d3的负极与电源vcc相连。
13.作为本发明的一种优选，所述可变电阻rl包括多个并联的开关型霍尔元件，多个开关型霍尔元件的3脚相连并接于线性稳压芯片u2的1脚与电阻r1的连接端；多个开关型霍尔元件的1脚相连并接于电源vcc；
14.在第n个开关型霍尔元件的3脚与第n+1个开关型霍尔元件的3脚之间连接有等值电阻，在第n个等值电阻的1脚和3脚还分别连接有外围电容，其中，n为偶数。
15.作为本发明的一种优选，开关型霍尔元件的2脚相连并接液位显示仪面板gnd，外围电容的一端也接液位显示仪面板gnd。
16.本发明的有益效果在于：
17.1、液位传感器电路采用dc-dc电源升压单元，为恒流源单元提供了较高且稳定的电压输入，优化了恒流源的输出性能，避免了恒流源单元因输入电压不够而导致液位传感器电路输出电压不足，进而避免了液位显示仪因此产生地对水位高度的错误显示；
18.2、恒流源单元中的固值电阻采用电阻r1、r2串联而成，可以更好地设定恒流源单元的输出电流值，避免因为根据理论需要，通过设定恒流源的输出电流计算出的固值电阻值而实际阻值不存在的问题；
19.3、开关型霍尔元件可选用为开漏输出，无极性，贴片霍尔元件，能够有效降低焊接难度，提高生产效率，同时将开关型霍尔元件布满整个pcb板，提高了液位检测的精度；
20.4、在液位传感器电源输入端串接二极管d1，可有效避免液位传感器在安装过程中由于操作不当接错线而导致液位传感器损坏的风险；
21.5、在液位传感器信号输出端及vout电压输出端接有二极管d3，可有效防止在所有开关型霍尔元件都不导通的情况下，vout处的电位过高，烧坏液位显示仪面板。
附图说明
22.图1为本发明的原理框图；
23.图2为本发明的电路原理图；
24.图3为本发明的电路简化图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。
26.如图1-3所示：本实施例是一种铁路客车用浮子式液位传感器电路，包括依次相连的电源升压单元、恒流源单元和可变电阻rl，液位显示仪面板通过列车供电系统供电，电源升压单元再将液位显示仪面板提供的vcc电压(5v)通过dc-dc升压变换后为恒流源单元供电；恒流源单元用于输出恒定电流；恒定电流流经可变电阻rl，进而产生可变电压vout；液位显示仪面板根据vout值的不同，显示不同的液位高度。
27.如图2、图3所示，在液位传感器电路的电源输入端设有二极管d1，电源vcc通过二
极管d1给电源升压单元供电，二极管d1的作用为电源防反接，防止液位传感器在实际安装过程中由于操作不当，将液位传感器的电源线反接而导致液位传感器损坏的情况发生。
28.电源升压单元包括升压芯片u1，电容c3、c5，电感l1，二极管d2和电阻r3、r4；升压芯片u1的4脚、5脚，电容c3的一端与二极管d1的负极相连；升压芯片u1的1脚、5脚分别接于电感l1的两端；升压芯片u1的3脚与电阻r3、电阻r4的一端相连；升压芯片u1的1脚与二极管d2的正极相连；电阻r4的另一端与电容c5的一端相连；二极管d2的负极与电阻r3的另一端以及电容c5另一端相连后接于恒流源单元；其中，电容c3的另一端、电阻r4与电容c5相连的一端以及升压芯片u1的2脚均接液位显示仪面板gnd。
29.电源升压单元的输出电压由升压芯片u1及电阻r3、r4共同决定，升压芯片u1的fb脚(3脚)电位为固定值，因此电源升压单元的输出电压为vout1＝v
fb
×
(1+r3/r4)。在本实施例中，升压芯片u1优选为sx1308，v
fb
＝0.6v，r3的电阻值优选为47kω，r4的电阻值优选为3.3kω，可有效降低电源升压单元自身带来的电源损耗，根据公式，电源升压单元的输出电压为0.6
×
(1+47/3.3)≈9.145v，可有效解决恒流源单元因输入电压不够而导致液位传感器电路输出电压不足的问题。
30.恒流源单元包括线性稳压芯片u2和电阻r1、r2，线性稳压芯片u2的2脚依次与电阻r2、r1相连后，再与线性稳压芯片u2的1脚以及可变电阻rl相连后接于液位显示仪面板信号端即图1中液位显示仪面板中的vout端；二极管d2的负极与电阻r3的另一端以及电容c5另一端相连后接于线性稳压芯片u2的3脚。
31.线性稳压芯片u2的输出值为固定值vout2，通过设定电阻r1、r2的阻值即可设定恒流源输出电流的大小，该值建议设定在5～10ma之间。在本实施例中，线性稳压芯片u2优选h7121-1，其输出值固定为2.1v，恒流源单元的外围电阻ra阻值由r1、r2两个电阻串联而成，因此恒流源单元的输出电流值为2.1/(r1+r2)，通过两个电阻串联能更好地设定恒流源单元的输出电流值，可以有效避免根据理论计算出的电阻值而实际阻值不存在的问题。
32.可变电阻rl的阻值变化由一系列等值电阻、外围电容及开关型霍尔元件实现，多个开关型霍尔元件的3脚相连并接于线性稳压芯片u2的1脚与电阻r1的连接端；多个开关型霍尔元件的1脚相连并接于电源vcc；在第n个开关型霍尔元件的3脚与第n+1个开关型霍尔元件的3脚之间连接有等值电阻，在第n个等值电阻的1脚和3脚还分别连接有外围电容，其中，n为偶数；开关型霍尔元件的2脚相连并接液位显示仪面板gnd，外围电容的一端也接液位显示仪面板gnd。
33.在pcb设计时，等值电阻与开关型霍尔元件自下而上均匀排布。在实际运用过程中，pcb板装在液位传感器杆内部，装有磁环的浮子套在液位传感器上，浮子会随着水箱内液位的升降而沿着液位传感器杆上下移动。浮子移动过程中，对应位置的开关型霍尔元件能感应到磁场而导通，该开关型霍尔元件如同开关，感应到磁场后开关闭合，接入电路中的电阻阻值随着不同高度开关的闭合而产生变化，从而输出电压也发生变化。
34.图2的原理图可以简化成图3所示，如当浮子自下向上或自上而下移动到sw3位置时，sw3开关闭合，其它位置的开关断开，接入电路的可变电阻rl阻值为电阻r10的阻值，如当浮子自下向上或自上而下移动到sw5位置时，sw5开关闭合，其它位置的开关断开，接入电路的可变电阻rl的阻值为电阻r10与r11阻值之和。在本实施例中，接入电路的r10、r11等电阻均为固定值，因此可变电阻rl的阻值可看作线性变化，而流经可变电阻的电流为恒定值，
根据欧姆定律u＝r
×
i，液位传感器的输出电压vout为线性变化。液位显示仪对液位传感器的输出电压vout进行采样处理，根据vout值的不同，显示不同的水位高度。
35.需要说明的是，开关型霍尔元件采用的是无极性、开漏输出的贴片型霍尔元件，在本实施例中，优选的型号为mr6133，贴片型霍尔元件便于焊接，可降低焊接难度，同时该芯片可沿着芯片表面360
°
感应磁场，大大提高了液位测量的准确性，并且在实际应用过程中，在满足液位测量精度的情况下，通过两个开关型霍尔元件并联，可减少电路中用于调整可变电阻阻值的固值电阻如r10、r11等电阻的数量。
36.此外，在液位传感器信号输出端及vout信号输出端还设置有电阻r8和二极管d3，电阻r8的一端接于线性稳压芯片u2的1脚与电阻r1以及可变电阻rl三者的公共端，电阻r8的另一端与液位显示仪面板信号端以及二极管d3的正极相连，二极管d3的负极与电源vcc相连；设置的二极管d3能够防止在所有开关型霍尔元件都不导通的情况下，vout处的电位过高，烧坏液位显示仪面板。
37.以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。