一种液位传感器及其工作原理和装配工艺的制作方法

本发明涉及液位传感器，具体说是一种液位传感器及其工作原理和装配工艺。

背景技术：

1、随着生活条件的提高和科技的快速进步，汽车数量的增加，国家对汽车安全的重视和要求越来越高，而汽车的安全、舒适、高效、等性能都是由传感技术控制的，机油液位传感器更是保证这些性能的核心器件。

2、机油液位传感器用于机动车发动机系统，是发动机系统中的控制信号输入装置，其作用是检测发动机机油液位的高低，并将信号输入发动机ecu电脑系统，判断机油量的多少，确保发动机安全稳定运行。产品国产化的实现可以降低国内消费者的购车成本，同时，在产品研发过程中，可以培养一批专业化、有经验的传感器方面的技术人才，推动国内汽车传感器技术的发展。

3、目前国内机动车约2.2亿台，其中汽油机机车约1.5亿台。汽车产业的高速发展，有力推动了汽车电子技术、传感器技术的迅速发展，尤其国家及消费者对汽车安全的要求及重视，促使更多车企设计安装机油液位传感器，对于机油液位传感器的需求也会快速增长，并且现有技术中大多采用电容式的液位传感器，因感应板与其有接触导致寿命短、性能差，所以特意研发出了一种节约生产成本、提高性能的液位传感器。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种节约生产成本、提高性能、延长使用寿命的液位传感器及其工作原理和装配工艺。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种液位传感器，包括锥形套筒、pcba、压电陶瓷和中框，所述中框上设有衬套且所述中框与连接片b、连接片c连接片d组合件和衬套一体注塑成型，所述压电陶瓷通过导电银胶粘接于中框下端，同时所述压电陶瓷与连接片c连接片d组合件通过连接片a进行连接，所述pcba与中框组装并焊接，所述锥形套筒套锥形的一端设有扣盖，锥形套筒的另一端套接中框，且所述中框与锥形套筒套套接处设有密封圈，所述中框远离锥形套筒的一端设有盖子。

3、作为优选，所述pcba包括mcu控制/信号处理单元电路、超声波模拟信号驱动处理/温度采集单元电路、mcu单元与超声波信号处理、通信、spi通讯滤波单元电路、mcu复位单元电路、供电稳压单元电路、pwm输出单元电路，所述mcu控制/信号处理单元电路用来处理超声波模拟信号驱动处理/温度采集单元电路采集的信号并与外部设备通讯，所述超声波模拟信号驱动处理/温度采集单元电路用来采集和处理超声波信号和温度信号，所述mcu单元与超声波信号处理、通信、spi通讯滤波单元电路使mcu单元与超声波信号处理、通信、spi通讯数据进行正常稳定的传输，所述mcu复位单元电路用来上电时使mcu进行复位操作进入正常工作状态，所述供电稳压单元电路用来为整个电路提供稳定的工作电压，所述pwm输出单元电路用来保证mcu各个通讯端头的数据正常稳定的传输。

4、作为优选，所述mcu控制/信号处理单元电路由单片机u2、电阻r1、电阻r3和电阻r4组成；

5、所述超声波模拟信号驱动处理/温度采集单元电路由模拟信号收发芯片u3、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、二极管d3、二极管d4、电感l2、电感l3、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、压电陶瓷(8)和温度传感器组成；

6、所述mcu单元与超声波信号处理、通信、spi通讯滤波单元电路由电阻r5、电阻r6、电阻r7、电容c6、电容c7、电容c8和电容c9组成；

7、所述mcu复位单元电路由电阻r2和电容c5组成；

8、所述供电稳压单元电路由稳压芯片u1、电感l1、瞬态抑制二极管d1、电容c1、电容c2、电容c3和电容c4组成；

9、所述pwm输出单元电路由电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、瞬态抑制二极管d2、电容c19和场效应管q1组成。

10、作为优选，所述电阻r1、电阻r3和电阻r4的一端均与单片机u2引脚电性相连，同时，电阻r1电性连接于vdd；

11、所述压电陶瓷、温度传感器、电容c12、电阻r15、电阻r16、二极管d3、二极管d4、电阻r19、电感l2和电感l3均与模拟信号收发芯片u3引脚电性相连，所述电容c10和电阻r12均设于压电陶瓷和模拟信号收发芯片u3间，所述电阻r13和电阻r14并联且与模拟信号收发芯片u3的引脚电性相连，同时电阻r14与电容c11并联，电容c13和电容c14并联于模拟信号收发芯片u3与电感l2连接的电路，所述电容c15和电容c16并联于模拟信号收发芯片u3与电感l3连接的电路，所述电容c17和电容c18并联，电阻r17和电阻r18并联，同时电容c18设于电阻r17和电阻r18间，电容c18与电阻c17串联且月电阻c18并联设置；

12、所述电阻r3的另一端与二极管d3和二极管d4电性相连，电阻r4的另一端与模拟信号收发芯片u3引脚电性相连；

13、所述电容c6、电容c7、电容c8和电容c9并联设置，同时电阻r5与电容c6串联，电阻r6与电容c7串联，电阻r7与电容c8串联；

14、所述电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r19的一端均与模拟信号收发芯片u3引脚电性相连，电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r19的另一端均与单片机u2引脚电性相连；

15、所述电感l1与瞬态抑制二极管d1均与稳压芯片u1引脚相连，且瞬间抑制二极管d1一端与vcc电性相连，瞬间抑制二极管d1另一端连接地线，同时所述瞬态抑制二极管d1和电容c1并联，所述电容c2、电容c3和电容c4并联设置连接于电感l1；

16、所述r2串联于单片机u2与电感l1间，所述电容c5与电阻r5并联且与地线相连；

17、所述电阻r8与电阻r9并联设置，同时电阻r9与电阻r10并联设置，所述场效应管q1一端与电阻r9一端电性相连，场效应管q1另一端与电阻r11电性相连，电阻r9另一端与单片机u2引脚电性相连，所述电容c19与瞬态抑制二极管d2并联设置且分别连接于电阻r11两端。

18、作为优选，所述锥形套筒和扣盖均采用塑料材质。

19、一种液位传感器的工作原理，包括以下步骤：

20、s1、上电时，电压经稳压芯片u1、电感l1、瞬态抑制二极管d1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4组成供电稳压单元电路，供给单片机u2、模拟信号收发芯片u3，同时经电阻r2、电容c5组成上电mcu复位单元电路使单片机u2复位，mcu进入工作状态。

21、s2、当液位传感器装在汽车发动机油底壳时，通电后，单片机u2通过电阻r5、电阻r6、电阻r7、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9组成的spi协议电路与模拟信号收发芯片u3通讯，模拟信号收发芯片u3通过电阻r12发出激励信号，通过超声波模拟信号驱动处理/温度采集单元电路时，由压电陶瓷转换成超声波信号在机油内传播，超声波信号遇到机油与空间的分界面时产生回波信号，再经压电陶瓷接收转换成电信号，经电容c10输入模拟信号收发芯片u3内部进行信号放大和处理；

22、模拟信号收发芯片u3发射激励信号时会产生start信号，经二极管d3、电阻r3输入给单片机u2；接收回波信号时会产生stop信号，经二极管d4、电阻r3输入给单片机u2,

23、温度传感器采集的温度信号转换成电信号输入给模拟信号收发芯片u3，再经spi协议电路输入给单片机u2；

24、s3、单片机u2接收到start信号和stop信号，通过mcu控制/信号处理单元电路计算两个信号的间隔时间，再根据超声波在机油中的传播速度计算出机油液位高度；再与其接收到的温度信号组合在一起通过编码转换成pwm协议输出；

25、单片机u2输出的pwm协议信号经电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、瞬间抑制二极管d2、电容c19、场效应管q1组成pwm输出单元电路输出给汽车ecu，供其使用。

26、一种液位传感器的装配工艺，包括以下步骤：

27、步骤一，smt贴片组装好pcba；

28、步骤二，连接片b、连接片c连接片d组合件和衬套通过注塑工艺与中框一体注塑成型，并注塑成型好盖子、套筒和扣盖；

29、步骤三，程序烧录、软件调试；

30、步骤四，pcba电性能测试；

31、步骤五，将压电陶瓷与中框用导电银胶粘接在一起，同时压电陶瓷与连接片c连接片d组合件通过连接片a进行连接；

32、步骤六，将pcba与中框组装并通过自动锡焊焊接为一体；

33、步骤七，半成品电性能测试；

34、步骤八，中框灌胶、盖盖子，再套装装套筒和扣盖，然后进行成品电性能测试；

35、步骤九，激光打标包装。

36、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

37、1、传统的液位传感器采用电容式，感应板与其接触导致寿命短、性能差，而本发明采用超声波式液位传感器，提高了使用寿命且性能好、精度高；

38、2、现有需求大多采用国外研发的超声波式液位传感器，但是国外的超声波式液位传感器售价高，且处于垄断地位，而本发明的超声波式液位传感器在达到同等性能时能够大幅降低单价，从而降低研发成本，有利于打破国外垄断且在国内大力推广使用；

39、3、本发明的装配工艺简单且成熟稳定，便于操作。