專利名稱：數字電容式液位測量傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及化工，石油，水位等相關液位測量領域使用的數字電容式液位測量
傳感器。
背景技術：
液位傳感器有投入式液位傳感器(桿式、纜式)、法蘭式液位傳感器(單法蘭、雙 法蘭)和磁翻板液位傳感器及浮球液位傳感器等。根據不同的環境要求，可以選用相應 的傳感器，目前用于汽車油箱油量測量的大都是浮子式液位傳感器。其測量原理是在液 體中投入浮子，浮子會根據液位的變化帶動可變電阻的阻值變化，根據電路中電流的大 小變化再控制顯示器，得到實時的液位值。因為浮子式液位傳感器的核心部件為可變電 阻，隨液位變化做機械運動且直接暴露在燃油中，長期使用導致得到的讀數誤差較大， 該類傳感器的缺點是讀數不精確，使用壽命短，司機無法準確掌握當前準確油量。
現在汽車的油量顯示基本是運用指針指示，且刻度不細致，只能大概反應當前 的油量，在汽車行駛過程中車身震動也會使指針發生偏轉，數字顯示的目標是用精確的 數字讀數代替指針指示，使司機很容易得知當前的油量，掌握油箱內的溫度，知道什么 時候該給汽車加油。隨著汽車電子化的發展，數字式儀表成為電子化發展的趨勢，油量 顯示需要和其它如時速，溫度顯示集成，以便降低成本提高性能。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種讀數精確數字顯示的數字電容式液位測 量傳感器。 本發明所采用的技術方案是數字電容式液位測量傳感器，包括電容探頭，數 據采集電路，數據接收電路和顯示器，其中 電容探頭的輸出連接數據采集電路，數據接收電路的輸出連接顯示器，數據采 集電路與數據接收電路之間通過CAN和LIN網絡連接。 電容探頭包括支撐物，第一電極2，第二電極3，第三電極4，電極保護層，
內部引線6，內部引線7，內部引線8，金屬孔9，金屬孔IO，金屬孔ll; 電極保護層覆蓋在電極表面，電極分布在支撐物表面，第一電極2和第二電極3
組成測量電極對，第一電極2和第三電極4組成參比電極對，測量電極對和參比電極對共
用第一電極2，第二電極3和第三電極4處在同一直線上且與第一電極2平行；支撐物分
為5層，內部引線6位于支撐物的第二層，與第一電極2平行，兩者通過金屬孔9相連；
內部引線7位于支撐物的第三層，與第二電極3平行，兩者通過金屬孔10相連；內部引
線8位于支撐物的第四層，與第三電極4平行，兩者通過金屬孔ll相連。 數據采集電路中采用CDC轉換芯片AD7746，采集微控制器
MC68HC908GZ16， CAN收發器MC33388， LIN收發器MC33399 ;采集微控制器MC68HC908GZ16的PTE2引展卩禾口 AD7746的SCL引腳相連，PTE3引腳和SDA引腳相連；采集微控制器MC68HC908GZ16的PTC0/CANTX引腳和 CAN收發器MC33388的TX引腳相連，PTC1/CANRX引腳和RX引腳相連；采集微控制 器MC68HC908GZ16的PTEO/TXD引腳和LIN收發器MC33399的TXD引腳相連，PTE1/ RXD引腳和RXD引腳相連。數據接收電路中采用數據微控制器MC68HC908GZ16， CAN收發器MC33388, LIN收發器MC33399 ;數據微控制器MC68HC908GZ16的PTCO/CANTX引腳和MC33388的TX引腳相 連，PTC1/CANRX引腳和RX引腳相連；MC68HC908GZ16的PTEO/TXD引腳和MC33399 的TXD引腳相連，PTE1/RXD引腳和RXD引腳相連。
顯示器采用液晶顯示器。 本發明的積極效果是1、讀數精確，使用壽命長。2、用精確的數字讀數代替 指針指示，使司機很容易得知當前的油量。3、油量顯示可以和其它如時速，溫度顯示集 成。
圖1是電容探頭的原理圖， 圖2是電容探頭A-A和B-B剖面的復合圖， 圖3是數據采集電路圖， 圖4是數據接收電路圖， 圖5是整體電路圖， 圖6是總體方框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。 電容式液位傳感器是應用電容值的大小與電極的正對面積，間距和電極間介質 的介電常數有關，當保持其中兩個量不變，改變第三個量時，電容值隨之變化這一原理 來實現的，隨著微電子機械系統(MEMS)加工技術日漸成熟，我們可以在硅基片上制作 電容電極，可以形成大規模的陣列，得到高精度，低能耗的傳感器，使得成本降低，更 適用于批量生產。 本發明提供基于MEMS技術的一種新型數字電容式液位測量傳感器，可以用于 汽車油箱的液位測量，也可以用在化工，石油，水位等相關的液位測量的領域。傳感器 電容探頭可以采用MEMS工藝加工得到。 如圖6所示，數字電容式液位測量傳感器，包括電容探頭19，數據采集電路 20，數據接收電路21和顯示器22。 電容探頭19的輸出連接數據采集電路20，數據接收電路21的輸出連接顯示器 22，數據采集電路20與數據接收電路21之間通過CAN和LIN網絡連接。
如圖l、圖2所示，電容探頭包括支撐物l，第一電極2，第二電極3，第三電 極4，電極保護層5，內部引線6，內部引線7，內部引線8，金屬孔9，金屬孔IO，金屬 孔ll。其中電極保護層5覆蓋在電極表面，電極分布在支撐物l表面，電極對采用梳齒CN 101692005 A
說明書
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形狀，同組電極采用并聯形式，具體梳齒數可以根據測量的范圍作相應的調整。第一電 極2和第二電極3組成測量電極對，第一電極2和第三電極4組成參比電極對，兩種電極 共用一組第一電極2，第二電極3和第三電極4處在同一條直線上且與第一電極2平行。 支撐物從上往下可分為5層，采用同種材料。內部引線6位于支撐物的第二層，與第一 電極2平行，兩者通過金屬孔9相連；內部引線7位于支撐物的第三層，與第二電極3平 行，兩者通過金屬孔10相連；內部引線8位于支撐物的第四層，與第三電極4平行，兩 者通過金屬孔11相連。參比電極對可以自動補償燃油介電常數和溫度變化對測量電極產 生的影響。測量液位時將電容探頭豎直插入油箱中，參比電極對位于箱體底部，當液位 低于參比電極對上端時，顯示器上就會產生報警信號，提醒司機加油。
如圖3、圖5所示，數據采集電路主要由CDC轉換芯片(AD7746)12，采集微控 制器(MC68HC908GZ16)13， CAN收發器(MC33388)14， LIN收發器(MC33399)15組成。 采集微控制器MC68HC908GZ16內部可編程，可以處理數據，也可以控制其它芯片。 CDC轉換芯片AD7746帶有兩個電容輸入端口，可以直接將電容值轉化成數字信號，自 帶的溫度傳感器可用來測量油箱內部溫度。目前車身主要采用CAN網絡進行通信，LIN 網絡可以作為CAN網絡的輔助用在低速系統中，節省成本，這里使用兩種收發器是為了 更合理的傳輸和顯示數據，具體使用時選擇較空閑的網絡進行數據傳輸。
采集微控制器(MC68HC908GZ16)13的PTE2引腳和CDC轉換芯片(AD7746)12 的SCL引腳相連，PTE3引腳和SDA引腳相連；采集微控制器(MC68HC908GZ16)13 的PTCO/CANTX引腳和CAN收發器(MC33388)14的TX引腳相連，PTC1/CANRX引腳 和RX引腳相連；采集微控制器(MC68HC908GZ16)13的PTEO/TXD引腳和LIN收發器 (MC33399)15的TXD引腳相連，PTE1/RXD引腳和RXD引腳相連。通過以上的連接方 式微控制器將CDC轉換芯片AD7746輸出的數字信號經過內部運算后通過CAN網絡或 LIN網絡發送出去。 如圖4、圖5所示，數據接收電路主要由數據微控制器(MC68HC908GZ16)16， CAN收發器(MC33388)17， LIN收發器(MC33399)18組成。數據微控制器(MC68HC908GZ16)16的PTCO/CANTX弓|腳禾P CAN收發器 (MC33388)17的TX引腳相連，PTC1/CANRX引腳和RX引腳相連；數據微控制器 (MC68HC908GZ16)16的PTEO/TXD引腳和LIN收發器(MC33399)18的TXD引腳相連， PTE1/RXD弓I腳和RXD弓|腳相連。微控制器通過以上連接方式選擇較空閑的CAN或LIN 網絡系統來接收信號。最后輸出的為數字信號，可直接提供給液晶顯示器顯示。
本發明的具體制作工藝步驟如下 (l)首先在支撐物上刻蝕內部引線和金屬孔，支撐物采用絕緣材料；
(2)待引線完成后在表面濺射銅，刻蝕產生電極對；
(3)在電極對表面淀積絕緣保護層，保護電極對； (4)制作印刷電路板，將數據采集電路和電容探頭的連線接好后整體封裝； (5)對數據接收電路進行封裝，把輸出信號送給液晶顯示器； (6)數據采集電路和接收電路之間通過車身CAN/LIN網絡傳輸信號。整個系統完成。 本發明可用于液位測量的多個領域，具體用到汽車油量測量時，與現有的產品比，可以精確的在液晶屏上實時顯示汽車油箱內的油量值，實時顯示每次加油的油量 值，實時顯示車輛百公里油耗值，實時提示油箱內油量可續航里程，低油量報警；提醒 司機加油。探頭采用電容的形式，讀數精確，使用壽命增加，測得油量值連續性好，液 晶顯示的方式更利于與其它顯示集成，成本降低。
權利要求
數字電容式液位測量傳感器，包括電容探頭(19)，數據采集電路(20)，數據接收電路(21)和顯示器(22)，其特征在于電容探頭(19)的輸出連接數據采集電路(20)，數據接收電路(21)的輸出連接顯示器(22)，數據采集電路(20)與數據接收電路(21)之間通過CAN和LIN網絡連接。
2. 根據權利要求書1所述的數字電容式液位測量傳感器，其特征在于 所述電容探頭(ig)包括支撐物(l)，第一電極(2)，第二電極(3)，第三電極(4)，電極保護層(5)，內部引線(6)，內部引線(7)，內部引線(8)，金屬孔(9)，金屬孔(IO)，金屬 孔(ll);電極保護層(5)覆蓋在電極表面，電極分布在支撐物(l)表面，第一電極(2)和第二電 極(3)組成測量電極對，第一電極(2)和第三電極(4)組成參比電極對，測量電極對和參比 電極對共用第一電極(2)，第二電極(3)和第三電極(4)處在同一直線上且與第一電極(2)平 行；支撐物分為5層，內部引線(6)位于支撐物的第二層，與第一電極(2)平行，兩者通 過金屬孔(9)相連；內部引線(7)位于支撐物的第三層，與第二電極(3)平行，兩者通過金 屬孔(10)相連；內部引線(8)位于支撐物的第四層，與第三電極(4)平行，兩者通過金屬 孔(ll)相連。
3. 根據權利要求書1或2所述的數字電容式液位測量傳感器，其特征在于所述數據采集電路(20)中采用CDC轉換芯片AD7746(12)，采集微控制器 MC68HC908GZ16(13)， CAN收發器MC33388(14)， LIN收發器MC33399(15);采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTE2引腳和CDC轉換芯片AD7746(12)的 SCL引腳相連，PTE3引腳和SDA引腳相連；采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的 PTCO/CANTX引腳和CAN收發器MC33388(14)的TX引腳相連，PTC1/CANRX引腳和 RX引腳相連；采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTEO/TXD引腳和LIN收發器 MC33399(15)的TXD引腳相連，PTE1/RXD引腳和RXD引腳相連。
4. 根據權利要求書1或2或3所述的數字電容式液位測量傳感器，其特征在于 所述數據接收電路(21)中采用數據微控制器MC68HC908GZ16(16)， CAN收發器MC33388(17)' LIN收發器MC33399(18);數據微控制器MC68HC908GZ16(16)的PTCO/CANTX引腳和MC33388(17)的TX引 腳相連，PTC1/CANRX引腳和RX引腳相連；MC68HC908GZ16(16)的PTEO/TXD引腳和 MC33399(18)的TXD引腳相連，PTE1/RXD引腳和RXD引腳相連。
5. 根據權利要求書1或2或3或4所述的數字電容式液位測量傳感器，其特征在于 所述顯示器(22)采用液晶顯示器。
全文摘要
本發明涉及液位測量領域，為一種數字電容式液位測量傳感器，包括電容探頭，數據采集電路，數據接收電路和顯示器，電容探頭的輸出連接數據采集電路，數據接收電路的輸出連接顯示器，數據采集電路與數據接收電路之間通過CAN和LIN網絡連接。克服了現有技術讀數不準、使用壽命有限的缺點，讀數精確，使用壽命長，油量顯示可以和其它參數如時速，溫度顯示集成。
文檔編號G01F23/22GK101692005SQ20091014505
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月24日 優先權日2009年9月24日
發明者周革, 張肖康, 李一方, 許高斌, 陳興 申請人:合肥工業大學