楊 峰 新疆廣電局91612臺

廚房燃油灶油箱液位計(jì)改造安裝

楊 峰 新疆廣電局91612臺

本文介紹的是一款基于浮子電阻式傳感器實(shí)現(xiàn)液位控實(shí)時監(jiān)測的方案，采用小電流信號來探測液位，經(jīng)過前端信號處理后由LM3914十位模擬電壓比較器進(jìn)行信號比對，最后驅(qū)動十段LED燈條對液體位置進(jìn)行直觀的顯示。本文首先介紹總體的設(shè)計(jì)方案，接著重點(diǎn)介紹各功能模塊的作用及實(shí)現(xiàn)方法。

液位電阻式傳感器；信號前端處理；安全保障電路；LM3914模擬電壓比較器

1.整體電路實(shí)現(xiàn)

目前我的油箱采用的就是這種傳感器，它實(shí)際上由一個全阻值80歐姆的繞線滑動電阻組成，實(shí)際應(yīng)用中傳感器為了能更可靠的工作和防止表面氧化對阻值的干擾，的電阻值取值是比較小的，液位反饋出來的電阻值也只能在0到80歐之間連續(xù)變化，當(dāng)油量充足時電阻值趨向于0歐姆，當(dāng)油量減少時電阻又從0歐逐漸趨向于80歐。只需要能檢測出這個范圍的電阻值信息就能來實(shí)現(xiàn)液位準(zhǔn)確的實(shí)時顯示，然而油品是嚴(yán)禁熱量和火花的危險(xiǎn)品，早期采用的指針式mA電流表需要的電流是很小的，工作電壓也非常低，相對也算比較安全的，因?yàn)檫^高的電壓會造成火花，過大的電流也會造成探頭發(fā)熱，下面就是我們討論的安全性和工作穩(wěn)定性問題了，所以我們必須把測電流控制在50mA內(nèi)，以防止電阻發(fā)熱造成事故，同時還必須對施加的檢測電壓進(jìn)行嚴(yán)格的限制，不能超過5V，防止在滑動撥片中產(chǎn)生火花造成閃爆，這個也是非常危險(xiǎn)的，后面將介紹安全保障防止發(fā)生此類情況。

2.傳感器供電 前端采樣

傳感器的阻值范圍很小，為了安全性我們不能使用高電壓和高電流來進(jìn)行檢測，這樣的話我們實(shí)際上得到到電流信號就非常微弱，轉(zhuǎn)換的電壓變化范圍也只能在1V范圍內(nèi)， 只能得到mA或者mV信號，所以我們需要將這個信號做線性的放大，才能正常顯示，圖1就是我們的采樣電路：

這是一個供電限壓5V，工作電流不超過50mA的采樣前端，首先此部分使用直流電源，工作電壓10～12V都能正常供電，由一個SS14進(jìn)行防接反保護(hù)，以防止使用中不小心接反電源后燒毀整個模塊甚至造成更大的安全隱患。經(jīng)過一個自恢復(fù)PTC保險(xiǎn)電阻，這個元件實(shí)際上是一個熱敏限流元件，當(dāng)電流超過預(yù)設(shè)值后自身發(fā)熱，高分子材料膨脹斷開兩級，最后只剩下幾mA電流維持自身斷開狀態(tài)，直到電流斷開冷卻后才自動回復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)，這個元件是做200mA限流，主要是防止前端元件短路或者擊穿后自動斷開電流保障整個模塊的安全。再后級就是穩(wěn)壓系統(tǒng)了，78L05，這是一款小電流高精度輸出的三端穩(wěn)壓模塊，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，因?yàn)樘筋^的低電壓要求和測量中要求電壓穩(wěn)定，這樣就剛好能滿足探頭供電要求，因?yàn)樘筋^的電流不大，使用小電流的三端穩(wěn)壓模塊能自身限流也能減小體積。在穩(wěn)壓模塊后面就是3個由3V擊穿的雪崩二極管串聯(lián)組成，一旦電壓超過8V二極管其中一個導(dǎo)通后后面的兩個二極管也做雪崩式放電導(dǎo)通，導(dǎo)通電流最大為400mA，此時前端的PTC會保護(hù)性過流斷開，一旦電壓超過10V電流超過400mA后雪崩二極管將永久性擊穿導(dǎo)通，直接拉低78L05和PTC電壓，此時后面的指示燈將熄滅，直到排除故障才能恢復(fù)。

圖2

3.信號處理電壓比較放大 LED驅(qū)動顯示

我們前端液位探頭得到的電壓信號是連續(xù)的，也是線性的，但是信號電流值值很微弱變化范圍也非常小，3914的內(nèi)部擁有高增益的信號放大系統(tǒng)，所以能直接對小信號進(jìn)行放大，前端輸出的信號由5腳輸入，內(nèi)部緩沖器進(jìn)行預(yù)防大，經(jīng)過輸入緩沖器接成跟隨器形式，提高了輸入阻抗和測量精度。LM3914內(nèi)部設(shè)有遲滯電路，顯示不是從一個LED立刻跳到另一個LED，而是平緩過度，可消除噪聲干擾，改善輸入信號快速變化時引起的閃爍現(xiàn)象。芯片的9腳是點(diǎn)陣和線裝顯示模式端口，當(dāng)此腳懸空時輸出的驅(qū)動就會以點(diǎn)狀燈顯示，將其接入高電平時就會以全燈線性模式驅(qū)動LED燈條，

原理圖如圖2所示：

其中的參數(shù)由下面公式計(jì)算：

REF OUT基準(zhǔn)輸出參考電壓

公式一：REF OUT V=1.28（1+R2/ R1）

公式二：I（LED）≌12.5/R1

4.電路的調(diào)試過程

首先將整個模塊接入系統(tǒng)，R1是決定LED驅(qū)動電流的電阻，輸出電流在2～30mA范圍可調(diào)，輸出端承壓能力為±35V，最大輸出限制在30mA之內(nèi)。實(shí)際使用中我們LED是超高亮度的，發(fā)光效率非常高，選擇5mA即可，實(shí)際取值為7K。油箱充滿也就是傳感器為0歐，調(diào)整Rout電位器時顯示器的燈位會變化，直到剛好點(diǎn)亮第十燈即可，讓后就通過設(shè)定R2來確定下限電壓，也就是第一個燈的驅(qū)動電壓值，將油箱放空傳感器的輸出值剛好為80歐，就調(diào)整下限電阻直到最后一個燈剛好點(diǎn)亮，實(shí)際取值為20K，此時即設(shè)定好了上下限低位顯示，整個電路即可投入正常使用，通過發(fā)光二極管的顯示，比如在地下室，或者黑暗的地方很遠(yuǎn)就能能看液位清實(shí)時狀態(tài)情況，有效解決了是指針表的缺點(diǎn)-必須走近照明后才能分辨出來。

完成效果圖：

[1] 孫余凱、項(xiàng)綺明《精選使用電子電路260例》.出版單位：電子工業(yè)出版社（北京）.出版時間：2007年2月

[2] 范立南，恩莉等：《 模擬電子技術(shù)》.出版單位：水利水電出版社（北京）.出版時間：2006年1月