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第 7 节 液位传感器

汽车上的液位传感器有很多种，如燃油液位传感器、制动液液位传感器、冷却液液位传感器、清洗液液位传感器等，用于监测液位的高低（线性型）或液位限制盒（开关型）。 这些液位传感器按传感器的结构原理分类，有浮球式（电位器式）、电热式、干簧管式、电容式等多种类型。 线性液位传感器主要用于相关仪表系统，开关式液位传感器主要用于液位下降到极限值时的报警灯控制。

1.浮子式油位传感器

一、浮子式油位传感器的组成原理

浮球式油位传感器的核心部件是滑动式变阻器，其组成如图10-42所示。

当浮子随油位上升和下降时，通过浮子杆和滑块轴带动滑块在滑块电阻上滑动，使串联在燃油表电路中的电阻发生变化，燃油内的电流仪表相应变化，驱动指针偏转指示相应的油量。 电量计主要有电热式和电磁式两种结构形式。

电加热电量计的组成及工作原理如图10-43所示。 这种电量计的指针偏转是由缠绕有加热线圈的双金属片弯曲驱动的。 工作时电容液位传感器电路图，随着油箱油位下降，浮子下沉，使串接在仪表电路中的电阻值增大，电路电流减小，减少了燃油表加热圈发热，双金属片的温度下降。 弯曲程度相应减小，带动指针向后摆动，指示油量减少。

图10-42 浮子式油位传感器

a) 传感器组成 b) 传感器原理

1—滑块 2—滑块阻力 3—浮子杆 4—接线柱 5—浮子 6—滑块轴 7—固定板 8—电位器 9—燃油滤清器

图10-43 电动燃油表的组成及工作原理

1—双金属片 2—指针 3—浮子油位传感器 4—油位 5—双金属片

电磁电量计的组成及工作原理如图10-44所示。 电量计有左右两个线圈。 左侧线圈与传感器串联，右侧线圈与传感器并联。 指针的摆动是由左右线圈的磁力合力带动转子旋转。 工作时，随着油箱油位下降，浮子下沉，使串联在油表电路中的电阻值减小，并联线圈电流减小，串联线圈电流增大。 这使两个线圈的综合磁场方向发生偏转，吸引衔铁（转子）旋转一定角度，带动指针向低油量指示值一侧摆动。

2、浮子式油位传感器的检测方法

浮球式油位传感器的常见故障有：滑块与滑块电阻接触不良、滑块电阻不良、传感器内部电路接触不良等，导致油量表指针不灵。移动，总是显示满油 该值不准确。

图10-44 电磁电量计的组成及工作原理

1—左线圈 2—右线圈 3—衔铁（转子） 4—指针 5—滑动阻力 6—滑动 7—浮子

(1) 车载故障诊断

如果电热式燃油表指针不动，电磁式燃油表指示满油位置不动，则说明传感器或其连接线存在开路故障。 诊断方法是：将连接传感器的导线直接接地，打开点火开关，看指针是否亮。 摆至满油位（电热式）或空油位（电磁式）。 如果是，则说明传感器内部存在开路故障； 如果不是，则需要修理电路和电量计。

(2)检测传感器的阻值

拆下传感器，摆动浮杆，测量传感器的阻值。 当浮子从低位“E”摆动到高位“F”时，电阻值应不断变化。 如果电阻值无穷大，说明传感器内部存在开路故障； 如果阻值变化不连续，说明滑块与滑块电阻接触不良。

2. 热敏电阻油位传感器

一、热敏电阻油位传感器的工作原理

热敏电阻式油位传感器接低油位报警电路，如图10-45所示。 传感器中的热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。 当油箱油位高于设定的下限时，传感器的热敏电阻浸入燃油中，通过燃油散热更快，温度更低。 阻值大。 因此，继电器线圈电路中的电流很小，继电器触点不能闭合，指示灯不亮。 当油箱的油位下降到设定的最低限度时，传感器的热敏电阻会接触到油位。 由于通过空气散热缓慢，热敏电阻温度升高，阻值减小，使继电器线圈的电流增大。 吸合继电器触点，指示灯亮，表示油箱油位低。

图 10-45 热敏电阻低油位报警电路

1—继电器 2—低油位警告灯 3—油箱 4—热敏电阻式液位传感器

2、热敏电阻式油位传感器的检测方法

以丰田汽车使用的热敏电阻式油位传感器为例，介绍该传感器的检测方法。

(1)检测传感器的阻值

如图10-46所示，将浮子的位置从上到下改变，测量燃料端与接地端之间的电阻，电阻值应符合表10-4的规定值。

图 10-46 检测传感器电阻

表10-4 丰田车燃油端与接地端电阻值

(2)检测缺油报警灯及电路

断开燃油表的接头，打开点火开关（ON），将警示灯端子接地（图10-47），此时警示灯应亮。 若不亮，应检修警示灯电路或更换警示灯。

(3)检测热敏电阻式油位开关

取出电量计的外壳，然后在报警端子和接地端子之间接一个12V、3W的小灯泡作为警示灯。 连接电池时，警告灯应亮起，如图10-48a； 当传感器放入水中时，如图 10-48b 所示，警告灯应熄灭。

图10-47 检测低燃油报警灯及其电路

图10-48 检测热敏电阻油位开关

a) 在空气中 b) 在水中

经上述检查，如不符合要求，应更换液位传感器。

3、电容式油位传感器

一、电容式油位传感器的基本组成

变介电常数的圆柱形电容式液位传感器在第2章中已经介绍过。用于汽车油箱的电容式液位传感器是三个扁平电极A、B、C，如图10-49所示。 A极板和B极板组成一个电容C1，A极板和C极板组成一个参考电容C2，B极板和C极板之间的间隙很小，可以忽略不计。

2、电容式油位传感器的测量原理

电容式油位传感器的测量原理如图10-50所示。 传感器电容探头垂直安装在油箱内。 A极板和B极板组成的C1可以看作是两个并联的电容器，一个以空气为介质，一个以燃料为介质。 空气的介电常数ε0很小，当油箱液面下降时，作为介质的C1空气部分增加，作为介质的部分燃料减少，电容值减小。 C1的变化与燃油的液位一一对应，电容C1的变化通过测量电路转换成相应的电信号。

图 10-49 电容式油位传感器

图10-50 电容式油位传感器测量原理

d——极板间隙 ε0——空气介电常数 εr——燃料相对介电常数

三、电容式油位传感器的特点

电容式油位传感器是一种新型液位传感器，具有以下特点。

(1)工作可靠，寿命长

电容式油位传感器探头安装在油箱内后，将油箱内油位的变化转换成电容的变化，再经测量电路转换成电信号。 工作过程中无活动部件，工作可靠性强。 长寿。

(2)储油计量精度高

采用电容作为传感元件，燃油量测量探头本身具有自动补偿功能，可以使测量结果不受燃油温度、杂质等影响，测量精度高。

(3) 可与行车电控单元集成

传感器的电容参数可以通过以单片机为核心的测量电路转换成数字信号，向车载行车电脑提供剩余油量信息。 加油； 根据一段时间内油量的变化，结合里程，还可以计算并显示平均油耗。

(4) 可提供油箱油量极限状态信号

当油箱液位超过L时，传感器电容值达到最大值，可发出溢油信号，表明此时油箱已满； 当油箱液位低于L2时，传感器的电容值小于C2，可发出油位已达到最低限位的信号，使低油位警告灯点亮。

4、电热油位传感器

一、电热式液位传感器的组成及测量原理

电热油位传感器的组成如图10-51所示。 传感器的传感元件是贴在金属箔上的铁镍薄膜，薄膜电阻通电后发热，使薄膜电阻温度升高，阻值也随之增大。 当传感器的探头放入油箱的燃油中时，薄膜电阻的温度会通过燃油的传热而下降，其阻值也随之下降。 随着油箱油位的下降，与空气接触的部分油膜阻力增大。 由于空气的导热性差电容液位传感器电路图，膜电阻的温度随着液位的下降而升高。 等效电路如图10-51b所示。 薄膜电阻的变化通过测量电路转换成与液位具有一一对应关系的电压信号。

由于燃油温度也会影响薄膜电阻的阻值，因此在传感器探头内设有温度补偿电阻，以消除温度对传感器测量精度的影响。

2、电热式液位传感器的检测方法

检测方法有电阻检测法和电压检测法两种。

图 10-51 电热油位传感器

a) 探头配置 b) 等效电路

1—20Ω铁镍电阻 2—7kΩ温度补偿电阻 3—铜导体

(1)电阻检测法

与热敏电阻温度传感器一样，测量电热液位传感器在各种温度下的阻值，看是否与规定值相符。

(2)电压检测法

类似于电位器传感器，将电热式液位传感器放入水中，接通电源后，改变探头在水中的高度，测量信号端的电压，电压应随液体的变化而变化电平，并与指定值匹配一致。

5.干簧管液位传感器

图10-52 干簧管液位传感器主要结构

1—点火开关 2—警示灯 3—液位 4—浮子 5—传感器外壳 6—干簧管 7—永磁体

一、干簧管液位传感器的测量原理

干簧管液位传感器的主要部件是带有永磁体的浮子和干簧管，其主要结构如图10-52所示。 当液位正常时，固定在浮子上的永磁体与传感器外壳内的干簧管距离太远，无法闭合干簧管。 如果液位不足，则警告灯电路不通电，警告灯熄灭。 当浮球随液位下降到设定的下限时，永磁体与干簧管距离较近，干簧管被吸引（图10-53），液位不足，警告灯亮起作为警告。

2.干簧管制动液液位传感器

由干簧管制动液位传感器控制的制动液低警告灯电路如图10-54所示。 低制动液报警电路由仪表盘上的警示灯和安装在制动液储罐内的干簧管式液位传感器组成。 磁铁的磁力使干簧管磁化，使干簧管闭合。 此时，如果打开点火开关，制动液低警告灯会亮起以示警告。

图10-53 干簧管液位传感器工作原理

图10-54 制动液低警告灯电路

1—干簧管 2—浮动 3—驻车制动开关 4—低制动液警告灯

3. 干簧管冷却液液位传感器

在某些汽车上，有一个簧片开关冷却液液位传感器（图 10-55）。 当冷却液液位下降到最低限度时，随冷却液液位下降的浮子接近干簧管。 ，浮子上的永磁铁吸合干簧管，冷却液不足报警灯电路接通。 发动机温度过高。

图10-55 干簧管冷却液液位传感器工作原理

a) 冷却液充足时浮子的位置 b) 冷却液不足时浮子的位置

1—干簧管 2—永磁浮子

4. 簧片开关清洗器液位传感器

有些汽车在挡风玻璃清洗器的储液罐内装有液位传感器，用于当储液罐缺少清洗液时及时报警。 干簧管式清洗液液位传感器如图10-56所示。 当洗涤液充足时，浮子在上，远离干簧管，干簧管处于断开状态（图10-56a）。 当洗涤液不足时，浮子下降到干簧管附近（图10-56b），干簧管被永磁铁吸住，仪表盘上的警示灯亮起，提醒司机补充及时清洗液体。

5、浮子干簧管液位传感器的检测

这种液位传感器的常见故障有浮子损坏、干簧管失去弹性、干簧管触点接触不良等，导致干簧管控制的报警电路工作不正常。 检测方法为：使浮子上下运动，测量传感器两端电阻。 正常情况应该是：浮子下移时，两端电阻为0Ω，为导通； 当浮子向上移动时，两端电阻为∞，即不导通。 若不符合要求，则为液位传感器损坏，应更换。

图10-56 干簧管清洗器液位传感器工作原理

a) 洗涤液充足时 b) 洗涤液不足时

1—浮子 2—干簧管