油位传感器相关计算讲义

1、油位传感器相关计算由于智能油位与普通油位在原理及计算很相近，本文仅计算智能 油位的相关计算，计算仅仅参考交流，可能有错误和疏漏，希指正和 交流，同时也继续在后续实践检验。1. 前级电容采集、波形发生电路结构如下图：1由上图有源晶振Y1输出32.768Khz方波信号作为555单稳态定 时器的触发源，Y1输出占空比1:1的波形，幅值范围（0V-5V）NE555 _方波产生电堤15.Q7.2SI町25I. / .IT-625. Jm22I-1_.Q1.910.3I Sn EiOm54r-伽3 flrr.3 6mHrr3 3725斤和259伽-t5JQrn-2 2UKJ. J11.9103li.O-

2、9晶振输出周期TYi3276830.52us2. TP1与PE端接探棒，探棒在实际液位等效电容为 30Pf-90Pf,探棒 电容值是油位传感器核心物理量，电容值与探棒的介质有关，空 气基本可以忽略，相同介质电容值也就是探棒液位值的一个映射， 它们是正相关。555定时器构成的单稳态定时器模型根据555单稳态电路逻辑结构，输出波形的高电平仅与充放电 电容C探棒）、电阻R12相关。输出脉冲宽度tW是暂稳态的停留时间，即电容C的电压从0充电到2VCC所需的时间。根据电容 C的充电过程可知：3Uc(O)0 ,Uc() Ucc，Ut Uc(tw)|Ucc , RC,Uc( ) Uc(0 )tW RC1n-

3、 RC1 n3 1.1R12C ./ Uc( ) Ut代入电容、电阻值可得最大、最小tw时间tw1 1.1*100*10 3*3033S 最大时间为 9.9US,最小时间为 3.3ustW2 1.1*100*10 3*909.9us3. 方波占空比半，Iy1电容最小占空比老=為0.108电容最大占空比老=卷0.32454. 555定时器输出是单稳态PWM波，再经过RC滤波可以有效除去高频高次谐波，得到稳定的直流模拟电压信号，方便信号处理及提咼测量稳定性。CMpValiant Drop*0QwlOul L0OulC-t HiV - 18V =弭iBmuc 3.2mA= SiJrrA= 1,0mA

4、1t250/ UM 你0L4014VVVvI&CUKE a 1,0m-A45V555定时器输出波形是一个方波高电平是Vmax=4.5V,低电平是Vmin=0.15V的方波型号（参考上图）由于输出方波是非周期信号，经过傅里叶变换可以得到输出电压v(t)Iw 12 Vs1v(t)2 (vs-(sin w0tsin 3w0tTY13vs 0.15 vmax vmin1sin 5w0t .)60.450.976249 60.42由式wo =205871Hzty52分析R14, ,C3组成的低通滤波电路可知截止频率1RC10*103*10*1010Hz分析R15, ,C2组成的低通滤波电路可知截止频率1

5、RC100*103*0.01*101000 Hz所以v(t)傅里叶变换得到的高频包括一次 wo、三次3wo、五次5wo及以上谐波全部大于1000Hz,经过RC两级滤波后仅剩下直流分量所以经过RC滤波后电压范围为2扯Vs-2如vs代入数据可得电压范围Ty1Ty1为0.5022V-1.5066V,其中0.5022对应探棒30Pf的输出直流分量电压,1.5066对应90Pf的输出直流分量电压 化为555输出电压)根据以上电路可知iR14 iC3 iR17，列出电路微分方程的零状态响应 如下：V3VR14R17R14C3dt代入数据化简得：2（V3 VrJ VR14 0.2色兰dt3v3VR140.2

6、 dvRi43 dt是一个非齐次微分方程，微分方程包括特解和通解2 2t2tVrm -V3 -V3e 0.2 - V3e 0.2 : 3 33同理可得电路零输入响应，由R17与C3组成零输入回路UR17 UC3 0RyCs VC3 0代入数据（VC3初始状态电压为2V3 ）解齐次微分方dt3_211程可得：Vc3 V3e 0:2 ：?联合零状态和零输入？的电路全响应31VR142V3|v3e02 |v3e02，推出t时间较短v菽近似成立，所3333以 VR14 的电压 范围为 0.5022V*2/3-1.5066V*2/3 , 即0.3384V-1.0044V5. 后级放大电路由前分析opa2

7、180的5脚输入模拟直流电压范围为(0.5022,1.5066), opa2180的A放大器是作一个电压跟随器，根 R3、R4 分压可得1脚电压恒为5604 0.976V，B放大器由R7、C1组249 60.4成一个比例、积分放大器，而比例是电路的主要部分，积分部分 主要是电容充放电，电容较小，作用是平波，除去高频噪声干扰， 提高系统稳定性。比例部分由R7、R11组成放大器，有放大器高阻抗和反馈作用满足虚短和虚断定理，v5=v6，iRiiv5 v1R11vo v5iR7 R7 ，i C d(vo v5)i c1 Cdt根据KCL节点电流定理和虚短可得ici icl R7iR11R11即：iR7

8、 J5v5 v1 vo v5 d d (vo v5) RdtR7v5 v1R11i R11将方程拉斯变换并代入数字可得dtv5 0.97 vo v50 01*10 6 d(vo v5)100*103 200*103 .v5 0.97、vo v5d(vo v5)(2 ) 0.001 dt3v5 1.94 vo 0.001色 0.001咚 dtdt :.由式对输入v5高频信号有较强衰减作用，由于 v5及vo电压在经过RC滤波后波形较为平坦，可以近似为直流，所以可以忽略微, vo 3v5 1.94分项。0.3384V-1.0044VC2较少，对直流分量没有降压作用仅相当于平稳波形，v5电压范0.3384V-1.0044V。前面推测vc3范围为，后级RC滤波因R18开路,围也为由方程可得vo在探