某電容式燃油液位傳感器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)案例5500字

某電容式燃油液位傳感器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)案例綜述某電容式燃油液位傳感器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)案例綜述 11.1傳感器材料選擇 11.1.1傳感器探桿材料 11.1.2傳感器底座材料 21.2影響傳感器因素分析 21.2.1探桿長(zhǎng)度誤差影響分析 21.2.2溫度對(duì)傳感器探桿的影響與分析 41.2.3傳感器裝配誤差的影響與分析 51.2.4邊緣效應(yīng)的影響與理論分析 61.3對(duì)傳感器的改進(jìn)分析 91.1.1傳感器探桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 91.1.2電氣組件 傳感器探桿，即由內(nèi)、外極板共同構(gòu)成的電容器結(jié)構(gòu)，是直接與被測(cè)中間介質(zhì)接觸，自動(dòng)感應(yīng)電有效容量改變的基本單元，是整個(gè)額定電容式感應(yīng)設(shè)備里十分關(guān)鍵的一些，而構(gòu)成探桿的內(nèi)、外極板就是其中心組成部件，對(duì)感應(yīng)設(shè)備的靈活性、準(zhǔn)確度等標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)重影響，因此對(duì)探桿的極板物質(zhì)材料選用的研究分析是非常重要的。參考依據(jù)第2章的主要內(nèi)容研究分析，這個(gè)感應(yīng)設(shè)備應(yīng)用在對(duì)燃油等絕緣液體的測(cè)量確定，所以能夠選用塑性優(yōu)良分布狀態(tài)持久的金屬作為極板。同時(shí)，由于傳感器要在油液中長(zhǎng)期應(yīng)用，還應(yīng)具有良好的耐腐蝕性，且由于熱脹冷縮效應(yīng)的影響，實(shí)際溫度改變?nèi)菀讓?dǎo)致金屬的有效尺寸產(chǎn)生改變影響測(cè)量確定最終結(jié)果。所以，綜合以上研究分析，應(yīng)該選用可塑性好、耐腐蝕變質(zhì)、線膨脹參數(shù)小的金屬物質(zhì)材料作為感應(yīng)設(shè)備的極板物質(zhì)材料。通常普遍常用的金屬物質(zhì)材料有鉛黃銅、不銹鋼及鋁合金等，有特殊要求時(shí)，也能夠運(yùn)用鈦合金等。鉛合金物質(zhì)材料散熱好，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用少，但是線膨脹參數(shù)比較多，受熱彎曲變形量比較多，不合適作為測(cè)量確定工作電極物質(zhì)材料；黃銅的線膨脹參數(shù)比鋁合金的線膨脹參數(shù)低，生產(chǎn)加工便利，但成本要比鋁合金稍高，且如果表面處理不好，變色氧化等現(xiàn)象較常見；不誘鋼材料的線膨脹系數(shù)比黃銅更小，且硬度更高，比較耐腐蝕和磨損，如果對(duì)重量參數(shù)要求不高時(shí)，可以作為電極材料使用；相對(duì)而言，鈦合金材料在各項(xiàng)性能指標(biāo)方面均優(yōu)于前三種金屬材料，硬度更高，更耐鹽霧腐蝕和磨損，受熱基本不發(fā)生變形，且對(duì)于目前軍事裝備輕量化要求常態(tài)化的形勢(shì)，對(duì)比分析后相對(duì)稍高的材料成本也在可以接受的范圍之內(nèi)，因此，將鈦合金材料作為本文中電容探桿的極板材料使用比較適合。傳感器探桿須由金屬材料制成，為了使其有效隔離，確保內(nèi)外電極之間的絕緣性，應(yīng)選用絕緣材料作為電極的連接固定材料。另一方面，傳感器底座與油箱之間的連接是依靠帶螺栓孔的法蘭進(jìn)行固定的，需要有足夠的抗壓強(qiáng)度，采用合適的金屬材料才能滿足產(chǎn)品所需的機(jī)械應(yīng)力需求。綜上所述，本文沿用之前已有的傳感器底座結(jié)構(gòu)，采取兩種部件復(fù)合組裝的方法構(gòu)成傳感器安裝底座。傳感器底座主體由常用的黃銅材料加工制作，易加工成型；同時(shí)，底座主體與內(nèi)外電極的隔離則選用聚四氟乙烯材料。由于使用環(huán)境的影響，長(zhǎng)期處于油氣浸泡環(huán)境下，一般常用的絕緣材料，比如云母、陶瓷等，絕緣性可以滿足要求，但比較難加工，加工成本較高。相對(duì)而言，聚四氟乙烯材料，良好的絕緣性、耐高低溫性、耐磨損性、耐腐蝕變質(zhì)性，可以承擔(dān)強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化化學(xué)試劑、自動(dòng)還原化學(xué)試劑與多種有機(jī)化學(xué)溶劑的腐蝕變質(zhì)，是作為傳感器電極連接固定很好的絕緣物質(zhì)材料。聚四氟乙烯物質(zhì)材料簡(jiǎn)單生產(chǎn)加工，也是感應(yīng)設(shè)備的裝配設(shè)計(jì)組裝設(shè)置供應(yīng)了便利。感應(yīng)設(shè)備綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，參考依據(jù)基本理論，思考多種環(huán)境影響因素對(duì)測(cè)量確定最終結(jié)果的影響作用，通過研究初步基本上得知對(duì)感應(yīng)設(shè)備導(dǎo)致影響的影響因素有如下多個(gè)層面：探桿有效長(zhǎng)度、實(shí)際溫度、感應(yīng)設(shè)備裝配設(shè)計(jì)、極板分布邊緣作用效應(yīng)等。對(duì)電容量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以將傳感器探桿即內(nèi)外極板，其長(zhǎng)度看作一個(gè)理論值，但在實(shí)際加工過程中，探桿長(zhǎng)度與理論值之間難免會(huì)有誤差，有必要對(duì)其進(jìn)仍以圖2.2為例，假設(shè)探桿長(zhǎng)度為L(zhǎng),存在誤差記為△L,那么電容量變?yōu)椋簞t附加電容△C′為：設(shè)附加電容在總電容中占比為K,則：定義探桿長(zhǎng)度相對(duì)誤差α=△L/L,則式(2-13)可以變換為：根據(jù)計(jì)算方程式(3-4)能夠得知，在探桿有效長(zhǎng)度相對(duì)有效誤差恒定的時(shí)況下，分別將非變量作為定值，那么附加電容占比K與變量H,K與變量α之間如圖1.1,假設(shè)極板長(zhǎng)度300mm,相對(duì)誤差保持不變?cè)O(shè)為定值0.17%,附加電容在總電容中占比K隨高度增加減小。如圖1.2,假定標(biāo)準(zhǔn)液位實(shí)際高度等其他容里比例相似呈線性增長(zhǎng)?！鯃D1.2H不變時(shí)附加電容占比K與相對(duì)誤差α的變化曲線圖口根據(jù)計(jì)算方程式3-7能夠得知，電有效容量改變和極板的線膨脹參數(shù)與實(shí)際溫度改變量相關(guān)。感應(yīng)設(shè)備極板物質(zhì)材料是鈦合金的時(shí)候，其線膨脹參數(shù)是2個(gè)內(nèi)外部圓筒的有效半徑依次是Ro與Ri,因?yàn)檠b配設(shè)計(jì)的有效誤差導(dǎo)致它所以，由軸偏距所導(dǎo)致的附加額定電容△C''相似是：假設(shè)軸偏距比例為β,d能夠滿足：軸偏距比例β以圓盤式平板電容器設(shè)備為實(shí)踐案例，電容器設(shè)備極板有效半徑確定為R,極板有效實(shí)際間距確定為D,極板實(shí)際有效厚度是d,中間中間介質(zhì)的介電常量是ε。,最為理想的電容器設(shè)備實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷念~定電容數(shù)值是：式3-14也就是忽視了分布邊緣作用效應(yīng)影響的理想電容器設(shè)備額定電容數(shù)值運(yùn)算方程式，其原理工作電場(chǎng)線分散如下示意圖1.5所示，兩極板的工作電場(chǎng)線應(yīng)該是平均垂直分散的，邊緣不存在發(fā)散現(xiàn)象。圖1.5忽略邊緣效應(yīng)的電容器設(shè)備工作電場(chǎng)分布示意圖擴(kuò)散電場(chǎng)擴(kuò)散電場(chǎng)圖1.6思考分布邊緣作用效應(yīng)的電容器設(shè)備工作電場(chǎng)分布示意圖如下示意圖1.6所示，思考到分布邊緣作用效應(yīng)，極板的分布邊緣會(huì)存在向外擴(kuò)散宣傳工作電場(chǎng)的實(shí)際現(xiàn)象，進(jìn)而引進(jìn)了附加額定電容的影響作用。所以，引進(jìn)附加額定電容之后的額定電容運(yùn)算方程式為：為考慮邊緣效應(yīng)后引入的附件電容值，其中f())是有關(guān)于極板厚度與極板之間ddlD表1.1函數(shù)f)與極板厚度間距之間比值的對(duì)應(yīng)表通過表1.1能夠得出規(guī)律，極板厚度間距之比越大，函數(shù)的值也就越大，由下表1.2所示?？诒?.2極板有效實(shí)際間距D和與之對(duì)應(yīng)的額定電容運(yùn)算最終結(jié)果D□2、分析極板厚度對(duì)邊緣效應(yīng)的影響。假設(shè)極板半徑和介電常數(shù)與上述情況保持不變，極板間距D取值1mm,參考表1.1計(jì)算方法，對(duì)不同厚度條件下附加電容的占比最終結(jié)果展開運(yùn)算研究分析，運(yùn)算最終結(jié)果如下表1.3所示。表1.3不相同極板實(shí)際有效厚度控制條件里附加額定電容占比K的計(jì)算結(jié)果由表1.3中數(shù)據(jù)能夠得知，針對(duì)平板電容器設(shè)備而言，如果可以維持其他系數(shù)恒定，增長(zhǎng)極板實(shí)際有效厚度，由分布邊緣作用效應(yīng)所引進(jìn)的附加額定電容比例就會(huì)隨后加大。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小極板的厚度，以減小附加電容的引入。1.3對(duì)傳感器的改進(jìn)分析由于構(gòu)成傳感器探桿結(jié)構(gòu)的極板尺寸決定了傳感器基本電容量、敏感度等指標(biāo)，因此首先應(yīng)選擇合適的極板尺寸使傳感器的性能達(dá)到最佳。通過分析，針對(duì)指定的額定電容式感應(yīng)設(shè)備，在組成結(jié)構(gòu)有效尺寸維持恒定的時(shí)候，其電有效容量和極板間中間介質(zhì)的介電常量為正比例關(guān)系。而針對(duì)感應(yīng)設(shè)備自身，可以影響其電有效容量的影響因素因此極板實(shí)際有效厚度、有效直徑、有效長(zhǎng)度以及極板有效實(shí)際間距等。參考依據(jù)經(jīng)過額定電容的運(yùn)算方程式，當(dāng)其他系數(shù)恒定的時(shí)候，其極板愈長(zhǎng)，感應(yīng)設(shè)備的根本基礎(chǔ)電容量愈大，由其他影響因素引進(jìn)的附加額定電容對(duì)總體的測(cè)量確定影響愈小。所以，經(jīng)過增長(zhǎng)極板有效長(zhǎng)度能夠提升感應(yīng)設(shè)備的測(cè)量確定準(zhǔn)確度。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，隨著車型不同，其所裝備的油箱的形狀就有所不同，安裝空間有限，傳感器極板長(zhǎng)度不可能無限長(zhǎng)，所以，應(yīng)該在有效長(zhǎng)度有效尺寸可以符合設(shè)計(jì)需要的每一個(gè)控制范圍里，盡可能增長(zhǎng)其有效長(zhǎng)度，使感應(yīng)設(shè)備基礎(chǔ)電有效容量獲取增長(zhǎng)，提升感應(yīng)設(shè)備靈活性。同時(shí)，根據(jù)前述分析內(nèi)容，應(yīng)在能夠保證極板間的液體介質(zhì)順暢流動(dòng)的前提下，盡量減小極板之間間距，也可以使基礎(chǔ)電容量增大，減小邊緣效應(yīng)引入的附加電容對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，同樣極板的厚度也應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的前提下盡因此，考慮到原傳感器內(nèi)極板變徑設(shè)計(jì)的計(jì)算復(fù)雜，分段加工出現(xiàn)的累計(jì)誤差等，最后確定改進(jìn)傳感器的結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的空芯雙圓筒形極板，其參數(shù)如下：內(nèi)極板外直徑Do=10mm