第五节 液位传感器
一、液位传感器的作用和安装位置
1.作用
液位传感器是用来检测各种液体的高度位置，作为仪表指示、警告的输入信号。汽车上的液位传感器主要有发动机机油液位传感器、燃油油位传感器、制动液液位传感器、清洗液液位传感器等。按照传感器的性质类型来分，可以分为模拟量输出型和开关输出型两种。模拟量输出型主要用于仪表指示，主要有浮子式、电热式、电容式等，开关输出型主要用于仪表报警，主要有热敏电阻式、舌簧开关式等。
2.安装位置
液位传感器安装于燃油箱（燃油液位传感器）、制动液罐（制动液液位传感器）、洗涤器（洗涤液液位传感器）、散热器储液罐（冷却液液位传感器）、油底壳（机油液位传感器）等处，以测量各种液体的储存量。
二、浮子舌簧开关式液位传感器
1.结构
浮子舌簧开关式液位传感器由树脂圆管制成的轴和可沿其上下移动的环状浮子组成，如图2-63所示。在管状轴内装有舌簧开关（强磁性材料制成的触点），浮子内嵌有永久磁铁。舌簧开关内部是一对很薄的触点，随浮子位置不同触点的闭合或断开，可以判定液量多于规定值还是少于规定值。
图2-63 浮子舌簧开关式液位传感器结构
2.工作原理
工作原理如图2-64所示。
图2-64 浮子舌簧开关式液位传感器工作原理
当液位达到规定值时，浮子上升到规定值，没有磁力线穿过舌簧开关内的磁体，在舌簧本身的弹力作用下，舌簧开关的两触点打开，电路断开，报警灯熄灭。同时报警灯不亮表示液位在正常位置，符合要求。浮子舌簧开关式液位传感器的工作原理如图2-65所示。
图2-65 浮子舌簧开关式液位传感器的工作原理
3.连接电路
浮子舌簧开关式液位传感器用于检测制动液液位时的报警系统电路如图2-66所示。
图2-66 制动液液位报警系统电路
4.检测
浮子舌簧开关式液位传感器的常见故障是浮子损坏、舌簧开关弹性丧失不能工作。一般用万用表测量传感器的两接线端子电阻，当浮子上下移动时，确认开关是否随之通断变化。当浮子向下移动时，两端子电阻应为0，说明导通；当浮子向上移动时，两端子电阻应为∞，说明不导通。若不符合这两点要求，则说明液位传感器已损坏，应当更换。
三、浮子可变电阻式液位传感器
1.结构
浮子可变电阻式液位传感器由浮子、内装滑动电阻的电位器以及连接浮子和电位器的浮子臂组成，其结构如图2-67所示。这种液位传感器的浮子可以随液位上、下移动，通过浮子的移动带动与其相连的浮子臂在滑动电阻上滑动，从而改变搭铁与浮子间的电阻值，即改变回路的电阻值。从而控制回路中的电流大小，在仪表上显示液位高低。
图2-67 浮子可变电阻式液位传感器的结构
2.工作原理
这里以汽车汽油油量表所使用的浮子可变电阻式液位传感器为例介绍浮子可变电阻式液位传感器的工作原理，如图2-68所示。仪表与浮子可变电阻式液位传感器串联，当油箱满时，浮子升到最高位置，滑动臂滑向低电阻方向，此时通过回路中的电流增大，使双金属片弯曲增大，指针指向F侧；当油箱内油量较少时，浮子降到较低的位置，滑动臂滑向高电阻方向，汽油表电路中的电流减小，仪表内双金属片稍有弯曲，指针指向E侧。
图2-68 浮子可变电阻式液位传感器的工作原理
3.检测
浮子可变电阻式液位传感器的检测方法如图2-69所示。用万用表测量浮子在不同位置，即测量传感器连接器插头1、3端子间的电阻。当E处电阻值大于F处电阻值，且从E到F的变化过程中电阻值连续变化时，说明传感器性能良好。
图2-69 浮子可变电阻式液位传感器的检测
四、热敏电阻式液位传感器
1.结构
热敏电阻式液位传感器用负温度系数的热敏电阻制成，它一般用在燃油报警系统中，如图2-70所示。
图2-70 热敏电阻式燃油报警回路
2.工作原理
当点火开关在“NO”位置时，回路接通，热敏电阻上有电流通过，在电流的作用下，热敏电阻本身会发热。当燃油液面较高时，因为热敏电阻置于汽油中，热敏电阻被燃油冷却，所以热敏电阻的温度不会升高；反之，当汽油量减少时，热敏电阻会慢慢暴露在空气中，其热量难以散发，所以热敏电阻的阻值会降低（它是负温度系数的热敏电阻）。当热敏电阻的阻值下降到一定值时，线路中流过的电流增大到可以使继电器触点闭合，从而使低油面报警灯发亮报警，如图2-71所示。
图2-71 热敏电阻式燃油液位传感器
驾驶员根据指示灯的亮、灭可以知道燃油量的多少。
3.检测
热敏电阻式液位传感器的检测方法如下。
（1）测量电阻
从上至下改变浮筒位置，检测燃油端子与搭铁端子间的电阻，其电阻值应符合标准规定值（表2-7）。
表2-7 标准规定值
（2）检查报警灯
从燃油表上拔下连接插头，打开点火开关，把报警灯一端搭铁，这时指示灯应点亮。
（3）检查报警开关
取出燃油油量表的外壳，然后在报警端与搭铁端连接一个12V、3W的小灯泡作报警灯，当接上蓄电池时，如图2-72（a）所示，报警灯应当亮。当将液位传感器放入水中时，如图2-72（b）所示，报警灯应该熄灭。
图2-72 热敏电阻式燃油液位传感器的检测
五、电容式液位传感器
电容式液位传感器常用作燃油、机油和冷却液液位的测量。将电容式传感器放入燃油或冷却液中，随着燃油或冷却液液面高度h发生变化，引起电容电极间的电介质的不同并使电容变化，电容的变化引起了振荡周期的变化，通过计算振动频率，就能获知液面状态，如图2-73所示。
图2-73 电容式液位传感器的构造示意图
机油状态传感器是随时监控机油液位、机油品质、机油温度的传感器。下面以大众机油状态传感器为例，说明其构造和检测方法。
1.结构
机油状态传感器G1，安装于发动机油底壳上，该传感器由两个重叠安装的筒形电容器组成，如图2-74所示。
图2-74 构造原理示意图
2.工作原理
由图2-74可知，两根金属管作为电容器电极嵌套安装在电极之间，发动机机油作为电介质。机油状态通过下面的传感器测得，作为电介质的机油因磨损碎屑不断增加以及添加剂的分解而使介电常数发生变化，相应的电容值将在传感器内的电子装置中被处理成数字信号，并作为发动机机油状态信息被传送给仪表电脑。机油液位传感器在状态传感器的上部，它测量机油液位这一部分的电容值，该电容值会随着机油液位的变化而发生变化，并将由传感器电子装置处理成数字信号再传送到仪表电脑。在机油状态传感器的底座上装有一个铂温度传感器，该传感器检测机油温度，并将检测到的温度信号传送到仪表电脑，再输出到机油温度表显示。只要在输出信号端连续测量，即可测得机油液位、温度和发动机机油状态信号的变化。
3.检测
机油状态传感器G1是一个三线式数字信号传感器，电路连接如图2-75所示。
图2-75 向HV蓄电池充电过程
（1）检测供给电源电压
用数字式万用表对传感器1号端子进行工作电压检测。用数字万用表直流20V挡检测机油状态传感器1号端子，点火开关打开时，其电源端电压应是蓄电池电压。
（2）检测搭铁线
检测2号线与搭铁间电阻，正常值应为0，否则说明搭铁不正常。
（3）检测信号线参考电压
检测3号线信号电压应在9.8～10.5V范围内。在怠速时测量电压值应基本不变化。
（4）查询故障码
使用VAG1551可以查询故障代码，若机油液位传感器本身或线路出现问题，会出现故障代码00562。
（5）波形检测
运用示波器对机油状态传感器输出端的信号进行波形分析，可以进一步确定该传感器信号特征。该信号是一个脉冲矩形方波信号。机油状态传感器波形如图2-76所示。
图2-76 机油状态传感器波形
六、半导体式液位传感器
1.连接电路
别克G/GL/GS系列轿车的传感器使用半导体式发动机冷却液液位传感器，其电路连接如图2-77所示。
图2-77 别克G/GL/GS系列轿车的半导体式发动机冷却液液位传感器
2.工作原理
别克G/GL/GS系列轿车的传感器使用半导体式发动机冷却液液位传感器电路工作原理见图2-77。
当点火钥匙在“RUN”位置时，水位传感器的B端有蓄电池电压供给，传感器电极浸入发动机冷却液中，而发动机冷却液作为电介质被传感器电路视为电阻发动机冷却液液位传感器的内部电路类似于三极管的工作原理，水位传感器的B端“+”电压不仅是发动机冷却液液位警告灯电路的一部分，同时也是水位传感器的内部电路的工作电压，C端为搭铁端。
当发动机冷却液液位正常时，发动机冷却液导电能力相对较强，电阻较小，根据分压原理，基极电位（A点电位）较低，三极管截止，水位传感器的内部电路将使C端处于开路状态，则液位警告灯不亮。反之，当发动机冷却液液位较低时，发动机冷却液电阻较大，根据分压原理，A点电位较高，三极管导通，水位传感器的内部电路使水位传感器的B端和C端导通，则液位警告灯点亮。
3.检测
（1）测量电压
检测时，关闭点火开关，断开水位传感器接头，打开点火开关，首先检测B端是否有蓄电池电压，检查C端搭铁是否正常。如果不正常，应检查线路。
（2）测量电阻
检查发动机冷却液液位传感器3端与1端的线路是否有短路现象。用万用表电阻挡测量，传感器的B、C端之间的电阻，在水位正常的情况下，传感器本体的B、C间不应导通，电阻为无穷大。拔出水位传感器，则B、C间应导通，电阻为零，检测时应注意表笔的正负极不要接反。
（3）检查线路
在发动机冷却液液位正常的情况下，发动机液位警告灯依旧点亮，此时应检查液位警告灯至液位传感器B端的线路是否有短路现象。
七、电极式液位传感器
1.结构
电极式液位传感器主要由装在蓄电池盖板上作为电极的铅棒构成，如图2-78所示。
图2-78 电极式液位传感器的构造
2.工作原理
当把传感器的电极置于蓄电池电槽中时，在该电槽中具有与蓄电池阴极板相同的作用，该电极也将产生电动势。如使其电极长度与规定液面位置下限处吻合，则实际液面高于该位置时，铅棒起电极作用，它浸在蓄电池液中，作为正电极的铅棒与蓄电池负极将产生电压和电动势。低于该位置不产生电动势。因此电极式液面高度传感器在蓄电池液量正常时可产生电压信号，异常时不产生电压信号。
当蓄电池液位正常符合规定要求时，如图2-79所示，传感器即铅棒浸入蓄电池液中产生电动势，晶体管VT1处于导通状态。蓄电池电流按图中箭头方向从正极经过点火开关、晶体管VT1流向蓄电池负极。由于A点电位接近于零，晶体管VT2处于截断状态，报警灯不亮。
图2-79 蓄电池液面正常时电路
当蓄电池液量不足时，由于此时传感器未浸入蓄电池液中，不能产生电动势，晶体管VT1处于OFF状态。同时，又由于A点电位升高，VT2得到正偏压而导通电流按箭头方向流过晶体管VT2基极，从而使VT2处于ON状态，报警灯亮，警告驾驶者蓄电池液量不足，如图2-80所示。
图2-80 蓄电池液面不足时电路
3.检测
电极式液位传感器由于是利用电极产生电动势来对液面进行监控，因此，若蓄电池液面报警灯点亮，首先检查蓄电池液面，若液面正常，可以用下述方法检测传感器：拔掉传感器单线插头，将通向控制电路的线束侧接头与蓄电池正极直接相连，如果蓄电池液面报警灯熄灭，说明传感器故障。