容柵傳感器在汽車輪胎充氣槍中的應(yīng)用
| [摘 要]：汽車輪胎的內(nèi)壓不足易造成汽車側(cè)偏剛度變差，影響汽車操縱穩(wěn)定性；內(nèi)壓過大在行駛中易造成爆胎，是許多交通事故的原因之一。因此，汽車輪胎充氣時要測量內(nèi)壓。數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍采用了容柵傳感器和獨特的結(jié)構(gòu)，測量范圍為0～1000 kPa，測量精度為1.25 kPa，滿足了使用要求。實現(xiàn)了同步測 量和內(nèi)壓調(diào)節(jié)及充氣和測量壓力的數(shù)字顯示。 關(guān)鍵詞：輪胎內(nèi)壓；側(cè)偏剛度；容柵傳感器；充氣測量 0 引 言 汽車操縱穩(wěn)定性受側(cè)偏剛度影響很大，汽車輪胎的充氣壓力不足是造成汽車側(cè)偏剛度變差的原因之一。如果充氣壓力過大，在行駛中易造成爆胎，是很危險的。因此，輪胎充氣時要測量內(nèi)壓，使各輪胎充氣壓力均勻且在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)?，F(xiàn)在常用的方法是在加氣槍上裝一個氣壓表，用來測量充氣壓力，這種裝置的缺點是尺寸較大。如果采用壓力傳感器和位移傳感器測量充氣壓力，對于這種工具類裝置，顯得過于昂貴，沒有實用價值。本文研究的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍采用了較為簡單的結(jié)構(gòu)將壓力轉(zhuǎn)換為位移，并用低成本的容柵式傳感裝置和液晶顯示裝置，實現(xiàn)了對充氣壓力和胎內(nèi)壓力進(jìn)行測量和調(diào)節(jié)，并對充氣和測量壓力用液晶數(shù)字顯示。本裝置具有體積小、造價低、使用方便的特點，有一定的應(yīng)用價值。 1 數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍的結(jié)構(gòu)和原理 工作原理是：進(jìn)氣接頭通過進(jìn)氣管（圖中未畫出）氣泵相連，壓縮空氣進(jìn)入槍體手柄內(nèi)部的管道。當(dāng)操作者沒有握動扳機(jī)時，活動閥在恢復(fù)彈簧的作用下，緊靠右邊，剛好堵住進(jìn)氣口，活動閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)操作者握動扳機(jī)時，頂桿推動活動閥向右移動，進(jìn)氣口打開，活動閥處于導(dǎo)通狀態(tài)，壓縮空氣通過槍體里的氣道進(jìn)入加氣管，此時，如果與汽車輪胎連通，便可進(jìn)行充氣了。與此同時，槍管里的壓縮空氣也推動活塞向右移動，活塞右端的測壓彈簧的彈簧力與相應(yīng)的氣體壓力相平衡?；钊奈灰品从沉藲怏w壓強(qiáng)的大小?；钊苿訒r，與活塞連為一體的位移桿帶動容柵動尺在定尺上滑動，產(chǎn)生電信號，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換、放大、標(biāo)定和液晶數(shù)顯電路專用集成芯片在液晶數(shù)顯窗上顯示此時充氣壓力的大小。當(dāng)氣壓顯示接近要求時，松開扳機(jī)，活動閥在恢復(fù)彈簧的作用下向左移動，氣源被切斷，此時，液晶數(shù)顯窗上顯示輪胎內(nèi)壓力的大小。如果胎內(nèi)壓力不夠，可握動扳機(jī)繼續(xù)充氣。如果胎內(nèi)壓力超過要求值，可松開扳機(jī)，按動放氣閥將多余的氣放掉，直到胎內(nèi)壓力符合要求為止。 2 充測氣壓與位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系  式（3）即為充測氣壓p與位移s的關(guān)系式，可用來設(shè)計活塞、彈簧等零部件。還可用來設(shè)計容柵傳感器的動尺和定尺及相關(guān)尺寸。 式（3）表明：當(dāng)彈簧、活塞等參數(shù)一定時，位移s與充測氣壓P是線性關(guān)系。 3 容柵式位移傳感系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 容柵傳感測量原理 本測量裝置的傳感系統(tǒng)由容柵傳感器來完成。傳感器由定尺和動尺組成。在定尺和動尺的相對面上分別印制（或刻劃）一系列互相絕緣、等間隔的金屬柵狀極片。若將定尺和動尺的柵極面相對放置，其間充填電介質(zhì)，就形成一對對并聯(lián)連接的電容（即容柵）。根據(jù)電場理論并忽略邊緣效府．其******電容量為  式中N為動尺柵極片數(shù)；8為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；ε為極板問的距離；a，b分別為柵極片寬度和高度。 當(dāng)動尺平行于定尺不斷移動時，每對電容的相對遮蓋寬度a將由大到小、由小到大周期性變化，電容量值也隨之周期性變化。經(jīng)電路處理后，即可測得線性位移值。再使用液晶數(shù)顯電路專用集成芯片直接顯示測量結(jié)果。 3.2容柵測量信號處理   本設(shè)計將動尺連接在位移桿上，定尺固定在槍體內(nèi)。動尺的長度可由用式求出的位移確定，這個位移可通過改變彈簧參數(shù)來改變。定尺的長度與動尺相對應(yīng)并考慮結(jié)構(gòu)狀況確定。發(fā)射極片寬度和高度根據(jù)結(jié)構(gòu)并參考式確定。氣體壓力的變化使動尺和定尺產(chǎn)生相對位移，電容量值發(fā)生相應(yīng)變化，這一變化經(jīng)電路處理、由液晶數(shù)顯裝置顯示出氣體壓力的數(shù)值來。 4 數(shù)據(jù)的標(biāo)定 根據(jù)汽車輪胎的內(nèi)壓要求，測量范圍定為0～1000kPa，動尺位移設(shè)定為40mm，數(shù)顯分辨力為0.01 mm，位移測量精度為0.05 mm，每毫米位移標(biāo)定壓力為25 kPa．壓力測量精度為1.25 kPa，滿足輪胎內(nèi)壓的測量要求。 5 結(jié)束語 本文所設(shè)計的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍，實現(xiàn)了數(shù)字化氣壓顯示和充氣、測量、調(diào)整同步進(jìn)行，使用方便；未采用現(xiàn)有昂貴的壓力傳感器，采用了結(jié)構(gòu)簡單、體積小、造價低、耗能低、測量精度高的容柵式傳感器；數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍結(jié)構(gòu)獨特，設(shè)計新穎，使制造成本大為降低。我國已成為世界汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國，汽車保有量數(shù)千萬輛，因此，作為汽車隨車工具的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍有廣闊的市場應(yīng)用前景。 |
