挖掘机是工程建设中使用最广泛、最重要的工程机械设备之一，在建筑行业、交通运输、矿山采掘等施工中起着极为重要的作用。
油位传感器是用来检测挖掘机发动机油箱油量的，一般都装配在挖掘机上架右侧。挖掘机操作人员通过直接观察挖掘机显示器上的油位表，非常直观地了解油箱内油量。尤其是在油箱内油量较低的时候，准确的剩油量对于驾驶者而言十分重要，油位传感器在感知到油位较低的情况下，可以给发出报警信号，显示器上相应的报警灯亮起，从而引起驾驶员的注意，让驾驶员做出提前准备。油位传感器保持正常工作，是操作者安全作业的前提，所以，油位传感器需要在设计时进行准确、科学的标定。
本文简述了挖掘机油位传感器的结构及工作原理，在其基础上，基于挖掘机实际作业工况与设计经验，重点论述了挖掘机燃油油位传感器的一种标定方法。
1. 挖掘机油位传感器结构与原理
目前，挖掘机使用的燃油油位传感器多为干簧管式传感器，属于非接触式传感器的一种，具有检测精度高，使用寿命长的特点。
1.1油位传感器结构
油量传感器的一般结构如下图1所示，该传感器主要由外管、浮子、法兰盘、PCB板等组成。其中PCB板上焊接有干簧管和电阻，按图2所示均匀分布；浮子内部嵌入永磁体，浮子装配于外管外部，可以在外管上平滑的滑动；外管主要有不锈钢外管或铝合金外管两种，对内部电路板起保护作用。
图1 传感器构成
图2 干簧管与电阻分布
1.2 油位传感器工作原理
干簧管式油量传感器，其主要通过浮子与电阻网络的感应，完成液位信息的采集工作。浮子浮于燃油油面之上，沿着外管随油面升降上下移动，当浮子靠近干簧管时，干簧管闭合，传感器输出的电阻值发生变换。当传感器浮子沿外管底部，即从油箱底部向上移动时，浮子附近的干簧管相继吸合，远离浮子的干簧管相继断开，传感器的电阻值呈阶梯状递减，同理当浮子下移时，传感器电阻值呈阶梯状递增态。最终传感器将此电阻信号转换为易于记录和显示的电信号，传送给挖掘机控制器处理器，计算出当前油箱油量。
2. 油位传感器标定
2.1 计算燃油箱总容量
使用三维填充法计算燃油箱总容量。也可以通过实际加注的方式计算燃油箱的总容量。
2.2 计算零刻度线
挖掘机经常会停留在坡度较大的平面上作业，当燃油箱油位较低时，油箱倾斜后会使吸油口难以吸到燃油，进而使挖掘机无法正常作业。为避免这种情况，在进行油位传感器标定时，应当适当调整零刻度线的位置，保证在最大坡度时吸油口可以正常吸到燃油。
分别计算上坡20゜和下坡14゜时，油面位于吸油口位置处的总油量，取其中最大值，换算成0°路面行车的油量线，此刻度线即为零刻度线。
图3 油箱倾斜
2.3 计算顶刻度线
考虑燃油受温度变化影响，体积会有相应的变化，在计算顶刻度线时，需要扣除燃油膨胀率，如式（1）所表示：
V顶=V总-V总×10%................................（1）
式（1）中：V顶——油量传感器顶线处油量；
V总——燃油箱总容量。
2.4 计算中间刻线
用三维填充法，把0刻线至顶刻线之间油量均分，如进行8等分，可得1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8刻度线。
也可以根据挖掘机实际显示分区的不同，进行4等分或16等分等。
图4 油箱等分
2.5 验算续航
通过式（2），验算标定刻度是否满足1小时续航要求。
V=V续-V耗........................................（2）
式（2）中：V续——0°路面行驶时，1/8刻线至0刻线油量；
V耗——发动机实际每小时耗油量或发动机理论每小时耗油量。
V耗=Pe×ge×ρ柴-1×η....................................（3）
式（3）中：Pe——发动机额定功率；
ge——额定工况燃油消耗率；
ρ柴——燃油密度；
η——经验系数，其中挖掘机参考值为75%。
当V≥0时，标定刻度满足1小时续航要求；
当-10% V耗＜V＜0时，标定刻度可以认为满足续航要求；
当V＜-10% V耗时，标定刻度可不满足续航要求，需要将1/8刻度线调整到满足续航要求位置处，重新用三维填充法计算其他刻度线，但零刻度线不允许调整。
3. 挖掘机油位显示
关于油位传感器显示，其显示方式大体分为两类，即刻度指针显示和数字化显示[1][2]。一般的油位显示皆为刻度指针显示，早期因油位传感器检测精度较低，致使油表显示精度较低，有些表盘只有三个刻度，如图 5所示，而司机也只能靠表盘的指示大致估计油箱剩余油量。
图5 三刻度油量显示
随着相关技术的发展与突破，油位传感器检测精度逐渐提高，油表的显示也逐渐变得更为精准，其表盘刻度线也变得更多，如图 6 所示，此类表盘在当今挖掘机油位显示系统中也是较为常用的。
不论三刻度显示系统还是多刻度显示系统，其匹配的油位传感器均可按本文的标定方法标定，但此标定方法不适用于数字化显示系统。
图6 多刻度油量显示
4. 总结
本文首先阐述了挖掘机常用的干簧管式油位传感器的结构和工作原理，然后结合挖掘机实际工况和油位传感器结构性能，提出了一种挖掘机燃油油位传感器标定的方法；最后对匹配的油位显示系统进行了介绍。
本文介绍的油位传感器标定方法，普遍适用于刻度化的油量显示系统，是实际设计、使用经验的总结，在行业内也有较广泛的应用。
参考文献
[1] 刘成超.一种汽车燃油量测量及数字显示系统的设计[J].装备制造技术,2011（1）:73-75.
[2] 黄亮,李家武,谢君成.新型内燃机车燃油油位测量显示装置的研制[J].科技风,2009（9）：133.
