液位傳感器的原理

液位傳感器，它包括浮子(1)、磁鐵(2)、支架(3)、線性輸出的霍爾元件傳感器(4)、放大電路，霍爾元件傳感器(4)設置在支架(3)的上部，磁鐵(2)設置在霍爾元件傳感器(4)的下方，磁鐵(2)與浮子(1)連接；霍爾元件傳感器(4)的輸出端通過放大電路與顯示儀表的輸入端連接。霍爾元件傳感器為線性輸出的霍爾元件傳感器，因此，該液位傳感器輸出變化的線性度好，測量精度和分辨率高。 

磁致伸縮液位傳感器它是由變送器、傳感器和浮子組成，變送器殼體(3)的內部裝有電路板支架(8)、電路板(22)，絕緣板(28)、上端阻尼壓板(29)、上端阻尼(16)和電路板支架(8)固定在一起，鋼弦 (15)從上端阻尼(16)中間穿過，鋼弦(15)壓在壓電陶瓷(17)上，壓電陶瓷(17)通過引線與電路板(22)連接，傳感器外管(6)內有鋁槽(7)，詢問電脈沖回路引線(19)穿過鋁槽(7)與電路板(22)相連，傳感器外管(6)下端內有絕緣固定套(12)，下端阻尼(18)、鋼弦拉緊彈簧(11)和鋼弦下端固定軸(10)，傳感器外管(6)中間裝有滑動連接的浮子(23、27)。本實用新型具有工藝簡單，生產(chǎn)效率高，性能穩(wěn)定可靠，成本低，提高產(chǎn)品競爭力的優(yōu)點。 
【 權利要求 】 一種磁致伸縮液位傳感器它是由變送器、傳感器和浮子組成，其特征在于變送器殼體(3)的上端裝有電源及信號接口(21)，殼體(3) 內部裝有電路板支架(8)、電路板支架(8)與變送器殼體(3)的下端固定連接，電路板(22)固定在電路板支架(8)上，上端鋼弦固定螺釘(9)將絕緣板(28)、電路板支架(8)和鋼弦(15)固定在一起，上端阻尼壓板(29)、上端阻尼(16)和電路板支架(8)固定在一起，鋼弦(15)從上端阻尼(16) 中間穿過，鋼弦(15)壓在壓電陶瓷(17)上，壓電陶瓷(17)的一端與絕緣板(28)固定連接，另一端是自由端，并且鋼弦(15)與壓電陶瓷(17)的自由端接觸，壓電陶瓷(17)通過引線與電路板(22)連接，傳感器外管(6) 上端通過密封鎖緊機構(5)和密封圈(14)與變送器殼體(3)的下端密封連接，傳感器外管(6)內有鋁槽(7)，詢問電脈沖回路引線(19)穿過鋁槽 (7)與電路板(22)相連，傳感器外管(6)下端內有絕緣固定套(12)，絕緣固定套(12)內裝有下端阻尼(18)、鋼弦拉緊彈簧(11)和鋼弦下端固定軸 (10)，鋼弦(15)從下端阻尼(18)中間穿過與鋼弦下端固定軸(10)固定連接，傳感器外管(6)下端固定有浮子檔圈(13)，傳感器外管(6)中間裝有滑動連接的浮子(23、27)。   

摘要：計價秤傳感器的準確度、溫度性能、長期穩(wěn)定性，對電子計價秤的性能有著至關重要的影響。本文分析了影響計價秤傳感器質量的各種因素，結合制造工藝重點介紹了計價秤傳感器的質量控制問題，并提出使用中的注意事項，以及安裝調試等問題。
關鍵詞：電子計價秤 計價秤傳感器 溫度性能 長期穩(wěn)定性 質量管理

一、前言

1998年到2003年，國家質檢總局對電子計價秤產(chǎn)品質量進行了6次國家監(jiān)督抽查，合格率一直徘徊在50%左右，其中絕大部分是稱重傳感器溫度性能不合格。由于計價秤傳感器價值量偏低，受計價秤產(chǎn)品成本的影響，生產(chǎn)廠家竟相壓低成本，使得傳感器的產(chǎn)品質量下降，最終導致電子計價秤的產(chǎn)品質量不符合要求，損害消費者利益。要提高電子計價秤的產(chǎn)品質量，首先要抓好計價秤傳感器的質量，較為重要的是要抓好傳感器的溫度性能。等效采用OIML R60國際建議的新國標GB7551-1997《稱重傳感器》，對于傳感器的性能評價有了詳細的要求，“必須認識到稱重傳感器可能具有小的非線性、滯后誤差和適中的溫度誤差；或者恰好相反，可能具有適中的非線性、滯后誤差和小的溫度誤差"。所以使用了允許總誤差帶作為限制因素。另一方面，傳感器的質量是由使用的各種原材料的質量、工藝因素、質量管理等多方面原因決定的，解決了技術問題，在管理上沒有下工夫，仍然不能獲得高質量的產(chǎn)品，尤其是在批量生產(chǎn)的條件下，管理方面小的失誤，就可能造成生產(chǎn)現(xiàn)場大量的損失。稱重傳感器的生產(chǎn)是一項系統(tǒng)工程，只有將技術與質量管理有效的結合，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

二、影響計價秤傳感器質量的幾個因素

總結設計、生產(chǎn)中的經(jīng)驗，在傳感器的生產(chǎn)中，一般要考慮如下的因素：

1、應變計：包括基底（膠）材料，金屬箔材，結構（有無蓋膜，絲柵尺寸），級別，測試方法，出廠標準等；

2、貼片膠：包括品牌，品質，材料性質，使用期限，使用方法，是否易于工藝控制等；

3、彈性體：包括材質，批次的同一性，化學成分，熱處理狀態(tài)，機械性能，加工精度等；

4、貼片及裝配工藝：包括夾具設計，壓力，膠塊尺寸，壓力施加的穩(wěn)定性，固化溫度，焊點質量，電纜線的質量等；

5、防潮措施：主要是防潮材料的性能，防潮工藝，材料的耐侯性能等；

6、應變計與彈性體蠕變匹配：應變計、彈性體生產(chǎn)批號的變更，會影響傳感器的蠕變性能，所以，要進行傳感器的蠕變匹配；

7、傳感器的溫度補償：包括零點溫度和靈敏度溫度補償。這個工序決定了傳感器的準確度。在按照新國標的要求對傳感器進行的評價時，高低溫性能尤其重要。

8、傳感器的安裝：螺絲的材質和夾緊力，彈性體和安裝面的平整程度，有無毛刺；安裝面材質的影響：不銹鋼，電鍍鋼材，鑄鋁，鑄鐵等，由于結合面摩擦力的不同，對傳感器溫度性能的影響；

9、四角誤差的調整：四角調整工裝與秤臺的安裝位置關系，調整量對零點的影響，四角的精度等。

三、對上述影響因素的控制是保證產(chǎn)品質量的前提

計價秤傳感器的結構比較簡單，電路也不復雜，在質量控制中，關鍵是抓好重點環(huán)節(jié)。

1、關于應變計、貼片膠、彈性體的質量控制

一般來說，這三種材料是做好傳感器的基礎，是前提條件，基礎做不好，就不可能有好的質量。所以，要選擇有質量信譽的生產(chǎn)廠家，一般是大公司，如生產(chǎn)規(guī)模較大或銷售額較大的公司。由于材料批號的變更會導致應變計與彈性體性能不匹配，造成傳感器性能不合格，而工藝的調整和控制，牽涉到彈性體尺寸、補償電阻阻值等一系列的問題，故對基礎材料，要嚴格的選擇和控制。通過對生產(chǎn)廠家質量管理的了解，試用中對產(chǎn)品質量的考核，批次生產(chǎn)中對質量問題的控制處理等，嚴格的篩選應變計、貼片膠、彈性體材料。對這些問題，研究和探討的技術論文較多，推薦的產(chǎn)品也很多，可供參考。

2、貼片和固化工藝

這是制做一個高品質傳感器的關鍵，決定了傳感器的質量。傳感器生產(chǎn)廠家都知道它的重要性，但各家采取的方法卻有所不同。關鍵在于嚴細程度。一是環(huán)境要清潔；二是操作者自身要作好清潔防護，如：不能化妝，防止油性物質污染彈性體；戴好口罩，手套等，防止人的唾液濺到應變計上；三是膠水的使用要嚴格按照說明書的要求執(zhí)行，如配膠方法，儲存條件，使用注意事項，固化溫度及時間，壓力，失效期等；四是彈性體要清潔，貼片部位要擦拭干凈，不能有油脂、污物、砂粒等，影響膠粘質量；五是應變計的粘貼和固定要準確，粘貼中不能損傷到應變計的絲柵，不要偏離定位尺寸，應變計不能產(chǎn)生滑移；六是要防止貼片膠在連續(xù)使用中受到污染；七是夾具的施壓應準確，符合設計要求，不能對應變計產(chǎn)生橫向力，高溫固化時不能產(chǎn)生熱松弛；八是固化溫度和保溫時間要適當，符合膠粘劑的固化溫度要求；另外，耐溫橡膠塊的尺寸大小，厚度，硬度等，都會對應變計的粘貼性能造成影響。還有一些影響因素，如操作的方式，操作者的細心程度，涂膠的尺寸等，都需要貼片人員在實踐中摸索和掌握。

3、防潮措施

防潮措施是保證傳感器的長期穩(wěn)定性的一項措施。計價秤傳感器在潮濕的環(huán)境中使用時，若秤的密封性能不好，會使傳感器受到濕熱的影響，使應變計及密封材料受潮，絕緣下降，造成秤的零點漂移。一般防潮材料是硅膠、聚胺脂等，還有橡膠類防潮劑。選擇時考慮的因素有：一、不能影響傳感器的性能，尤其是蠕變性能，或者影響量有據(jù)可循；二、便于施工，固化，易于操作，高溫固化時不損壞傳感器的器件；三、防護效果有效；四、較為重要的一點是按照GB7551-1997《稱重傳感器》的要求，進行濕熱實驗，可以達到標準的要求；五、特殊的要按照使用環(huán)境的要求，如，鹽廠、海水養(yǎng)殖廠、魚市等，進行實驗，應該達到標準或使用的要求。后者可以根據(jù)需要，與使用方達成協(xié)議，如保證兩年，還是五年不出問題。只有經(jīng)過試驗和計價秤現(xiàn)場的實際應用，才能保證傳感器的性能不出問題。近幾年來，國外有許多優(yōu)秀的防潮材料在傳感器上獲得應用，制定的傳感器防潮標準比國內的標準有較大提高，很好地保證了傳感器的長期穩(wěn)定性。

4、傳感器蠕變性能匹配和溫度補償

八十年代末期，國內出現(xiàn)了蠕變自補償應變計，利用應變計柵頭部分結構尺寸的改變，來完成傳感器的蠕變補償，使之達到規(guī)定的精度。對于計價秤傳感器來說，由于彈性體是鋁材，所以，傳感器的蠕變性能就與應變計和鋁材有關，以及與應變計的粘貼技術有關。當鋁材的批號發(fā)生變化時，就要對傳感器的蠕變性能進行考察，當然，對于傳感器的高低溫蠕變性能，也要進行考察，以保證傳感器的性能符合使用要求。在此之間，要確保貼片、固化工藝和夾具的質量穩(wěn)定，只有一個變化的因素。當確定了新材料需匹配的應變計蠕變補償號之后，才具備了批量生產(chǎn)的必備條件之一。目前，應變計生產(chǎn)廠家對應變計的蠕變批號做的很細，完全可以保證用戶的要求。其次，要進行傳感器零點溫度和靈敏度溫度補償。一般來講，零點溫度補償由于容易實現(xiàn)，所以要全數(shù)進行；而靈敏度溫度補償，由于需進行加載、加溫測試，時間長，可以采取抽樣的方法，確定補償?shù)膮?shù)，在后續(xù)的批量生產(chǎn)中應用。若傳感器的原材料保持不變，如：應變計、彈性體的批號不變，電纜線的材料和長度不變，靈敏度溫度補償電阻和并聯(lián)電阻的阻值不變等，傳感器的靈敏度溫度影響是基本一定的。由于計價秤傳感器是雙孔平行梁結構，輸出的線性度很好，所以控制好了傳感器的蠕變和溫度性能后，基本上就達到了國標三千分度的要求。至此，方可以對傳感器進行批量生產(chǎn)。在生產(chǎn)中，對鋁材的批號，應變計的批號要嚴格的控制，作好分類管理和追溯，發(fā)生不合格品要及時處理，避免與下一批次的材料相混淆。選定蠕變和靈敏度溫度補償?shù)膮?shù)之后，就可以進行批量生產(chǎn)了。

5、傳感器的安裝和四角誤差調整

傳感器的安裝，影響到傳感器的性能，對于小量程的傳感器更要注意，避免在安裝中使傳感器受到較大的力，損壞到傳感器的應變梁。力矩大小要與螺絲的大小相匹配，避免將彈性體的螺紋拉壞；彈性體和秤架的結合面，不能有突起或毛刺；四角調整工裝與傳感器的中心相對位置，要與秤架的位置相匹配。若彈性體應變梁的壁厚不均，或者應變計的粘貼位置偏離，造成四角誤差較大，在調整中還要注意用力不當會引起零點變化以及造成傳感器的零點不穩(wěn)定。傳感器的零點溫度補償是在傳感器不受力的情況下進行的，當在秤上安裝后，要注意考察在傳感器受力的情況下，零點溫度的值是否會發(fā)生變化。

以上是我們在工作中的一些體會。認真的抓好技術和管理，不斷總結經(jīng)驗和教訓，就一定可以生產(chǎn)出高精度計價秤傳感器。

參考文獻
劉九卿：《我國稱重傳感器總體質量水平急待提高》《衡器》2005年第1期  扭環(huán)式稱重傳感器

不銹鋼, 緊致密封，極高的防護等級，并帶有用于不同防爆區(qū)的 ATEX 防爆證書：

• 輸出 2,85mV/V
• 極小的應用范圍 Y = 20,000
• 低功耗
• 輸入電阻 4,400 ohms
• 受側向力影響極小
• 可以用于極端惡劣環(huán)境的完整配件

扭環(huán)式稱重傳感器: 優(yōu)勢

• 輸出電阻高達 4k Ohm, 非常大的阻抗，因此電流很小。 因此 RTN 非常適合電池供電的移動應用。
• 環(huán)形應變片能夠反應各個方向的負載。 被桿狀稱重傳感器錯過的負載 RTN 都能夠記錄。
• 2.85mV/V, RTN 的輸出信號非常大，因此具有極高的精度和抗干擾能力。