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(shè)置在支架(3)的上部，磁鐵(2)設(shè)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(guò)放大電路與顯示儀表的輸入端連接?；魻栐鞲衅鳛榫€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(cè)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(nèi)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(guò)，鋼弦(15)壓在壓電陶瓷(17)上，壓電陶瓷(17)通過(guò)引線與電路板(22)連接，傳感器外管(6)內(nèi)有鋁槽(7)，詢問(wèn)電脈沖回路引線(19)穿過(guò)鋁槽(7)與電路板(22)相連，傳感器外管(6)下端內(nèi)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(dòng)連接的浮子(23、27)。本實(shí)用新型具有工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，性能穩(wěn)定可靠，成本低，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)點(diǎn)。 
【 權(quán)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(hào)接口(21)，殼體(3) 內(nèi)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(guò)，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(guò)引線與電路板(22)連接，傳感器外管(6) 上端通過(guò)密封鎖緊機(jī)構(gòu)(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(nèi)有鋁槽(7)，詢問(wèn)電脈沖回路引線(19)穿過(guò)鋁槽 (7)與電路板(22)相連，傳感器外管(6)下端內(nèi)有絕緣固定套(12)，絕緣固定套(12)內(nèi)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(guò)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(dòng)連接的浮子(23、27)。   

摘要：計(jì)價(jià)秤傳感器的準(zhǔn)確度、溫度性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定性，對(duì)電子計(jì)價(jià)秤的性能有著至關(guān)重要的影響。本文分析了影響計(jì)價(jià)秤傳感器質(zhì)量的各種因素，結(jié)合制造工藝重點(diǎn)介紹了計(jì)價(jià)秤傳感器的質(zhì)量控制問(wèn)題，并提出使用中的注意事項(xiàng)，以及安裝調(diào)試等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：電子計(jì)價(jià)秤 計(jì)價(jià)秤傳感器 溫度性能 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 質(zhì)量管理

一、前言

1998年到2003年，國(guó)家質(zhì)檢總局對(duì)電子計(jì)價(jià)秤產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了6次國(guó)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(jì)價(jià)秤傳感器價(jià)值量偏低，受計(jì)價(jià)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(zhì)量下降，最終導(dǎo)致電子計(jì)價(jià)秤的產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求，損害消費(fèi)者利益。要提高電子計(jì)價(jià)秤的產(chǎn)品質(zhì)量，首先要抓好計(jì)價(jià)秤傳感器的質(zhì)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(guó)際建議的新國(guó)標(biāo)GB7551-1997《稱重傳感器》，對(duì)于傳感器的性能評(píng)價(jià)有了詳細(xì)的要求，“必須認(rèn)識(shí)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(zhì)量是由使用的各種原材料的質(zhì)量、工藝因素、質(zhì)量管理等多方面原因決定的，解決了技術(shù)問(wèn)題，在管理上沒(méi)有下工夫，仍然不能獲得高質(zhì)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(chǎng)大量的損失。稱重傳感器的生產(chǎn)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，只有將技術(shù)與質(zhì)量管理有效的結(jié)合，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

二、影響計(jì)價(jià)秤傳感器質(zhì)量的幾個(gè)因素

總結(jié)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)，在傳感器的生產(chǎn)中，一般要考慮如下的因素：

1、應(yīng)變計(jì)：包括基底（膠）材料，金屬箔材，結(jié)構(gòu)（有無(wú)蓋膜，絲柵尺寸），級(jí)別，測(cè)試方法，出廠標(biāo)準(zhǔn)等；

2、貼片膠：包括品牌，品質(zhì)，材料性質(zhì)，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(zhì)，批次的同一性，化學(xué)成分，熱處理狀態(tài)，機(jī)械性能，加工精度等；

4、貼片及裝配工藝：包括夾具設(shè)計(jì)，壓力，膠塊尺寸，壓力施加的穩(wěn)定性，固化溫度，焊點(diǎn)質(zhì)量，電纜線的質(zhì)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(yīng)變計(jì)與彈性體蠕變匹配：應(yīng)變計(jì)、彈性體生產(chǎn)批號(hào)的變更，會(huì)影響傳感器的蠕變性能，所以，要進(jìn)行傳感器的蠕變匹配；

7、傳感器的溫度補(bǔ)償：包括零點(diǎn)溫度和靈敏度溫度補(bǔ)償。這個(gè)工序決定了傳感器的準(zhǔn)確度。在按照新國(guó)標(biāo)的要求對(duì)傳感器進(jìn)行的評(píng)價(jià)時(shí)，高低溫性能尤其重要。

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

9、四角誤差的調(diào)整：四角調(diào)整工裝與秤臺(tái)的安裝位置關(guān)系，調(diào)整量對(duì)零點(diǎn)的影響，四角的精度等。

三、對(duì)上述影響因素的控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提

計(jì)價(jià)秤傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，電路也不復(fù)雜，在質(zhì)量控制中，關(guān)鍵是抓好重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

1、關(guān)于應(yīng)變計(jì)、貼片膠、彈性體的質(zhì)量控制

一般來(lái)說(shuō)，這三種材料是做好傳感器的基礎(chǔ)，是前提條件，基礎(chǔ)做不好，就不可能有好的質(zhì)量。所以，要選擇有質(zhì)量信譽(yù)的生產(chǎn)廠家，一般是大公司，如生產(chǎn)規(guī)模較大或銷(xiāo)售額較大的公司。由于材料批號(hào)的變更會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)與彈性體性能不匹配，造成傳感器性能不合格，而工藝的調(diào)整和控制，牽涉到彈性體尺寸、補(bǔ)償電阻阻值等一系列的問(wèn)題，故對(duì)基礎(chǔ)材料，要嚴(yán)格的選擇和控制。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)廠家質(zhì)量管理的了解，試用中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的考核，批次生產(chǎn)中對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的控制處理等，嚴(yán)格的篩選應(yīng)變計(jì)、貼片膠、彈性體材料。對(duì)這些問(wèn)題，研究和探討的技術(shù)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(gè)高品質(zhì)傳感器的關(guān)鍵，決定了傳感器的質(zhì)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(guān)鍵在于嚴(yán)細(xì)程度。一是環(huán)境要清潔；二是操作者自身要作好清潔防護(hù)，如：不能化妝，防止油性物質(zhì)污染彈性體；戴好口罩，手套等，防止人的唾液濺到應(yīng)變計(jì)上；三是膠水的使用要嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)的要求執(zhí)行，如配膠方法，儲(chǔ)存條件，使用注意事項(xiàng)，固化溫度及時(shí)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(zhì)量；五是應(yīng)變計(jì)的粘貼和固定要準(zhǔn)確，粘貼中不能損傷到應(yīng)變計(jì)的絲柵，不要偏離定位尺寸，應(yīng)變計(jì)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(yīng)準(zhǔn)確，符合設(shè)計(jì)要求，不能對(duì)應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生橫向力，高溫固化時(shí)不能產(chǎn)生熱松弛；八是固化溫度和保溫時(shí)間要適當(dāng)，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(huì)對(duì)應(yīng)變計(jì)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(xì)心程度，涂膠的尺寸等，都需要貼片人員在實(shí)踐中摸索和掌握。

3、防潮措施

防潮措施是保證傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的一項(xiàng)措施。計(jì)價(jià)秤傳感器在潮濕的環(huán)境中使用時(shí)，若秤的密封性能不好，會(huì)使傳感器受到濕熱的影響，使應(yīng)變計(jì)及密封材料受潮，絕緣下降，造成秤的零點(diǎn)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(shí)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(shí)不損壞傳感器的器件；三、防護(hù)效果有效；四、較為重要的一點(diǎn)是按照GB7551-1997《稱重傳感器》的要求，進(jìn)行濕熱實(shí)驗(yàn)，可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(yú)市等，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)或使用的要求。后者可以根據(jù)需要，與使用方達(dá)成協(xié)議，如保證兩年，還是五年不出問(wèn)題。只有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和計(jì)價(jià)秤現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，才能保證傳感器的性能不出問(wèn)題。近幾年來(lái)，國(guó)外有許多優(yōu)秀的防潮材料在傳感器上獲得應(yīng)用，制定的傳感器防潮標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)有較大提高，很好地保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

4、傳感器蠕變性能匹配和溫度補(bǔ)償

八十年代末期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了蠕變自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)，利用應(yīng)變計(jì)柵頭部分結(jié)構(gòu)尺寸的改變，來(lái)完成傳感器的蠕變補(bǔ)償，使之達(dá)到規(guī)定的精度。對(duì)于計(jì)價(jià)秤傳感器來(lái)說(shuō)，由于彈性體是鋁材，所以，傳感器的蠕變性能就與應(yīng)變計(jì)和鋁材有關(guān)，以及與應(yīng)變計(jì)的粘貼技術(shù)有關(guān)。當(dāng)鋁材的批號(hào)發(fā)生變化時(shí)，就要對(duì)傳感器的蠕變性能進(jìn)行考察，當(dāng)然，對(duì)于傳感器的高低溫蠕變性能，也要進(jìn)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(zhì)量穩(wěn)定，只有一個(gè)變化的因素。當(dāng)確定了新材料需匹配的應(yīng)變計(jì)蠕變補(bǔ)償號(hào)之后，才具備了批量生產(chǎn)的必備條件之一。目前，應(yīng)變計(jì)生產(chǎn)廠家對(duì)應(yīng)變計(jì)的蠕變批號(hào)做的很細(xì)，完全可以保證用戶的要求。其次，要進(jìn)行傳感器零點(diǎn)溫度和靈敏度溫度補(bǔ)償。一般來(lái)講，零點(diǎn)溫度補(bǔ)償由于容易實(shí)現(xiàn)，所以要全數(shù)進(jìn)行；而靈敏度溫度補(bǔ)償，由于需進(jìn)行加載、加溫測(cè)試，時(shí)間長(zhǎng)，可以采取抽樣的方法，確定補(bǔ)償?shù)膮?shù)，在后續(xù)的批量生產(chǎn)中應(yīng)用。若傳感器的原材料保持不變，如：應(yīng)變計(jì)、彈性體的批號(hào)不變，電纜線的材料和長(zhǎng)度不變，靈敏度溫度補(bǔ)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(jì)價(jià)秤傳感器是雙孔平行梁結(jié)構(gòu)，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(dá)到了國(guó)標(biāo)三千分度的要求。至此，方可以對(duì)傳感器進(jìn)行批量生產(chǎn)。在生產(chǎn)中，對(duì)鋁材的批號(hào)，應(yīng)變計(jì)的批號(hào)要嚴(yán)格的控制，作好分類管理和追溯，發(fā)生不合格品要及時(shí)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(bǔ)償?shù)膮?shù)之后，就可以進(jìn)行批量生產(chǎn)了。

5、傳感器的安裝和四角誤差調(diào)整

傳感器的安裝，影響到傳感器的性能，對(duì)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(yīng)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(jié)合面，不能有突起或毛刺；四角調(diào)整工裝與傳感器的中心相對(duì)位置，要與秤架的位置相匹配。若彈性體應(yīng)變梁的壁厚不均，或者應(yīng)變計(jì)的粘貼位置偏離，造成四角誤差較大，在調(diào)整中還要注意用力不當(dāng)會(huì)引起零點(diǎn)變化以及造成傳感器的零點(diǎn)不穩(wěn)定。傳感器的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償是在傳感器不受力的情況下進(jìn)行的，當(dāng)在秤上安裝后，要注意考察在傳感器受力的情況下，零點(diǎn)溫度的值是否會(huì)發(fā)生變化。

以上是我們?cè)诠ぷ髦械囊恍w會(huì)。認(rèn)真的抓好技術(shù)和管理，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，就一定可以生產(chǎn)出高精度計(jì)價(jià)秤傳感器。

參考文獻(xiàn)
劉九卿：《我國(guó)稱重傳感器總體質(zhì)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(hù)等級(jí)，并帶有用于不同防爆區(qū)的 ATEX 防爆證書(shū)：

• 輸出 2,85mV/V
• 極小的應(yīng)用范圍 Y = 20,000
• 低功耗
• 輸入電阻 4,400 ohms
• 受側(cè)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(shì)

• 輸出電阻高達(dá) 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(dòng)應(yīng)用。
• 環(huán)形應(yīng)變片能夠反應(yīng)各個(gè)方向的負(fù)載。 被桿狀稱重傳感器錯(cuò)過(guò)的負(fù)載 RTN 都能夠記錄。
• 2.85mV/V, RTN 的輸出信號(hào)非常大，因此具有極高的精度和抗干擾能力。