液位传感器的原理 传感器是如何工作的

液位传感器的原理

液位传感器，它包括浮子(1)、磁铁(2)、支架(3)、线性输出的霍尔元件传感器(4)、放大电路，霍尔元件传感器(4)设置在支架(3)的上部，磁铁(2)设置在霍尔元件传感器(4)的下方，磁铁(2)与浮子(1)连接；霍尔元件传感器(4)的输出端通过放大电路与显示仪表的输入端连接。霍尔元件传感器为线性输出的霍尔元件传感器，因此，该液位传感器输出变化的线性度好，测量精度和分辨率高。 

磁致伸缩液位传感器它是由变送器、传感器和浮子组成，变送器壳体(3)的内部装有电路板支架(8)、电路板(22)，绝缘板(28)、上端阻尼压板(29)、上端阻尼(16)和电路板支架(8)固定在一起，钢弦 (15)从上端阻尼(16)中间穿过，钢弦(15)压在压电陶瓷(17)上，压电陶瓷(17)通过引线与电路板(22)连接，传感器外管(6)内有铝槽(7)，询问电脉冲回路引线(19)穿过铝槽(7)与电路板(22)相连，传感器外管(6)下端内有绝缘固定套(12)，下端阻尼(18)、钢弦拉紧弹簧(11)和钢弦下端固定轴(10)，传感器外管(6)中间装有滑动连接的浮子(23、27)。本实用新型具有工艺简单，生产效率高，性能稳定可靠，成本低，提高产品竞争力的优点。 
【 权利要求 】 一种磁致伸缩液位传感器它是由变送器、传感器和浮子组成，其特征在于变送器壳体(3)的上端装有电源及信号接口(21)，壳体(3) 内部装有电路板支架(8)、电路板支架(8)与变送器壳体(3)的下端固定连接，电路板(22)固定在电路板支架(8)上，上端钢弦固定螺钉(9)将绝缘板(28)、电路板支架(8)和钢弦(15)固定在一起，上端阻尼压板(29)、上端阻尼(16)和电路板支架(8)固定在一起，钢弦(15)从上端阻尼(16) 中间穿过，钢弦(15)压在压电陶瓷(17)上，压电陶瓷(17)的一端与绝缘板(28)固定连接，另一端是自由端，并且钢弦(15)与压电陶瓷(17)的自由端接触，压电陶瓷(17)通过引线与电路板(22)连接，传感器外管(6) 上端通过密封锁紧机构(5)和密封圈(14)与变送器壳体(3)的下端密封连接，传感器外管(6)内有铝槽(7)，询问电脉冲回路引线(19)穿过铝槽 (7)与电路板(22)相连，传感器外管(6)下端内有绝缘固定套(12)，绝缘固定套(12)内装有下端阻尼(18)、钢弦拉紧弹簧(11)和钢弦下端固定轴 (10)，钢弦(15)从下端阻尼(18)中间穿过与钢弦下端固定轴(10)固定连接，传感器外管(6)下端固定有浮子档圈(13)，传感器外管(6)中间装有滑动连接的浮子(23、27)。   

摘要：计价秤传感器的准确度、温度性能、长期稳定性，对电子计价秤的性能有着至关重要的影响。本文分析了影响计价秤传感器质量的各种因素，结合制造工艺重点介绍了计价秤传感器的质量控制问题，并提出使用中的注意事项，以及安装调试等问题。
关键词：电子计价秤 计价秤传感器 温度性能 长期稳定性 质量管理

一、前言

1998年到2003年，国家质检总局对电子计价秤产品质量进行了6次国家监督抽查，合格率一直徘徊在50%左右，其中绝大部分是称重传感器温度性能不合格。由于计价秤传感器价值量偏低，受计价秤产品成本的影响，生产厂家竟相压低成本，使得传感器的产品质量下降，最终导致电子计价秤的产品质量不符合要求，损害消费者利益。要提高电子计价秤的产品质量，首先要抓好计价秤传感器的质量，较为重要的是要抓好传感器的温度性能。等效采用OIML R60国际建议的新国标GB7551-1997《称重传感器》，对于传感器的性能评价有了详细的要求，“必须认识到称重传感器可能具有小的非线性、滞后误差和适中的温度误差；或者恰好相反，可能具有适中的非线性、滞后误差和小的温度误差"。所以使用了允许总误差带作为限制因素。另一方面，传感器的质量是由使用的各种原材料的质量、工艺因素、质量管理等多方面原因决定的，解决了技术问题，在管理上没有下工夫，仍然不能获得高质量的产品，尤其是在批量生产的条件下，管理方面小的失误，就可能造成生产现场大量的损失。称重传感器的生产是一项系统工程，只有将技术与质量管理有效的结合，才能生产出合格的产品。

二、影响计价秤传感器质量的几个因素

总结设计、生产中的经验，在传感器的生产中，一般要考虑如下的因素：

1、应变计：包括基底（胶）材料，金属箔材，结构（有无盖膜，丝栅尺寸），级别，测试方法，出厂标准等；

2、贴片胶：包括品牌，品质，材料性质，使用期限，使用方法，是否易于工艺控制等；

3、弹性体：包括材质，批次的同一性，化学成分，热处理状态，机械性能，加工精度等；

4、贴片及装配工艺：包括夹具设计，压力，胶块尺寸，压力施加的稳定性，固化温度，焊点质量，电缆线的质量等；

5、防潮措施：主要是防潮材料的性能，防潮工艺，材料的耐侯性能等；

6、应变计与弹性体蠕变匹配：应变计、弹性体生产批号的变更，会影响传感器的蠕变性能，所以，要进行传感器的蠕变匹配；

7、传感器的温度补偿：包括零点温度和灵敏度温度补偿。这个工序决定了传感器的准确度。在按照新国标的要求对传感器进行的评价时，高低温性能尤其重要。

8、传感器的安装：螺丝的材质和夹紧力，弹性体和安装面的平整程度，有无毛刺；安装面材质的影响：不锈钢，电镀钢材，铸铝，铸铁等，由于结合面摩擦力的不同，对传感器温度性能的影响；

9、四角误差的调整：四角调整工装与秤台的安装位置关系，调整量对零点的影响，四角的精度等。

三、对上述影响因素的控制是保证产品质量的前提

计价秤传感器的结构比较简单，电路也不复杂，在质量控制中，关键是抓好重点环节。

1、关于应变计、贴片胶、弹性体的质量控制

一般来说，这三种材料是做好传感器的基础，是前提条件，基础做不好，就不可能有好的质量。所以，要选择有质量信誉的生产厂家，一般是大公司，如生产规模较大或销售额较大的公司。由于材料批号的变更会导致应变计与弹性体性能不匹配，造成传感器性能不合格，而工艺的调整和控制，牵涉到弹性体尺寸、补偿电阻阻值等一系列的问题，故对基础材料，要严格的选择和控制。通过对生产厂家质量管理的了解，试用中对产品质量的考核，批次生产中对质量问题的控制处理等，严格的筛选应变计、贴片胶、弹性体材料。对这些问题，研究和探讨的技术论文较多，推荐的产品也很多，可供参考。

2、贴片和固化工艺

这是制做一个高品质传感器的关键，决定了传感器的质量。传感器生产厂家都知道它的重要性，但各家采取的方法却有所不同。关键在于严细程度。一是环境要清洁；二是操作者自身要作好清洁防护，如：不能化妆，防止油性物质污染弹性体；戴好口罩，手套等，防止人的唾液溅到应变计上；三是胶水的使用要严格按照说明书的要求执行，如配胶方法，储存条件，使用注意事项，固化温度及时间，压力，失效期等；四是弹性体要清洁，贴片部位要擦拭干净，不能有油脂、污物、砂粒等，影响胶粘质量；五是应变计的粘贴和固定要准确，粘贴中不能损伤到应变计的丝栅，不要偏离定位尺寸，应变计不能产生滑移；六是要防止贴片胶在连续使用中受到污染；七是夹具的施压应准确，符合设计要求，不能对应变计产生横向力，高温固化时不能产生热松弛；八是固化温度和保温时间要适当，符合胶粘剂的固化温度要求；另外，耐温橡胶块的尺寸大小，厚度，硬度等，都会对应变计的粘贴性能造成影响。还有一些影响因素，如操作的方式，操作者的细心程度，涂胶的尺寸等，都需要贴片人员在实践中摸索和掌握。

3、防潮措施

防潮措施是保证传感器的长期稳定性的一项措施。计价秤传感器在潮湿的环境中使用时，若秤的密封性能不好，会使传感器受到湿热的影响，使应变计及密封材料受潮，绝缘下降，造成秤的零点漂移。一般防潮材料是硅胶、聚胺脂等，还有橡胶类防潮剂。选择时考虑的因素有：一、不能影响传感器的性能，尤其是蠕变性能，或者影响量有据可循；二、便于施工，固化，易于操作，高温固化时不损坏传感器的器件；三、防护效果有效；四、较为重要的一点是按照GB7551-1997《称重传感器》的要求，进行湿热实验，可以达到标准的要求；五、特殊的要按照使用环境的要求，如，盐厂、海水养殖厂、鱼市等，进行实验，应该达到标准或使用的要求。后者可以根据需要，与使用方达成协议，如保证两年，还是五年不出问题。只有经过试验和计价秤现场的实际应用，才能保证传感器的性能不出问题。近几年来，国外有许多优秀的防潮材料在传感器上获得应用，制定的传感器防潮标准比国内的标准有较大提高，很好地保证了传感器的长期稳定性。

4、传感器蠕变性能匹配和温度补偿

八十年代末期，国内出现了蠕变自补偿应变计，利用应变计栅头部分结构尺寸的改变，来完成传感器的蠕变补偿，使之达到规定的精度。对于计价秤传感器来说，由于弹性体是铝材，所以，传感器的蠕变性能就与应变计和铝材有关，以及与应变计的粘贴技术有关。当铝材的批号发生变化时，就要对传感器的蠕变性能进行考察，当然，对于传感器的高低温蠕变性能，也要进行考察，以保证传感器的性能符合使用要求。在此之间，要确保贴片、固化工艺和夹具的质量稳定，只有一个变化的因素。当确定了新材料需匹配的应变计蠕变补偿号之后，才具备了批量生产的必备条件之一。目前，应变计生产厂家对应变计的蠕变批号做的很细，完全可以保证用户的要求。其次，要进行传感器零点温度和灵敏度温度补偿。一般来讲，零点温度补偿由于容易实现，所以要全数进行；而灵敏度温度补偿，由于需进行加载、加温测试，时间长，可以采取抽样的方法，确定补偿的参数，在后续的批量生产中应用。若传感器的原材料保持不变，如：应变计、弹性体的批号不变，电缆线的材料和长度不变，灵敏度温度补偿电阻和并联电阻的阻值不变等，传感器的灵敏度温度影响是基本一定的。由于计价秤传感器是双孔平行梁结构，输出的线性度很好，所以控制好了传感器的蠕变和温度性能后，基本上就达到了国标三千分度的要求。至此，方可以对传感器进行批量生产。在生产中，对铝材的批号，应变计的批号要严格的控制，作好分类管理和追溯，发生不合格品要及时处理，避免与下一批次的材料相混淆。选定蠕变和灵敏度温度补偿的参数之后，就可以进行批量生产了。

5、传感器的安装和四角误差调整

传感器的安装，影响到传感器的性能，对于小量程的传感器更要注意，避免在安装中使传感器受到较大的力，损坏到传感器的应变梁。力矩大小要与螺丝的大小相匹配，避免将弹性体的螺纹拉坏；弹性体和秤架的结合面，不能有突起或毛刺；四角调整工装与传感器的中心相对位置，要与秤架的位置相匹配。若弹性体应变梁的壁厚不均，或者应变计的粘贴位置偏离，造成四角误差较大，在调整中还要注意用力不当会引起零点变化以及造成传感器的零点不稳定。传感器的零点温度补偿是在传感器不受力的情况下进行的，当在秤上安装后，要注意考察在传感器受力的情况下，零点温度的值是否会发生变化。

以上是我们在工作中的一些体会。认真的抓好技术和管理，不断总结经验和教训，就一定可以生产出高精度计价秤传感器。

参考文献
刘九卿：《我国称重传感器总体质量水平急待提高》《衡器》2005年第1期  扭环式称重传感器

不锈钢, 紧致密封，极高的防护等级，并带有用于不同防爆区的 ATEX 防爆证书：

• 输出 2,85mV/V
• 极小的应用范围 Y = 20,000
• 低功耗
• 输入电阻 4,400 ohms
• 受侧向力影响极小
• 可以用于极端恶劣环境的完整配件

扭环式称重传感器: 优势

• 输出电阻高达 4k Ohm, 非常大的阻抗，因此电流很小。 因此 RTN 非常适合电池供电的移动应用。
• 环形应变片能够反应各个方向的负载。 被杆状称重传感器错过的负载 RTN 都能够记录。
• 2.85mV/V, RTN 的输出信号非常大，因此具有极高的精度和抗干扰能力。