一種應(yīng)用于液位檢測(cè)諧振液位傳感器的研究與設(shè)計(jì)

摘 要： 分析了諧振液位測(cè)量的工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過機(jī)電機(jī)構(gòu)優(yōu)化以及傳感器線性度的改進(jìn)，有效地解決了傳統(tǒng)液位測(cè)量精度低、不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)測(cè)量等方面的問題；通過專業(yè)測(cè)試裝置，對(duì)液位及輸出頻率進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明二者之間相關(guān)系數(shù)為0.985，達(dá)到了諧振液位測(cè)試系統(tǒng)的需求，具有重要的應(yīng)用推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 諧振式； 液位傳感器； 液位檢測(cè)； 相關(guān)性研究

中圖分類號(hào)： TN02?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）17?0164?03

0 引 言

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，大型噴霧機(jī)等工作機(jī)械的液位檢測(cè)對(duì)工作過程中有效控制及藥液的合理配置具有重要意義，例如在藥液即將耗近的情況下，控制系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出指令，防止抽水泵空轉(zhuǎn)，可以有效提高設(shè)備的使用壽命。目前對(duì)液位的檢測(cè)有差壓法、超聲波、接觸電極法等多種方案，但是普遍存在著測(cè)量精度較低、測(cè)量設(shè)備價(jià)格較高的缺點(diǎn)。基于諧振液位傳感器裝置可以為噴霧等工作領(lǐng)域提供準(zhǔn)確、可靠、價(jià)格低廉的液位測(cè)量方案。諧振式液位傳感器已在洗衣機(jī)等家電中獲得了部分應(yīng)用，液位的高低可以通過輸出頻率表征，因此可以實(shí)現(xiàn)在全量程范圍內(nèi)無級(jí)高精度測(cè)量。在工農(nóng)業(yè)等液位檢測(cè)應(yīng)用中，根據(jù)作業(yè)機(jī)械液位裝置的使用特點(diǎn)，對(duì)液位傳感器進(jìn)行檢測(cè)電路設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液位的高精度檢測(cè)。

1 諧振式液位傳感器的工作原理

1.1 諧振式液位傳感器的結(jié)構(gòu)

液位傳感器通過導(dǎo)管將液箱中的液體液位轉(zhuǎn)換為在氣室中的不同氣壓，在密閉的情況下，氣體壓力與液位[H]成正比關(guān)系，當(dāng)液位上升時(shí)，氣壓升高，導(dǎo)板在導(dǎo)向軸以及支撐限位點(diǎn)的作用下平行上移。同時(shí)，固定在導(dǎo)板上的磁性元件發(fā)生平行上移，使得磁性元件與線圈之間的相對(duì)位置發(fā)生了變化，最終引起了線圈電感值的變化，線圈與電容構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩電路，因此當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，振蕩電路的輸出頻率發(fā)生相應(yīng)的改變。諧振液位傳感測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 液位與頻率關(guān)系的建立

當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，定義[ρ]為液體的密度，[H]為液位高度，則液箱底部壓強(qiáng)[P]為：

[P=ρH] （1）

氣壓在導(dǎo)板地面的薄膜上產(chǎn)生壓力為[F1，]并驅(qū)動(dòng)磁性元件在線圈中產(chǎn)生[Δlc]的相對(duì)位移，同時(shí)磁性元件收到連接彈簧的反作用力為[F2]。設(shè)[S]為薄膜有效接觸面積，[K]為彈簧彈性系數(shù)，則[F1，][F2]的計(jì)算公式為：

4 結(jié) 論

本文采用高精度的諧振式液位傳感器替代了傳統(tǒng)的液位測(cè)量，液位測(cè)量的有效范圍由原來的600 mm增加到1 200 mm以上，經(jīng)過結(jié)構(gòu)以及電路優(yōu)化過的傳感器測(cè)量液位時(shí)，液位與輸出頻率之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.985，呈現(xiàn)出良好的線性度。采用彈簧以及機(jī)電機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的高精度測(cè)量，同時(shí)無級(jí)的測(cè)量方案在液位測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，有效提升了用水效率以及水泵等部件的使用壽命，高精度的諧振式液位傳感器在工農(nóng)業(yè)等方面具有重要的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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