一種應用于液位檢測諧振液位傳感器的研究與設計

摘 要： 分析了諧振液位測量的工作原理及技術優勢，通過機電機構優化以及傳感器線性度的改進，有效地解決了傳統液位測量精度低、不能實現無級測量等方面的問題；通過專業測試裝置，對液位及輸出頻率進行測試統計，結果表明二者之間相關系數為0.985，達到了諧振液位測試系統的需求，具有重要的應用推廣價值。

關鍵詞： 諧振式； 液位傳感器； 液位檢測； 相關性研究

中圖分類號： TN02?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）17?0164?03

0 引 言

在工農業生產過程中，大型噴霧機等工作機械的液位檢測對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，控制系統及時發出指令，防止抽水泵空轉，可以有效提高設備的使用壽命。目前對液位的檢測有差壓法、超聲波、接觸電極法等多種方案，但是普遍存在著測量精度較低、測量設備價格較高的缺點。基于諧振液位傳感器裝置可以為噴霧等工作領域提供準確、可靠、價格低廉的液位測量方案。諧振式液位傳感器已在洗衣機等家電中獲得了部分應用，液位的高低可以通過輸出頻率表征，因此可以實現在全量程范圍內無級高精度測量。在工農業等液位檢測應用中，根據作業機械液位裝置的使用特點，對液位傳感器進行檢測電路設計及結構優化，實現了對液位的高精度檢測。

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構

液位傳感器通過導管將液箱中的液體液位轉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]成正比關系，當液位上升時，氣壓升高，導板在導向軸以及支撐限位點的作用下平行上移。同時，固定在導板上的磁性元件發生平行上移，使得磁性元件與線圈之間的相對位置發生了變化，最終引起了線圈電感值的變化，線圈與電容構成三點式振蕩電路，因此當液位發生變化時，振蕩電路的輸出頻率發生相應的改變。諧振液位傳感測量裝置結構如圖1所示。

1.2 液位與頻率關系的建立

當液位發生變化時，定義[ρ]為液體的密度，[H]為液位高度，則液箱底部壓強[P]為：

[P=ρH] （1）

氣壓在導板地面的薄膜上產生壓力為[F1，]并驅動磁性元件在線圈中產生[Δlc]的相對位移，同時磁性元件收到連接彈簧的反作用力為[F2]。設[S]為薄膜有效接觸面積，[K]為彈簧彈性系數，則[F1，][F2]的計算公式為：

4 結 論

本文采用高精度的諧振式液位傳感器替代了傳統的液位測量，液位測量的有效范圍由原來的600 mm增加到1 200 mm以上，經過結構以及電路優化過的傳感器測量液位時，液位與輸出頻率之間的相關系數達到了0.985，呈現出良好的線性度。采用彈簧以及機電機構進行優化，可以實現對液位的高精度測量，同時無級的測量方案在液位測量系統工作時，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業等方面具有重要的應用推廣價值。

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