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

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

中圖分類號： TN02?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 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(tǒng)及時發(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(shè)備價格較高的缺點?；谥C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(yīng)用，液位的高低可以通過輸出頻率表征，因此可以實現(xiàn)在全量程范圍內(nèi)無級高精度測量。在工農(nóng)業(yè)等液位檢測應(yīng)用中，根據(jù)作業(yè)機械液位裝置的使用特點，對液位傳感器進行檢測電路設(shè)計及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)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(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，氣壓升高，導(dǎo)板在導(dǎo)向軸以及支撐限位點的作用下平行上移。同時，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)成三點式振蕩電路，因此當(dāng)液位發(fā)生變化時，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，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(dǎo)板地面的薄膜上產(chǎn)生壓力為[F1，]并驅(qū)動磁性元件在線圈中產(chǎn)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(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(jīng)過結(jié)構(gòu)以及電路優(yōu)化過的傳感器測量液位時，液位與輸出頻率之間的相關(guān)系數(shù)達到了0.985，呈現(xiàn)出良好的線性度。采用彈簧以及機電機構(gòu)進行優(yōu)化，可以實現(xiàn)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(tǒng)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(nóng)業(yè)等方面具有重要的應(yīng)用推廣價值。

參考文獻

[1] 劉凱，鄒德福，廉五州，等.納米傳感器的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器，2008（1）：10?12.

[2] 鄭東旭.《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學(xué)研究[J].科技信息，2008（33）：255.

[3] BLAABJERG F， CONSOLI A， FERREIRA J A， et al. The future of electronic power processing and conversion [J]. IEEE transactions on industry applications， 2005， 41（1）： 3?8.

[4] YAO C， ZHU T， TANG J， et al. Hybridization assay of hepatitis B virus by QCM peptide nucleic acid biosensor [J]. Biosensors and bioelectronics， 2008， 23（6）： 879?885.

[5] SAUERBREY G. Use of quartz vibration for weighing thin films on a microbalance [J]. Journal of physics， 2003， 155： 206?212.

[6] 闞君武，唐可洪，王淑云，等.壓電懸臂梁發(fā)電裝置的建模與仿真分析[J].光學(xué)精密工程，2008，16（1）：71?75.

[7] FERREIRA G N M， DA?SILVA AC， TOMé B. Acoustic wave biosensors： physical models and biological applications of quartz crystal microbalance [J]. Trends in biotechnology， 2009， 27（12）： 689?697.

[8] YAO C， QI Y， ZHAO Y， et al. Aptamer?based piezoelectric quartz crystal microbalance biosensor array for the quantification of IgE [J]. Biosensors and bioelectronics， 2009， 24（8）： 2499?2503.