液位传感器

 

将如何发展？

 

How will level sensors evolve?

 

 

导语

 

 

 

　　随着社会的高速发展和工业技术的革新，传感器技术渗透到工业生产、科技研发、医疗设施乃至日常生活中，成为不可或缺的一部分。从***代的用于工业生产的结构型传感器，如电阻应变式传感器，发展到尚不成熟的高精尖的集成化、系统化的智能精密传感器，传感器材料的替换和技术的升级一直是人们不断探索与研究的方向，旨在形成一个更加便捷精密、协调的生活生产新局面。但目前的生活生产当中依旧存在着一些受制于生产成本、测量精度、外界干扰等因素，使得大部分传感器依旧停留在实验室理论或研究阶段，无法进入实际大规模生产与使用，比如在液位传感器的实际运用中，由于液位的波动而产生的不稳定性、温度变换而带来的热胀冷缩现象、部分容易沉降的溶质影响等因素，使得传感器所测得的结果与实际真值有较大的偏差，类似问题在高精尖科研探究项目中尤为突出。

 

 

 

　　液位控制是工业过控系统中常见的控制问题之一，要实现***的液位控制目标，往往需要选用精度等级和灵敏度都较高的用于测量液位的传感器，要正确选择合适的液位传感器，除了要结合过控工艺流程需要，还要考虑液位传感器的测量原理和特点。

 

 

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液位传感器的发展现状与趋势

 

 

 

　　液位检测传感技术在日常生活或工业生产控制中具有重要的作用，其主要功能是准确检测出液位信息，并将其转化成电信号或数字信号传输到监视器或控制器中。

 

　　液位传感器在我国的发展起步较晚，因此国内企业综合实力远不如国外企业，***主要的是在技术方面，我国核心技术和基础能力不足导致液位传感器技术发展缓慢。近年来有国家政策的扶持，液位传感器技术得到大力发展。目前，液位传感器的研究的热点主要涉及压阻式液位传感器、电容式液位传感器、光纤液位传感器等，每种类型的液位传感器都有其独特的工作方式和应用背景，在工业生产与日常生活中发挥着重大的应用。

 

 

 

 

 

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01、压阻式液位传感器

 

ANNUAL WORK SUMMARY REPORT

 

 

 

　　压阻式传感器基于半导体的压阻效应，是由弹性导体层或半导体层组成的活性层与两个电极接组成，并将施加的压力刺激转换成电阻信号的变化。传感器的总电阻由电极电阻和活性层电阻两部分组成，针对某一确定的电阻型压力传感器，电极电阻一般为固定值，传感器电阻信号的变化主要取决于活性层电阻值的变化。

 

　　现阶段压阻式传感器已经取得较大的进展，在过往的研究当中，提出了柔性压阻式传感器的概念，与传统的压阻式传感器相比，柔性压阻式压力传感器能够适应不同的应用场景。目前该传感器技术已经逐渐成熟，可通过改变组成传感器的材料种类和传感器活性层微结构设计来改变柔性压阻式传感器的传感机制。

 

　　但是，柔性压力传感器在实际应用中仍面临一些挑战。例如，在穿戴式电子设备中，柔性的压力传感器可能会出现无法实现对数据的实时采集。并且，在许多不同的领域中都会使用到此类传感器，这对尚未成熟的柔性压力传感技术来说是一个不小的挑战。

 

　　因此，研究新型结构和开发各种高性能压力传感器仍然是今后研究的重要方向。对于高性能柔性压阻液体传感器，高精度、高灵敏度的压阻液位传感器将进一步朝着高度集成化、微型化、多功能化的方向发展。在医疗卫生、海洋工程、水质环境等领域有越来越高的地位。

 

 

 

 

 

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02、电容式液位传感器

 

ANNUAL WORK SUMMARY REPORT

 

 

 

　　电容式液位传感器是由传统的电容式传感器发展而来，其测量原理是将弹性元件的位移转化为电容量的变化，以测压膜片作为电容板的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，测压膜片产生位移，而改变两极板间距离，测量相应的电容量变化可知被测压力值。

 

　　现阶段，电容式液位传感器的理论研究已经较为成熟，已经在生活中广泛使用，如对于汽车油量的测量，在陈天翼等人的研究当中研发出一种新型的高精度的电容式液位传感器，传感器***大量程下***大相对误差为2.39%，重复性误差为0.82%，迟滞误差为1.23%。

 

　　电容式液位传感器的优点是灵敏度高、零点漂移小、构造简单、对外部环境的要求低等。当前汽车的安全行驶，电容式液位传感器可以起到有效保护的作用，但是由于国内对电容式液位传感器技术研究尚未成熟，因此在汽车安全行驶这方面，还没能够投人使用，主要还是依靠国外的技术，所以发展国产电容式液位传感器势在必行。

 

 

 

 

 

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03、光纤液位传感器

 

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　　光纤液位传感器是由光电源、光电二极管、光纤导线等组成。在光纤测头端有一个圆锥体反射器，当测头置于空气中，且没有接触液面时，光线在圆锥体内发生完全内反射而返回到光电二极管中。当测头接触到液体表面时，由于液体折射率与空气不同，导致光线在反射器内的路线发生偏移，使得原本能够通过完全内反射回到光电二极管的光照强度变弱，从而能够检测出被测液体液面位置的改变。

 

　　早期商业化应用的光纤液位传感器多为开关式液位传感器，国内***经典的就是姜德生院士早期的产品，这类产品多为全内反射原理。黄燕平研究发现在工业上，光纤液位传感器有很大的需求量，尤其是在石油化工等领域。并且，由于光纤液位传感器的独特性，它能应用于一些特殊的场合，例如易燃液体的液位测量不允许使用带电流输人等。

 

　　在日常生活和工业生产中，光纤液位传感器的应用仍不广泛，咎其根本原因是其造价偏高，但又由于光纤传感器具有绝缘性能好、耐腐蚀、耐水性好等特点且可以做成集成度较高的传感器，使得光纤液位传感器能够在各个领域内能够发挥巨大作用。故对光纤液位传感器而言，接下来的发展方向是降低其生产成本以追求更好的全方面推广。

 

 

 

 

 

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