大型喷雾机液体倾角摆差传感器的设计
大型喷雾机液体倾角摆差传感器的设计
仪表工程师论文第三篇
摘要：为方便、准确地检测大型喷雾机横杆水平状态，设计并制作液体摆差分电阻式倾角传感
器。传感器采用液体自水平原理和电阻在液体摆差分变化原理，再利用电桥电路将倾角变化转
换为电压变化。设计并制作了水银槽，采用康铜为导电丝制作了倾角传感器装置。在 20℃的室
温环境下，进行了标定试验和对比试验，获得倾角测定经验公式。试验结果表明：在倾角为-
20°~20°的范围内，其测量精度小于±1. 0%,当倾角为-6°~6°时，误差低于 0. 02° 。
关键词： 液体摆； 差分电阻； 传感器； 倾角测量； 水平检测；
0 引言
倾角测量与水平检测在机械设备、工程建筑、航空航天、农业装备、桥梁隧道、地质勘探和科
学实验等领域中，为了监测状态和控制姿势，需要采用倾角传感器准确测量平面与水平面的倾
斜角。此外，许多精密仪器也需要精确测量倾角，如高精度激光水平仪、地质设备倾斜监测、
卫星通信车等。常用的倾角传感器主要有三大类固体摆式[1,2,3,4,5]、液体摆式[6,7,8,9]和气体
摆式[10,11], 随着现代先进微机电系统 （micro-electro-mechanical system, MEMS ） 技术的发
展，出现了一些 MEMS 技术的集成倾角传感器[12,13,14].如SANG1000 系列传感器，该传感器
在可靠性、稳定性和集成度方面具有较大的优势，但价格高，购置不便。为实现大型机械喷雾
机横杆的水平控制，本文设计一种灵敏度高、动态响应好的液体摆差分电阻倾角传感器，并进
行标定试验。
1 液体摆差分电阻传感器设计
1.1 导电液与导电丝选择
导电丝和导电液是决定传感器性能指示的主要因素，导电丝和导电液选择得好，灵敏度、稳定
性较好，迟滞性小。常见的导电液有水银、酸碱盐溶液，水银导电性好、稳定性好，但价格较
高密度大、重量大。酸碱盐溶液电阻率高、稳定性差，通电发生电离反应。考虑性能优先选择
水银为导电液。
为了提高倾角传感器的灵敏度和稳定性，必须选择电阻率高的导电丝。常见高电阻率材料有铅
笔芯、镍铬合金 （电热丝） 、铁铬铝合金、康铜等。铅笔芯也有不同的材料，2B 铅笔芯电阻
率最小，2H 铅笔芯电阻率最大，采用 2H 铅笔芯进行试验灵敏度较好，但由于铅笔芯与水银是
不浸润的，它们之间的接触不是特别好，导致稳定性差。镍铬合金、铁铬铝合金都是金属材
料，与水银是浸润的，接触较好，但是水银的氧化性比镍铬合金、铁铬铝合金强，Hg O 将导
电丝合金氧化并在导电丝上形成氧化膜阻止导电，导致传感器不稳定。康铜材料电阻率较好，
其主要成份是铜，与水银具有浸润的特点，且铜比水银更稳定，不会被 Hg O 氧化。最终选择
以水银为导电液，康铜为导电丝。
从废旧的电阻箱中拆出绕线电阻，取外径为0.16 mm 的电阻线，除去外面的漆，经实际测量其
单位长度的电阻率是 0.4Ω/cm.
1.2 传感器结构设计
如图1所示，设计一个方形液槽，内安装有 3个电极A, B, C;中间电极C为铜丝，其电阻可以
忽略不计，左右两个电极A, B 为敏感电极，采用康铜丝，其单位长度的电阻率为 0.4Ω/cm,液槽
内水银面高为 h,康铜丝长为H,左右电极A, B 距中间电极C距离均为L.当液槽向右倾斜角为 β
时，由水银面保持水平，导致左电极A液面下降Δh,右电极B液面上升 Δh,如图1 （a ）所示
有。
1.3 参数设置与计算
摘要：
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大型喷雾机液体倾角摆差传感器的设计 仪表工程师论文第三篇摘要：为方便、准确地检测大型喷雾机横杆水平状态，设计并制作液体摆差分电阻式倾角传感器。传感器采用液体自水平原理和电阻在液体摆差分变化原理，再利用电桥电路将倾角变化转换为电压变化。设计并制作了水银槽，采用康铜为导电丝制作了倾角传感器装置。在20℃的室温环境下，进行了标定试验和对比试验，获得倾角测定经验公式。试验结果表明：在倾角为-20°~20°的范围内，其测量精度小于±1.0%,当倾角为-6°~6°时，误差低于0.02°。关键词：液体摆；差分电阻；传感器；倾角测量；水平检测； 0 引言倾角测量与水平检测在机械设备、工程建筑、航空航天、农业装...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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