关于耐高压油液的称重传感器的技术探究

关于耐高压油液的称重传感器的技术探究

卢磊

宁波欧森传感科技有限公司，浙江省宁波市315000

摘要：传感器是能够满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。随着传感器行业的飞速发展，我国传感器和芯片厂商已基本掌握了中低端传感器研发技术，并逐步向高端传感器领域拓展。传感器行业的技术呈现出数字化和智能化、集成化、微型化和低能耗等特点。

关键词：传感器、耐高压、技术探究

引言

传感器一般由敏感元件、转换元件和信号调理转换电路三个部分组成。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，目前已实现将传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上的传感器模块和集成电路传感器，其技术难度也大幅地提升。通常一个完整的传感器产业链包括了研究、设计、制造、封装、测试以及终端应用，目前在每个领域都有中国企业的覆盖，已经形成了完整的产业链。

传感器的应用场景比较广，从消费电子、汽车电子、医疗电子到工业领域电子几乎无处不在。新一代的智能传感器被业界普遍认为智慧工业的“心脏”，通过智能传感器产品的装配生产均可以自动化进行，降低人工成本的同时也大大提高了生产效率，是实现智能制造的重要元器件之一。可以预见，在近几年物联网快速发展的大背景下，全球传感器市场将一直保持快速的增长。

1传感器行业现状

传感器自诞生以来，大致经历了结构型、固体型、智能型三个阶段，随着各类技术的进步，前两类传感器逐渐无法满足对数据采集、处理等流程的需求，融合了AI技术的智能传感器开始受到关注。

从应用领域看，目前我国传感器产品主要应用于汽车电子、工业制造、网络通信、消费电子和医疗领域，占比分别为24.2%、21.1%、21%、14.7%和7.2%。汽车电子对传感器的应用占比最大，汽车对传感器的需求类型还在持续拓展，如针对新能源汽车电池冷却用冷媒泄漏检测的气体传感器，随着新能源汽车产销量逐年扩大，可能迎来发展机遇。

中国传感器市场规模持续上升。根据中国信通院的数据，中国传感器市场规模从2018年的108亿美元上升至2021年的137亿美元，我国传感器产业生态逐渐趋于完备，设计制造，封测等重点环节均有骨干企业布局。2022年，中国传感器行业市场规模上升到148亿美元左右。

中国传感器行业前景广阔，尤其是智能传感器在工业4.0时代扮演着十分重要的角色。随着物联网在工业领域的应用推广，传感器在其中的应用越来越广泛。物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展为传感器行业带来巨大发展契机。中国传感器行业前景广阔，预计到2026年中国传感器行业市场规模将达239亿美元。

2传感器发展趋势

2.1数字化与智能化

随着上下游产业的不断发展，传统传感器的反应速度慢、感测精度差等问题逐渐暴露出来，市场对传感器的需求也逐渐向自动化、智能化的方向转型。与传统传感器相比最大的硬件区别为智能传感器内臵了微处理器，让传感器从输出单一且不稳定的模拟信号，升级为经过微处理器后的数字信号，甚至具有执行控制功能，极大程度提高了传感器的测量精度、可靠性及稳定性。

2.2集成化

传感器不断向精细化发展，其设计空间、生产成本和能耗预算都在日益紧缩，在大多应用领域中，为实现全面、准确感测事物和环境，往往需同步传感多种变量，要求在单一的传感设备上集成多种敏感元件、制成能检测多个参量的多功能组合成为传感器主要解决方案，其特点为多个传感器硬件集成在一台设备中，各自独立工作并将原始数据直接传输至中央处理器进行决策，主体为硬件融合。这种使传感器呈现多种功能高度集成化和组合化为未来主要发展趋势之一。

2.3微型化

在传感器下游科技领域中，大多行业以微型化为主要发展方向，产品微型化有利于提升产品适应性，降低产品的重量和大小，同时也压缩了成本。传统传感器受体积限制逐渐难以满足便携设备、可穿戴设备等下游行业不断升级的消费需求。以微型化传感器代表MEMS器件为例，其体积仅为之前的17%，而成本则是过去的十分之一，因此微型化是未来传感器发展的必然趋势之一。

3耐高压油液的称重传感器的技术方案

3.1现有传感器的缺陷

在一些油箱称重系统中，传感器浸入到油箱内，以计量油箱内油液压力的变化。由于油液具有腐蚀性，特别是传感器浸入油箱的底部，传感器所处的油液压力大。当传感器具有缝隙时，油液侵入到传感器内，从而腐蚀和破坏传感器的电气线路，导致传感器损坏。现需一款耐高压油液的传感器以克服上述问题。

3.2具体技术方案

本设备提供一种耐高压油液的称重传感器，用于浸入高压油液环境并输出电信号，称重传感器包括：弹性体，包括密闭的形变腔及与形变腔连通的穿线孔；应变片组件，贴合于形变腔的腔壁；连接接头，螺纹密封连接于穿线孔；信号线，穿过连接接头及穿线孔并与应变片组件电连接；耐油软管，连接于连接接头，信号线沿耐油软管穿出。

连接接头与穿线孔之间的结合面填充有第一填充胶，第一填充胶采用耐油胶体材料制成。连接接头包括旋转部、分别凸出旋转部两端的第一连接部和第二连接部，第一连接部与穿线孔配置为密封管螺纹连接，第一填充胶位于第一连接部与穿线孔的结合面，第二连接部与耐油软管的高压油管接头连接。

称重传感器还包括套设于连接接头的密封圈，连接接头抵紧密封圈弹性密封至弹性体的表面。形变腔内填充有第二填充胶，第二填充胶覆盖应变3片组件，第二填充胶填充部分穿线孔和信号线之间的间隙。弹性体包括圆柱状的弹性主体、自弹性主体的底部凹陷形成的形变槽及封闭于形变槽开口的底封板，应变片组件贴合于形变槽的槽底，底封板与弹性主体的缝隙满焊连接。

形变槽的槽底具有环绕弹性主体的中心线下凹的锥形凹槽，应变片组件分布于锥形凹槽的槽壁。

弹性主体还包括自弹性主体的表面下凹形成的定位槽，定位槽的孔径大于形变槽的孔径，定位槽深度大于底封板的厚度，底封板的边缘与定位槽的槽壁满焊连接。底封板与定位槽的焊接部位处覆盖第三填充胶。

穿线孔包括连通至形变腔的第一台阶孔和连通第一台阶孔的第二台阶孔，第一台阶孔的孔径小于第二台阶孔的孔径，连接接头连接至第二台阶孔。

4耐高压油液的称重传感器的使用实例

如图1至图2所示，本设备提供了一种耐高压油液的称重传感器，用于浸入高压油液环境并输出电信号。

称重传感器包括弹性体10、连接接头20、应变片组件50、信号线30及连接于连接接头20的耐油软管40。弹性体10包括密闭的形变腔及与形变腔连通的穿线孔14。弹性体10为金属材料制成，其中，在弹性体10的内部具有密封的形变腔，应变片组件50贴合于形变腔的腔壁。弹性体10浸入到油液环境内，以使弹性体10在油液压力作用下弹性形变，该弹性形变量通过应变片组件50形成输出电压变化。

连接接头20包括旋转部21、分别凸出旋转部21两端的第一连接部22和第二连接部23，第一连接部22与穿线孔14配置为密封管螺纹连接。旋转部21用于配合工具带动第一连接部22螺旋连接于弹性体10，从而使第一连接部22与弹性体10的螺旋连接紧密。作为优选，旋转部21配置为六角形或者具有两个相对的夹持平面的旋转夹持结构。第一填充胶15位于第一连接部22与穿线孔14的结合面，以彻底封闭连接接头20和弹性体10之间的缝隙。

第二连接部23与耐油软管40的高压油管接头连接，以使第二连接部23与耐油软管40之间密封连接。可选的，第二连接部23与耐油软管40采用高精度螺纹配合结构，以避免油液渗漏。进一步地，第二连接部23与耐油软管40之间填充白胶，以进一步提高安全性能。

旋转部21的端面设置有限位槽24，密封圈18安装于限位槽24内。密封圈18的线径大于限位槽24的深度，当密封圈18安装于限位槽24，以使密封圈18凸出旋转部21的端面。当连接接头20连接至穿线孔14，以使密封圈18弹性联接于弹性主体11的表面。

形变腔内填充有第二填充胶16，第二填充胶16覆盖应变片组件50，第二填充胶16填充部分穿线孔14和信号线30之间的间隙。应变片组件50位于形变腔的底部且远离穿线孔14的开口，第二填充胶16将形变腔填充。应变片组件50全部被第二填充胶16覆盖包覆，从而避免渗入形变腔的油液影响应变片组件50的工作环境，从而保持应变片组件50的工作性能准确，保持称重传感器的称重数据采集准确。

形变槽13的槽底具有环绕弹性主体11的中心线下凹的锥形凹槽111，应变片组件50分布于锥形凹槽111的槽壁。锥形凹槽111包括相交的第一锥面和第二锥面，第一锥面和第二锥面相交呈近似于“V”字形。应变片组件50分别间隔分布于第一锥面和第二锥面，锥形凹槽111在弹性主体11的各个角度弹性形变，提高检测的准确性和灵敏性。

底封板12与定位槽112的焊接部位处覆盖第三填充胶17，第三填充胶17涂覆于焊缝区域，从而进一步降低底封板12具有细微气孔导致渗漏的风险。可选的，第三填充胶17配置为D04胶水。

结语

传感器行业是当今科技领域不可或缺的关键驱动力，也是万物互联时代的重要组成部分。随着物联网、5G、人工智能等技术的不断发展和成熟，我国传感器市场需求不断增长，呈现出多元化的发展态势，未来随着5G+物联网在各个垂直行业的有序落地，传感器市场的发展潜力将得到充分显现。

参考文献

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