CN102937498A

CN102937498A - 压力传感器

Info

Publication number: CN102937498A
Application number: CN2012103992404A
Authority: CN
Inventors: 鲍鹏飞; 邓睿; 王�华
Original assignee: Hangzhou Kambayashi Electronics Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Kambayashi Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-02-20

Abstract

测量误差小的一种压力传感器，气盖和壳体的结合处固定有弹性膜片（3），弹性膜片中心处设置有铁芯（4），壳体的骨架上绕有电感线圈（5），壳体下面设置有电路板（7），该电路板上设置有记忆装置（71），壳体上固定有频率信号输出端子（8）和记忆信号输入输出端子（9），频率信号输出端子一端（81）和记忆信号输入输出端子一端（91）向外部输出信号，频率信号输出端子中间部（82）和记忆信号输入输出端子中间部（92）与壳体固定，频率信号输出端子另一端（83）和记忆信号输入输出端子另一端（93）与所述电路板连接，所述记忆装置内存储有不同压力下通过频率输出端子输出得到的频率值。本发明适用作水位压力传感器。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，特别涉及一种安装在洗衣机、洗碗机等家电设备上，用于检测洗衣机、洗碗机等设备在工作时的水位的压力传感器。

背景技术

目前使用最多的家电设备用水位传感器是使用如下原理：水压力通过气管传递到传感器气室，产生气压，传感器隔膜受气压的作用克服弹簧的反弹力带动铁氧体铁芯向线圈方向移动，铁芯在线圈内部移动时，线圈的电感(L)与铁芯的位移量相对应呈近似线性的变化，铁芯的位移量则与水位压力对应，铁芯位移量转换为水位压力，水位压力与输出电感之间的关系如图1所示。

中国发明专利ZL200820059885.2的压力传感器包括带有接插件插槽的上盖体、带有压力导入口的下盖体和线圈构成，所述上盖体通过接插件插槽装在电路板上，所述线圈设置在上盖体中，在线圈与下盖体之间设置有由密封材料制成的隔膜和具有特定弹性系数的金属板簧，金属板簧一侧的中央部分突设有磁性体，该磁性体与所述线圈相对移动，所述金属板簧上设置有若干间隙，金属板簧通过所述隔膜设置在所述下盖体内并与所述压力导入口连通；通过设置隔膜和金属板簧，在金属板簧上开设有间隙，既保留了金属材质的硬度，增加了其形变位移量，不受周围温度、安装姿势的影响，同时设置在金属板簧的磁性体相对于线圈的初始位置可以自由调整。但是由于板簧的弹性系数偏差较大，导致不同的压力传感器之间的输出频率偏差较大。

发明内容

本发明要解决目前电感型压力传感器输出频率偏差大，导致传感器精度下降的问题，为此提供本发明的一种压力传感器，这种压力传感器测量精度高。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是包括气盖和壳体，壳体具有绕设电感线圈的骨架，气盖和壳体相互可卸地固定，气盖和壳体的结合处固定有弹性膜片，弹性膜片中心处设置有铁芯，铁芯可随所述弹性膜片在所述骨架内轴向移动，所述壳体的骨架上绕有电感线圈，铁芯与壳体之间装有弹簧一，其特殊之处是所述壳体的下面设置有电路板，该电路板上设置有记忆装置，所述的壳体上固定有频率信号输出端子和记忆信号输入输出端子，所述频率信号输出端子一端和记忆信号输入输出端子一端向外部输出信号，频率信号输出端子中间部和记忆信号输入输出端子中间部与壳体保持固定，频率信号输出端子另一端和记忆信号输入输出端子另一端与所述电路板连接，所述电感线圈的绕线端子与所述电路板连接，所述记忆装置内存储有不同压力下通过频率输出端子输出得到的频率值。

本发明可以在所述的弹性膜片上面设置有弹簧二，所述的铁芯与弹簧一之间装有铁芯支架。

本发明所述记忆装置为可擦写的储存器芯片。

本发明的压力传感器的电路板上所设的记忆装置，能记录压力传感器的基准输出数据，在使用时方便调用，以精确匹配每一个传感器。

本发明中的电路板其电路可以分为两个功能模块：

一是以4069反相器为核心的LC震荡电路；它的作用是输出水位传感器的频率值，其结构可以是传统LC式水位传感器震荡电路。

二是数据记忆装置电路；它可以是I2C总线的E2ROM(BR24L08)标准接线电路，也可以是其他带可擦写的存储芯片，如flash芯片。

附图说明

图1是水位压力与输出电感的关系图；

图2是本发明压力传感器的立体图；

图3是本发明压力传感器的结构示意图；

图4是本发明压力传感器的爆炸图；

图5是本发明压力传感器的电路板图；

图6是本发明压力传感器与现行压力传感器水位测定误差示意图；

图7是本发明压力传感器的双弹簧结构爆炸图；

图8是本发明实施例的电路结构原理图；

图9是本发明装配于洗衣机整机使用软件流程图；

图10是本发明装配于洗衣机水位-频率转换程序流程图。

图中标记为：1气盖，2壳体，3弹性膜片，4铁芯，5电感线圈，6弹簧一，7电路板，71记忆装置，8频率信号输出端子，81频率信号输出端子一端，82频率信号输出端子中间部，83频率信号输出端子另一端，9记忆信号输入输出端子，91记忆信号输入输出端子一端，92记忆信号输入输出端子中间部，93记忆信号输出端子另一端，10铁芯支架，11弹簧二。

具体实施方式

实施例一

本实施例的压力传感器，包括气盖1和壳体2，壳体具有绕设线圈的骨架，气盖和壳体通过周面所设的可开合的卡扣相互固定，气盖和壳体的结合处固定有弹性膜片3，弹性膜片中心处嵌连有铁芯4，铁芯可随所述弹性膜片在所述骨架内轴向移动，所述壳体的骨架上绕有电感线圈5，铁芯下端与壳体的骨架内腔底面之间安装有弹簧一6，的壳体下面连有电路板7，电路板上设有记忆装置71，壳体上固定有频率信号输出端子8和记忆信号输入输出端子9，频率信号输出端子一端81和记忆信号输入输出端子的一端91向外部输出信号，频率信息输出端子中间部82和记忆信号输入输出端子的中间部92与壳体保持固定，频率信息输出端子另一端83和记忆信号输入输出端子另一端93与所述电路板连接，所述电感线圈的绕线端子与所述电路板连接，所述的记忆装置内储存着不同水位对应压力下通过频率信号输出端子输出得到的频率值。

电路板7上的电路分为两个功能模块：

一是以4069反相器为核心的LC震荡电路；它的作用是输出水位传感器的频率值，其结构为传统LC式水位传感器震荡电路。

二是数据记忆装置电路；它是以I2C为总线的E2ROM(BR24L08)标准接线电路，它也可以是其他带可擦写的存储芯片，如flash芯片。

在传感器生产制造过程中，从0mm水柱压力开始，每隔一步长L(L为步长，下同)，例如10mm水柱压力，给传感器施加压力，通过频率信号输出端子测得频率输出结果，并把此结果按照对应的压力按从低到高的顺序存储在记忆装置内。

洗衣机系统在使用压力传感器判断水位高度时，一般是在程序中设定目标水位对应的频率值(目标频率)，在系统运行时，将当前压力传感器输出的频率与程序中设定的目标频率相比较，当两者一致时，即判定水位到达目标高度。但是由于不同传感器之间，输出频率有些许偏差，导致实际水位与目标水位有一定的偏差。

使用本传感器时，电路板上的MCU根据所需水位高度H，换算出记忆装置内对应水位/频率的存储位置D，D=H/L，结果取整。读取记忆装置D位置的频率值f，即是所需的目标频率F。当H无法被L整除时，取其商D余数t，读取记忆装置内D及D+1位置对应的频率f及f′；目标频率F=f+(f′-f)×t/L，只要步长L足够小，就可以认为在f和f′之间的压力-频率关系，近似满足线性关系。

另因为MCU晶振偏差，或环境温度发生变化时，洗衣机MCU获得的0水位时传感器输出频率会与写在传感器记忆装置内的0水位频率出现偏差，故在0水位时将MCU实际测得频率F1减去记忆装置内储存的0水位频率F0得到频率修正值ΔF。并将换算所得的目标频率F加上频率修正值ΔF后，作为实际使用的频率值。

因为每一个传感器在出厂时已经记录其各自的输出频率曲线，即可消除由于不同传感器之间偏差导致的精度下降的问题。在生产过程中设定的步长越小，存储在记忆装置的数据越多，压力传感器的精度越高。

因为在实际使用中可能需要若干个水位点。故在使用本传感器时，用户只需要在程序初始化时将所需水位点的频率值一并换算出来，在接下来的程序中即可和原本的软件一样直接调用频率值进行比较，非常易于切换。

图9、图10分别为本发明装配于洗衣机整机使用软件流程图和水位-频率转换程序流程图。

一、整机使用软件流程说明：

在使用本传感器时，洗衣机软件策略建议步骤如下：

1开机系统初始化；

2MCU活得空桶时本传感器的输出频率；

3MCU得到目标水位表；

4MCU通过“水位-频率转换程序”将目标水位表转换为目标频率表；

5和原本的洗衣机运行策略相同，使用比较传感器输出频率和目标频率的方法来判定是否到达目标水位。

二、水位-频率转换程序流程说明：

1读取MCU活得的空桶频率值F0；

2读取传感器记忆装置内保存的空桶频率值F1；

3获得传感器空桶补偿值ΔF=F0-F1；

4读取第一个目标水位H；

5将目标水位H除以传感器频率保存步长L获得商D和余数t H/L=D余t；

6如果t=0则读取保存的第D个数据f1，否则读取第D和D+1两个数据f1f2：

7如果t=0则标准目标频率f＝f1，否则标准目标频率f=f2+(f1-f2)×t/L

8输出实际目标频率F=f+ΔF；

9读取下一个目标水位H’跳转到第5步，如果都已经转换完成则运行洗衣程序。

见图6本发明压力传感器与现行压力传感器水位测定误差比较：

图中横坐标表示实际水位高度，纵坐标表示压力传感器测定的与实际水位偏差绝对值。图中，“●”对应本发明压力传感器，“▲”对应现行压力传感器。在水位高度为100mm时，现行压力传感器测定为107.7mm，本发明压力传感器测定为102mm；水位高度为500mm 时，现行压力传感器测定为527mm，本发明压力传感器测定为501mm。本发明压力传感器测定的水位值与实际水位偏差绝对值在2mm以下，而现行压力传感器测定的这一偏差要大得多(在试验区内，这一偏差均值约为17mm)。

实施例二

本实施例的的压力传感器，参见图4、图7，所述的弹性膜片上面设置有弹簧二11，可使传感器在起动的时候就开始记录曲线，所述的铁芯4与弹簧一6之间装有铁芯支架10。其它构造实施例一的相同。

Claims

1.一种压力传感器，包括气盖（1）和壳体（2），壳体具有绕设电感线圈的骨架，气盖和壳体相互可卸地固定，气盖和壳体的结合处固定有弹性膜片（3），弹性膜片中心处设置有铁芯（4），铁芯可随所述弹性膜片在所述骨架内轴向移动，所述壳体的骨架上绕有电感线圈（5），铁芯与壳体之间装有弹簧一（6），其特征是所述壳体的下面设置有电路板（7），该电路板上设置有记忆装置（71），所述的壳体上固定有频率信号输出端子（8）和记忆信号输入输出端子（9），所述频率信号输出端子一端（81）和记忆信号输入输出端子一端（91）向外部输出信号，频率信号输出端子中间部（82）和记忆信号输入输出端子中间部（92）与壳体保持固定，频率信号输出端子另一端（83）和记忆信号输入输出端子另一端（93）与所述电路板连接，所述电感线圈的绕线端子与所述电路板连接，所述记忆装置内存储有不同压力下通过频率输出端子输出得到的频率值。2、如权利要求1所述的压力传感器，其特征是所述的弹性膜片上面设置有弹簧二（11），所述的铁芯（4）与弹簧一（6）之间装有铁芯支架（10）。

2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征是所述的弹性膜片上面设置有弹簧二（11），所述的铁芯（4）与弹簧一（6）之间装有铁芯支架（10）。

3.如权利要求1或2所述的压力传感器，其特征是所述记忆装置为可擦写的储存器芯片。