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基于STM32的水位傳感器氣密性檢測儀的設計 水位傳感器的出廠檢測過程中需要進行氣密性檢測，為此，設計了一個基于STM32的水位傳感器氣密性檢測儀。該檢測儀釆用直壓式氣體檢漏的方法，以STM32F030R8為控制核心，控制氣泵進行充氣，壓力傳感器檢測氣壓并通過電橋差分信號輸出，高精度氣壓測量模塊測量電橋信號的輸出，通過程序控制實現(xiàn)氣密性檢測的加壓、穩(wěn)壓、保載、判斷、輸出等步驟，并將判斷結(jié)果通過LCD顯示和繼電器輸出。通過多次實驗和測試，該氣密性檢漏系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對水位傳感器泄漏的檢測，且實驗數(shù)據(jù)較為準確、穩(wěn)定，重復性較好。 0 引言 早期對氣密性檢測常采用的是氣泡法，即將待測工件放入水中，向待測工件的腔體中充入一定壓力的氣體，通過觀察有無氣泡從水中冒出來判斷氣密性好壞。氣泡法對檢測對象依靠肉眼判斷，檢測不夠準確，同時對檢測工件的泄漏不能做定量分析，只能應用在對氣密性要求低的場合。隨著時代的進步，氣密性直壓檢測方法得到了廣泛應用，即向待測工件的腔體內(nèi)充入一定壓力的氣體，通過檢測一定時間內(nèi)待測工件內(nèi)部壓力的變化情況來判斷工件的泄漏程度。 這種方法檢測效率高、 成本低,可以實現(xiàn)定性和定量分析。 水位傳感器在洗衣機等行業(yè)中廣泛使用， 洗衣機外桶中有一個氣室， 水位改變時， 氣室內(nèi)部的壓力大小將改變， 該氣室和水位傳感器氣路相通,氣壓推動水位傳感器中的膜片使電感量發(fā)生變化， 從而使組成的LC振蕩電路頻率發(fā)生變化,洗衣機控制主板通過檢測振蕩電路的頻率， 從而獲取水位的高低中］ o如果水位傳感器存在泄漏的情況， 將導致洗衣機控制主板測量的水位高低不準確,故在水位傳感器的出廠檢測中,氣密性檢測是一項重要的檢測項目。 因此， 本文設計了一種基于STM32的水位傳感器氣密性檢測儀， 釆用直壓法檢測,并對測量結(jié)果進行顯示和輸出， 滿足了水位傳感器對氣密性檢測的需求。 1 系統(tǒng)工作原理 完成對水位傳感器的氣密性檢測需要氣路、 硬件和軟件三部分協(xié)調(diào)工作。 STM32通過控制微型氣泵對氣室進行充氣， 硬件集成有檢測模塊和處理器模塊， 對水位傳感器的氣壓進行檢測和信號轉(zhuǎn)換， 在硬件的基礎上通過軟件編程實現(xiàn)氣密性檢測。 設計的水位傳感器氣密性檢漏系統(tǒng)利用直壓法原理檢測。 直壓法泄漏檢測就是對水位傳感器的腔體內(nèi)充入一定壓力的氣體， 檢測在一定時間內(nèi)氣壓的變化情況， 并進行泄漏量的計算。 直壓法的理論基礎是理想氣體狀態(tài)方程， 如式(1)所示， 用于描述理想氣體的壓強P、 體積V、 物質(zhì)的量"、 摩爾氣體常數(shù)7?、 溫度T之間的關(guān)系。
假設氣路中密閉部分的體積為V,充入氣體后水位傳感器內(nèi)部的壓強為Patm如果水位傳感器有泄漏， 則在時間t后,其內(nèi)部的壓強將變?yōu)镻”相應地往壓強為P込的大氣中泄漏體積為Vatm的氣體。 根據(jù)質(zhì)量守恒定律， 檢測過程中向大氣溢出的物質(zhì)的量和剩余質(zhì)量之和等于氣體初始質(zhì)量， 如式(2)所示：
式(2)表明， 根據(jù)一定時間內(nèi)氣壓的變化量就可以判斷產(chǎn)品是否泄漏和泄漏的程度。 2 系統(tǒng)構(gòu)成 水位傳感器氣密性檢測儀的系統(tǒng)氣路原理圖如圖1所示。 通過直流氣泵給待測工件充壓， 氣源氣體輸出前可以通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的旋鈕來控制流量， 再經(jīng)過一個單向閥得到穩(wěn)定且不產(chǎn)生回流的氣體給待測件充氣。當壓力達到設定值后， 停止充氣。 經(jīng)過緩沖時間后， 壓力趨于穩(wěn)定,此時測量的壓力值作為初次壓力測量值,運行完保載時間， 再次對待測工件進行壓力測量， 兩者差值與允許泄漏量進行比較， 從而判斷是否有泄漏。 檢測過程由STM32進行控制。 水位傳感器氣密性檢測儀的硬件電路如圖2所示,分為三個部分:氣路系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微處理器系統(tǒng)。 供氣系統(tǒng)是由直流氣泵來制備氣源， 氣體通過氣路對被測對象進行充氣、 檢測等動作; 氣壓傳感器實時檢測待測工件內(nèi)部的壓力情況， 并將采集的壓力信息轉(zhuǎn)換為微弱的電信號， 信號調(diào)理模塊對微弱的電信號進行調(diào)理， 在MCU的控制下經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為微處理器可以識別的二進制碼的形式;MCU與STM32之間采用串口通信,STM32獲取氣壓的實時值， 并對來自人機交互模塊鍵盤進行響應， 檢測結(jié)束后將檢測的信息顯示在液晶顯示屏上， 并通過繼電器將檢測結(jié)果進行輸出。
圖2氣密性檢漏系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)圖 3 系統(tǒng)軟件設計 設計的水位傳感器氣密性系統(tǒng)流程圖如圖3所示,由STM32通過程序?qū)崿F(xiàn)。
圖3水位傳感器氣密性系統(tǒng)流程圖 設計的水位傳感器氣密性一共用到5個按鍵， 分別定義為UP、 DOWN、 OK、 SET、 START,可以用來設定參數(shù)， 啟動實驗， 程序流程圖如圖4所示。 4 實驗 本項目設計硬件實物圖如圖5所示， 按圖5放置時，控制器核心部分采用5 V供電， 左-右+,直流氣泵電源部分采用3 V供電,左-右+,直流氣泵接口左-右+,其余接口還包括檢測結(jié)果OK繼電器輸出接口、 檢測結(jié)果NO繼電器輸出接口、 傳感器氣路測量接口、 鍵盤接口、 液晶接口。 設置水位傳感器的測試壓力為10 kPa,緩沖時間為10 s,保載時間為20 s,泄漏允許量為100 Pa,標定的壓力比壓力表的壓力略大,但是氣密性檢測關(guān)注重點是保載前后的壓力差。 取10只氣密性合格和10只氣密性不合格的水位傳感器進行測試， 測試結(jié)果表明， 該水位傳感器氣密性測試儀能準確判斷是否合格， 表明了該設備的可行性。 5 結(jié)語 |
