一种液位变送器及其制作方法与流程

1.本发明属于变送器技术领域，具体涉及一种液位变送器及其制作方法。


背景技术：

2.硅压阻压力传感器因其灵敏度高、成本低，精度满足大部分测量需求而得到广泛应用，液位变送器就是利用硅压阻压力传感器的这些特点开发的仪表之一。在液位检测应用方面，利用硅压阻压力传感器开发的液位变送器，因灵敏度高、成本低、使用方便等优点得到了广泛应用。
3.目前市场上测量的液位变送器品种多样，可以高精度实现液位测量功能。但都为注油芯体压力传感器通过外壳装配或焊接工艺实现，压力传感器需要套上外壳，以及在外壳内配套与压力传感器相应变换电路和电缆密封圈组装成整体液位变送器，但在装配过程中需要将压力传感器放入到变换电路所在的外壳中，使得液位变送器的外壳直径过大，同时增加了装配等工艺成本；但是由于部分液位变送器的电缆密封圈的密封效果较差，导致液位变送器的检测结果存在较大误差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种液位变送器及其制作方法，以解决现有技术中的问题；
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种液位变送器，包括护帽、压力传感器、变换电路和电缆封装单元，其中：
7.所述护帽为圆柱形结构，所述护帽设置于液位变送器的一侧，与所述压力传感器相连接；
8.所述压力传感器设置于所述护帽与所述变换电路之间，所述压力传感器一端与所述护帽螺纹连接，另一端与变换电路相连接；
9.所述变换电路外侧设置有圆形金属外壳，所述变换电路在所述圆形金属外壳内通过导线与电缆封装单元内的电缆线相连接；
10.所述电缆封装单元设置于所述变送器的另一侧，与所述金属外壳固定连接。
11.进一步地，所述护帽包括护帽本体、滤网、挡圈、o形橡胶圈，其中，
12.所述护帽本体为中空的腔体结构，所述挡圈设置于所述腔体内部，所述护帽本体一端为封闭端，另一端为开口端，在所述开口端的外圆面上设置有外螺纹，在所述开口端和所述封闭端之间的护帽本体上设置有贯穿的进液孔；
13.所述滤网设置于所述腔体内，位于所述挡圈的一侧；
14.所述o形橡胶圈套设于所述外螺纹的底部。
15.进一步地，所述进液孔的数量为四个，四个所述进液孔在所述护帽本体上均匀分布，四个所述进液孔位于所述滤网和所述护帽的封闭端之间。
16.进一步地，所述压力传感器包括基座、隔离波纹膜片、传导介质、管座、压力芯片和
补偿板，其中，
17.所述基座一端为封闭端，另一端为开放端，在所述开放端和所述封闭端的中心设置有贯穿的第一通孔，在所述开放端的内部设置有中空的凸台，在所述封闭端端面上焊接有环形结构的膜片连接件；
18.所述传导介质设置于所述第一通孔内；
19.所述隔离波纹膜片固定设置于所述环形结构的膜片连接件的环形区域内，与所述基座的封闭端端面固定连接；
20.所述管座固定设置于所述中空的凸台台面上，在所述基座的中空的凸台内设置有陶瓷座，一端端面与所述陶瓷座相接触；
21.所述压力芯片固定设置于所述中空的凸台内；
22.所述补偿板设置于开放端的端口，通过引脚与所述基座固定连接。
23.进一步地，所述传导介质为硅油。
24.进一步地，所述管座的中心设置有贯通的第二通孔，在所述第二通孔上固定设置有通气管，在所述第二通孔周围均匀设置有若干引脚和介质注入孔，所述若干引脚的一端固定设置于所述管座上，另一端穿过所述补偿板与所述补偿板固定连接；所述若干引脚通过键合金丝与所述压力芯片相连接，所述介质注入孔上设置有封孔件。
25.进一步地，所述封孔件为不锈钢钢珠。
26.进一步地，所述变换电路包括变换电路外壳和设置于变换电路外壳内的变送板、绝缘套管、通气管和外套管，其中，所述变送板固定设置于所述绝缘套管内；所述通气套管的一端与管座上通气管相连接，另一端朝向电缆封装单元；所述变送板的一端通过输入导线与引脚相连接；并在所述变换电路外壳内填充有灌封胶。
27.进一步地，所述电缆封装单元包括导线密封套和橡胶护套，其中，所述橡胶护套的一端为固定端，另一端为自由端，所述橡胶护套的固定端与所述导线密封套可拆卸连接；在所述导线密封套和橡胶护套的中心分别设置有用于通气电缆线通过的同心分布的通孔，且在导线密封套和橡胶护套之间依次设置有第一橡胶圈、导线密封垫圈、第二橡胶圈和导线密封紧固件。
28.一种液位变送器的制作方法，包括：
29.s1:在压力传感器单元的管座上的粘接陶瓷座和压力芯片，并将管座上的引脚与压力芯片通过键合金丝电连接；
30.s2：在压力传感器单元管座的一侧设置基座，另一侧设置变换电路，在基座的介质注入孔中注入传导介质，并用封孔件封堵所述介质注入孔，在引脚上焊接补偿板，用导线将补偿板与变换电路外壳内的变送板电连接，并在变换电路的套管内装入绝缘套管，同时在绝缘套管内填充灌封胶；
31.s3：在变换电路的另一侧设置导线密封套和橡胶护套，导线密封套和橡胶护套之间依次设置有第一橡胶圈、导线密封垫圈、第二橡胶圈和导线密封紧固件；
32.s4：在压力传感器的另一侧设置护帽，护帽的内部装入滤网和孔用挡圈，护帽的螺纹底部装入o型橡胶圈，并将护帽螺纹连接于膜片连接件上，完成液位变送器的制作。
33.相较于现有技术，本发明的优点在于：
34.本发明的一种液位变送器包括护帽、压力传感器、变换电路和电缆封装单元，并将
护帽设置于液位变送器的一侧，使护帽与压力传感器相连接；将电缆封装单元设置于液位变送器的另一侧，将压力传感器、变换电路设置于护帽和电缆封装单元之间，使电缆封装单元与变换电路的金属外壳相连接，变换电路套管与压力传感器基座外直径相同，从而减小了液位变送器的外径；并将压力传感器单独设置为一个单元，设置于护帽和变换电路之间，使得压力传感器能够直接与护帽和变换电路的外壳相连接，从而简化了工艺和组装流程；通过电缆封装单元的结构，使得电缆线在液位变送器中的密封性能更好，使得液位变送器的检测结果更加准确。
附图说明
35.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
36.图1为本发明一种液位变送器的整体剖视结构示意图；
37.图2为本发明一种液位变送器的护帽结构示意图；
38.图3为本发明一种液位变送器的压力传感器剖面结构示意图；
39.图4为本发明一种液位变送器的管座芯片粘接结构示意图；
40.图5为本发明一种液位变送器的导线密封紧固件的结构示意图；
41.其中：11、护帽；111、进液孔；112、连接螺纹；12、滤网；13、孔用挡圈；14、o型橡胶圈；21、膜片连接件；22、隔离波纹膜片；23、传导介质；24、键合金丝；25、陶瓷座；26、基座；261、膜片焊接台；262、基座焊接台；27、管座；271、引脚；272、通气管；273、介质注入孔；274、封孔件；28、压力芯片；29、补偿板；31、变送板；311、输入引线；312、输出引线；32、绝缘套管；33、灌封胶；34、通气套管；35、套管；351、套管焊接台；41、第一橡胶圈；42、导线密封垫片；43、第二橡胶圈；44、导线密封套；441、护套卡槽；45、导线密封紧固件；46、橡胶护套；47、通气电缆线；471、芯线；472、电缆通气管。
具体实施方式
42.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
43.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
44.本发明的一种液位变送器包括护帽11、压力传感器、变换电路和电缆封装单元，其中，护帽11设置于液位变送器的一侧，并将护帽11与压力传感器相连接；将电缆封装单元设置于液位变送器的另一侧，将压力传感器、变换电路设置于护帽11和电缆封装单元之间，使电缆封装单元与变换电路的金属外壳相连接，变换电路套管与压力传感器基座外直径相同，从而减小了液位变送器的外径；并将压力传感器单独设置为一个单元，设置于护帽11和变换电路之间，使得压力传感器能够直接与护帽11和变换电路的外壳相连接，从而简化了工艺和组装流程，又通过电缆封装单元的结构，使得电缆线在液位变送器中的密封性能更好，使得液位变送器的检测结果更加准确。
45.具体地，护帽11、压力传感器、变换电路和电缆封装单元均为圆柱形结构，圆柱形结构的外圆面直径相同。
46.具体地，如图1和图2所示，护帽11包括护帽本体、滤网12、挡圈13和o型橡胶圈14；其中，护帽本体为中空的腔体结构，一端为封闭端，另一端为开口端，在开口端的外圆面上设置有螺纹，在开口端和封闭端之间的护帽11上设置有贯穿的进液孔111；挡圈13设置于腔体内部；滤网12设置于挡圈13的一侧；o形橡胶圈14套设于外螺纹面的底部；在护帽11上设置有若干贯穿的进液孔111，进液孔111位于滤网12和封闭端之间。优选地，进液孔111的数量为四个；也即，护帽11内设有滤网12，并采用挡圈13固定；护帽11设有四个对称的进液孔111，整体通过连接螺纹112与硅压阻压力传感器前端的膜片连接件21相连；其作用主要用于保护压力传感器隔离波纹膜片22，并起到隔离杂质、导通液体的作用；护帽11按照测量液体性质的不同，优选尼龙等注塑件，同时根据需要，可选包括但不限于304不锈钢、316l不锈钢、钛合金等金属材料材质制作而成的护帽。
47.具体地，如图1和图3所示，压力传感器包括膜片连接件21、隔离波纹膜片22、传导介质23、键合金丝24、陶瓷座25、基座26、管座27、压力芯片28和补偿板29，其中，基座26一端为封闭端，另一端为开放端，在开放端和封闭端的中心设置有贯穿的第一通孔，在开放端的内部设置有中空的凸台，在封闭端端面上焊接有环形的膜片连接件21；传导介质23设置于第一通孔内；隔离波纹片22固定设置于环形结构的膜片连接件21的环形区域内，与基座26的封闭端端面固定连接；管座27固定设置于中空的凸台台面上，在基座26的中空的凸台内设置有陶瓷座25，一端端面与陶瓷座25相接触；压力芯片28固定设置于中空的凸台内；补偿板29设置于开放端的端口，通过盖板与基座26固定连接。优选地，压力传感器为隔离注油硅压阻压力传感器。优选地，管座27为to管座。如此设置，实现将液位高度产生的压力转换为线性输出的电压信号，实现压力电信号转换功能。其后部电气部分通过引脚271与变送板31相连，管座27上的通气管272与通气套管34相连，外壳通过焊接台262与变换电路3的外壳相连。具体地，管座27的中心设置有贯通的第二通孔，在第二通孔上固定设置有通气管272，在第二通孔周围均匀设置有若干引脚271和介质注入孔273，若干引脚271的一端固定设置于管座上，另一端穿过补偿板29与补偿板29固定连接；若干引脚271通过键合金丝24与压力芯片28相连接，介质注入孔273上设置有封孔件274。
48.优选地，封孔件274为不锈钢钢珠。
49.具体地，基座26的左侧设置有膜片焊接台261，右侧设置有基座焊接台262，膜片焊接台261与膜片连接件21相焊接连接，基座焊接台262与套管35相焊接。
50.具体地，套管35的右侧设置有套管焊接台351，套管焊接台351与导线密封套44相焊接连接。
51.优选地，传导介质23为硅油等油类液体。
52.具体地，如图1和图4所示，变换电路由包括变送板31、绝缘套管32、灌封胶33、通气套管34和套管35；其中，变换电路包括变换电路外壳和设置于变换电路外壳内的变送板31、绝缘套管32、通气套管34和套管35，其中，变送板31固定设置于绝缘套管32内；通气管道34的一端与通气管272相连接，另一端朝向电缆封装单元；变送板31的一端通过输入导线与引脚271相连接；并在变换电路外壳内填充有灌封胶33。其中，变送板31的作用是为压力传感器供电，并将压力传感器输出的电压信号转换为标准信号；在实际应用中，按照需求的不
同，变送板31输出标准信号包括但不限于4ma～20ma、0～5v、rs485和i2c等；套管35内部设有绝缘套管32，增强变送板31绝缘性，防止变送板31与外壳短路；并在套管35内设有通气套管34，保证压力参考腔与大气相通；变送板31与绝缘套管32之间填充有灌封胶33，增强变送板31和压力传感器的密封性，防止变送板31受水汽影响。
53.具体地，参考腔指通气套管34内的压力参考基准，通气套管34内的气体要与外界大气相通，本优选实施中所指为表压的情况；如果是绝压则不需要通气。
54.具体地，如图1所示，电缆封装单元的一端为固定端，另一端为自由端，所述固定端和所述自由端之间设置有贯穿的通孔，所述通孔内固定设置有通气电缆线47，通气电缆线47通过输出导线和芯线471与变送板31相连接，固定端与变换电路外壳相固定连接；电缆封装单元包括导线密封套44和橡胶护套46，其中，导线密封套44和橡胶护套46可拆卸连接，在固定端和自由端的内部依次设置有第一橡胶圈41、导线密封垫圈42、第二橡胶圈43和导线密封紧固件45。具体地，电缆封装单元的作用是密封固定通气电缆47，防止液体进入变送器内部，保证电气导通。内部通气电缆47的导线471与线路板31输出端312相连接，外部导线密封套44与套管35后部台阶301焊接。外部导线密封套44后部设有卡槽441，橡胶护套46卡进卡槽441防止通气电缆47过渡弯折，并形成美观流线体。
55.具体地，导线密封套44的右侧设置有护套卡槽441，护套卡槽441为在导线密封套44内设置环槽。
56.具体地，导线密封紧固件45的结构如图5所示，包括上圆柱和下圆柱构成的阶梯轴结构，其中在下圆柱的外圆面上设置有外螺纹，在上圆面的顶部两个对称的侧面设置有水平方向的平台，并在上圆柱和下圆柱的中心方向设置有同心等大的通孔；通过旋紧压迫橡胶圈，使橡胶圈变形，从而达到密封目的。
57.一种液位变送器的制作方法，包括：
58.s1:在压力传感器单元的管座上的粘接陶瓷座25和压力芯片28，并将管座27上的引脚271与压力芯片28通过键合金丝24电连接；
59.s2：在压力传感器单元管座的一侧设置基座26，另一侧设置变换电路，在基座26的介质注入孔273中注入传导介质23，并用封孔件274封堵所述介质注入孔273，在引脚271上焊接补偿板29，用导线将补偿板29与变换电路外壳内的变送板31电连接，并在变换电路的套管35内装入绝缘套管32，同时在绝缘套管32内填充灌封胶33；
60.s3：在变换电路的另一侧设置导线密封套44和橡胶护套46，导线密封套44和橡胶护套46之间依次设置有第一橡胶圈41、导线密封垫圈42、第二橡胶圈43和导线密封紧固件45；
61.s4：在压力传感器的另一侧设置护帽11，护帽11的内部装入滤网12和孔用挡圈13，护帽11的螺纹底部装入o型橡胶圈14，并将护帽11螺纹连接于膜片连接件21上，完成液位变送器的制作。
62.具体地，本发明的一种液位变送器的制作方法，包括隔离注油硅压阻压力传感器2和安装在其前的护帽11、焊接在其后的变换电路件3以及焊接在变换电路件3后的电缆封装件4四部分组成。按照其一种生产流程详述实施过程，包括如下步骤：
63.(1)、隔离注油硅压阻压力传感器2的实施方法第一步完成压力芯片28组装，将压力芯片28粘接在管座27上，然后粘接保护压力芯片28的陶瓷座25，粘接固化后键合完成压
力芯片焊盘与引脚271的电气连接；第二步完成管座与金属基座封接，第一步实施完成的管座27与基座26采用异型封接技术封接；第三步完成膜片焊接，将第二步完成的基座26前部依次放置隔离波纹膜片22、膜片连接件21，并通过模具对准，采用激光完成焊接；第四步完成真空注油，将硅压力传感器组装件在高真空环境灌注压力传导油，油品可根据不同需要，包括但不限于硅油、氟油等，并采用钢珠或顶针274与注油孔273点焊完成注油孔封接；第五步完成注油压力传感器温度补偿，并将补偿板29装配于基座26的台阶内，引线271与补偿板29锡焊固定。其中，隔离注油硅压阻压力传感器2的作用是将液位高度产生的压力转换为线性输出的电压信号，实现压力电信号转换功能。基座26、膜片22、膜片连接件21均采用圆形对称无差别设计结构，无需定位，装配效率高，生产成本低。
64.(2)、变换电路件3的实施步骤为：首先将管座27上的引线271与变送板31上的输入引线311相连，留出输出引线312；在通气管272上套接通气套管34，接着在套管35内内衬绝缘套管32，将套管35与基座26在262台阶处对接并采用激光或氩弧焊焊接；焊接完成的传感器变送器组件竖直放置，注入灌封胶33，灌胶后仅留出输出线312和通气套管34，如此设置，使得外界大气通过通气管272与压力传感器相通。
65.(3)、电缆封装件4实施步骤为：按需求长度截取通气电缆47，并按需求长度剥离外皮，预留内芯线471和电缆通气管472。将通气电缆47装入导线密封套44，并依次装入橡胶圈41、导线密封垫片42、橡胶圈43，并装入导线密封紧固件45，采用扳手拧紧。然后装入橡胶护套46，卡入卡槽441，完成电缆封装件4的装配。其中，本工序的作用是完成通气电缆的固定、密封，使得防护等级达到ip68防护等级；且双密封圈中间夹导线密封垫片压紧结构，能长期防止液体渗漏，保证了密封的可靠性。
66.(4)、通气电缆47的芯线471与变送板31的输出线312对接；并将电缆封装件4与变换电路件在301处焊接。变换电路件后部留有空余腔体，利于对接引线的放置和表压传感器通气管在该腔体形成导通，此处的通气套管34和电缆通气管472也可以直接对接，达到互通的目的。
67.(5)、对变送器完成加压调试、测试。
68.(6)、护帽11中装入滤网12，并装入挡圈卡紧；在护帽11螺纹上套入o型橡胶圈14,防止护帽11松动，然后旋入膜片连接件21，完成本发明一种液位变送器的制作。
69.本发明的一种液位变送器及其制作方法，通过一体化的隔离注油硅压阻压力传感器，采用基座26和可伐合金管座27封接结构，可伐合金管座27粘接压力芯片28、陶瓷座25，并完成键合连线；基座26中心设有导压孔，前部设有隔离波纹膜片22，通过可伐合金管座27上的介质注入孔273完成真空传导介质灌注，通过补偿形成硅压力传感器。压力传感器前部设有护帽11，护帽上设有进液孔111，内部设有滤网12及挡圈13；压力传感器后部设有变送板31、绝缘套管32、灌封胶33和通气套管34，且通气套管34的前端套设于压力传感器后端的通气管272上；变换电路后部设有通气电缆密封件，通气电缆线47采用双橡胶圈中间夹导线密封垫片，并采用导线密封紧固件压紧45进行紧固，且导线密封紧固件45后部设有橡胶护套46，实现液位变送器一体化设计，简化了硅压阻压力传感器和变送器的生产流程，降低了工艺成本，减小了外径。
70.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所
有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
71.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。