基于STM32的水位傳感器氣密性檢測儀的設(shè)計

摘

要：在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(shè)計了一個基于STM32的水位傳感器氣密性檢測儀。該檢測儀采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(fù)性較好。關(guān)鍵詞：氣密性；水位傳感器；STM320引言I

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(yīng)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(yīng)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。如果水位傳感器存在泄漏的情況，將導(dǎo)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(shè)計了一種基于STM32的水位傳感器氣密性檢測儀，采用直壓法檢測，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(chǔ)上通過軟件編程實現(xiàn)氣密性檢測。設(shè)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(chǔ)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n、摩爾氣體常數(shù)R、溫度T之間的關(guān)系。設(shè)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P0，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1，相應(yīng)地往壓強為Patm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(shè)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(yīng)，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。3系統(tǒng)工作原理設(shè)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)。設(shè)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(shè)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(shè)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5V供電，左-右+，直流氣泵電源部分采用3V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(shè)置水位傳感器的測試壓力為10kPa，緩沖時間為10s，保載時間為20s，泄漏允許量為100Pa，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(shè)備的可行性。5結(jié)語該檢測儀用于水位傳感器的氣密性檢測，主要由STM32