防護(hù)等級(jí)(IP 代碼)是衡量傳感器抵御粉塵、液體和異物侵入能力的重要指標(biāo),直接影響其在惡劣環(huán)境中的可靠性。例如,IP67 表示完全防塵且可在 1 米深水中浸泡 30 分鐘不進(jìn)水,而 IP69K 則能承受高溫高壓水射流(80℃、80MPa)沖洗。
粉塵和顆粒物侵入可能導(dǎo)致彈性體表面磨損或應(yīng)變片短路。在礦山、水泥生產(chǎn)線等多塵環(huán)境中,未做防護(hù)的傳感器可能因粉塵堆積(尤其是縫隙處)導(dǎo)致零點(diǎn)漂移,甚至堵塞機(jī)械活動(dòng)部件。液體侵入的危害更甚:水會(huì)導(dǎo)致金屬?gòu)椥泽w銹蝕(如鐵基材料在濕度 > 60% 環(huán)境中每天銹蝕速率 0.1-0.5μm),電解液可能造成應(yīng)變片橋路短路,影響信號(hào)輸出?;瘜W(xué)腐蝕性氣體(如 SO?、Cl?)則會(huì)加速材料表面氧化,降低彈性性能。
不同行業(yè)對(duì)防護(hù)等級(jí)的需求差異懸殊。食品加工行業(yè)要求傳感器具備 IP69K 防護(hù),以便在 CIP/SIP(原位清洗 / 滅菌)過(guò)程中承受 80℃高壓水沖洗(壓力 8-10MPa),同時(shí)材料需符合 FDA 認(rèn)證(如 316L 不銹鋼 + 食品級(jí)涂層)。海洋工程中的傳感器需達(dá)到 IP68(水下 30 米長(zhǎng)期浸泡),并采用陰極保護(hù)技術(shù)(如鋅合金犧牲陽(yáng)極),減緩海水腐蝕(年均腐蝕速率 < 50μm)。而普通工業(yè)場(chǎng)景(如機(jī)床稱重)通常只需 IP65 防護(hù),即可抵御噴水和中等粉塵環(huán)境。
防護(hù)設(shè)計(jì)需從結(jié)構(gòu)和材料兩方面入手。結(jié)構(gòu)上,采用雙 O 型圈密封(壓縮率 15%-20%)、焊接密封(如激光焊接)或灌封工藝(環(huán)氧樹(shù)脂填充),可有效阻止異物侵入。材料方面,外殼選用耐腐蝕的壓鑄鋁(表面陽(yáng)極氧化處理,膜厚 15-25μm)或不銹鋼(表面電解拋光,粗糙度 Ra≤0.8μm),接線端子采用鍍金觸點(diǎn)(厚度≥3μm)以降低接觸電阻變化。
值得注意的是,高防護(hù)等級(jí)可能影響傳感器的散熱性能。例如,IP68 傳感器的外殼熱阻比非密封型高 50%,導(dǎo)致內(nèi)部溫升增加(滿功率運(yùn)行時(shí)溫差可達(dá) 15℃),需通過(guò)導(dǎo)熱硅膠(熱導(dǎo)率 > 2W/(m?K))或金屬散熱鰭片優(yōu)化熱傳遞路徑。