防护等级(IP 代码)是衡量传感器抵御粉尘、液体和异物侵入能力的重要指标,直接影响其在恶劣环境中的可靠性。例如,IP67 表示完全防尘且可在 1 米深水中浸泡 30 分钟不进水,而 IP69K 则能承受高温高压水射流(80℃、80MPa)冲洗。
粉尘和颗粒物侵入可能导致弹性体表面磨损或应变片短路。在矿山、水泥生产线等多尘环境中,未做防护的传感器可能因粉尘堆积(尤其是缝隙处)导致零点漂移,甚至堵塞机械活动部件。液体侵入的危害更甚:水会导致金属弹性体锈蚀(如铁基材料在湿度 > 60% 环境中每天锈蚀速率 0.1-0.5μm),电解液可能造成应变片桥路短路,影响信号输出。化学腐蚀性气体(如 SO₂、Cl₂)则会加速材料表面氧化,降低弹性性能。
不同行业对防护等级的需求差异悬殊。食品加工行业要求传感器具备 IP69K 防护,以便在 CIP/SIP(原位清洗 / 灭菌)过程中承受 80℃高压水冲洗(压力 8-10MPa),同时材料需符合 FDA 认证(如 316L 不锈钢 + 食品级涂层)。海洋工程中的传感器需达到 IP68(水下 30 米长期浸泡),并采用阴极保护技术(如锌合金牺牲阳极),减缓海水腐蚀(年均腐蚀速率 < 50μm)。而普通工业场景(如机床称重)通常只需 IP65 防护,即可抵御喷水和中等粉尘环境。
防护设计需从结构和材料两方面入手。结构上,采用双 O 型圈密封(压缩率 15%-20%)、焊接密封(如激光焊接)或灌封工艺(环氧树脂填充),可有效阻止异物侵入。材料方面,外壳选用耐腐蚀的压铸铝(表面阳极氧化处理,膜厚 15-25μm)或不锈钢(表面电解抛光,粗糙度 Ra≤0.8μm),接线端子采用镀金触点(厚度≥3μm)以降低接触电阻变化。
值得注意的是,高防护等级可能影响传感器的散热性能。例如,IP68 传感器的外壳热阻比非密封型高 50%,导致内部温升增加(满功率运行时温差可达 15℃),需通过导热硅胶(热导率 > 2W/(m・K))或金属散热鳍片优化热传递路径。