CN100478644C

CN100478644C - 高温涡流传感器

Info

Publication number: CN100478644C
Application number: CNB2005100415392A
Authority: CN
Inventors: 徐龙祥
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: CN1731079A

Abstract

一种高温涡流传感器，属非接触式检测位移的涡流传感器。对传感器的测量线圈预先施加涡流效应，利用该涡流效应对涡流传感器进行温度补偿。主要包括传感器测量线圈(1)、陶瓷骨架(4)、金属外套(3)、控制预加涡流大小的窄槽(2)、与二次仪表相联的联接线(5)。采用涡流效应对涡流传感器进行温度补偿，有很好的温度稳定性。如果采用差动测量方式测量，从室温22℃到550℃，传感器的输出温漂可以控制在90～500mV之间(传感器的灵敏度为10mV/μm，相当于9～35μm的测量误差)，传感器灵敏度的变化只有8%。在航空航天、能源交通等领域具有广阔的应用前景。

Description

高温涡流传感器

一、技术领域

本发明属于一种能够在650℃以下工作的非接触式检测位移的涡流传感器。

二、背景技术

涡流传感器广泛用于非接触式的位移检测，一般最高工作温度极限为220℃。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在650℃以下高温环境下工作的涡流传感器，用于非接触式的位移测量、转速测量等领域。

实现本发明的目的是采用涡流效应对涡流传感器进行温度补偿，涡流效应能够用于温度补偿的基本原理如下：

当涡流传感器测量金属物体的位移时，涡流传感器测量线圈的等效电阻为：

R_{e} = R_{6} + 4 π^{2} f^{2} μ^{2} R_{m} / (R_{m}^{2} + 4 π^{2} f^{2} L_{m}^{2}) - - - (1)

其中R_m、L_m是被测物体的电阻与电感，f是谐振电路的载波频率，μ是被测物体与传感器测量线圈之间的互感系数，R_c是传感器测量线圈的电阻，R_e是传感器测量线圈的等效电阻。式(1)表明传感器测量线圈的等效电阻由两部分组成，一部分是线圈本身的电阻R_c，它随温度的升高而增大，这正是涡流传感器的输出和灵敏度产生温飘的主要原因；第2部分是由涡流效应产生的电阻，受温度的影响不大。如果由涡流效应产生的电阻远远大于线圈本身的电阻R_c，那么R_c随温度的变化对等效电阻的影响很小，从而能够减小传感器的输出和灵敏度随温度的变化，因此实现了温度补偿。

根据上述基本原理而研制的高温涡流传感器，包括涡流传感器的测量线圈绕制在陶瓷骨架上，陶瓷骨架安装在金属外套的内孔中，传感器的测量线圈通过置于陶瓷骨架中间内孔的联接线与二次仪表相联。

由于本发明采用涡流效应对涡流传感器进行温度补偿，以差动方式测量，从室温22℃到高温550℃，传感器的输出温漂可以控制在90～350mV之间(传感器的灵敏度为10mV/μm，相当于9～35μm的测量误差)，传感器灵敏度的变化只有8％。

四、附图说明

图1为本发明的高温涡流传感器剖面图。

图2为传统涡流传感器的晶振示意图。

图3为传统涡流传感器线圈的交流输出示意图。

图4为本发明的高温涡流传感器左端不对齐的示意图。

图5为本发明的传感器骨架与金属外套的联接剖面图；

图6为本发明的传感器骨架与传感器安装支架的联接剖面图。

图中：1传感器的测量线圈，2窄槽，3金属外套，4传感器陶瓷骨架，5传感器测量线圈与二次仪表相联的联接线，6压紧螺钉，7传感器安装支架，8定位销。

三、具体实施方式

根据上述附图叙述本发明的组成和工作原理及其联接方式。

如图1所示，将涡流传感器的测量线圈1绕制在陶瓷骨架4上，然后把陶瓷骨架4装配到金属外套3的内孔中，金属外套3与陶瓷骨架4的左端面平齐，这样既可以保护陶瓷骨架4，又可以对传感器的测量线圈1预先施加涡流效应，起温度补偿的作用。一般来说，如果金属外套3的内孔太小的话，往往导致金属外套3消耗了测量线圈1的大部分能量，无法实现位移测量。为了达到金属外套3的内孔尺寸不至于太大而又不会消耗测量线圈1的大部分能量的目的，可以在金属外套3接近测量线圈1的地方沿轴线方向加工1～6条宽度宽度为0.1～0.8mm的窄槽2(窄槽2的深度一般为2～10mm)，在具体应用中，窄槽2的深度和数目用试验的方法按照下面推荐的补偿度x来确定。

图2是普通涡流传感器的晶振电路，R_c和L_c分别是测量线圈的电阻和电感；V是线圈两端的输出电压，一般是如图3所示的正弦函数。为了确定施加多少涡流效应比较合适，定义补偿度x的概念如下：

x = \frac{V_{0} - V_{e}}{V_{0}} \times 100 % - - - (2)

其中V₀、V_e分别是未施加涡流效应和施加了涡流效应后电压V的幅值，一般来说，施加涡流效应后电压幅值V减小。不同的使用温度需要的补偿度也是不同的，大量的试验表明：x＝30~35％对550℃~650℃的高温环境比较合适，x＝25~30％对350℃~550℃的高温环境比较合适，x＝15~20％对350℃以下的高温环境比较合适。通过试验的办法，能够确定任意温度下最佳的补偿度x。

为了达到金属外套3的内孔尺寸不至于太大而又不会消耗测量线圈1的大部分能量的目的，除了可以采用如图1在金属外套3接近测量线圈1的地方沿轴线方向加工1～6条宽度宽度为0.1～0.8mm的窄槽2的方法外，还可以采用如图4所示的方法，将传感器陶瓷骨架4和金属外套3的左端面不要对齐，这两个零件左端面之间的距离可以根据上面推荐的补偿度x来确定。

其次，本发明的传感器陶瓷骨架4与金属外套3的联接方法可用图1所示的螺纹联接方法，为了联接牢固，建议在螺纹表面涂一层高温胶；也可用图5所示的方法，陶瓷骨架4与金属外套3采用间隙配合，在金属外套3的右端用一个金属螺钉6压紧陶瓷骨架4；如果是测量轴的径向位移，也可用图6所示的方法，将传感器的陶瓷骨架4直接与传感器的安装支架7联接，安装支架7一方面起到固定传感器陶瓷骨架4的作用，更重要的是利用安装支架7的安装孔对传感器测量线圈1施加涡流效应，为了保证陶瓷骨架4与安装支架7联接牢固，除了上面提到的方法外，还可以用图6所示的方法，用2个定位销8将陶瓷骨架4固定在安装支架7上，图6共安装了4个传感器，可以测量两个方向的位移，共需要8个定位销固定4个传感器骨架。

测量线圈的导体材料建议采用纯银、纯金、或金和银的合金，绝缘材料可用高绝缘温陶瓷，也可在导体的外表面包一层很薄的耐高温绝缘材料如玻璃丝、云母布等。

测量线圈1与二次仪表的联接采用了两种方法，一种方法是将测量线圈1和比较粗的耐高温的绝缘导线5焊接在一起与二次仪表相联，另一种方法是直接将绝缘导线1组成联接线5与二次测量仪表相连以实现高温环境下的位移测量。

Claims

1.一种高温涡流传感器，包括涡流传感器的测量线图(1)、金属外套(3)、陶瓷骨架(4)、联接线(5)，其中涡流传感器的测量线圈(1)绕制在陶瓷骨架(4)上，陶瓷骨架(4)安装在金属外套(3)的内孔中，传感器的测量线圈(1)通过置于陶瓷骨架(4)中间内孔的联接线(5)与二次仪表相联，其特征在于：当传感器陶瓷骨架(4)和金属外套(3)的左端面对齐时，在金属外套(3)接近测量线圈(1)的地方沿轴线方向加工1～6条宽度为0.1～0.8mm、深度为2～10mm的窄槽(2)，窄槽(2)的数目和深度用试验的方法根据补偿度

x = \frac{V_{0} - V_{e}}{V_{0}} \times 100 %

来确定；

当将传感器陶瓷骨架(4)和金属外套(3)的左端面不对齐时，这两个零件左端面之间的距离根据补偿度

x = \frac{V_{0} - V_{e}}{V_{0}} \times 100 %

来确定，

上述公式中的V₀是未施加涡流效应时的电压幅值，Ve是施加涡流效应后的电压幅值。