CN103196620A - 一种电感式差压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电感式差压传感器，包括传感器外壳、安装在外壳内的检测电路和传感器本体,传感器本体由两个对接连接的壳体组成，两个壳体的对接面上对称设有安装槽和与安装槽连通的进气通道，每个安装槽内固定连接一组线圈磁芯组件，线圈磁芯组件的引出端与检测电路电连接，两个壳体对接面之间设有弹性金属膜片，在弹性金属膜片的两侧面与两个壳体的对接面之间，对称设有密封隔离所述安装槽和所述进气通道的密封圈，所述线圈磁芯组件通电后通过所述弹性金属膜片构成闭合的磁回路,并与所述弹性金属膜片之间有气隙。本发明灵敏度高、体积小、耐高压、量程小，适合应用在量程小、精度高、耐压高的高精度气密检测仪上。

Description

一种电感式差压传感器

技术领域

本发明涉及一种压力检测技术领域，特别涉及一种电感式差压传感器。

背景技术

目前，由铁芯和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的磁通量变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是：无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好等。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量如压力、厚度、液位和转矩等的测量。目前，常用电感式压力传感器多为螺旋管式电感传感器和变气隙式电感传感器。螺旋管式电感传感器主要由一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯组成，传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯受压产生的位移量有关，从而计算出压力值的大小和方向，螺旋管式压力电感传感器具有装配制造简单以及测量的范围宽的特点，但其灵敏度较低，不适于精密测量；变气隙式电感传感器，相对灵敏度高，其由线圈、铁芯和衔铁三部分组成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连，当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁受压产生的位移量的大小和方向。目前常见的测量气压的变气隙式电感压力传感器由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起，当一定压强的气体进入膜盒时，膜盒的顶端在空气压强P的作用下产生与空气压强P大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，上述的变气隙式电感压力传感器，其灵敏度较高，但灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，不适于测量高压的气体，同时因为量程比较大，导致测量时的最大误差会增大数百甚至上千倍，并且传感器本体因设置膜盒体积比较大，不适合应用在测量精度高、耐压高的高精度气密检测设备上。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种灵敏度高、体积小、能检测高压气体且量程小的一种电感式差压传感器。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种电感式差压传感器，包括传感器外壳、安装在外壳内的检测电路和传感器本体,所述传感器本体由两个对接连接的壳体组成，所述的两个壳体的对接面上对称设有安装槽和与安装槽连通的进气通道，每个所述安装槽内固定连接一组线圈磁芯组件，所述线圈磁芯组件的引出端与所述检测电路电连接，所述的两个壳体的对接面之间设有弹性金属膜片，在所述弹性金属膜片的两侧面与所述的两个壳体的对接面之间，对称设有密封隔离所述安装槽和所述进气通道的密封圈，所述线圈磁芯组件通电后通过所述弹性金属膜片构成闭合的磁回路,并与所述弹性金属膜片之间有气隙。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述线圈磁芯组件,包括E形磁芯。

所述线圈磁芯组件的磁芯为坡莫合金磁芯。

所述线圈磁芯组件通过粘结剂或螺钉固定连接在所述安装槽内。

所述气隙厚度为0.10mm-0.40mm。

所述密封圈为O型圈。

本发明具有的优点和积极效果是：采用差压式检测法，两个进气通道分别通入检测气体和标准参考气体，弹性金属膜片感应的是被测压力和标准压力之间的压力差，金属膜片和两个对接壳体之间形成气体容腔，减少了膜盒，使得传感器结构简单、体积小，外形尺寸可为55㎜×36㎜×70㎜；而且作用在弹性金属膜片的检测压力被参考标准压力所抵消，气隙变化小，其灵敏度高，可达0.8×10-5ml/Pa；可检测较高压力的气体，解决了从负压、微压、低压、中压各个级别的高精度、高稳定性的密封性检测问题，同时因总量程的大幅降低，从而提高绝对分辨率及测量精度，其分辨率高，可达1Pa，且检测压力范围大，其耐压高，单侧最高耐压可达5MPa；本发明适合应用在量程小、精度高、耐压高的高精度气密检测仪上，同时本发明结构紧凑、体积小，且制造成本低，可广泛应用于汽车、医疗、燃气、化工、国防、军工等领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的线圈磁芯组件结构及工作原理图。

图中：1、外壳； 2、检测电路； 3、壳体； 4、线圈磁芯组件； 5、弹性金属膜片；6、密封圈； 7、进气通道； 8、磁芯； 9、线圈。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1，一种电感式差压传感器，包括传感器外壳1、安装在外壳内的检测电路2和传感器本体,所述传感器本体由两个对接连接的壳体3组成，所述的两个壳体3的对接面上对称设有安装槽和与安装槽连通的进气通道7，每个所述安装槽内固定连接一组线圈磁芯组件4，所述线圈磁芯组件4的引出端与所述检测电路2电连接，所述的两个壳体3对接面之间设有弹性金属膜片5，在所述弹性金属膜片5的两侧面与所述的两个壳体3的对接面之间，对称设有密封隔离所述安装槽和所述进气通道7的密封圈6，所述线圈磁芯组件4通电后通过所述弹性金属膜片5构成闭合的磁回路,并与所述弹性金属膜片5之间有气隙。

两个对接的壳体3夹住中间的弹性金属膜片5，用螺丝连接紧固。用螺丝将传感器本体、外壳以及检测电路的电路板连接在一起，所述线圈磁芯组件4的引出端引出时作密封处理，使安装槽保持密封。

其中：所述线圈磁芯组件可使用包括E形磁芯等形式的磁芯，磁芯可选用坡莫合金磁芯，所述线圈磁芯组件可通过粘结剂或螺钉固定连接在所述安装槽内。

所述线圈磁芯组件与所述弹性金属膜片之间的气隙厚度可为0.10mm-0.40mm，优选0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm、0.35mm。

所述密封圈6可为O型圈。

本发明的工作原理：

请参考图2，本传感器的类型属于电感式传感器,即利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈电感值的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器，弹性金属膜片5的两侧带磁芯8的线圈9组成差压变换器,当电感线圈9通电产生磁场,并通过弹性金属膜片5构成闭合的磁回路,磁芯8与弹性金属膜片5之间有0.1毫米-0.5毫米气隙,在无压力差时,弹性金属膜片5处于中间位置,两端电感相等,存在压力差时，弹性金属膜片5一面受压,弹性金属膜片5发生变形,凸起一边距离磁芯的气隙减小,凹心一端距离磁芯的气隙增加,构成电感的差值变化,然后通过电桥变成交流电压输出变化,这个变化量是与被测压力差成对应关系。

根据电感量的计算公式：

$L=\frac{N^{2}S{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\δ}}$

其中：L为线圈电感，N为线圈匝数，S为磁通截面积，μ₀为导磁体的磁导率，δ为气隙厚度。

当电感线圈、铁芯的材料和结构确定后，匝数N、截面积S与磁导率μ₀就可以确定了，则线圈电感值L为气隙厚度δ的单值函数。

本发明的工作流程：

将一定频率的交流电压施加到传感器的线圈中，根据电磁感应定律，使两个本体中的线圈会产生等值电感；

分别向两个进气通道7各充入一定压强的检测气体和标准参考气体，因为气体瞬间会充满金属膜片5和壳体3之间形成的容腔，此时弹性金属膜片5在中间位置，弹性金属膜片5保持平衡；

当检测气体的压强降低（充气管路存在泄漏）时，弹性金属膜片5两边的压力会失去平衡，充入检测气体的容腔的气体压力要小于充入标准参考气体的容腔的气体压力，在此压力差的作用下，弹性金属膜片5会向压力降低的一侧凹进，使得弹性金属膜片5与铁芯8间的气隙厚度δ发生改变；

因为电感是气隙厚度的单值函数，气隙厚度与两侧容腔的压力降成正比，所以电感与压力降也是成正比的关系，这就保证了电感与压力降之间的线性度；

因为电感L与气隙厚度δ是反比例函数关系，δ变化很小，L值很大，δ是由压力降引起的，即压力降有很小的变化时，电感值变化很大，再经过检测电路2的放大和转换，可以准确测出检测气体和标准参考气体的压差。

Claims (6)

1.一种电感式差压传感器，其特征在于，包括传感器外壳、安装在外壳内的检测电路和传感器本体,所述传感器本体由两个对接连接的壳体组成，所述的两个壳体的对接面上对称设有安装槽和与安装槽连通的进气通道，每个所述安装槽内固定连接一组线圈磁芯组件，所述线圈磁芯组件的引出端与所述检测电路电连接，所述的两个壳体的对接面之间设有弹性金属膜片，在所述弹性金属膜片的两侧面与所述的两个壳体的对接面之间，对称设有密封隔离所述安装槽和所述进气通道的密封圈，所述线圈磁芯组件通电后通过所述弹性金属膜片构成闭合的磁回路,并与所述弹性金属膜片之间有气隙。

2.根据权利要求1所述的电感式差压传感器，其特征在于，所述线圈磁芯组件,包括E形磁芯。

3.根据权利要求1所述的电感式差压传感器，其特征在于，所述线圈磁芯组件的磁芯为坡莫合金磁芯。

4.根据权利要求1所述的电感式差压传感器，其特征在于，所述线圈磁芯组件通过粘结剂或螺钉固定连接在所述安装槽内。

5.根据权利要求1所述的电感式差压传感器，其特征在于，所述气隙厚度为0.10mm-0.40mm。

6.根据权利要求1至5任一所述的电感式差压传感器，其特征在于，所述密封圈为O型圈。

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