CN103900617A

CN103900617A - 一种电涡流传感器探头的制造方法

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Publication number: CN103900617A
Application number: CN201410147727.2A
Authority: CN
Inventors: 徐健; 沈慧
Original assignee: SHANGHAI RUISHI INSTRUMENT ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI RUISHI INSTRUMENT ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-04-14
Also published as: CN103900617B

Abstract

一种电涡流传感器探头的制造方法，属于测量元器件领域。其在不锈钢壳体内壁设置内螺纹结构，在其头部设置注塑锁紧孔结构；采用压接连接工艺将探头线圈引线与信号传输电缆分别对应连接和定位；将探头线圈及信号传输电缆线放进注塑机，进行第一次注塑包裹，形成带有外螺纹的探头头部体；将制成的探头头部体旋进不锈钢壳体内，进行第二次全密封注塑，形成探头成品；通过两次全密封注塑，在探头头部体外部形成与不锈钢壳体头部注塑锁紧孔相对应的锁紧钉，使得探头头部体与不锈钢壳体紧密锁紧连接成一体，实现探头线圈固定定位不发生移动、松动，探头成品膨胀系数的一致性好，确保电涡流传感器在长时间工作状态下测量信号的稳定性、可靠性和安全性。

Description

一种电涡流传感器探头的制造方法

技术领域

本发明属于测量元器件领域，尤其涉及一种电涡流传感器探头的制造工艺及其结构。

背景技术

电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的电传感器。

电涡流式传感器可以实现非接触地测量物体表面为金属导体的多种物理量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数，这种传感器也可用于无损探伤。

电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干扰能力强，特别是有非接触测量的优点，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及预维修，在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

现有的传统电涡流传感器探头结构通常由探头线圈、骨架体、保护罩、不锈钢壳体以及信号传输电缆线组成，其组装采用如图2a～图2c所示的制作工艺制成：

a）探头线圈的定位：采用502胶水层12将探头线圈10平行粘合在骨架体11（由塑料环氧棒料加工而成）的端面上；

b）信号线的连接：用加热熔融的焊锡15将探头线圈两端的引线13与信号传输电缆线14分别对应焊接连接；

c）加装探头保护罩：将线圈和骨架体（已粘合形成一体）放进保护罩16内，保护罩系用PPS材料（聚苯硫酶）通过模具加工成型（U型体）；

d）固化填充定型：向保护罩内灌入环氧胶17，使线圈、骨架体与保护罩内壁通过灌注的环氧胶粘接形成一体；

e）制成探头成品：将已形成的探头头部体塞进不锈钢壳体18中，再向不锈钢壳体内灌入环氧胶19粘合固定，烘干后即可制得电涡流传感器探头成品。

在实际使用和维修过程中发现，采用上述结构的电涡流传感器探头存在以下的不足之处：

1、由于探头中的关键部位——线圈端面与骨架体端面之间，是采用502胶水粘合固定的（在制造时为保证两者之间能平行粘合，不能使用浓度较高的胶），故当探头长时间在温度变化及振动的环境中使用时，起到保持粘合/定位作用的胶水容易失效，导致线圈易发生移位、松动，造成线圈端面与被测部件端面之间位置发生变化，进而导致探头工作不稳定、测量信号变得失真和不可靠；

2、由于探头线圈两端的引线与信号传输电缆线的连接是采用电烙铁加热焊锡丝进行焊接的，这种连接方法当探头长时间处在温度变化的环境中使用时，焊接点处易发生氧化而脱焊，造成探头损坏；

3、探头头部体中的线圈、骨架体、保护罩以及用于固化的环氧胶属于四种材料，其耐热特性完全不一样（热膨胀系数不同），线圈与骨架体装入保护罩内后，保护罩内壁与线圈及骨架体外圆之间仅有0.2mm的间隙，能渗入的环氧胶很少，当探头长时间在温度变化及振动的环境中使用时，保护罩四周内壁会与薄薄粘合的环氧胶分离开，导致线圈发生移位、松动，造成探头工作不稳定或不可靠；

4、由于不锈钢壳体内壁及前端与线圈粘合的骨架体之间无任何锁紧固定结构，仅通过环氧胶将它们填充固定，长时间在温度、油污及振动的环境中使用时，不锈钢壳体内壁会与环氧胶分离开，导致探头头部体发生移位、松动，同样会造成探头工作不稳定、不可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电涡流传感器探头的制造方法，其在探头头部体外表及其不锈钢壳体内壁设置锁紧结构，采用二次注塑工艺，注塑探头成品的膨胀系数和耐热特性的一致性得到保证，实现了电涡流传感器长时间工作的稳定性、可靠性和安全性。

本发明的技术方案是：提供一种电涡流传感器探头的制造方法，包括将探头线圈、信号传输电缆线以及不锈钢壳体固结为一体，其特征是：

1）在所述不锈钢壳体的内壁设置内螺纹结构，在不锈钢壳体的头部设置至少一个贯穿的注塑锁紧孔结构；

2）将探头线圈的两根引线与信号传输电缆的两根引线采用压接连接工艺分别对应连接和定位；

3）将压接定位的探头线圈及信号传输电缆线放进注塑机，进行第一次注塑包裹，形成带有外螺纹的探头头部体，其所述的外螺纹结构与在所述不锈钢壳体内壁的内螺纹结构相匹配；

4）借助所述不锈钢壳体内壁的内螺纹结构和探头头部体外部的外螺纹结构，将上一步制成的探头头部体旋进不锈钢壳体内，进行第二次全密封注塑，形成探头成品；

5）通过第二次全密封注塑，在探头头部体的外部，形成与不锈钢壳体头部的注塑锁紧孔相对应的锁紧钉；

6）通过探头线圈及信号传输电缆线之间的压接连接工艺，采用所述的内、外螺纹结构和所述的锁紧钉结构，使得探头头部体与不锈钢壳体紧密锁紧连接成一体，实现探头线圈固定定位不发生移动、松动，确保电涡流传感器在长时间工作状态下测量信号的稳定性、可靠性和安全性。

具体的，其所述的内螺纹结构和外螺纹结构，均为锥度为1：3的锥度螺纹结构。

其所述的螺纹规格按照UNF1/4-40执行。

进一步的，其所述的注塑锁紧孔结构为两个，所述的两个注塑锁紧孔互成180度设置在不锈钢壳体的头部。

其所述的第一次注塑采用“高温全密封注塑工艺”，将注塑腔处于全密封壳体中，将调试好参数的探头线圈的两引线与电缆线两引线通过压接管紧密压接在一起，将连接成整体放入注塑模具中，利用注塑机在真空、高温、高压下将聚苯硫醚颗粒材料瞬间打入放置有线圈的模具中，快速使聚苯硫醚颗粒材料完全密封包裹住探头线圈、压接管、和与线圈引线连接的电缆线引线，并形成带有锥度外螺纹的探头头部体，藉此实现探头线圈固定定位不发生移动、松动，且能保证信号传输的稳定性、可靠性。

其所述的第二次注塑采用“高温全密封注塑工艺”，在进行探头成品注塑前，将所述第3步制成的探头头部体外螺纹结构旋进不锈钢壳体内部的内螺纹结构中，通过第二次注塑，在不锈钢壳体头部的锁紧孔处行成了由聚苯硫醚颗粒材料构成的锁紧钉，使探头头部体与不锈钢壳体紧密锁紧连接成一体；通过第二次注塑，使所述不锈钢壳体内部的内螺纹结构与所述探头头部体的外螺纹结构紧密锁紧，连接成一体，最后形成注塑探头成品。

更进一步的，其所述高温全密封注塑工艺的操作参数为：真空度、压力参数为90Kpa；温度参数为350～400℃。

本发明的技术方案所述的制造方法采用全密封无氧化注塑成型模式，确保了探头线圈固定定位不发生移动、松动，减小了传感器探头的温漂性能，能有效保证电涡流传感器探头在高温环境下工作不损坏，提高了电涡流传感器探头的生产制造效率。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.大大提高了电涡流传感器探头工作的稳定性、可靠性、安全性能及长时间的使用寿命：

由于采用了线圈引线连接的压接工艺、线圈通过模具的固定定位注塑工艺、探头壳体前端及内部设计的锥度螺纹锁紧连接结构、探头头部体与壳体的最后注塑成型工艺；通过本发明的一系列技术结构工艺的实现，能有效保证电涡流传感器探头工作的稳定性、可靠性、安全性能；也大大减小了传感器探头的温漂性能；由于是全密封无氧化成型，探头使用寿命能从传统生产工艺的3年提高到10年以上。

2.大大提高了电涡流传感器探头在高温下的使用寿命：

通过本发明提出的压接工艺、使用耐温为450℃的PPS作为注塑原材料，并通过350～400℃的高温进行探头线圈注塑、探头头部体与壳体注塑等工艺；这一系列技术工艺结构的实现，能有效保证电涡流传感器探头在高温环境下工作不损坏，大大提高了电涡流传感器探头在高温下的使用寿命。

3.大大提高了电涡流传感器探头的生产效率：

采用了先进的自动注塑机设备，专用的线圈固定成型模具、探头成型模具、数控机床加工探头设备及全套的自动注塑成型技术工艺生产探头；大大缩短了探头的成品生产时间，按生产1000只探头量计算，由传感器工艺的一个月缩短为3天即可完成；

4、在本技术方案的探头注塑结构工艺中，除探头线圈、压接管、不锈钢壳体之外，其余所有的填充物都是PPS材料（聚苯硫醚），这样使注塑探头成品的膨胀系数和耐热特性的一致性得到保证，亦为避免线圈发生移位、松动，提供了可靠的保障。

附图说明

图1是传统电涡流传感器探头的制造方法方框图；

图2a～2d是传统电涡流传感器探头的制造过程示意图；

图3是本发明电涡流传感器探头的制造方法方框图；

图4a～4d是本发明电涡流传感器探头的制造过程示意图；

图5是本发明电涡流传感器探头的结构示意图；

图6是图5的F部局部结构放大示意图；

图7是本发明电涡流传感器探头的立体结构示意图。

图中10为探头线圈，11为骨架体，12为502胶水层，13为探头线圈两端引线，14为信号传输电缆线，15为焊锡，16为保护罩，17为环氧胶，18为不锈钢壳体，19为环氧胶，21-1、21-2为压接管，22为探头头部体，23为外螺纹，24为内螺纹，25为注塑锁紧孔，26为第二次注塑形成的胶体构件，27为锁紧钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，现有传统电涡流传感器探头的制作步骤通常包括：

a、将探头线圈端面平行粘合在骨架体的端面上；

b、将探头线圈两端的引线与信号传输电缆线分别对应焊接连接；

c、将粘接在骨架体上的线圈装入保护罩中，并向保护罩内灌入环氧胶，使之固化定型；

d、将已形成的探头头部体整体塞进不锈钢壳体中，再向不锈钢壳体内灌入环氧胶粘合固定，烘干后即可制得电涡流传感器探头成品。

其具体制作过程亦可用图2a～图2c所示来理解。

由于在背景技术部分中已经对图2a～图2c进行了叙述，在此不再重复。

由于采用上述制作过程和步骤，现有的电涡流传感器探头存在以下的不足之处：

1、当探头长时间在温度变化及振动的环境中使用时，起到保持粘合/定位作用的胶水容易失效，导致线圈易发生移位、松动，造成线圈端面与被测部件端面之间位置发生变化，进而导致探头工作不稳定、测量信号变得失真和不可靠；

2、当探头长时间处在温度变化的环境中使用时，焊接点处易发生氧化而脱焊，造成探头损坏；

3、探头头部体中的线圈、骨架体、保护罩以及用于固化的环氧胶属于四种材料，其耐热特性完全不一样（热膨胀系数不同），当探头长时间在温度变化及振动的环境中使用时，保护罩四周内壁会与薄薄粘合的环氧胶分离开，导致线圈发生移位、松动，造成探头工作不稳定或不可靠；

4、探头长时间在温度、油污及振动的环境中使用时，不锈钢壳体内壁会与环氧胶分离开，导致探头头部体发生移位、松动，同样会造成探头工作不稳定、不可靠。

图3中，本发明的技术方案提供了一种电涡流传感器探头的制造方法，包括将探头线圈、信号传输电缆线以及不锈钢壳体固结为一体，其制造步骤包括：

本技术方案的具体制作过程可以借助图4a～图4d来理解。

图4a中，将探头线圈的两根引线与信号传输电缆的两根引线采用压接连接工艺分别对应连接和定位，图中的21-1、21-2为压接管。

图4b中，将压接定位的探头线圈及信号传输电缆线放进注塑机，进行第一次注塑包裹，形成带有外螺纹23的探头头部体22，其所述的外螺纹结构与在所述不锈钢壳体内壁的内螺纹结构相匹配。

图4c中，借助所述不锈钢壳体18内壁的内螺纹结构24和探头头部体外部的外螺纹结构23，将上一步制成的探头头部体旋进不锈钢壳体内，图中可见在不锈钢壳体的头部设置有至少一个贯穿的注塑锁紧孔25（图中可见所述的注塑锁紧孔25为两个，两个注塑锁紧孔互成180度设置在不锈钢壳体的头部）。

图4d中，给出了探头头部体22旋进不锈钢壳体18内后的结构示意图，由图可见，在探头头部体与不锈钢壳体之间，以及信号传输电缆线14与不锈钢壳体之间，均有可供第二次注塑的缝隙和空间，以供聚苯硫醚颗粒材料注入。

图5及图6中，经过第二次注塑后，在不锈钢壳体头部的锁紧孔处行成了由聚苯硫醚颗粒材料构成的锁紧钉27，使探头头部体与不锈钢壳体紧密锁紧连接成一体；通过第二次注塑，使不锈钢壳体内部的内螺纹结构与探头头部体的外螺纹结构紧密锁紧，连接成一体，最后形成注塑探头成品。

图7中，给出了经过第二次注塑后，在探头头部体与不锈钢壳体头部之间的间隙部位，由聚苯硫醚颗粒材料构成的第二次注塑形成的胶体构件26，在该胶体构件上有两个锁紧钉27，将探头头部体22与不锈钢壳体18紧密固定、连接成一体。

此外，在本发明的技术方案中，所述的内螺纹结构和外螺纹结构，均为锥度为1：3的锥度螺纹结构。

其所述的螺纹规格按照UNF1/4-40执行。

其所述的第二次注塑采用“高温全密封注塑工艺”，在进行探头成品注塑前，将所述前面步骤制成的探头头部体外螺纹结构旋进不锈钢壳体内部的内螺纹结构中，通过第二次注塑，在不锈钢壳体头部的锁紧孔处行成了由聚苯硫醚颗粒材料构成的锁紧钉，使探头头部体与不锈钢壳体紧密锁紧连接成一体；通过第二次注塑，使所述不锈钢壳体内部的内螺纹结构与所述探头头部体的外螺纹结构紧密锁紧，连接成一体，最后形成注塑探头成品。

在本发明的技术方案中，为保证探头线圈两引线与电缆连接的可靠性，从而保证电涡流传感器工作的稳定性、可靠性、安全性，通过将线圈两引线与电缆两引线采用压接技术工艺来保证；其能有效避免锡焊方法导致长时间工作连接点处易发生氧化带来的松动、脱落现象。

再者，在本技术方案的第一步注塑步骤中，注塑机在350～400度是温度下，在将PPS（聚苯硫酶）颗粒材料“打入”装有线圈的模具中，此技术工艺能在高温环境下将线圈及电缆连接引线进行全密封包裹，这一技术工艺能保证探头线圈的固定不移位、不松动、不受氧化，能有效保证探头长时间工作的稳定性与可靠性。通过在模具上设计有对应的螺纹结构，通过这一步的注塑工艺还在探头头部体的外表形成了锥度1：3的外螺纹结构（锥度：圆台上、下两底圆的直径差与锥台高度之比值），以用于与后面壳体内螺纹进行紧密锁紧连接用，将这一步注塑形成的结构命名为探头头部体。

将第一步形成的探头头部体旋进不锈钢壳体内，进行第二步全密封注塑形成探头成品：在不绣钢壳体内部设计了锥度内螺纹结构，用于与前一步骤中形成的探头头部体锥度外螺纹结构的锁紧连接；在不绣钢壳体前端部设计了两注塑锁紧孔，用于与第一步形成的探头头部体进行第二步注塑锁紧连接。这一技术工艺结构的形成更能有效保证探头长时间工作的稳定性、可靠性、安全性。

由于注塑机以及注塑工艺均为成熟技术，故其具体工艺过程和操作步骤在此不再叙述。

与现有技术相比，本发明技术方案对探头线圈两引线与电缆线的对应连接是采用压接连接技术工艺，能有效避连接点处易发生氧化、松动、脱落问题。

同时，本发明技术方案在不锈钢壳体内部设计了锥度内螺纹、且在不锈钢壳体头部设计了两个互成180度的注塑锁紧孔；对电涡流传感器探头线圈的固定定位是采用高温全密封注塑工艺实现，通过二次注塑，在壳体头部凹槽上的锁紧孔处行成了两个PPS材料的锁紧钉，使探头头部体与不锈钢壳体紧密琐紧连接成一体；同时通过注塑，使壳体内部的内螺纹结构与此前步骤形成的探头头部体外螺纹结构紧密琐紧连接成一体，这一技术工艺能保证探头线圈的固定位置不移位、不松动、不受氧化，能有效保证探头长时间工作的稳定性与可靠性。

此外，在本技术方案的探头注塑结构工艺中，除探头线圈、压接管、不锈钢壳体之外，其余所有的填充物都是同一种材料（聚苯硫醚），注塑探头成品的膨胀系数和耐热特性的一致性得到保证，实现了电涡流传感器长时间工作的稳定性、可靠性和安全性。

本发明可广泛用于电涡流传感器的设计和制造领域。

Claims

1.一种电涡流传感器探头的制造方法，包括将探头线圈和信号传输电缆线对应连接，将探头线圈、信号传输电缆线以及不锈钢壳体固结为一体，其特征是：

2.按照权利要求1所述的电涡流传感器探头的制造方法，其特征是所述的内螺纹结构和外螺纹结构，均为锥度为1：3的锥度螺纹结构。

3.按照权利要求2所述的电涡流传感器探头的制造方法，其特征是所述的螺纹规格按照UNF1/4-40执行。

4.按照权利要求1所述的电涡流传感器探头的制造方法，其特征是所述的注塑锁紧孔结构为两个，所述的两个注塑锁紧孔互成180度设置在不锈钢壳体的头部。

5.按照权利要求1所述的电涡流传感器探头的制造方法，其特征是所述的第一次注塑采用“高温全密封注塑工艺”，将注塑腔处于全密封壳体中，将调试好参数的探头线圈的两引线与电缆线两引线通过压接管紧密压接在一起，将连接成整体放入注塑模具中，利用注塑机在真空、高温、高压下将聚苯硫醚颗粒材料瞬间打入放置有线圈的模具中，快速使聚苯硫醚颗粒材料完全密封包裹住探头线圈、压接管、和与线圈引线连接的电缆线引线，并形成带有锥度外螺纹的探头头部体，藉此实现探头线圈固定定位不发生移动、松动，且能保证信号传输的稳定性、可靠性。

6.按照权利要求1所述的电涡流传感器探头的制造方法，其特征是所述的第二次注塑采用“高温全密封注塑工艺”，在进行探头成品注塑前，将所述第3步制成的探头头部体外螺纹结构旋进不锈钢壳体内部的内螺纹结构中，通过第二次注塑，在不锈钢壳体头部的锁紧孔处行成了由聚苯硫醚颗粒材料构成的锁紧钉，使探头头部体与不锈钢壳体紧密锁紧连接成一体；通过第二次注塑，使所述不锈钢壳体内部的内螺纹结构与所述探头头部体的外螺纹结构紧密锁紧，连接成一体，最后形成注塑探头成品。

7.按照权利要求5或6所述的电涡流传感器探头的制造方法，其特征是所述高温全密封注塑工艺的操作参数为：真空度、压力参数为90Kpa；温度参数为350～400℃。

8.按照权利要求1所述的电涡流传感器探头的制造方法，其特征是所述的制造方法采用全密封无氧化注塑成型模式，确保了探头线圈固定定位不发生移动、松动，减小了传感器探头的温漂性能，能有效保证电涡流传感器探头在高温环境下工作不损坏，提高了电涡流传感器探头的生产制造效率。