CN104011523A - 螺线管力测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种螺线管力测量系统(100)，包括：第一平板(112)，具有用于接收螺线管(402)的开口(108)；第二平板(114)，与第一平板(112)通过气隙(106)分隔开；力检测单元，位于第二平板(114)内以便测量由螺线管(402)施加的力；耦合到第二平板(114)的高度控制设备(102)，该高度控制设备(102)被配置为调节气隙(106)的尺寸。
Description
技术领域
本公开实施例涉及一种螺线管力测量系统及其方法。
背景技术
螺线管由围绕可移动衔铁缠绕的电磁感应线圈构成。线圈被成形使得衔铁能够在中心移动并从中心移出，改变线圈的电感从而成为电磁体。施加到衔铁的力使得衔铁在增加线圈电感的方向上移动，在螺线管中的弹簧元件抵抗由磁场产生的力，并且将推杆朝向其原始位置偏置。
螺线管可以直接由电路来控制，并且可以具有非常低的反应时间。螺线管被用在许多应用中。例如，螺线管衔铁能够用于向某些机构提供机械力，诸如控制气动阀。此外，螺线管阀可用于控制各种流体的流动。
传统的螺线管力测量系统依赖于固定的气隙。调节气隙的尺寸调节在螺线管操作期间所检测到的磁通量，从而必须精确校准在力测量期间的气隙。为了调节在传统螺线管力测量系统中的气隙尺寸，间隔物(例如：金属垫片)被添加到传统螺线管力测量系统的上板和下板之间。
然而，采用间隔物设定气隙是耗时而且不准确的过程。在传统测量系统中错误测量是常见的，因为间隔物的平行性和平坦度经常不能设定在高精度容差级别(例如+/-5微米)内。
发明内容
根据在此公开的方面，提供了一种用于测量螺线管力的系统。
根据在此的实施例的一方面，公开了一种螺线管力测量系统。螺线管力测量系统包括：第一平板，具有用于接收螺线管的开口；第二平板，与第一平板通过气隙分隔；位于第二平板内的力检测单元，用于测量由螺线管施加的力；耦合到第二平板的高度控制设备，该高度控制设备被配置为调节气隙的尺寸。
根据在此的另一实施例的方面，公开了一种螺线管力测量系统，包括：第一平板，具有用于接收螺线管的开口；第二平板，与第一平板通过气隙分隔，该第二平板具有螺纹通孔；位于第二平板内的力检测单元，用于测量由螺线管施加的力；高度控制设备，通过通孔耦合到第二平板；耦合到高度控制设备的触点，该触点的顶侧耦合到第一平板的底侧，该触点被配置为根据高度控制设备的调节来调节气隙的尺寸；以及弹簧承载螺栓系统，用于在高度控制设备和第一平板之间施加正向接触力；其中，高度控制设备包括四个细纹螺钉并且触点包括四个升降球，其中四个细纹螺钉中的每一个通过在第二平板内的相应通孔耦合到四个升降球中的相应一个；其中，四个细纹螺钉每个与第一平板的中心在径向上等距并且四个细纹螺钉与四个细纹螺钉中相应的相邻细纹螺钉近似90度等间距，并且其中弹簧承载螺栓系统包括四个弹簧承载螺栓，并且其中四个弹簧承载螺栓中的每一个均与第一平板的中心等距，并且与四个弹簧承载螺栓中相应的相邻弹簧承载螺栓近似90度等间距。
附图说明
图1示出根据在此描述的实施例的示例性机器；
图2示出图1所示机器的俯视图；
图3示出图1所示机器的分解图；
图4示出图1所示机器的侧剖视图；
图5示出根据在此的实施例的示例性机器的俯视图；
图6示出根据在此的实施例的示例性机器的俯视图。
具体实施方式
在此参考附图呈现本发明示例性实施例。在此相同标号始终表示相同部件。
图1-4示出根据在此描述的实施例的螺线管力测量系统100的各种视图。图2示出如图1所示的螺线管力测量系统100的俯视图，图3示出如图1所示的螺线管力测量系统100的分解图，图4示出如图1所示的螺线管力测量系统100的侧剖视图。
根据图1-4，螺线管力测量系统100(也被称作力测量系统100)包括：第一平板112(例如，升降板112)，与第一平板通过气隙106分隔的第二平板114(例如，基座114)，耦合到第一平板112和第二平板114的触点(例如，升降球104)，高度控制设备102(例如，指旋螺钉102或压电致动器)，被配置为测量螺线管402的力的换能器118，被配置为传送来自换能器118的力读数的电连接器116；衔铁和销组件128。力测量系统还包括被配置为容纳螺线管402的腔室120，基座124，框架126和被配置为将基座124紧密附接到框架126的螺栓122(或多个螺栓122)。力测量系统100还可包括适配器130。
在图1-4中描述的高度控制设备102示出指旋螺钉102，然而此处的示例性实施例并不是对其的限制。例如，压电致动器或压电定位设备可用于控制气隙106的高度。
第一平板112被配置为具有用于接收要测量的螺线管的开口108(例如通孔108)。要测量的螺线管402可保持在腔室120内，并且可下降到开口108中。此外，升降板112可以与弹簧和螺栓110保持位置以在螺钉102和升降板112之间施加正向接触力。
触点104通过第二平板114中的螺纹孔耦合到高度控制设备102，使得调节高度控制设备102将调节触点104的高度。随着触点104的高度增加，触点被配置为在第二平板114上延伸，从而增加在第一平板112与第二平板114之间的气隙。
如图1-4所示的螺线管力测量系统101包括耦合到指旋螺钉102的升降球104。根据缠绕指旋螺钉102的方向，升降球104将被升高或者降低。随着第一平板112接触升降球104，第一平板112将因此也根据指旋螺钉102和升降球104的移动而升高或者降低。
进一步，多个指旋螺钉102可以每个耦合到相应的升降球104。根据在此的实施例，四个指旋螺钉102可以每个耦合到相应的升降球104。可定向四个螺钉102以给出四个不同的平面调节设定。四个指旋螺钉102与第一平板112的中心在径向上等距放置并且相互均匀间隔(例如，90度偏移)。
根据在此的实施例，多个弹簧和螺栓的组合110(例如弹簧承载螺栓110)可用于更均匀地分布正向接触力。根据一个实施例，可采用四个弹簧螺栓的组合110。四个弹簧和螺栓的组合110与第一平板112的中心在径向上等距放置，且相互均匀间隔(例如，90度偏移)。四个弹簧和螺栓的组合110中的每一个可在如图1所示的两个相邻的螺钉102之间间隔开。
换能器118被配置为通过适配器130测量在衔铁和销组件128上的螺线管402的力。适配器130被配置为将由衔铁和销组件128所接收到的力传送到换能器118。适配器可以根据衔铁和销组件128来成形。衔铁和销组件128的形状和组成可根据要测量的螺线管402来配置。以这种方式，螺线管力测量系统100可被配置为适应各种螺线管402，而无需改变换能器118或者平板112、114。使用可定制的适配器130、衔铁和销组件128可允许快速适应与各种螺线管402一起使用的螺线管力测量系统100。
图5-6示出根据在此的实施例的示例性机器的俯视图。力测量系统500或600除在图5-6上表示的那些特征和元件之外，还可包括如图1-4中所示和上述的特征和元件。
根据图5所示实施例，螺线管502在一个下降位置中示出。力测量系统500可同样包括适配器套筒504和适配器环506。适配器套筒504被配置为包围螺线管502。适配器套筒504可以是可互换套筒以适应各种螺线管502。套筒504的厚度可根据螺线管502变化以允许力测量系统500接收各种尺寸的螺线管502。另外，不同的套筒504可采用不同的材料构成(例如金属或者金属合金)以测试在由螺线管502施加的力上的不同构成的影响(例如，模拟螺线管502的不同主体材料)。以这样的方式，可模拟能够组成螺线管502的不同材料构成的影响，而无需生产大量各种螺线管502。适配器环506能够被配置为适应各种适配器套筒504和/或螺线管502。
力测量系统500可同样包含如图1-4中所描述的特征和元件，但是此处为了简洁起见被省略。
根据图6所示实施例，衔铁602在上升位置中示出。力测量系统600可同时包括适配器环606和气隙间隔物604。适配器环606被配置为适应各种适配器套筒(例如，如图5中所示的适配器套筒504)和/或螺线管(未示出)。衔铁602能够按需要被配置并且确定尺寸以适应各种尺寸的螺线管(未示出)。气隙间隔物604能够按需要被配置并且确定尺寸以适应各种尺寸的衔铁。
工业实用性
螺线管力测量系统100可如附图(例如图1-4)所示来实现。为了测量容纳在腔体120内的螺线管402的力，螺线管402下降到第一平板112内。另外，气隙106对于由换能器118的精确测量，必须正确且准确的对齐。
为了适应在第一平板112和第二平板114之间的气隙106的微调，指旋螺钉102可以是用于向上或向下调节第一平板112的微调螺钉。螺钉102的螺纹可根据调节气隙106所需的精确度来选择。例如，可使用1/64毫米螺纹的微调螺钉102并且可以达到高精确度调节(至少在+/-5微米之内)。其它精细螺纹的螺钉也可用于代替1/64毫米螺纹的螺钉102。
多个螺钉102的使用可以增加第一平板112相对于螺线管402的平行性和平坦度上的控制量。
例如，使用四个等间距的1/64毫米螺纹微调螺钉102，对具有四个不同平面调节设定的第一平板112定向，能够为第一平板112提供相对于螺线管402的平行性和平坦度的提高控制。
进一步，此处所公开的螺线管力测量系统100可以大幅降低相对于传统测量系统的测试螺线管力所需的时间量。
尽管出于描述的目的已经在此示出和描述了某些实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明范围的情况下，计划实现相同目的的广泛的备选和/或等效实施例或实现方式可以替换所示出和描述的实施例。本领域技术人员将容易理解，根据本发明的实施例可以非常广泛的各种方式来实现。本申请旨在覆盖在此讨论的实施例的任何调整或变形。因此，意在根据本发明的实施例仅由本发明的权利要求及其等效来限定。
Claims (15)
1.一种螺线管力测量系统(100)，包括：
第一平板(112)，具有用于接收螺线管(402)的开口(108)；
第二平板(114)，与所述第一平板(112)通过气隙(106)分隔开；
力检测单元，位于所述第二平板(114)内以便测量由所述螺线管(402)施加的力；
高度控制设备(102)，耦合到所述第二平板(114)，所述高度控制设备(102)被配置为调节所述气隙(106)的尺寸。
2.根据权利要求1所述的螺线管力测量系统(100)，其中，所述高度控制设备(102)包括压电致动器。
3.根据权利要求1所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括耦合到所述高度控制设备(102)的触点(104)，所述触点(104)的顶侧耦合到所述第一平板(112)的底侧，所述触点(104)被配置为根据所述高度控制设备(102)的调节来调节所述气隙(106)的尺寸，并且其中所述第二平板(114)包括通孔(108)，所述高度控制设备(102)通过所述通孔(108)耦合到所述第二平板(114)；以及所述高度控制设备(102)包括螺钉(102)。
4.根据权利要求3所述的螺线管力测量系统(100)，其中，所述螺钉(102)是1/64毫米螺纹的微调螺钉(102)，并且所述触点(104)包括升降球(104)。
5.根据权利要求1所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括耦合到所述高度控制设备(102)的触点(104)，所述触点(104)的顶侧耦合到所述第一平板(112)的底侧，所述触点(104)被配置为根据所述高度控制设备(102)的调节来调节所述气隙(106)的尺寸，其中所述高度控制设备(102)包括四个细纹螺钉(102)并且所述触点(104)包括四个升降球，其中所述四个细纹螺钉(102)中的每一个通过在所述第二平板(114)内的相应通孔(108)耦合到所述四个升降球中的相应一个。
6.根据权利要求5所述的螺线管力测量系统(100)，其中所述四个细纹螺钉(102)每个与所述第一平板(112)的中心在径向上等距，并且所述四个细纹螺钉(102)与所述四个细纹螺钉(102)中相应的相邻细纹螺钉近似90度等间距。
7.根据权利要求1所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括：
换能器(118)，被配置为测量由所述螺线管(402)产生的力；
衔铁(602)和销组件(128)，被配置为将由所述螺线管(402)产生的力中继到所述换能器(118)；
耦合到所述换能器(118)的电连接器(116)，所述电连接器(116)被配置为将由所述换能器测量的力作为电信号传送。
8.根据权利要求7所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括适配器(130)，该适配器耦合在所述衔铁(602)和销组件(128)以及所述换能器(118)之间，所述适配器(130)被配置为将由所述螺线管(402)产生的力从所述衔铁(602)和销组件(128)中继到所述换能器(118)。
9.根据权利要求1所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括：
所述螺线管(402)；以及
适配器套筒(504)，被配置为包围所述螺线管(402)。
10.一种螺线管力测量系统(100)，包括：
第一平板(112)，具有用于接收螺线管(402)的开口(108)；
第二平板(114)，与所述第一平板(112)通过气隙(106)分隔开，所述第二平板(114)具有螺纹通孔(108)；
力检测单元，位于所述第二平板(114)内以便测量由所述螺线管(402)施加的力；
高度控制设备(102)，通过通孔(108)耦合到所述第二平板(114)；
耦合到所述高度控制设备(102)的触点(104)，所述触点(104)的顶侧耦合到所述第一平板(112)的底侧，所述触点(104)被配置为根据所述高度控制设备(102)的调节来调节所述气隙(106)的尺寸；以及
弹簧承载螺栓(110)系统，用于在所述高度控制设备(102)和所述第一平板(112)之间施加正向接触力，
其中，所述高度控制设备(102)包括四个细纹螺钉(102)并且所述触点(104)包括四个升降球，其中所述四个细纹螺钉(102)中的每一个通过在所述第二平板(114)内的相应通孔(108)耦合到所述四个升降球中的相应一个，
其中，所述四个细纹螺钉(102)每个与所述第一平板(112)的中心在径向上等距，并且所述四个细纹螺钉(102)与所述四个细纹螺钉(102)中相应的相邻细纹螺钉近似90度等间距，并且
其中，所述弹簧承载螺栓(110)系统包括四个弹簧承载螺栓(110)，并且其中所述四个弹簧承载螺栓(110)中的每一个与所述第一平板(112)的中心在径向上等距，并且所述四个弹簧承载螺栓(110)中的每一个与所述四个弹簧承载螺栓(110)中相应的相邻弹簧承载螺栓近似90度等间距。
11.根据权利要求10所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括：
换能器(118)，被配置为测量由所述螺线管(402)产生的力；
衔铁(602)和销组件(128)，被配置为将由所述螺线管(402)产生的力中继到所述换能器(118)；
耦合到所述换能器(118)的电连接器(116)，所述电连接器(116)被配置为将由所述换能器所测量的力作为电信号传送。
12.根据权利要求11所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括适配器(130)，该适配器耦合在所述衔铁(602)和销组件(128)以及所述换能器(118)之间，所述适配器(130)被配置为将由所述螺线管(402)产生的力从所述衔铁(602)和销组件(128)中继到所述换能器(118)。
13.根据权利要求10所述的螺线管力测量系统(100)，进一步包括：
所述螺线管(402)；以及
适配器套筒(504)，被配置为包围所述螺线管(402)。
14.根据权利要求13所述的螺线管力测量系统(100)，其中所述适配器套筒(504)的厚度被配置为接收所述螺线管(402)。
15.根据权利要求13所述的螺线管力测量系统(100)，其中所述适配器套筒(504)被配置为采用不同于所述螺线管(402)的材料。
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