CN104748667A - 一种耐高压差动变压器式角度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高压差动变压器式角度传感器,角度传感器包括一套管和一转子，套管内设有一密封内腔，转子可拆卸的安插进内腔内，转子可在内腔内转动，套管的外表面上设有若干个相互不接触的骨架，若干个骨架之间的间隙与套管形成第一次级线圈槽、第二次级线圈槽和一个初级线圈槽，所述初级线圈槽内设有初级线圈，第一次级线圈槽和第二次级线圈槽内分别设有第一次级线圈和第二次级线圈，转子包括转轴、第一环形体、第二环形体和圆柱体，第一环形体与第二环形体对称固定在圆柱体的两端，圆柱体与转轴固定连接，转轴的一端依次穿过第一环形体、圆柱体和第二环形体，转轴的另一端与被测件连接。本发明具有耐高压能力。

Description

一种耐高压差动变压器式角度传感器

技术领域

本发明涉及一种角度传感器，具体涉及一种耐高压差动变压器式角度传感器。

背景技术

传统的差动变压器式角度传感器（RVDT）采用圆柱型平绕线圈配合扇形转子工作，初级线圈为中心布置方式，次级线圈为交错布置方式，转子旋转时初级线圈和次级线圈间的互感做相应变化，通过后续电路处理后即可获得相应的角度信号，但是径向尺寸较大，使用非常不变，其由于其线圈腔是不封闭的，所以其不具有耐高压的特性。

另外，传统的差动变压器式直线位移传感器（LVDT）是通过套管式结构实现耐高压性能，但是其无法测量角度信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：传统的差动变压器式角度传感器（RVDT）不具有耐高压的特性，且线性工作范围窄，量程小，温度稳定性差，从而提供一种耐高压差动变压器式角度传感器。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种耐高压差动变压器式角度传感器,所述角度传感器包括一套管和一转子，所述套管内设有一密封内腔，所述转子可拆卸的安插进内腔内，所述转子可在内腔内转动，

所述套管的外表面上设有若干个相互不接触的骨架，所述若干个骨架之间的间隙与套管形成第一次级线圈槽、第二次级线圈槽和一个初级线圈槽，所述初级线圈槽内设有初级线圈，所述第一次级线圈槽和第二次级线圈槽内分别设有第一次级线圈和第二次级线圈，

所述转子包括转轴、第一环形体、第二环形体和圆柱体，所述第一环形体与第二环形体对称固定在圆柱体的两端，所述圆柱体与转轴固定连接，所述转轴的一端依次穿过第一环形体、圆柱体和第二环形体，所述转轴的另一端与被测件连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述骨架包括第一骨架、第二骨架、第三骨架和第四骨架，所述第一骨架与第二骨架相对的端面呈斜环状，并与套管一起形成一个斜向环形状的第一次级线圈槽，所述第二骨架与第三骨架的相对端面呈环状，并与套管一起形成一个环形状的初级线圈槽，所述第三骨架与第四骨架的相对端面呈斜环状，并与套管一起形成一个斜向环形状的第二次级线圈槽。

在本发明的一个优选实施例中，所述初级线圈槽的中心与圆柱体的中心相重合，所述第一次级线圈槽与第二次级线圈槽对称设置在初级线圈槽两边。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一次级线圈槽的中心与第一环形体的中心相重合，所述第二次级线圈槽的中心与第二环形体的中心相重合。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一环形体的端面与第二环形体的端面平行，所述第一环形体与第二环形体的端面与转子中心轴呈一斜角，角度为30°至60°。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一次级线圈槽与第二次级线圈槽的端面与转子中心轴呈一斜角，所述斜角度数与所述第一环形体与第二环形体的端面与转子中心轴形成斜角的度数相同。

在本发明的一个优选实施例中，所述转轴两端分别设有支撑环。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）本发明采用斜环状次级线圈配合转子环形体工作，从而使得线性工作范围变宽，量程变大。

（2）本发明具有耐高压能力。

（3）本发明的结构采用对称布置，具有差动放大结构，温度稳定性好。

（4）本发明结构简单，使用方便，生产成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的装配示意图；

图3为转子位置处于-90°的结构示意图；

图4为转子位置处于0°的结构示意图；

图5为转子位置处于90°的结构示意图；

图6为本发明的电路原理图；

图7为本发明的输出特性示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本发明提供的一种耐高压差动变压器式角度传感器，主要包括套管100和转子200。

套管100，采用非导磁材料制成，具体可采用非导磁不锈钢制成，其为一圆柱体，在其内部开设一密封腔体110，密封腔体110可承受流体高压，在密封腔体110内安置有转子200。

在套管100的外表面设有若干个相互不连接的骨架，骨架由尼龙制成，这样可以使得温度系数变低，热变形小。

在本发明中，在套管100的外表面分别设有第一骨架121、第二骨架122、第三骨架123和第四骨架124。

第一骨架121与第二骨架122相对的端面呈斜环状，并且第一骨架121与第二骨架122相对的端面之间的间隙与套管100一起可形成一个斜向环形沟槽状的第一次级线圈槽130，第一次级线圈槽130内设有第一次级线圈140；

第二骨架122与第三骨架123的相对端面呈环状，并且第二骨架122与第三骨架123的相对端面之间的间隙与套管100一起可形成一个环形状的初级线圈槽131，初级线圈槽131内设有初级线圈141；

第三骨架123与第四骨架124的相对端面呈斜环状，并且第三骨架123与第四骨架124的相对端面之间的间隙与套管100一起形成一个斜向环形沟槽状的第二次级线圈槽132，第二次级线圈槽132内设有第二次级线圈142。

在本发明中，第一次级线圈槽130与第二次级线圈槽132对称分布在初级线圈槽131的两边，这样具有差动放大结构，温度稳定性非常好。

在本发明中第一次级线圈140、初级线圈141和第二次级线圈142采用高强度漆包铜导线绕制而成，制作简单。

通过上述实施，使得第一次级线圈140、初级线圈141和第二次级线圈142设置在套管100的密封腔体110的外表面，与密封腔体110内的转子200隔离，从而使得本发明具有耐高压性能。

另外，由于第一次级线圈槽130和第二次级线圈槽132都为斜向环形沟槽状，这样配合密封腔体110内的转子200工作时，可以获得较宽的工作范围和较大的工作量程。

转子200，可拆卸的安插进密封腔体110内，并且转子200可在内腔内转动。

转子200由转轴210、第一环形体220、圆柱体230和第二环形体240。转轴210采用非导磁材料制成，具体可采用非导磁不锈钢制成；第一环形体220、圆柱体230和第二环形体240采用高磁导率材料制成，具体可采用铁镍合金制成。

第一环形体220与第二环形体240对称固定在圆柱体230的两端，并且当转子200安插进密封腔体110内时，第一环形体220的中心与第一次级线圈槽130的中心相重合，第二环形体240的中心与第二次级线圈槽132的中心相重合，这样便于第一次级线圈槽130内的第一次级线圈140与第二次级线圈槽132内的第二次级线圈142感应到第一环形体220与第二环形体240上的磁通变化。

在本发明中，由于第一次级线圈140、初级线圈141、第二次级线圈142、第一环形体220、第二环形体240以及转子200都呈对称分布，这样通过后续电路的差动放大和共模抑制，使得线圈温度变化不会引起输出电压e2的变化，从而实现传感器的温度补偿。

圆柱体230与转轴210固定连接，并且，当转子200安插进密封腔体110内时，圆柱体230的中心与初级线圈槽131的中心相重合，这样便于圆柱体230感应到初级线圈141上的激励磁通。

转轴210的一端依次穿过第一环形体220、圆柱体230和第二环形体240，另一端与被测物件连接。

这样，转轴210可将第一环形体220、圆柱体230和第二环形体240一起安插进密封腔体110内，并且，由于第一环形体220与第二环形体240与圆柱体230固定连接，圆柱体230与转轴210也是固定连接，所述当转轴210在密封腔体110内转动时，第一环形体220、圆柱体230和第二环形体240也会随着转轴210一起转动。

为了便于转子200可绕套管100的中心轴与套管100做相对转动，在转轴210的两端设有支撑环250。

在本发明中，第一环形体220与第二环形体240的端面与转子200中心轴呈一斜角，角度为30°至60°；

第一次级线圈槽130与第二次级线圈槽132的端面与转子200中心轴呈一斜角，并且斜角度数与第一环形体220和第二环形体240的端面与转子200中心轴形成斜角的度数相同。

参见图6，初级线圈141通入高频交流电压em后会产生激励磁场，这时，密封腔体110内与初级线圈槽131处于统一中心的圆柱体230也会处于激励磁场内，并将此激励磁通分别传递至第一环形体220与第二环形体240；

第一环形体220接受到激励磁通后，与第一环形体220处于同一中心的第一次级线圈140便会感应到磁通变化，产生感应电压es1，与初级线圈141之间形成互感M1；

第二环形体240接受到激励磁通后，与第二环形体240处于同一中心的第二次级线圈142便会感应到磁通变化，并产生感应电压es2，与初级线圈141之间形成互感M2；

参见图3和图7，当转子200转角为-90°时，第一环形体220与第一次级线圈140最近，这时互感M1处于最大，而第二环形体240离第二次级线圈132最远，这时互感M2处于最小，这时感应电压e2为一极值，随着转角的逐渐增大，第一环形体220离第一次级线圈140逐渐变远，互感M1会逐渐减小，第二环形体240离第二次级线圈132逐渐变近，互感M2会逐渐增大；

参见图4和图7，当转子的转角为0°时，这时，第一环形体220离第一次级线圈140的距离等于第二环形体240离第二次级线圈132的距离，这时互感M1等于互感M2，感应电压e2输出为0，当转角继续增大，互感M1会继续减小，互感M2会继续增大；

参见图5和图7，当转子的转角为90°时，第一环形体220离第一次级线圈140最远，这时互感M1处于最小，而第二环形体240离第二次级线圈132最近，这时互感M2处于最大，这时的感应电压e2又为另一个极值。

参见图7，通过上述实施，使得感应电压e2与转子200的转角呈一线性关系，从而可以得出传感器输出与转子200的转角成比例的电压信号。

通过上述实施，使得本发明既具有高压能力，又能测量角度信号。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种耐高压差动变压器式角度传感器,所述角度传感器包括一套管和一转子，其特征在于，所述套管内设有一密封内腔，所述转子可拆卸的安插进内腔内，所述转子可在内腔内转动，

所述套管的外表面上设有若干个相互不接触的骨架，所述若干个骨架之间的间隙与套管形成第一次级线圈槽、第二次级线圈槽和一个初级线圈槽，所述初级线圈槽内设有初级线圈，所述第一次级线圈槽和第二次级线圈槽内分别设有第一次级线圈和第二次级线圈，

所述转子包括转轴、第一环形体、第二环形体和圆柱体，所述第一环形体与第二环形体对称固定在圆柱体的两端，所述圆柱体与转轴固定连接，所述转轴的一端依次穿过第一环形体、圆柱体和第二环形体，所述转轴的另一端与被测件连接。

2.根据权利要求1所述的一种耐高压差动变压器式角度传感器，其特征在于，所述骨架包括第一骨架、第二骨架、第三骨架和第四骨架，所述第一骨架与第二骨架相对的端面呈斜环状，并与套管一起形成一个斜向环形状的第一次级线圈槽，所述第二骨架与第三骨架的相对端面呈环状，并与套管一起形成一个环形状的初级线圈槽，所述第三骨架与第四骨架的相对端面呈斜环状，并与套管一起形成一个斜向环形状的第二次级线圈槽。

3.根据权利要求1所述的一种耐高压差动变压器式角度传感器，其特征在于，所述初级线圈槽的中心与圆柱体的中心相重合，所述第一次级线圈槽与第二次级线圈槽对称设置在初级线圈槽两边。

4.根据权利要求1所述的一种耐高压差动变压器式角度传感器，其特征在于，所述第一次级线圈槽的中心与第一环形体的中心相重合，所述第二次级线圈槽的中心与第二环形体的中心相重合。

5.根据权利要求1所述的一种耐高压差动变压器式角度传感器，其特征在于，所述第一环形体的端面与第二环形体的端面平行，所述第一环形体与第二环形体的端面与转子中心轴呈一斜角，角度为30°至60°。

6.根据权利要求5所述的一种耐高压差动变压器式角度传感器，其特征在于，所述第一次级线圈槽与第二次级线圈槽的端面与转子中心轴呈一斜角，所述斜角度数与所述第一环形体与第二环形体的端面与转子中心轴形成斜角的度数相同。

7.根据权利要求1所述的一种耐高压差动变压器式角度传感器，其特征在于，所述转轴两端分别设有支撑环。