CN107063318A - 大量程气动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大量程气动传感器，包括中间体、同轴螺纹装配在中间体前段外的套筒，套筒和中间体整体装配在支座内孔前段及中间段，螺纹塞装配在支座内孔后段。本发明所提供的气动传感器制作成本低，能克服一般光学和电学传感器受环境干扰的影响。

Description

大量程气动传感器

技术领域

本发明涉及气动传感器领域，具体是一种大量程气动传感器。

背景技术

随着工业技术的发展，对工业产品的在线检测要求愈来愈多，考虑到工业现场的环境特殊性，光学和电学传感器的检测客观上受到限制，甚至无法在工业现场检测。气动传感器克服环境影响的不足，但一般的气动传感器虽然测量精度高，但测量范围很小，从而也难以在实际中得到应用。

目前，已有的气动传感器一方面是背压式，其测量范围小(大约200μm), 也有类似的反射式，但其结构及相关参数的差异，测量范围虽然得以提高，但精度比较差，难以在高精度测量中应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种大量程气动传感器，以解决现有技术气动传感器无法满足测量范围要求的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

大量程气动传感器，其特征在于：包括：

中间体，其由中间体后段、外径小于中间体后段的中间体前段、连接中间体后段和中间体前段的过渡段构成，中间体中具有贯通中间体的内孔，其中内孔前端作为回流孔口，内孔后端作为出口，中间体前段、过渡段中的内孔孔径相同，中间体后段中的内孔孔径大于中间体前段、过渡段中的内孔孔径，中间体前端还成型有倾斜角；

套筒，其同轴螺纹装配在中间体前段外，且套筒与中间体前段为过渡配合，套筒内孔孔壁与中间体前段外壁之间有均匀的环向间隙，由环向间隙后端间隙口形成进气口，套筒前端与中间体前端之间具有轴向间隙，套筒前端还成型有倾斜角，套筒前端倾斜角内壁的倾斜角度大于中间体前端倾斜角的倾斜角度，套筒前端倾斜角外壁的倾斜角度大于套筒前端倾斜角内壁的倾斜角度；

支座，其具有贯通支座的内孔，支座内孔中间段同轴容纳中间体后段并与中间体后段过渡配合，支座内孔前段同轴容纳中间体前段及套筒，且支座内孔前段与套筒过渡配合，位于支座内孔中间段、中间体后段之间设有密封圈，位于支座内孔前段、套筒之间亦设有密封圈，所述套筒前部及其内部的中间体前部伸出支座形成伸出段，由伸出段作为测头端，支座一侧对应于中间体的过渡段位置设有进气孔，进气孔连通至中间体的过渡段位置，进气孔轴向垂直于支座内孔或平行于支座内孔，进气孔中安装有进气接头；

螺纹塞，其同轴螺纹装配在支座内孔后段中，且螺纹塞与中间体后端之间设有密封圈，螺纹塞具有内孔，且螺纹塞的内孔前端与中间体内孔后端连通，螺纹塞的内孔后端螺纹连接有出气接头。

所述的大量程气动传感器，其特征在于：还包括集流罩，集流罩同轴螺纹装配在支座前端并罩在测头端外。

本发明所提供的气动传感器制作成本低，克服一般光学和电学传感器受环境干扰的影响，同时也弥补一般气动传感器测量范围小的不足。

附图说明

图1是本发明所提供的气动传感器中间体的结构示意图。

图2是本发明所提供的气动传感器套筒的结构示意图。

图3是本发明所提供的气动传感器支座的结构示意图。

图4是本发明所提供的气动传感器进出口平行布置支座的结构示意图。

图5是本发明所提供的气动传感器螺纹塞的结构示意图。

图6是本发明所提供的气动传感器集流罩的结构示意图。

图7是本发明所提供的气动传感器连接接头的结构示意图。

图8是本发明所提供的气动传感器装配的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图8所示，大量程气动传感器，包括：

中间体1，其由中间体后段1.1、外径小于中间体后段1.1的中间体前段1.2、连接中间体后段1.1和中间体前段1.2的过渡段1.3构成，中间体1中具有贯通中间体1的内孔1.4，其中内孔1.4前端作为回流孔口，内孔1.3后端作为出口，中间体前段1.2、过渡段1.3中的内孔孔径相同，中间体后段1.1中的内孔孔径大于中间体前段1.2、过渡段1.3中的内孔孔径，中间体1前端还成型有倾斜角10；

套筒2，其同轴螺纹装配在中间体前段1.2外，且套筒2与中间体前段1.2 为过渡配合，套筒2内孔孔壁与中间体前段1.2外壁之间有均匀的环向间隙，由环向间隙后端间隙口形成进气口，套筒2前端与中间体1前端之间具有轴向间隙，套筒2前端还成型有倾斜角，套筒2前端倾斜角内壁9的倾斜角度大于中间体1 前端倾斜角10的倾斜角度，套筒2前端倾斜角外壁8的倾斜角度大于套筒2前端倾斜角内壁9的倾斜角度；

支座3，其具有贯通支座3的内孔，支座3内孔中间段同轴容纳中间体后段1.1并与中间体后段1.1过渡配合，支座3内孔前段同轴容纳中间体前段1.2及套筒2，且支座3内孔前段与套筒2过渡配合，位于支座3内孔中间段、中间体后段1.1之间设有密封圈，位于支座3内孔前段、套筒2之间亦设有密封圈，套筒 2前部及其内部的中间体前部伸出支座形成伸出段，由伸出段作为测头端，支座 3一侧对应于中间体的过渡段位置设有进气孔，进气孔连通至中间体1的过渡段 1.3位置，进气孔轴向垂直于支座3内孔或平行于支座3内孔，进气孔中安装有进气接头5；

螺纹塞6，其同轴螺纹装配在支座3内孔后段中，且螺纹塞6与中间体1后端之间设有密封圈，螺纹塞6具有内孔，且螺纹塞6的内孔前端与中间体1内孔后端连通，螺纹塞6的内孔后端螺纹连接有出气接头7。

还包括集流罩4，集流罩4同轴螺纹装配在支座3前端并罩在测头端外。

来自于进气接头的压缩空气从套筒与中间体之间环向隙后端进气口进入，以一定的角度通过测头端喷向被测件的表面，其中一部分气体又通过中间体的内孔前端的回流孔口流回，再从中间体内孔后端流向螺纹塞，最后从出气接头流向外部的气电传感器，由气电传感器将压力信号转换为电信号，并由数据采集系统进行处理，通过电压的变化得到气动传感器与被侧面的距离大小变化。

下面通过下列具体的实施例对本发明提供的气动传感器进行详细介绍。

图1是本发明所提供的气动传感器关键部件——中间体的结构示意图，图中的Φd11、Φd12、Φd13与图2中的ΦD21、ΦD22的选取紧密相关，也对传感器的特性有较大影响。ΦD22与Φd11以及ΦD21与Φd12所形成的缝隙取0.6— 0.8mm为宜，太小容易产生大的气阻，大容易造成气压的不稳定。图1中的与进气口相连的位置处外径Φd13比Φd11小，以增大进气口的稳流空间，有利于测量气压的稳定，从而提高传感器的性能，受此影响，图1的ΦD11尺寸在保证方便加工的前提下，尽可能加大，但因受到Φd13的限制，推荐Φ2.5mm以内，太小会造成输出压力小和不稳定，因此，在最终输出端尺寸加大到ΦD12；图1的端部斜角比图2的端部斜角小5°，便于提高出口气流的速度，故图1的端部斜角α1＝20°，图2的端部斜角α2＝25°；图1的Φd11和Φd14的同轴度有一定要求，以确保中间体与套筒的缝隙均匀。图中：

Φd11—中间体1前端的外径；

Φd12—中间体1前端面的外径；

Φd13—中间体1中部形成的环形缝隙处的外径；

Φd14—中间体1与支座3在后端形成的配合处，中间体的外径；

ΦD11—中间体1前端通气孔的内径；

ΦD12—中间体1后端通气孔的内径；

图2是本发明所提供的气动传感器套筒的结构示意图，它是连接于中间体和支座之间，图2中的Φd23和图3的ΦD31形成一个过渡配合，而ΦD22与Φd13 和Φd11形成均匀的环流间隙，其缝隙大小k通过图2中的Md11与支座的轴向位移进行调节，一般推荐为k＝0.4-0.6mm，为提高调节精度，Md11使用细牙螺纹，调节是通过套筒端面的二个小孔来实现；角α2与β的大小相关，ΦD21的大小与传感器的特性有一定的关系，它与斜角β有关，因此，当α2＝25°时，β＝30°，相应的ΦD21与Φd22以及Φd21的大小可以确定。图中：

Φd21—套筒2外伸处的外径；

Φd22—套筒2前端面的外径；

Φd23—套筒2与支座3配合处的外径；

ΦD21—套筒2前端面的内径；

ΦD22—套筒2中间孔的内径；

Md11—套筒2与支座3前端连接处螺纹的外径；

图3是本发明所提供的气动传感器支座的结构示意图，它是整个传感器安装的基础，一方面确保部件之间的位置精度，另一方面又要确保可以进行必要的调整。为便于加工、装配，外形采用圆形结构，二个连接头垂直布置，分别安装在 MD33和MD32处的螺纹塞上。ΦD31和ΦD32的同轴度有较高的要求，ΦD31 连接套筒的Φd23，，ΦD32连接中间体的Φd14，二处均采用过渡配合。MD31 用来与图2套筒的Md11进行螺纹连接，MD32与螺纹塞的Md61进行螺纹连接。Md31是连接集流罩，并进行轴向位置的调整。图中：

Φd31—支座3安装外径；

ΦD31—支座3与套筒2配合处的内径；

ΦD32—支座3与中间体1配合处的内径；

MD31—支座3与套筒2螺纹连接处的内径；

MD32—支座3与螺纹塞6螺纹连接处的内径；

MD33—支座3与连接头5后端连接处内径；

Md31—支座3与集流罩4螺纹连接处的外径；

图4是本发明所提供的气动传感器进出口平行布置支座的结构示意图，它是一个外表面为中心轴对称结构。该支座的进气口与出气口平行布置，气体从A 进入，在B处连接。螺纹塞，再接入出气口，C口是为了加工时留下的，因此需要螺纹封闭，其它结构与图3的一致。

图5是本发明所提供的气动传感器的螺纹塞结构示意图，ΦD61与Φd61之间放置橡胶密封圈，Md61与支座螺纹连接，通过端面的两孔转动螺纹塞的螺纹，从而压紧密封圈，并通过压紧中间体的一端面，实现中间体的轴向固定。在螺纹塞的中部，通过螺纹MD61实现螺纹塞与连接头的连接。图中：

Φd61—螺纹塞6与中间体1后端安装密封圈的连接处外径；

ΦD61—螺纹塞6与中间体1后端连接处通气孔的内径；

Md61—螺纹塞6与支座3后端连接处外径；

MD61—螺纹塞6与连接头5后端连接处内径；

图6是本发明所提供的气动传感器的集流罩结构示意图，它对传感器的特性有一定的影响，它与被测面的间隙需要保持一定的范围，大约在1-3mm的范围，由此，在安装时，需要对其进行轴向位置的调整，它是通过MD41与图3的Md31 螺纹连接并进行轴向调整，而ΦD41与图2的Φd21组成的环形空间是依据Φd21 的大小变化而变化，但保持在ΦD41/Φd21之比为2左右比较合适。图中：

Φd41—集流罩4的外径；

ΦD41—集流罩4前端的内径；

MD41—集流罩4与支座3前端连接处螺纹的外径；

图7是本发明所提供的气动传感器的连接接头结构示意图，它是安装在进气和出气口，直接接入进气和出气管，ΦD51(图7中)与图5的ΦD61、图1的ΦD12 相同，并通过Md51与螺纹塞MD61螺纹连接，底部用密封圈密封，Φd51与连接的气管内径一致。图中：

Φd51—连接接头5连接气管后端最小外径；

ΦD51—连接接头5通气孔内径；

Md51—连接接头5与螺纹塞6螺纹连接处外径；

图8是本发明所提供的气动传感器装配的结构示意图，气流的流动方向由图中的箭头所示，在设计和装配时需要考虑的关键问题，首先是中间体1的回流孔的直径、中间体1与套筒2之间形成的斜向倾斜角α、缝隙k和端面缝隙s的大小，其次是如何确保中间体1与套筒2之间的斜向缝隙k和端面间隙s的大小均匀且可调，以适应传感器特性的调整，最后是如何提高传感器的线性范围和灵敏度。

中间体1的回流孔的直径ΦD11、中间体1与套筒2之间形成的斜向倾斜角α、缝隙k和端面缝隙s的大小主要是依据数值仿真和相关实验得出相对最佳值，这在前面相关的文件中已经说明。

要使得中间体1与套筒2之间的斜向缝隙k和端面间隙s的大小均匀，建立以支座3的中心孔轴线为设计、装配基准，中间体1、套筒2的中心线以其为参照基准，这就要使得中间体1与支座3是在位置17处进行过渡配合，并通过密封圈进行密封，在位置18处进行中间体1与支座3的轴向定位，该轴向定位是由连接接头7螺纹连接到螺纹塞6中，再由螺纹塞6在位置19处螺纹连接并通过密封圈压紧在中间体的端面实现。同样，套筒2与支座3在16处进行过渡配合，也是使用密封圈密封，这样可以保证套筒2前端倾斜角内壁9与中间体1 前端倾斜角10，以及位置12与位置13的间隙大小均匀。

中间体1与套筒2之间的斜向缝隙k和端面间隙s的大小是通过14处的细牙螺纹进行调整。

为了提高传感器的线性范围和灵敏度，需要在结构设计中采取一些措施：一是在靠近进气口的位置处中间体与套筒的缝隙尽可能大，因此，中间体的外表面要设计为变化缓慢的阶梯式；二是中间体的回流出口与螺纹塞及连接接头的内孔直径尽可能一致，且比回流口的初始入口直径大，也就是ΦD12、ΦD61和ΦD51 的大小相等；三是集流罩4的端面10与被测面的距离根据实际的被测面不同而进行适当的调整。

Claims (2)

1.大量程气动传感器，其特征在于：包括：中间体，其由中间体后段、外径小于中间体后段的中间体前段、连接中间体后段和中间体前段的过渡段构成，中间体中具有贯通中间体的内孔，其中内孔前端作为回流孔口，内孔后端作为出口，中间体前段、过渡段中的内孔孔径相同，中间体后段中的内孔孔径大于中间体前段、过渡段中的内孔孔径，中间体前端还成型有倾斜角；

套筒，其同轴螺纹装配在中间体前段外，且套筒与中间体前段为过渡配合，套筒内孔孔壁与中间体前段外壁之间有均匀的环向间隙，由环向间隙后端间隙口形成进气口，套筒前端与中间体前端之间具有轴向间隙，套筒前端还成型有倾斜角，套筒前端倾斜角内壁的倾斜角度大于中间体前端倾斜角的倾斜角度，套筒前端倾斜角外壁的倾斜角度大于套筒前端倾斜角内壁的倾斜角度；

支座，其具有贯通支座的内孔，支座内孔中间段同轴容纳中间体后段并与中间体后段过渡配合，支座内孔前段同轴容纳中间体前段及套筒，且支座内孔前段与套筒过渡配合，位于支座内孔中间段、中间体后段之间设有密封圈，位于支座内孔前段、套筒之间亦设有密封圈，所述套筒前部及其内部的中间体前部伸出支座形成伸出段，由伸出段作为测头端，支座一侧对应于中间体的过渡段位置设有进气孔，进气孔连通至中间体的过渡段位置，进气孔轴向垂直于支座内孔或平行于支座内孔，进气孔中安装有进气接头；

螺纹塞，其同轴螺纹装配在支座内孔后段中，且螺纹塞与中间体后端之间设有密封圈，螺纹塞具有内孔，且螺纹塞的内孔前端与中间体内孔后端连通，螺纹塞的内孔后端螺纹连接有出气接头。

2.根据权利要求1所述的大量程气动传感器，其特征在于：还包括集流罩，集流罩同轴螺纹装配在支座前端并罩在测头端外。