CN109737862B - 用于差动变压器式位移传感器（lvdt）的被动降温装置 - Google Patents

Abstract

用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置，属于仪器检测领域。本发明解决了现有火灾试验过程中LVDT长时间工作于高温环境中测量精度下降甚至烧坏的问题。本发明将LVDT从测杆一侧插入内壁内，使下壁与LVDT的导向杆下端面位于同一平面，然后将LVDT的壳体上部固定在静止的参照物上，并使用两根铁丝分别通过两个螺母将主体绑定在固定LVDT的静止的参照物上，然后将进水管通过耐火铠装胶管与水龙头连通，出水管通过耐火铠装胶管与下水管联通，进行火灾试验，火灾试验开始后，通过进水管2向主体1内注水，通过出水管3将主体1内的热水排出，起到带走主体1内的热量目的，继而对LVDT进行降温。本装置具有操作简单，拆装方便，省时省力，能重复利用的优点。

Description

用于差动变压器式位移传感器（LVDT）的被动降温装置

技术领域

本发明涉及用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置，属于仪器检测领域。

背景技术

差动变压器式位移传感器(LVDT)是把被测位移量转换成电信号的传感器，它不但可以用于测量物体间的相对变位、物体的长度变化及零部件的几何尺寸；也可用于测量各种模型、试件、岩体、混凝土、金属或非金属材料构件在力的作用下或温度变化时所产生的变形(位移)；同时它还可以测量预先被转换成直线位移的各种物理量，如压力、力、张力、液位变化等。它不但可以测量静态位移，也可以测量动态位移。此外LVDT可输出标准电压、电流或频率信号，便于实现有线遥测、自动控制、数字化仪表显示、易与微机接口进行数据采集处理和控制等一系列特点，能满足现代科研、工农业生产和国防建设中对位移的精密测量和自动控制的需要。LVDT的工作原理为电磁感应原理。采用环氧玻璃布、不锈钢等材料作为线圈骨架，用不同线径的漆包线在骨架上绕制线圈。与传统的电力变压器不同，LVDT是一种开磁路弱磁耦合的测量元件。在骨架上绕制一组初级线圈，两组次级线圈，其工作方式依赖于在线圈骨架内磁芯的移动，当初级线圈供给一定频率的交变电压(激励电压)时，铁芯在线圈内移动就改变了空间磁场分布，从而改变了初、次级线圈的互感量，次级线圈就产生感应电动势，随着铁芯位置的不同，互感量也不同，次级线圈产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出，由于两个次级线圈电压极性相反，所以传感器的输出是两个次级线圈电压之差，其电压差值与位移量成线性关系。当铁芯处在线圈正中间位置时，两次线圈感应电压相等但相位相反，其电压差值为零。当铁芯自线圈中间位置往右移动时，右边的次级线圈感应的电压大于左边的次级线圈，两线圈输出的电压差值大小随铁芯位移而成线性变化，这是LVDT有效测量范围的一半。反之，当铁芯自线圈中间位置向左边移动时，左边的次级线圈感应的电压大于右边的次级线圈，两线圈输出的电压差值大小仍随铁芯位移而成线性变化，这是LVDT 有效测量范围的另一半。对称的测量范围交流信号的相位差180°。

火灾是高频灾种。火灾发生时，结构材料力学性能降低，结构构件的刚度也随之发生大幅度退化，导致结构构件变形显著增加。这不仅使建筑结构的承载力降低，还会危及着人民群众的生命财产安全。因此，对建筑结构抗火性能的研究应给予足够的重视。火灾试验是研究结构构件抗火性能的有效手段，其基本步骤是将结构构件置于火灾炉中，根据试验要求，可以选择对试验构件进行加载或者不加载，然后根据国际标准ISO834升温曲线对火灾炉进行升温。试验过程中测定表征构件抗火性能的参数，以此判定该结构构件抗火性能的优劣。在表征结构构件抗火性能的参数中，构件产生的变形(位移)往往是重要的参数指标，这是因为它不但可以表征结构构件是否达到极限承载力(耐火极限)，还可以对消防人员灭火救灾以及被困人员逃生有重要的指导意义，同时对灾后构件的鉴定、加固、修复也有重要的指导意义。因此，在进行结构构件的火灾试验时，结构构件的位移往往作为最重要的参数来进行测量。目前各高等院校、研究机构测量构件变形(位移)使用较多的测量仪器为LVDT。由于铁芯和线圈内壁存在间隙，铁芯在被测物(测杆)牵引运动的时候与线圈不接触，无摩擦损耗；同时采用优良的生产工艺把骨架和所绕漆包线两者固化为一整体，不会产生断线、开裂等故障，LVDT的使用寿命理论上是无限的。然而在进行火灾试验时，虽然火焰位于火灾试验炉内，但对流和辐射会使火灾试验炉周围环境的温度升高，因此用于测量火灾下构件变形(位移)的LVDT所处环境为高温环境。长时间处于高温环境中，LVDT内弹性元件、变送器电路板会烧焦受损，影响仪器的测量精度，严重者会将LVDT烧坏，影响变形(位移)测量。为了使LVDT在高温环境下不发生损坏，需要对火灾试验下的LVDT进行防火保护。目前常用的方法有两种。第一种是在固定 LVDT后，用硅酸铝耐火棉对LVDT进行包裹。这种方法有以下两个缺点。第一，这种方法只是延缓了热量的传递、LVDT温度的上升，长时间暴露在高温环境下，热量仍然会透过耐火棉传递到LVDT，LVDT的温度仍然会升高；第二，耐火棉需要包裹至LVDT测杆的根部，才能防止热量从测杆通道缝隙中进入LVDT。这样可能会使LVDT的测杆受到耐火棉的阻碍而不能自由移动，影响变形测量结果。第二种方法：采用高温环境专用的 LVDT。它采用变送器电路与传感器分离的结构，最高使用温度可达到200℃左右。这种方法有以下两个缺点：第一，高温环境专用的LVDT价格昂贵，是常温用LVDT价格的 2～3倍。用于多点位移测量不经济；第二，高温环境专用的LVDT最高使用温度达到200℃左右。但一旦LVDT周围的环境温度超过200℃，这种LVDT仍然面临被损坏的危险。因此研究发明一种为高温环境下工作的LVDT降温、成本低廉、拆装方便、能重复利用的装置，是迫切需要。

发明内容

本发明为了解决现有火灾试验过程中LVDT长时间工作于高温环境中测量精度下降甚至烧坏的问题，提出了一种用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置。

本发明的技术方案：

用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置，包括主体、进水管、出水管和螺母，主体包括内壁、外壁、上壁和下壁，所述的内壁、外壁、上壁和下壁构成主体内腔，其中上壁和下壁均为圆环板材，上壁的内环尺寸大于下壁的内环尺寸；内壁由两个半径不同的柱状壳体组成，这两个柱状壳体分别为第一柱状壳体和第二柱状壳体，第一柱状壳体和第二柱状壳体通过连接壁连接，连接壁为环状板材，第一柱状壳体的下端边沿垂直焊接在连接壁的外沿上，第二柱状壳体的上端边沿垂直焊接在连接壁的内沿上，并且第一柱状壳体与第二柱状壳体位于连接壁的两侧；第一柱状状壳体的上端边沿垂直焊接在上壁的内沿上，第二柱状壳体的下端边沿垂直焊接在下壁的内沿上，并且上壁与下壁互相平行；外壁上端边沿与上壁的外沿焊接，外壁的下端边沿与下壁的外沿焊接；在外壁上安装有进水管和出水管，进水管和出水管均与主体内腔连通；所述的螺母数量为2个，2个螺母以主体的中心轴为对称轴对称焊接在上壁上。

优选的：所述的内壁的第一柱状壳体的内径与LVDT的壳体直径相同，内壁的第二柱状壳体的内径与LVDT的导向杆直径相同。

优选的：所述的进水管的中心与下壁的距离为L₁，出水管的中心与上壁的距离为L₂，其中L₁与L₂相同。

优选的：所述的进水管的直径与出水管的直径相同，进水管的长度与出水管的长度相同，并且在进水管和出水管上均套接有耐火铠装胶管。

优选的：首先将LVDT从测杆一侧插入内壁内，使下壁与LVDT的导向杆下端面位于同一平面，然后将LVDT的壳体上部固定在静止的参照物上，并使用两根铁丝分别通过两个螺母将主体绑定在固定LVDT的静止的参照物上，然后将进水管通过耐火铠装胶管与水龙头连通，出水管通过耐火铠装胶管与下水管联通，最后进行火灾试验。

本发明具有以下有益效果：本发明涉及一种用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置，该装置配合自来水使用。水的比热容较大，在火灾试验过程中，LVDT 的热量将传递给主体内腔中的水，由在主体内腔中的流水将热量带走，持续为LVDT降温，使LVDT的温度始终处于许可的工作范围内，有效避免了LVDT因高温导致测量精度下降甚至烧坏的问题。同时水的成本较低，因而利用该装置可使试验成本降低。本装置不限制LVDT测杆的自由移动，保证测量结果的准确性。同时火灾试验过程中，即使热量通过测杆通道的缝隙进入LVDT内部，最终热量也会被主体内腔中水带走，因而该装置降温可靠。此外，本装置还具有操作使用简单，拆装方便，省时省力，能重复利用。相比于使用高温专用LVDT而言，造价低、经济适用性强、安全性能高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明与差动变压器式位移传感器(LVDT)安装的结构示意图；

图中1-主体，2-进水管，3-出水管，4-螺母，5-内壁，6-外壁，7-上壁，8-下壁，9- 连接壁。

具体实施方式

结合附图1至附图2说明本发明具体实施方式：本发明用于差动变压器式位移传感器 (LVDT)的被动降温装置，包括主体1、进水管2、出水管3和螺母4，主体1包括内壁5、外壁6、上壁7和下壁8，所述的内壁5、外壁6、上壁7和下壁8构成主体内腔，其中上壁7和下壁8为均为圆环板材，上壁7的内环尺寸大于下壁8的内环尺寸；内壁5由两个半径不同的柱状壳体组成，这两个柱状壳体分别为第一柱状壳体和第二柱状壳体，第一柱状壳体和第二柱状壳体通过连接壁9连接，连接壁9为环状板材，第一柱状壳体的下端边沿垂直焊接在连接壁9的外沿上，第二柱状壳体的上端边沿垂直焊接在连接壁9的内沿上，并且第一柱状壳体与第二柱状壳体位于连接壁9的两侧；第一柱状状壳体的上端边沿垂直焊接在上壁7的内沿上，第二柱状壳体的下端边沿垂直焊接在下壁8的内沿上，并且上壁 7与下壁8互相平行；外壁6上端边沿与上壁7的外沿焊接，外壁6的下端边沿与下壁8 的外沿焊接；在外壁6上安装有进水管2和出水管3，进水管2和出水管3均与主体内腔连通；所述的螺母4数量为2个，2个螺母4以主体1的中心轴为对称轴对称焊接在上壁 7上。如此设置，LVDT从测杆一侧插入内壁5内，使下壁8与LVDT的导向杆下端面位于同一平面，然后将LVDT的壳体上部固定在静止的参照物上，并使用两根铁丝分别通过两个螺母4将主体1绑定在固定LVDT的静止的参照物上，然后将进水管2通过耐火铠装胶管与水龙头连通，出水管3通过耐火铠装胶管与下水管联通，进行火灾试验，火灾试验开始后，通过进水管2向主体1内注水，通过出水管3将主体1内的热水排出，起到带走主体1内的热量目的，继而对LVDT进行降温。铁丝为线径为8mm镀锌铁丝。

所述的内壁5的第一柱状壳体的内径与LVDT的壳体直径相同，内壁5的第二柱状壳体的内径与LVDT的导向杆直径相同。如此设置，LVDT的壳体套装在内壁5的第二柱状壳体内，限制LVDT的活动。

所述的进水管2的中心与下壁8的距离为L₁，出水管3的中心与上壁7的距离为L₂，其中L₁与L₂相同。

所述的进水管2的直径与出水管3的直径相同，进水管2的长度与出水管3的长度相同，并且在进水管2和出水管3上均套接有耐火铠装胶管。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置，其特征在于：包括主体(1)、进水管(2)、出水管(3)和螺母(4)，主体(1)包括内壁(5)、外壁(6)、上壁(7)和下壁(8)，所述的内壁(5)、外壁(6)、上壁(7)和下壁(8)构成主体内腔，其中上壁(7)和下壁(8)均为圆环板材，上壁(7)的内环尺寸大于下壁(8)的内环尺寸；内壁(5)由两个半径不同的柱状壳体和连接壁(9)组成，这两个柱状壳体分别为第一柱状壳体和第二柱状壳体，第一柱状壳体和第二柱状壳体通过连接壁(9)连接，连接壁(9)为环状板材，第一柱状壳体的下端边沿垂直焊接在连接壁(9)的外沿上，第二柱状壳体的上端边沿垂直焊接在连接壁(9)的内沿上，并且第一柱状壳体与第二柱状壳体位于连接壁(9)的两侧；第一柱状状壳体的上端边沿垂直焊接在上壁(7)的内沿上，第二柱状壳体的下端边沿垂直焊接在下壁(8)的内沿上，并且上壁(7)与下壁(8)互相平行；外壁(6)上端边沿与上壁(7)的外沿焊接，外壁(6)的下端边沿与下壁(8)的外沿焊接；在外壁(6)上安装有进水管(2)和出水管(3)，进水管(2)和出水管(3)均与主体内腔连通；所述的螺母(4)数量为2个，2个螺母(4)以主体(1)的中心轴为对称轴对称焊接在上壁(7)上；

所述的内壁(5)的第一柱状壳体的内径与LVDT的壳体直径相同，内壁(5)的第二柱状壳体的内径与LVDT的导向杆直径相同；

该装置使用时，首先将LVDT从测杆一侧插入内壁(5)内，使下壁(8)与LVDT的导向杆下端面位于同一平面，然后将LVDT的壳体上部固定在静止的参照物上，并使用两根铁丝分别通过两个螺母(4)将主体(1)绑定在固定LVDT的静止的参照物上，然后将进水管(2)通过耐火铠装胶管与水龙头连通，出水管(3)通过耐火铠装胶管与下水管联通，最后进行火灾试验。

2.根据权利要求1所述的用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置，其特征在于：所述的进水管(2)的中心与下壁(8)的距离为L₁，出水管(3)的中心与上壁(7)的距离为L₂，其中L₁与L₂相同。

3.根据权利要求1所述的用于差动变压器式位移传感器(LVDT)的被动降温装置，其特征在于：所述的进水管(2)的直径与出水管(3)的直径相同，进水管(2)的长度与出水管(3)的长度相同，并且在进水管(2)和出水管(3)上均套接有耐火铠装胶管。

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