CN110186603A - 一种气旋扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气旋扭矩传感器，涉及传感器技术领域，包括：至少一主动风扇，所述主动风扇由电机驱动转动；一被动风扇，其与所述主动风扇沿同一转动轴线设置，所述被动风扇的扇叶在所述主动风扇扇动下做被动转动运动；一传动轴，其连接于所述被动风扇沿转动轴线方向且远离所述主动风扇的一端；一密封腔，所述主动风扇与所述被动风扇设置于所述密封腔内；所述传动轴至少部分的设置于所述密封腔外侧。本发明所述气旋扭矩传感器能够始终保持在恒压状态，不受外界空气及大气压影响，保证所述气旋扭矩传感器的精度，提高环境适应性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及传感器技术领域，具体涉及一种气旋扭矩传感器。
背景技术
扭矩传感器是一种测量扭矩的测量仪器，应用范围十分广泛，其形状以及款式也多种多样，常见的扭矩传感器有如下几种形式：
扭转角相位差式传感器，该种传感器是在弹性轴的两端安装着两组齿数、形状及安装角度完全相同的齿轮，在齿轮的外侧各安装着一只接近(磁或光)传感器。当弹性轴旋转时，这两组传感器就可以测量出两组脉冲波，比较这两组脉冲波的前后沿的相位差就可以计算出弹性轴所承受的扭矩量。该种传感器的优点：实现了转矩信号的非接触传递，检测信号为数字信号；缺点是：体积较大，不易安装，低转速时由于脉冲波的前后沿较缓不易比较，因此低速性能不理想。
机械式扭矩传感器，采用直接的方式来测量轴输出功率，该种传感器缺点是：需要专用的联接工装；安装不当会加大扭矩测量误差甚至损坏扭矩传感器；扭矩和转速测量范围较窄。
旋转式粘度计，主要包括一块平板和一块锥板，电动机经变速齿轮带动平板恒速旋转，依靠毛细管作用使被测样品保持在两板之间，并借样品分子间的摩擦力而带动锥板旋转。在扭矩检测器内的扭簧的作用下，锥板旋转一定角度后不再转动，此时，扭簧所施加的扭矩与被测样品的分子内部摩擦力(即粘度)有关：样品粘度越大，扭矩越大。但旋转式粘度计通常需要水平放置，安装精度要求较高，无法随意放置，局限性较大。
因此，急需提供一种结构精简、精度高且使用方便、对环境适应能力强的扭矩传感器。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种气旋扭矩传感器，以解决现有技术中扭矩传感器形式复杂，环境适应力差的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，一种气旋扭矩传感器，包括：
至少一主动风扇，所述主动风扇由电机驱动转动；
一被动风扇，其与所述主动风扇沿同一转动轴线设置，所述被动风扇的扇叶在所述主动风扇扇动下做被动转动运动；
一传动轴，其连接于所述被动风扇沿转动轴线方向且远离所述主动风扇的一端；
一密封腔，所述主动风扇与所述被动风扇设置于所述密封腔内；
所述传动轴至少部分的设置于所述密封腔外侧。
进一步地，所述气旋扭矩传感器还包括：
一码盘，所述码盘套设于所述传动轴上；
一光电感应器，所述光电感应器至少部分的围合所述码盘。
进一步地，所述气旋扭矩传感器还包括：
一转子，所述转子与所述传动轴连接，且所述转子与所述传动轴设置于所述密封腔外侧部分连接，所述转子跟随所述传动轴转动。
进一步地，所述码盘、所述光电感应器均设置于所述密封腔内。
进一步地，所述密封腔包括：一底壳，其包括至少三面围合的侧壁和一侧开口部；
一密封部，所述密封部适于密封所述底壳的开口部；
所述密封部在与所述底壳装配状态下形成所述密封腔。
进一步地，所述传动轴贯穿所述密封部，并至少部分的设置于所述密封腔外侧；所述传动轴与所述密封部之间还设置有至少一轴承，所述轴承与所述密封部、所述轴承与所述传动轴连接处均采用密封设置。
进一步地，所述气旋扭矩传感器还包括一风扇固定部，所述风扇固定部用于固定所述被动风扇与所述主动风扇，并使所述所述被动风扇与所述主动风扇保持在同轴状态。
根据本发明实施例的第二方面，一种扭矩仪，所述扭矩仪具有如上述所述的气旋扭矩传感器。
根据本发明实施例的第三方面，一种物位开关，所述物位开关具有如上述所述的气旋扭矩传感器。
本发明实施例具有如下优点：
(1)本发明提供的气旋扭矩传感器，保证所述密封腔始终处于密封状态，不与外界有空气流动，从而使所述气旋扭矩传感器保持在恒压状态，不受外界空气及大气压影响，保证所述气旋扭矩传感器的精度，提高环境适应性，使所述气旋扭矩传感器能够在更多工况下使用，且无需针对特定工况对所述气旋扭矩传感器进行适应性调整；
(2)本发明提供的气旋扭矩传感器，通过所述主动风扇输出恒定转速，在所述转子拨动介质时，通过阻力的增加在所述传动轴的转速上的反应，并与空转状态下的所述传动轴的转速进行比较，从而测得所述介质的阻力或粘度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明气旋扭矩传感器截面图；
图2为本发明气旋扭矩传感器端面视图；
图3为本发明气旋扭矩传感器连接转子示意图；
图4为本发明气旋扭矩传感器系统连接图一；
图5为本发明气旋扭矩传感器系统连接图二；
图6为本发明气旋扭矩传感器使用状态示意图一；
图7为本发明气旋扭矩传感器使用状态示意图二；
图8为本发明气旋扭矩传感器使用状态示意图三；
图9为本发明气旋扭矩传感器电路控制图。
附图标记说明：
1-底壳，2-主动风扇，3-被动风扇，4-风扇固定部，5-传动轴，6-轴承，7-码盘，8-光电感应器，9-密封部，10-支撑体，11-中轴线，12-转子。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
本发明提供一种气旋扭矩传感器，结合附图1、图2所示，所述气旋扭矩传感器包括：
至少一主动风扇2，所述主动风扇2由电机驱动转动；
一被动风扇3，其与所述主动风扇2沿同一转动轴线设置，所述被动风扇3的扇叶在所述主动风扇2扇动下做被动转动运动；
所述被动风扇3沿转动轴线方向且远离所述主动风扇2一端，连接有一传动轴5，所述传动轴5跟随所述被动风扇3转动。
所述气旋扭矩传感器还包括：
一底壳1，其包括至少三面围合的侧壁和一侧开口部，所述底壳1内部构造为空腔形式；
一密封部9，所述密封部9适于密封所述底壳1的开口部，所述密封部9在与所述底壳1装配状态下形成密封腔。
所述主动风扇2与所述被动风扇3设置于所述密封腔内；
本发明的所述气旋扭矩传感器内部动作形式如下：通电状态下，电机转动带动所述主动风扇2转动，使所述密封腔内形成空气流动，流动的空气由所述主动风扇2后侧吸入，并向前侧吹出，使流动的空气穿过所述被动风扇3的扇叶，进而带动所述被动风扇3转动，流动的空气穿过所述被动风扇3的扇叶后进一步循环至所述主动风扇2后侧，形成闭环循环，流动的空气在密封腔内做闭路循环运动不受外界气流的影响，以保证被动风扇恒定转动。
较佳的，所述密封腔内充入的气体为氮气。
所述传动轴5贯穿所述密封部9，并至少部分的设置于所述密封腔外侧；
较佳的，所述传动轴5沿中轴线11方向贯穿所述密封部9；
作为优选的实现形式，所述传动轴5与所述密封部9之间还设置有至少一轴承6，所述轴承6与所述密封部9、所述轴承6与所述传动轴5连接处均采用密封设置，保证所述密封腔始终处于密封状态，不与外界有空气流动，从而使所述气旋扭矩传感器保持在恒压状态，不受外界空气及大气压影响，保证所述气旋扭矩传感器的精度，提高环境适应性，使所述气旋扭矩传感器能够在更多工况下使用，且无需针对特定工况对所述气旋扭矩传感器进行适应性调整。
实施例二
如上述所述的气旋扭矩传感器，本实施例与其不同之处在于，所述气旋扭矩传感器还包括：
至少一码盘7，所述码盘7套设于所述传动轴5上，所述传动轴5转动，带动所述码盘7转动。
一光电感应器8，所述光电感应器8至少部分的围合所述码盘7，所述码盘7跟随所述传动轴5转动，进而与所述光电传感器8配合，测得所述传动轴5的转动速度，并将检测值输出给控制单元。
较佳的，所述码盘7与所述传动轴5垂直设置，保证所述码盘7绕所述传动轴5转动时，保持在平衡状态，不随意晃动，保证所述气旋扭矩传感器的检测精度。
较佳的，所述光电感应器8固定设置于所述密封部9上；作为另外一种实现形式，所述光电感应器8还可以固定在所述底壳1内侧。
较佳的，所述码盘7、所述光电感应器8均设置于所述密封腔内。
结合上述结构特征阐述，本发明提供的气旋扭矩传感器，其具体工作形式如下：
通电状态下，电机转动带动所述主动风扇2转动，使所述密封腔内形成空气流动，流动的空气由所述主动风扇2后侧吸入，并向前侧吹出，使流动的空气穿过所述被动风扇3的扇叶，进而带动所述被动风扇3转动，所述被动风扇3带动所述传动轴5沿中轴线11转动；所述传动轴5转动，带动所述码盘7转动，通过所述码盘7与所述光电感应器8的配合，实时监测所述传动轴5的转动速度；
在所述传动轴5无负载状态下，所述主动风扇2转动速度恒定，所述被动风扇3的转动速度也处于恒定状态，从而所述码盘7与所述光电感应器8测得的转动速度也为恒定值；
当所述传动轴5设置于所述密封腔外侧部分的负载值变化时，所述主动风扇2转动速度恒定，但所述被动风扇3的转动速度跟随所述传动轴5的负载变化而做出调整，此时，所述码盘7与所述光电感应器8测得的转动速度也将随之改变，进而通过函数关系，即可求得所述传动轴5设置于所述密封腔外侧部分的负载值大小。
实施例三
如上述所述的气旋扭矩传感器，结合图3所示，本实施例与其不同之处在于，所述气旋扭矩传感器还包括：
一转子12，所述转子12与所述传动轴5连接，且所述转子12与所述传动轴5设置于所述密封腔外侧部分连接，进而使所述转子12设置于所述密封腔外侧。所述转子12跟随所述传动轴5转动，从而使所述转子12绕所述传动轴5的转动轴线转动，优选的，所述传动轴5的转动轴线与所述中轴线11重合。
作为优选的实现形式，所述转子12设置在所述传动轴5上，并与所述中轴线11成角度设置。
较佳的，所述转子12远离所述传动轴5一端端部设置为放大结构，从而增大所述传动轴5端部的受力面积。
较佳的，所述转子12与所述传动轴5的连接形式为可拆卸式连接。
结合图6-8所示，其为本发明气旋扭矩传感器使用状态示意图，其中，图6、图7为本发明气旋扭矩传感器在水平放置状态下的使用状态示意图，图8为本发明气旋扭矩传感器在垂直放置状态下的使用状态示意图。
当所述气旋扭矩传感器在水平放置状态时，所述转子12间歇性拨动介质，从而通过阻力的增加或减小在所述传动轴5的转速上的反应，利用所述码盘7与所述光电感应器8测得所述传动轴5的转速。
当所述气旋扭矩传感器在垂直放置状态时，所述主动风扇2输出恒定转速，在所述转子12拨动介质时，通过阻力的增加在所述传动轴5的转速上的反应，并与空转状态下的所述传动轴5的转速进行比较，从而测得所述介质的阻力或粘度。
较佳的，所述主动风扇2由电机驱动。
较佳的，所述气旋扭矩传感器还包括一风扇固定部4，所述风扇固定部4用于固定所述被动风扇3与所述主动风扇2，使所述所述被动风扇3与所述主动风扇2保持在同轴状态。
较佳的，所述风扇固定部4通过一支撑体10与所述密封部9连接固定，作为优选的实现形式，所述风扇固定部4与所述支撑体10设置于所述密封腔内。
本发明提供的气旋扭矩传感器无需水平放置，对安装精度要求较低，适用性强，结构形式简单，环境适应性强，克服了传统的扭矩传感器形式复杂、环境适应力差的问题。
实施例四
如上述所述的气旋扭矩传感器，结合图4所示，本实施例与其不同之处在于，所述气旋扭矩传感器包括至少一电源，所述电源与所述电机电连接，所述电源还用于对控制单元提供电能，所述控制单元包括CPU，所述CPU适于与光电感应器电连接，所述光电感应器的数据反馈至所述CPU，并由所述CPU输出转速值和/或扭矩值。
结合图5所示，所述气旋扭矩传感器的控制单元还包括：温度传感器和OLED显示器；所述温度传感器和所述OLED显示器均与所述CPU电连接；
所述温度传感器将温度数据传输至所述CPU，所述CPU适于将显示信息在所述OLED显示器上进行显示。
所述显示信息包括：所述输出轴的转速值，所述输出轴的扭矩值，温度传感器测得的温度数据。
结合图9所示，其为所述气旋扭矩传感器的电路控制图，所述气旋扭矩传感器的所述CPU的型号可以为lC1-AN555、IC2-LM7805、IC3-LM324、CPU-Atmega-328、Q1-lcBT-N的其中一种。
较佳的，所述电源为直流电源，所述直流电源与所述CPU的输入端(Vin)和接地端(G)连接。
所述光电感应器与所述CPU的电源端(VCC)和接地端(G)连接，并且所述CPU与所述光电感应器的信号输入端连接，用于将所述CPU产生的脉宽调制信号(PWM)传输至所述光电感应器；所述CPU的引脚D与所述光电感应器的信号输出端连接。
所述OLED显示器和所述温度传感器均与所述CPU的电源端(VCC)和接地端(G)连接。
较佳的，所述光电感应器、所述OLED显示器和所述温度传感器作为现有技术中常见的元器件，其具体结构形式及型号匹配可根据所述气旋扭矩传感器的具体应用场景进行适应性选择，在此不再赘述。
实施例五
本发明还提供一种扭矩仪，其包括如上述所述的气旋扭矩传感器，所述扭矩仪能够用于测量扭矩。
实施例六
本发明还提供一种物位开关，其包括如上述所述的气旋扭矩传感器，所述物位开关在使用状态下，其包含的所述气旋扭矩传感器为垂直放置状态，此时，所述气旋扭矩传感器的转子12能够进行旋转，随着物料高度变化，在所述转子12触碰到物料时，通过扭矩改变，反应出物料的高度状态，进而触发所述物位开关动作。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种气旋扭矩传感器，其特征在于，包括：
至少一主动风扇(2)，所述主动风扇(2)由电机驱动转动；
一被动风扇(3)，其与所述主动风扇(2)沿同一转动轴线设置，所述被动风扇(3)的扇叶在所述主动风扇(2)扇动下做被动转动运动；
一传动轴(5)，其连接于所述被动风扇(3)沿转动轴线方向且远离所述主动风扇(2)的一端；
一密封腔，所述主动风扇(2)与所述被动风扇(3)设置于所述密封腔内；
所述传动轴(5)至少部分的设置于所述密封腔外侧。
2.根据权利要求1所述的气旋扭矩传感器，其特征在于，所述气旋扭矩传感器还包括：
一码盘(7)，所述码盘(7)套设于所述传动轴(5)上；
一光电感应器(8)，所述光电感应器(8)至少部分的围合所述码盘(7)。
3.根据权利要求1所述的气旋扭矩传感器，其特征在于，所述气旋扭矩传感器还包括：
一转子(12)，所述转子(12)与所述传动轴(5)连接，且所述转子(12)与所述传动轴(5)设置于所述密封腔外侧部分连接，所述转子(12)跟随所述传动轴(5)转动。
4.根据权利要求2所述的气旋扭矩传感器，其特征在于，所述码盘(7)、所述光电感应器(8)均设置于所述密封腔内。
5.根据权利要求1所述的气旋扭矩传感器，其特征在于，所述密封腔包括：一底壳(1)，其包括至少三面围合的侧壁和一侧开口部；
一密封部(9)，所述密封部(9)适于密封所述底壳(1)的开口部；
所述密封部(9)在与所述底壳(1)装配状态下形成所述密封腔。
6.根据权利要求5所述的气旋扭矩传感器，其特征在于，所述传动轴(5)贯穿所述密封部(9)，并至少部分的设置于所述密封腔外侧；所述传动轴(5)与所述密封部(9)之间还设置有至少一轴承(6)，所述轴承(6)与所述密封部(9)、所述轴承(6)与所述传动轴(5)连接处均采用密封设置。
7.根据权利要求1所述的气旋扭矩传感器，其特征在于，所述气旋扭矩传感器还包括一风扇固定部(4)，所述风扇固定部(4)用于固定所述被动风扇(3)与所述主动风扇(2)，并使所述被动风扇(3)与所述主动风扇(2)保持在同轴状态。
8.一种扭矩仪，其特征在于，所述扭矩仪具有如上述权利要求1-7任意一项所述的气旋扭矩传感器。
9.一种物位开关，其特征在于，所述物位开关具有如上述权利要求1-7任意一项所述的气旋扭矩传感器。
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