CN110208566B - 一种浸没式液态金属转速测量装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浸没式液态金属转速测量装置及其制作方法，所述浸没式液态金属转速测量装置包括：壳体、设置在所述壳体内壁的若干个输入电极以及位于所述壳体内的转子；所述转子上设置有感应电极，所述壳体与所述转子之间填充有液态金属，所述液态金属用于连接所述感应电极与所述输入电极。由于当感应电极和输入电极相对或不相对时，电流脉冲大小可以快速改变，大大提高了转速测量装置的灵敏度，提高测速的检测效率，缩短测试时间。

Description

一种浸没式液态金属转速测量装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及转速测量装置技术领域，尤其涉及的是一种浸没式液态金属转速测量装置及其制作方法。
背景技术
常用的转速测量装置有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。现有技术中通过直接传递转动状态来进行转速测量，但这种直接传递转动状态测量转速的灵敏度较差。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种浸没式液态金属转速测量装置及其制作方法，旨在解决现有技术中转速测量装置灵敏度较差的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种浸没式液态金属转速测量装置，其中，其包括：其包括：壳体、设置在所述壳体内壁的若干个输入电极以及位于所述壳体内的转子；所述转子可在所述壳体内转动，若干个所述输入电极沿所述转子的转动方向间隔设置，所述转子上设置有感应电极，所述感应电极与所述输入电极相对并与所述输入电极之间具有间隙；所述壳体与所述转子之间填充有液态金属，所述液态金属用于连接所述感应电极与所述输入电极。
所述的浸没式液态金属转速测量装置，其中，所述壳体上设置有轴孔，所述轴孔内设置有用于带动所述转子转动的测速轴；所述测速轴一端与所述转子连接，另一端穿过所述轴孔并伸出所述壳体外。
所述的浸没式液态金属转速测量装置，其中，所述轴孔边缘设置有密封圈，所述密封圈围绕所述测速轴。
所述的浸没式液态金属转速测量装置，其中，所述壳体内壁上设置有凹槽，所述密封圈位于所述凹槽内。
所述的浸没式液态金属转速测量装置，其中，所述测速轴不导电。
所述的浸没式液态金属转速测量装置，其中，所述测速轴通过键与所述转子固定连接。
所述的浸没式液态金属转速测量装置，其中，所述壳体内壁上设置有两个挡板，两个所述挡板分别位于所述转子的轴向两端。
所述的浸没式液态金属转速测量装置，其中，所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金，所述间隙的宽度为10-2000μm。
一种基于上述任意一项所述的浸没式液态金属转速测量装置的制作方法，其中，其包括步骤：
制备液态金属；
根据转子的转速设置输入电极的位置、输入电极的个数以及间隙的宽度。
所述的浸没式液态金属转速测量装置的制作方法，其中，所述根据转子的转速设置输入电极的位置、输入电极的个数以及间隙的宽度步骤具体包括：
根据测速输入端的条件和转速测量需求来制作测速轴、键和带感应电极的转子；
根据测速腔体的尺寸和转速测量需求来制作基座内表面的输入电极个数；
根据安装环境和位置尺寸制作基座，通过基座内径尺寸来获得间隙的宽度，在基座内表面安装感应电极，通过轴肩挡板的厚度调节基座内表面输入电极和测速转子上感应电极之间的相对位置。
有益效果：由于当感应电极和输入电极相对或不相对时，电流脉冲大小可以快速改变，大大提高了转速测量装置的灵敏度，提高测速的检测效率，缩短测试时间。
附图说明
图1是本发明中浸没式液态金属转速测量装置的剖视图。
图2是本发明中浸没式液态金属转速测量装置的截面图。
图3是本发明中基座和输入电极的结构示意图。
图4是本发明中转子的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请同时参阅图1-图4，本发明提供了一种浸没式液态金属转速测量装置的一些较佳实施例。
如图1和图2所示，本发明的浸没式液态金属转速测量装置包括：壳体10、设置在所述壳体10内壁的若干个输入电极30以及位于所述壳体10内的转子20；壳体10内形成用于测速的腔体，所述转子20可在所述壳体10内（即腔体）转动，若干个所述输入电极30沿所述转子20的转动方向间隔设置，所述转子20上设置有感应电极21，所述感应电极21与所述输入电极30相对并与所述输入电极30之间具有间隙；所述壳体10与所述转子20之间填充有液态金属，也就是说，腔体内填充有液态金属，转子20浸没在液态金属中，所述液态金属用于连接所述感应电极21与所述输入电极30。
值得说明的是，输入电极30贴附在壳体10的内壁上，输入电极30外接测试电路的输入电源端。本发明中需要测量转子20的转速。由于液态金属导电，且其电阻与电极之间的距离有关，比如说，由于若干个输入电极30是间隔设置的，转子20带动感应电极21转动至与输入电极30相对时，感应电极21与输入电极30之间的距离即间隙的宽度，也就是说比较相近，那么感应电极21与输入电极30之间的液态金属的电阻较小，感应电极21感应到的电流脉冲较大（记为电流脉冲峰值）。转子20带动感应电极21转动至两个输入电极30之间时，感应电极21不与输入电极30相对，感应电极21与输入电极30之间的距离大于间隙的宽度，也就是说比较远，那么感应电极21与输入电极30之间的液态金属的电阻较大，感应电极21感应到的电流脉冲较小（记为电流脉冲谷值）。本实施例中感应电极21设置有一个，当然也可以设置有多个。
通过感应电极21和输入电极30之间电流脉冲变化的快慢可计算求得转子20的转速。由于当感应电极21和输入电极30相对或不相对时，电流脉冲大小可以快速改变，大大提高了转速测量装置的灵敏度，提高测速的检测效率，缩短测试时间。
此外，本发明中采用液态金属通常具有良好的导热性，浸没式液态金属转速测量装置具有较好的散热性能。
为便于计算，令输入电极30的个数为n，转子20的转速的计算有多种方式：第一、当设置一个感应电极21时，检测感应电极21与输入电极30电流脉冲n次的时间为t1秒，则转子20的转速为n/t1转/秒。第二、当设置一个感应电极21时，检测感应电极21与输入电极30相邻两次脉冲的时间为t2秒，则转子20的转速为1/t2转/秒。第三、当设置两个感应电极21时，需要考虑两个感应电极21所对的圆心角为α，检测某一个输入电极30依次与这两个感应电极21相对的时间为t3秒，则转子20的转速为t3×360°/α转/秒。
请同时参阅图1、图2，本发明的较佳实施例中，所述转子20呈圆柱状，当然也可以设置呈锥台状。
壳体10包括：基座11和与基座11连接的盖体12；基座11上设置有凸缘13和底板14，凸缘13底板14垂直，底板14上设置有螺孔，螺孔可供螺钉穿过并固定转速测量装置。
在本发明的一个较佳实施例中，所述壳体10上设置有轴孔111，轴孔111设置在基座11底部，所述轴孔111内设置有用于带动所述转子20转动的测速轴；所述测速轴一端与所述转子连接，另一端穿过所述轴孔111并伸出所述壳体外。测速轴用于与被测物连接，测速轴可以采用联轴器与被测物连接。
如图4所示，转子上设置有供测速轴穿过的通孔201，测速轴通过键23与转子固定连接。键23主要用于避免测速轴与转子之间发生转动。具体地，通孔201内壁上设置有第一半槽202，测速轴外壁上设置有第二半槽，第一半槽202与第二半槽组合成键槽，键23位于键槽内。将转子通过键23与测速轴连接，方便更换测速轴，也就是说，被测物的转轴也可以作为测速轴，与转子连接。
在本发明的一个较佳实施例中，所述壳体10内壁上设置有挡板40，所述挡板40分为两块，分别位于所述转子20的轴向两端。挡板40主要用于调整感应电极21和输入电极30相对位置，确保感应电极21和输入电极30对准，不会出现轴向偏差。具体地，两个挡板40分别为轴肩挡板41、轴端挡板42，轴肩挡板41呈圆环形，并套设在测速轴上，轴端挡板42位于测速轴的端部，呈圆形。
在本发明的一个较佳实施例中，请同时参阅图1、图2以及图3，为了避免液态金属的泄露，所述轴孔111边缘设置有密封圈50，所述密封圈50围绕所述测速轴，当然，密封圈50设置在壳体10内壁上。更进一步地，壳体10内壁上设置有凹槽，具体地，凹槽设置在基座11上；密封圈50位于凹槽内，密封圈50与凹槽的开口的距离为0.02至0.2mm。密封圈50利用了液态金属的流变性，使液态金属在密封处形成具有固相性质的密封膜从而隔绝外部环境并防止转速测量装置的内部泄漏。
在本发明的一个较佳实施例中，所述间隙的宽度为10-2000μm。较佳的，间隙的宽度为100-800μm。需要强调的是，本速测量装置对间隙的宽度尺寸无特殊要求，可以做的很小精度却不会受到任何影响，在制造工艺满足的条件下，间隙的宽度可以小于100μm。具体地，需要根据转速测量需求设置间隙的宽度，在输入电极30与感应电极21相对的时间内，电流脉冲峰值与电流脉冲谷值之间的差值足以被检测到。通常需要测量的转速越高，则间隙的宽度越小；当需要测量的转速越低，则间隙的宽度可以增大。当然，也需要根据感应时间确定间隙的宽度，需要感应快时，则间隙的宽度越小，不需要感应快时，则间隙的宽度可以增大。
在本发明的一个较佳实施例中，测速轴不导电。具体地，测速轴采用不导电材料制成，以免影响输入电极30与感应电极21的导通；或者，测速轴虽然采用导电材料，但在测速轴表面镀有铅层。当被测物的转轴的轴径合适时，可以直接通过键23连接转子20进行测速；当被测轴轴径较细或者较粗时，则需要联轴器连接到测速轴上。
本发明具有以下优点：（1）由于采用液态金属导通感应电极和输入电极，提高了测速的检测效率，节省了时间，提高测速的检测效率，缩短测试时间。（2）本发明的浸没式液态金属转速测量装置结构简单，紧凑，各部分相对独立，方便维护和检修；（3）本发明的浸没式液态金属转速测量装置具有良好互换性、可以实现模块化、系列化和快速制作；（4）本发明的浸没式液态金属转速测量装置对工作环境无特殊要求，能够适应各种特殊环境；（5）本发明利用液体金属自身特性，可以适应高速旋转状况下的转速测量。（6）本转速测量装置对测速区域的长度尺寸无特殊要求，可以做的很小，在技术允许的条件下，转速测量装置腔体的缝隙可以小于100μm。
本发明还提供了一种基于上述任意一项所述的浸没式液态金属转速测量装置的制作方法，包括如下步骤：
步骤S100、制备液态金属。
在选取液态金属时需要考量其带电状态下的粘性阻力、电阻值的扰动以及其对电极材料的湿润性。根据使用环境的温度条件以及转速测量装置的散热性，选用不同比例制造的镓铟合金或镓铟锡合金，并在测试电路条件下进行粘性测试，同时在选取液态金属时需要考量其带电状态下的粘性阻力、电阻值的扰动以及其对电极材料的湿润性。
步骤S200、根据转子20的转速设置输入电极30的位置、输入电极30的个数以及间隙的宽度。
具体地，步骤S200包括如下步骤：
步骤S210、根据测速输入端的条件（如：轴径状况）和转速测量需求来制作测速轴、键23和带感应电极21的转子20。
步骤S220、根据测速腔体的尺寸和转速测量需求来制作基座11内表面的输入电极30个数N。
步骤S230、根据安装环境和位置尺寸制作基座11，通过基座11内径尺寸来获得间隙的宽度，在基座11内表面安装感应电极21，通过轴肩挡板41的厚度调节基座11内表面输入电极30和测速转子上感应电极21之间的相对位置。
在确定尺寸后，应进行初步的静平衡和动平衡计算，以平衡轴上负载不均匀带来的附加扰动。
步骤S240、根据测速转子上的输入电极30与感应电极21对应的测试位置，将键23、轴肩挡板41、轴端挡板42和带输入电极30的测速转子安装在测速轴上。
通常对匀速转速测量采用对称布置输入电极30，对转速存在变加速、只关注部分转角或者往复转动时常常根据实际需求采用非对称布置输入电极30。
步骤S250、根据基座11尺寸制作盖体12，依次在基座11上安装密封圈50、步骤S240中配合好的转子20和测速轴22，将制备好的液态金属充入到腔体中，安装盖体12并测试其防泄漏特性。
步骤S260、在初次装配后，需要进行通电测试实验，保证装配的有效性。
综上所述，本发明提供了一种浸没式液态金属转速测量装置及其制作方法，所述浸没式液态金属转速测量装置包括：壳体、设置在所述壳体内壁的若干个输入电极以及位于所述壳体内的转子；所述转子可在所述壳体内转动，若干个所述输入电极沿所述转子的转动方向间隔设置，所述转子上设置有感应电极，所述感应电极与所述输入电极相对并与所述输入电极之间具有间隙；所述壳体与所述转子之间填充有液态金属，所述液态金属用于连接所述感应电极与所述输入电极。由于当感应电极和输入电极相对或不相对时，电流脉冲大小可以快速改变，大大提高了转速测量装置的灵敏度，提高测速的检测效率，缩短测试时间。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，其包括：壳体、设置在所述壳体内壁侧面的若干个输入电极以及位于所述壳体内的转子；所述转子可在所述壳体内转动，若干个所述输入电极沿所述转子的转动方向间隔设置，所述转子上设置有感应电极，所述感应电极与所述输入电极相对并与所述输入电极之间具有间隙；所述间隙的宽度为10-2000μm；所述壳体与所述转子之间填充有液态金属，所述液态金属用于连接所述感应电极与所述输入电极；所述感应电极和所述输入电极之间的液态金属的电阻，与所述感应电极和所述输入电极之间的距离相关。
2.根据权利要求1所述的浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，所述壳体上设置有轴孔，所述轴孔内设置有用于带动所述转子转动的测速轴；所述测速轴一端与所述转子连接，另一端穿过所述轴孔并伸出所述壳体外。
3.根据权利要求2所述的浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，所述轴孔边缘设置有密封圈，所述密封圈围绕所述测速轴。
4.根据权利要求3所述的浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，所述壳体内壁上设置有凹槽，所述密封圈位于所述凹槽内。
5.根据权利要求2所述的浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，所述测速轴不导电。
6.根据权利要求2所述的浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，所述测速轴通过键与所述转子固定连接。
7.根据权利要求1所述的浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，所述壳体内壁上设置有两个挡板，两个所述挡板分别位于所述转子的轴向两端。
8.根据权利要求1所述的浸没式液态金属转速测量装置，其特征在于，所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金。
9.一种基于权利要求1-8任意一项所述的浸没式液态金属转速测量装置的制作方法，其特征在于，其包括步骤：
制备液态金属；
根据转子的转速设置输入电极的位置、输入电极的个数以及间隙的宽度。
10.根据权利要求9所述的浸没式液态金属转速测量装置的制作方法，其特征在于，所述根据转子的转速设置输入电极的位置、输入电极的个数以及间隙的宽度步骤具体包括：
根据测速输入端的条件和转速测量需求来制作测速轴、键和带感应电极的转子；
根据测速腔体的尺寸和转速测量需求来制作基座内表面的输入电极个数；
根据安装环境和位置尺寸制作基座，通过基座内径尺寸来获得间隙的宽度，在基座内表面安装输入电极，通过挡板的厚度调节基座内表面输入电极和测速转子上感应电极之间的相对位置。
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