CN110223830B - 一种用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，包括筒环绕线载架及安装于筒环绕线载架一端的凸形紧固塞，所述筒环绕线载架及凸形紧固塞均设于传感器的外保护体内；所述筒环绕线载架包括用于绕制受涡流回归的初级线圈的芯部中柱、用于绕制起判断和偏差补偿能力的次级线圈的第一瓦状体，以及用于绕制发射电磁信号的终极线圈的第二瓦状体；所述第一瓦状体与第二瓦状态同轴且上下相连，二者构成筒状结构；所述芯部中柱设于筒状结构内。本发明的有益效果为：本发明针对嵌入式钢水液位传感器内部感应线圈的信号进行非滤波数据采集分析，对其测量核心部件感应线圈骨架进行结构设计，保证了传感器电磁线圈组件的耐高温、抗干扰性以及和原有前置放大器、信号处理器匹配性。

Description

一种用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构
技术领域
本发明涉及钢水液位检测技术领域，具体涉及一种用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构。
背景技术
现代连铸生产中，国内外连铸机平台80％都是使用嵌入式(电磁型)钢水液位传感器，市场占有率非常高。作为连铸机的关键设备之一，嵌入式(电磁型)钢水液位传感器是一种基于电磁感应的无损、非接触式液位传感器，其结构较复杂，生产成本昂贵且维修不便等因素制约着钢厂的连铸生产。磁感应线圈是液面传感器的核心部件，其骨架的规格参数、结构和材料都直接影响着磁感应线圈的质量、电磁感应量的控制精度和检测的有效信号及信号的准确性。然而，部分国产传感器内部感应线圈骨架绕制后易受到外界因素干扰等缺点，线圈加注定位胶水和导热胶水，散热效果不理想，不能适应越来越高的液位测量精度要求。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种抗干扰能力强、散热效果好的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构。
本发明采用的技术方案为：一种用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，包括筒环绕线载架及安装于筒环绕线载架一端的凸形紧固塞，所述筒环绕线载架及凸形紧固塞均设于传感器的外保护体内；所述筒环绕线载架包括用于绕制受涡流回归的初级线圈的芯部中柱、用于绕制起判断和偏差补偿能力的次级线圈的第一瓦状体，以及用于绕制发射电磁信号的终极线圈的第二瓦状体；所述第一瓦状体与第二瓦状态同轴且上下相连，二者构成筒状结构；所述芯部中柱设于筒状结构内。
按上述方案，所述第一瓦状体上沿周向开设有第一环形线槽，所述次级线圈绕制于第一环形线槽内；所述第二瓦状体上沿周向开设有第二环形线槽，所述终极线圈绕制于第二环形线槽内。
按上述方案，所述第一瓦状体和第二瓦状态均为分体式结构；第一瓦状体包括分别位于芯部中柱两端的第一分体A和第一分体B，第二瓦状体包括与第一分体A对应且相连的第二分体A，以及与第一分体B对应且相连的第二分体B，所述第二分体A和第二分体B分别位于芯部中柱的两端。
按上述方案，所述第一分体A/第一分体B上设平分的引线凹槽，引线凹槽自第一分体A/第一分体B的顶部延伸至第二分体A/第二分体B的底部。
按上述方案，所述芯部中柱内设开设有中心通孔，中心通孔的两端贯穿两侧的引线凹槽；芯部中柱上绕制的初级线圈与第一瓦状体上绕制的次级线圈的各导线段两端子通过中心通孔引出并沿着引线凹槽拉出骨架后再进行电气连接。
按上述方案，所述第一分体A和第一分体B的顶部径向向内延伸，其延伸部上开设有与O型槽面，O型槽面上间隔开设有与外保护体内端的ф型齿轮啮合的X型凹槽。
按上述方案，所述延伸部的端面设有倾斜倒角。
按上述方案，所述凸形紧固塞包括底座，以及设于底座上的圆柱形凸台，凸台可插入筒状结构内，且与筒状结构内的阶梯台相适配；凸台内设圆柱孔，圆柱孔自凸台的顶部延伸至底座的底部；所述底座上还设有两个对称的弧形耳槽。
按上述方案，所述芯部中柱为长方体式结构，芯部中柱的外周面设有倒角。
本发明的有益效果为：本发明针对嵌入式钢水液位传感器内部感应线圈的信号进行非滤波数据采集分析，对其测量核心部件感应线圈骨架进行结构设计，保证了传感器电磁线圈组件的耐高温、抗干扰性以及和原有前置放大器、信号处理器匹配性，达到精准、安全、稳定、可靠的结晶器钢水液位检测要求，解决连铸机结晶器嵌入式传感器生产备件问题，降低生产成本，便于维护，并能在该领域的形成核心技术及产品；本发明所述骨架结构可简单、快速、安全的无缝安装，确保与传感器外保护体之间的对准，更加可靠连接，充分发挥性能；可在每个环节减少安装和换产成本和时间，维护便捷性更强，光滑的外部轮廓在直接冲洗过程中无藏污点，散热结构的精巧设计，更利于电感线圈磁芯中心热量的导出。
附图说明
图1为本发明中筒环绕线载架的结构示意图。
图2为筒环绕线载架的主视图。
图3为筒环绕线载架的左视图。
图4为筒环绕线载架的俯视图。
图5为本实施例中凸形紧固塞的结构示意图。
图6为凸形紧固赛的左视图。
图7为凸形紧固赛的俯视图。
图8为绕制有线圈的筒环绕线载架示意图。
图9为传感器外保护体内的结构示意图。
图10为本实施例中骨架结构、伸缩管螺杆装配于外保护体的结构示意图。
图11为本发明用于钢水液位传感器本体的结构示意图。
其中：1-传感器本体，2-外保护体，3-伸缩管螺杆，4-骨架结构，5-X型凹槽，6-O型槽面，7-倾斜倒角，8-芯部中柱，9-第一瓦状体，10-第二瓦状体，11-中心通孔，12-引线凹槽，13-阶梯台，14-圆柱孔，15-弧形耳槽；16、初级线圈；17、次级线圈；18、终极线圈；19、凸形紧固塞。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
一种用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，包括筒环绕线载架及安装于筒环绕线载架一端的凸形紧固塞19，所述筒环绕线载架及凸形紧固塞19均设于传感器的外保护体2内；如图1～4所示，所述筒环绕线载架包括用于绕制受涡流回归的初级线圈16(也即接受线圈)的芯部中柱8、用于绕制起判断和偏差补偿能力的次级线圈17(补偿线圈)的第一瓦状体9，以及用于绕制发射电磁信号的终极线圈18(发射线圈)的第二瓦状体10；所述第一瓦状体9与第二瓦状态同轴且上下相连，二者构成筒状结构；所述芯部中柱8设于筒状结构内。本实施例中，所述芯部中柱8为长方体式结构，芯部中柱8的外周面设有倒角。
优选地，所述第一瓦状体9上沿周向开设有第一环形线槽，所述次级线圈17绕制于第一环形线槽内；所述第二瓦状体10上沿周向开设有第二环形线槽，所述终极线圈绕制于第二环形线槽内。
优选地，所述第一瓦状体9和第二瓦状态均为分体式结构；第一瓦状体9包括分别位于芯部中柱8两端的第一分体A和第一分体B，第二瓦状体10包括与第一分体A对应且相连的第二分体A，以及与第一分体B对应且相连的第二分体B，所述第二分体A和第二分体B分别位于芯部中柱8的两端。
优选地，所述第一分体A/第一分体B上设平分的引线凹槽12，引线凹槽12自第一分体A/第一分体B的顶部延伸至第二分体A/第二分体B的底部。本实施例中，引线凹槽12便于三级线圈各导线端子的引出。
优选地，所述芯部中柱8内设开设有中心通孔11，中心通孔11的两端贯穿两侧的引线凹槽12。所述筒环绕线载架内侧内芯部中柱8上绕制的初级线圈16与第一瓦状体9上绕制的次级线圈17的各导线段两端子通过中心通孔11引出并沿着引线凹槽12拉出骨架后再进行电气连接。中心通孔11有效解决了侧向抽芯和换向推出导致的线圈易拉断，绝缘层磨损等常见缺陷，为零件性能的可靠性、便利性增强带来了重要的保障作用。此外，芯部中柱8上绕制的初级线圈16包裹于其余两线圈内部，其中心热量通过中心通孔11辅助散热。
优选地，所述第一分体A和第一分体B的顶部径向向内延伸，其延伸部上开设有与O型槽面6，O型槽面6上间隔开设有与外保护体2内端的ф型齿轮啮合的X型凹槽5。为了提高敏感度和检测精度，使感应线圈更加贴合的内置于外保护体2顶端已更接近测量点，延伸部的端面设有倾斜倒角7。
优选地，如图5～7所示，所述凸形紧固塞19包括底座，以及设于底座上的圆柱形凸台，凸台可插入筒状结构内，且与筒状结构内的阶梯台13相适配；凸台内设圆柱孔14，圆柱孔14自凸台的顶部延伸至底座的底部；所述底座上还设有两个对称的弧形耳槽15。本实施例中，凸台的圆柱孔14便于初级线圈16的散热。
本发明中，所述骨架结构4采用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT)中的一种来代替高频瓷作为基底，以减少介质或屏障罩损耗。所选材料有几个参数必须考虑：固有衰减，AlN和ZnO呈现足够高的固有衰减；热膨胀系数，AlN热膨胀系数(4.0-6.0)*10-6℃是相当低，对期间的温漂影响甚微；热导率，AlN热导率约320W/m.k比氧化铝高5-8倍；机械性能，抗折强度高于氧化铝，更便于加工切割成各种形状；介电常数，PZT指标高优势明显，可用减少器材尺寸来增强阻抗水平。
本发明所述骨架，其第一瓦状体9径向延伸段上设X型凹槽5，帮助水平定位于传感器外保护体2顶部；第一瓦状体9径向延伸段设O型槽面6，精确的定位骨架轴心；第一瓦状体9径向延伸段设倾斜倒角7，完美贴合传感器外保护体2底部，使感应线圈更靠近测量点；芯部中柱8布置接受线圈；第一瓦状体9布置补偿线圈；第二瓦状体10布置发射线圈；设中心通孔11，抽拉和换向导线端子及接受线圈散热导孔；芯部中柱8上阶梯台13，镶嵌凸形紧固塞19；凸形紧固塞19上端侧部两边弧形耳槽15，便于使用U型夹夹取安装在筒环绕线载架上；凸形紧固塞19中心挖空的圆柱孔14，匹配伸缩管螺杆3末端头来锁紧固定整个骨架于传感器外保护体2内。
如图11所示的一种基于所述骨架结构4的钢水液位传感器，包括传感器本体1、绕制有感应线圈的骨架结构4、伸缩管螺杆3和传感器外保护体2，骨架结构4的凸形紧固塞19通过U型夹夹取凸形紧固塞19侧部两边弧形耳槽15扣接在筒环绕线载架上；伸缩管螺杆3的端部与凸形紧固塞19的圆柱孔14适配，伸缩管螺杆3深入圆柱孔14内。旋转压制锁紧感应线圈，将其固定于传感器的外保护体2内(筒环绕线载架与凸形紧固塞19装配后，通过伸缩管螺杆3压入外保护体2内，如图9和图10所示)。这种合理的盖子设计，改进了密封材料，延长了使用周期。
本实施例中，所述传感器本体1为对称结构，采用两组电磁式传感器组成的差分传感器，对称的分布在中心轴的两侧。
本发明中，如图8所示，骨架结构4的筒环绕线载架内的内芯部中柱8上绕制接受涡流回归的初级线圈16，芯部中柱8的横截面为长方形，第一瓦状体9上绕制起判断和偏差补偿能力的次级线圈17，第二瓦状体10上绕制发射电磁信号的终级线圈18。考虑到线圈直流电阻大小，多、单股的绝缘线，选择线径粗细和电感线圈的品质因素，绕制时的线匝间距等因素，根据要求设计了合理的筒环绕线载架三级线圈绕制架的内径、轴长和厚度等尺寸。骨架结构4通过用粗细不同规格的绝缘铜丝绕制成感应线圈组件后，选择测点位置内置于钢水液位传感器本体1两端的传感器外保护体2的最顶部，并能配合已有的前置放大器、信号处理器对钢水的液位进行精确测量。
以上描述了本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，包括筒环绕线载架及安装于筒环绕线载架一端的凸形紧固塞，所述筒环绕线载架及凸形紧固塞均设于传感器的外保护体内；所述筒环绕线载架包括用于绕制受涡流回归的初级线圈的芯部中柱、用于绕制起判断和偏差补偿能力的次级线圈的第一瓦状体，以及用于绕制发射电磁信号的终极线圈的第二瓦状体；所述第一瓦状体与第二瓦状态同轴且上下相连，二者构成筒状结构；所述芯部中柱设于筒状结构内；所述第一瓦状体和第二瓦状态均为分体式结构；第一瓦状体包括分别位于芯部中柱两端的第一分体A和第一分体B，第二瓦状体包括与第一分体A对应且相连的第二分体A，以及与第一分体B对应且相连的第二分体B，所述第二分体A和第二分体B分别位于芯部中柱的两端。
2.如权利要求1所述的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，所述第一瓦状体上沿周向开设有第一环形线槽，所述次级线圈绕制于第一环形线槽内；所述第二瓦状体上沿周向开设有第二环形线槽，所述终极线圈绕制于第二环形线槽内。
3.如权利要求1所述的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，所述第一分体A/第一分体B上设平分的引线凹槽，引线凹槽自第一分体A/第一分体B的顶部延伸至第二分体A/第二分体B的底部。
4.如权利要求1所述的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，所述芯部中柱内设开设有中心通孔，中心通孔的两端贯穿两侧的引线凹槽；芯部中柱上绕制的初级线圈与第一瓦状体上绕制的次级线圈的各导线段两端子通过中心通孔引出并沿着引线凹槽拉出骨架后再进行电气连接。
5.如权利要求1所述的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，所述第一分体A和第一分体B的顶部径向向内延伸，其延伸部上开设有与O型槽面，O型槽面上间隔开设有与外保护体内端的ф型齿轮啮合的X型凹槽。
6.如权利要求5所述的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，所述延伸部的端面设有倾斜倒角。
7.如权利要求1所述的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，所述凸形紧固塞包括底座，以及设于底座上的圆柱形凸台，凸台可插入筒状结构内，且与筒状结构内的阶梯台相适配；凸台内设圆柱孔，圆柱孔自凸台的顶部延伸至底座的底部；所述底座上还设有两个对称的弧形耳槽。
8.如权利要求1所述的用于嵌入式钢水液位传感器感应线圈的骨架结构，其特征在于，所述芯部中柱为长方体式结构，芯部中柱的外周面设有倒角。
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