CN110375828B - 一种耐高压高性能传感器 - Google Patents

Abstract

一种耐高压高性能传感器，涉及仪器仪表技术领域，包括浮球、球杆、转轴、轴套和变送器，球杆的两端分别与浮球和转轴的一端固定连接，球杆与转轴的轴线相互垂直，转轴的另一端与变送器输入轴连接，所述转轴与所述变送器输入轴之间通过联轴器连接，联轴器的外侧设置有用于将联轴器整体密封的密封套，密封套的一端套在变送器输入轴上并与变送器输入轴通过密封圈密封，密封套的另一端为敞口结构，该端通过法兰结构与所述轴套连接，活塞在弹簧作用下始终保持向密封套靠近的运动趋势，所述密封套内的空余空间及支管内活塞下侧的空间内填充有密封脂。本发明从如下几个方面改善了液位传感器的密封性能。

Description

一种耐高压高性能传感器

技术领域

本发明属于仪器仪表技术领域，尤其涉及一种耐高压高性能传感器。

背景技术

内浮球液位传感器是一种适用于粘稠介质液位测量的液位传感器，其结构包括浮球、球杆、转轴、轴套和变送器，球杆的两端分别与浮球和转轴固定连接，球杆与转轴的轴线相互垂直，液位变化时，浮球的上下浮动，浮球的直线往复运动转换为球杆的单摆运动，球杆的单摆运动转换为转轴的旋转运动，转轴的旋转运动作为变送器的输入信号，变送器根据转轴的旋转角度计算出液位值。为了防止液体从转轴处泄漏，现有技术中通过O型密封圈来密封转轴与轴套之间的间隙，这种密封方式只能在液体压力较小时充分保证密封的可靠性，对于液体压力较大的工况，只能选择其他种类的液位传感器。但是，与其它传感器相比，内浮球液位传感器是最适合粘稠介质的液位传感器，使用其它种类的传感器必然会牺牲液位测量精度。因此，有必要设计一种具备可靠的高压密封性能的内浮球液位传感器。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种耐高压高性能传感器。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种耐高压高性能传感器，包括浮球、球杆、转轴、轴套和变送器，球杆的两端分别与浮球和转轴的一端固定连接，球杆与转轴的轴线相互垂直，转轴的另一端与变送器输入轴连接，所述转轴与所述变送器输入轴之间通过联轴器连接，联轴器的外侧设置有用于将联轴器整体密封的密封套，密封套的一端套在变送器输入轴上并与变送器输入轴通过密封圈密封，密封套的另一端为敞口结构，该端通过法兰结构与所述轴套连接，密封套的侧面设置有支管，支管的末端通过螺纹连接有管接头，支管内设置有活塞和弹簧，活塞和弹簧通过所述的管接头封装在支管内，管接头上连接有高压软管，高压软管的另一端与盛装待测液体的容器内的空气连通，活塞在弹簧作用下始终保持向密封套靠近的运动趋势，所述密封套内的空余空间及支管内活塞下侧的空间内填充有密封脂；

所述联轴器的结构包括内转子、外转子和隔离罩，内转子和外转子分别固定在转轴和变送器输入轴上，内转子插在外转子内，内转子和外转子上均设置有永磁体，所述的隔离罩为一端封堵另一端敞口的筒状结构，筒状结构的敞口端设置有凸缘，其中，筒状结构设置在内转子和外转子之间，所述凸缘夹在密封套和轴套之间的法兰连接面处，从而将内转子和外转子隔离；

所述密封套的敞口端设置有端盖，端盖插装在密封套上的止口内，端盖的外侧面与密封套内壁之间的缝隙通过O型密封圈密封，端盖的外端面与密封套的端面平齐，所述隔离罩的凸缘上通过冲压加工的方式加工圆环形的凸棱，凸棱在所述凸缘的一侧表现为横截面形状为梯形的凸起结构，在凸缘的另一侧表现为横截面形状为三角形或梯形的凹陷结构，对应地，在所述端盖上设置有与所述凸起结构匹配的横截面形状为梯形的环形凹槽，在所述轴套的端面上设置有与所述凹陷结构匹配的横截面形状为梯形的环形凸起，由此，所述凸棱的两侧分别与所述环形凹槽和环形凸起插入配合，从而实现密封套与隔离罩之间，以及隔离罩与轴套之间的密封；

所述内转子上的永磁体为圆柱状结构，称为磁柱，磁柱的轴线沿内转子的径向，磁柱上朝向外转子的端部为圆锥面，所述外转子上的永磁体为环状结构，称为磁环，磁环的轴线与所述磁柱的轴线重合；

所述磁环的形状为：磁环的中央设有圆孔，磁环上与所述外转子配合的环形闭合曲面为圆柱面，且该圆柱面的轴线与所述圆孔的轴线重合，所述磁环上朝向磁柱一侧的内沿为圆环形的圆锥面，该圆锥面与磁柱端部的圆锥面的锥度相同，该圆锥面截面面积较小的一端与磁环中央的圆孔衔接，并且衔接圆上任一点与所述磁柱上圆锥面的顶点连线垂直于该圆锥面，磁环的内外两个面均为弧形面，两个弧形面分别位于两个以转轴的轴线为轴的圆柱面上。

所述的磁柱通过排斥力定位在所述磁环的轴线上。所述内转子的端面与所述隔离罩内侧的底部之间设置有起支撑作用的推力轴承。所述转轴与轴套之间、变送器输入轴与密封套之间的缝隙均通过唇型密封圈密封。所述隔离罩由奥氏体不锈钢制成。所述的密封脂为硅脂。所述隔离罩由尼龙材料制成。

本发明的有益效果为：

1、本发明从如下几个方面改善了液位传感器的密封性能：

1)采用密封套将联轴器密封，并在密封套内填充了密封脂，密封脂的粘度可有效改善变送器输入轴与密封套之间，以及转轴与轴套之间的密封圈的承压能力和密封可靠性。

2)通过隔离罩将转轴与外界彻底隔离，不但进一步提高了液位传感器的承压性能，而且有效防止漏液。

3)在密封套的侧面设置了支管并将支管与盛装待测液体的容器内的空气连通，使隔离罩两侧的压力均等于容器内的压力，由于隔离罩两侧受力平衡，对隔离罩承压能力的要求消失，从而进一步提高了传感器的承压能力。

2、由于隔离罩两侧的压力平衡，对隔离罩结构强度的要求大幅降低，使隔离罩的壁厚可以加工得非常薄，从而使所述磁环和磁柱最大程度地靠近，最大程度地保证内转子和外转子旋转的同步性。

3、本发明在支管内设置了活塞结构，通过活塞可有效隔开待测容器内的空气和硅脂两种物质，并为密封脂的冷热变化提供一定的容积变化空间。

4、本发明在变送器输入轴与转轴之间采用了结构独特的联轴器，该联轴器中采用了以特殊形状的磁柱和磁环为核心的磁力耦合结构，使得内转子和外转子具有超高的同步性，变送器因此得以更及时地接收转轴的机械信号，保证测量数据的高精度。

5、本发明中，即使密封失效，也只是密封脂泄漏，而待测容器的介质不会泄漏，这充分保证了介质的安全。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中A处的截面图；

图3是隔离罩的结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是磁环的结构示意图；

图6是图5中B处的截面图；

图7是图6中C处的截面图；

图8是磁环与磁柱的位置关系图；

图9是图5的俯视图；

图10是图5的仰视图。

图中：1-变送器，2-变送器输入轴，3-密封脂，4-密封套，5-外转子，6-内转子，7-隔离罩，8-端盖，9-轴套，10-转轴，11-球杆，12-浮球，13-凸棱，14-磁环，15-磁柱，16-高压软管，17-管接头，18-弹簧，19-活塞，20-支管，21-圆孔，22-圆锥面，23-凸缘,24-弧形面，25-推力轴承。

图中，两个零件的配合面处的黑色填充区域为密封圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

本实施例包括浮球12、球杆11、转轴10、轴套9和变送器1，球杆11的两端分别与浮球12和转轴10的一端固定连接，球杆11与转轴10的轴线相互垂直，转轴10的另一端与变送器输入轴2连接，所述转轴10与所述变送器输入轴2之间通过联轴器连接。以上为现有技术中已经存在的结构，在此不再赘述。

联轴器的外侧设置有用于将联轴器整体密封的密封套4，密封套4的一端套在变送器输入轴2上并与变送器输入轴2通过密封圈密封，密封套4的另一端为敞口结构，该端通过法兰结构与所述轴套9连接，所述密封套4内的空余空间及支管20内活塞19下侧的空间内填充有密封脂3。采用密封套4将联轴器密封，并在密封套4内填充了密封脂，密封脂的粘度可有效改善变送器输入轴2与密封套4之间，以及转轴10与轴套9之间的密封圈的承压能力和密封可靠性。

密封套4的侧面设置有支管20，支管20的末端通过螺纹连接有管接头17，支管20内设置有活塞19和弹簧18，活塞19和弹簧18通过所述的管接头17封装在支管20内，管接头17上连接有高压软管16，高压软管16的另一端与盛装待测液体的容器内的空气连通，活塞19在弹簧18作用下始终保持向密封套4靠近的运动趋势。在密封套4的侧面设置了支管20并将支管20与盛装待测液体的容器内的空气连通，使隔离罩7两侧的压力均等于容器内的压力，由于隔离罩7两侧受力平衡，对隔离罩7承压能力的要求消失，隔离罩7不存在被压力撕裂的隐患，从而进一步提高了传感器的承压能力。

由于隔离罩7两侧的压力平衡，对隔离罩7结构强度的要求大幅降低，使隔离罩7的壁厚可以加工得非常薄，从而使所述磁环14和磁柱15最大程度地靠近，而磁环14和磁柱15距离越近，二者之间的耦合力越大，从而最大程度地保证内转子6和外转子5旋转的同步性。

本发明在支管20内设置了活塞结构，通过活塞19可有效隔开待测容器内的空气和硅脂两种物质，并为密封脂3的冷热变化提供一定的容积变化空间。

所述联轴器的结构包括内转子6、外转子5和隔离罩7，内转子6和外转子5分别固定在转轴10和变送器输入轴2上，内转子6插在外转子5内，内转子6和外转子5上均设置有永磁体，所述的隔离罩7为一端封堵另一端敞口的筒状结构，筒状结构的敞口端设置有凸缘23，其中，筒状结构设置在内转子6和外转子5之间，所述凸缘23夹在密封套4和轴套9之间的法兰连接面处，从而将内转子6和外转子5隔离。通过隔离罩7将转轴10与外界彻底隔离，不但进一步提高了液位传感器的承压性能，而且可彻底防止转轴10外侧的旋转轴密封处漏液。

所述密封套4的敞口端设置有端盖8，端盖8插装在密封套4上的止口内，端盖8的外侧面与密封套4内壁之间的缝隙通过O型密封圈密封，端盖8的外端面与密封套4的端面平齐。端盖8的作用是对隔离罩7的外侧进行支撑，防止凸缘23承压后变形。

所述隔离罩7的凸缘23上通过冲压加工的方式加工圆环形的凸棱13，凸棱13在所述凸23的一侧表现为横截面形状为梯形的凸起结构，在凸缘的另一侧表现为横截面形状为三角形或梯形的凹陷结构，对应地，在所述端盖8上设置有与所述凸起结构匹配的横截面形状为梯形的环形凹槽，在所述轴套9的端面上设置有与所述凹陷结构匹配的横截面形状为梯形的环形凸起，由此，所述凸棱13的两侧分别与所述环形凹槽和环形凸起插入配合，从而实现密封套4与隔离罩7之间，以及隔离罩7与轴套9之间的密封。本发明创造性地采用了横截面为梯形的凸棱密封结构，该结构虽然结构非常简单，但具有很多优点：1、该结构直接采用冲压成型的方式加工在所述的凸缘23上，不但加工工艺简单，而且无需另置密封件；2、通过这一简单的结构可同时解决凸缘23两侧的密封问题，密封结构非常简单；3、该结构中，凸缘23的一侧的凸起结构楔入端盖8上的环形凹槽内，轴套9上的环形凸起楔入凸缘23另一侧的凹陷结构内，通过这种楔入式密封，可充分保证连接处的高压密封性能。

所述内转子6上的永磁体为圆柱状结构，称为磁柱15，磁柱15的轴线沿内转子6的径向，磁柱15上朝向外转子5的端部为圆锥面22，所述外转子5上的永磁体为环状结构，称为磁环14，磁环14的轴线与所述磁柱15的轴线重合。本发明在变送器输入轴2与转轴10之间采用了结构独特的联轴器，该联轴器中采用了以特殊形状的磁柱15和磁环14为核心的磁力耦合结构，使得内转子6和外转子5具有超高的同步性，变送器因此得以更及时地接收转轴10的机械信号，保证测量数据的高精度。

所述磁环14的形状为：磁环14的中央设有圆孔21，磁环14上与所述外转子5配合的环形闭合曲面为圆柱面，且该圆柱面的轴线与所述圆孔21的轴线重合，所述磁环14上朝向磁柱15一侧的内沿为圆环形的圆锥面22，该圆锥面22与磁柱15端部的圆锥面22的锥度相同，该圆锥面22截面面积较小的一端与磁环14中央的圆孔21衔接，并且衔接圆上任一点与所述磁柱15上圆锥面22的顶点连线垂直于该圆锥面22。上述描述限定了两个圆锥面22之间的位置关系，该位置关系使两个圆锥面22平行且正对，这样，从两个圆锥面22上发出或射入两个圆锥面22内的磁感线可以正向相对，保证较大的排斥力，从而使磁柱15稳定地居于磁环14的轴线上。

磁环14的内外两个面均为弧形面24，两个弧形面24分别位于两个以转轴10的轴线为轴的圆柱面上。磁环14采用这种结构可使磁环在一定程度上包覆在磁柱15尖端的外侧，从而使磁柱15的对中性更好，更好地保证液位传感器的测量精度。

磁环14和磁柱15均采用钕铁硼材料制成。

磁力耦合机构在现有技术的应用中均是为了传递扭矩，其内外磁转子之间的磁极是通过吸引力相互作用的，这种结构可有效提高磁力耦合机构传递扭矩的能力。但是，在本发明中，需要保证的是测量精度，对扭矩的要求极小，而要保证测量精度，必须使内转子6和外转子5的运动保持最大程度的同步，并使运动保持最大程度的稳定性。为此，本发明中所述的磁柱15通过排斥力定位在所述磁环14的轴线上，与现有技术相比，可改善内外转子之间的运动同步性，从而保证精度。另外，采用排斥力的设计可降低永磁体与内外转子之间的连接强度的要求，保证永磁体绝对不会从内外转子上脱落。

所述内转子6的端面与所述隔离罩7内侧的底部之间设置有起支撑作用的推力轴承25，推力轴承25的设计可有效提高隔离罩7的抗变形能力，从而进一步改善承压能力。

所述转轴10与轴套9之间、变送器输入轴2与密封套4之间的缝隙均通过唇型密封圈密封。唇型密封圈的特点是承压侧压力越大，密封效果越好，在本发明中，支管20将待测容器内的压力传导给密封脂3，使密封脂3始终保持高压，而唇型密封圈在高压支撑下足以保证密封可靠性。

所述隔离罩7由奥氏体不锈钢制成。这种不锈钢是一种非铁磁性材料，可保证永磁体的磁感线顺利地穿过隔离罩7，而隔离罩不会被磁化。

所述的密封脂3为硅脂，因为硅脂的粘度适中，既不会对内转子6的旋转产生明显阻滞，又能保证可靠的密封性。

所述隔离罩7由尼龙材料制成，与不锈钢相比，尼龙材料具有材料成本低廉、易于加工、密封性好的特点，同时，尼龙材料的韧性更好，可使隔离罩7内侧的密封脂3具有较大的体积变化空间，从而使本发明可在温度范围更大的环境下使用。

Claims (7)

1.一种耐高压高性能传感器，包括浮球（12）、球杆（11）、转轴（10）、轴套（9）和变送器（1），球杆（11）的两端分别与浮球（12）和转轴（10）的一端固定连接，球杆（11）与转轴（10）的轴线相互垂直，转轴（10）的另一端与变送器输入轴（2）连接，所述转轴（10）与所述变送器输入轴（2）之间通过联轴器连接，其特征在于：联轴器的外侧设置有用于将联轴器整体密封的密封套(4)，密封套（4）的一端套在变送器输入轴(2)上并与变送器输入轴（2）通过密封圈密封，密封套（4）的另一端为敞口结构，该端通过法兰结构与所述轴套（9）连接，密封套（4）的侧面设置有支管（20），支管（20）的末端通过螺纹连接有管接头（17），支管（20）内设置有活塞（19）和弹簧（18），活塞（19）和弹簧（18）通过所述的管接头（17）封装在支管（20）内，管接头（17）上连接有高压软管（16），高压软管（16）的另一端与盛装待测液体的容器内的空气连通，活塞（19）在弹簧（18）作用下始终保持向密封套（4）靠近的运动趋势，所述密封套（4）内的空余空间及支管（20）内活塞（19）下侧的空间内填充有密封脂（3）；

所述联轴器的结构包括内转子（6）、外转子（5）和隔离罩（7），内转子（6）和外转子（5）分别固定在转轴（10）和变送器输入轴（2）上，内转子（6）插在外转子（5）内，内转子（6）和外转子（5）上均设置有永磁体，所述的隔离罩（7）为一端封堵另一端敞口的筒状结构，筒状结构的敞口端设置有凸缘（23），其中，筒状结构设置在内转子（6）和外转子（5）之间，所述凸缘（23）夹在密封套（4）和轴套（9）之间的法兰连接面处，从而将内转子（6）和外转子（5）隔离；

所述密封套（4）的敞口端设置有端盖（8），端盖（8）插装在密封套（4）上的止口内，端盖（8）的外侧面与密封套（4）内壁之间的缝隙通过O型密封圈密封，端盖(8)的外端面与密封套(4)的端面平齐，所述隔离罩(7)的凸缘(23)上通过冲压加工的方式加工圆环形的凸棱(13)，凸棱(13)在所述凸缘(23)的一侧表现为横截面形状为梯形的凸起结构，在凸缘（23）的另一侧表现为横截面形状为三角形或梯形的凹陷结构，对应地，在所述端盖（8）上设置有与所述凸起结构匹配的横截面形状为梯形的环形凹槽，在所述轴套（9）的端面上设置有与所述凹陷结构匹配的横截面形状为梯形的环形凸起，由此，所述凸棱（13）的两侧分别与所述环形凹槽和环形凸起插入配合，从而实现密封套（4）与隔离罩（7）之间，以及隔离罩（7）与轴套（9）之间的密封；

所述内转子（6）上的永磁体为圆柱状结构，称为磁柱（15），磁柱（15）的轴线沿内转子（6）的径向，磁柱（15）上朝向外转子（5）的端部为圆锥面（22），所述外转子（5）上的永磁体为环状结构，称为磁环（14），磁环（14）的轴线与所述磁柱（15）的轴线重合；

所述磁环（14）的形状为：磁环（14）的中央设有圆孔（21），磁环（14）上与所述外转子（5）配合的环形闭合曲面为圆柱面，且该圆柱面的轴线与所述圆孔（21）的轴线重合，所述磁环（14）上朝向磁柱（15）一侧的内沿为圆环形的圆锥面（22），该圆锥面（22）与磁柱（15）端部的圆锥面（22）的锥度相同，该圆锥面（22）截面面积较小的一端与磁环（14）中央的圆孔（21）衔接，并且衔接圆上任一点与所述磁柱（15）上圆锥面（22）的顶点连线垂直于该圆锥面（22），磁环（14）的内外两个面均为弧形面（24），两个弧形面（24）分别位于两个以转轴（10）的轴线为轴的圆柱面上。

2.根据权利要求1所述的一种耐高压高性能传感器，其特征在于：所述的磁柱（15）通过排斥力定位在所述磁环（14）的轴线上。

3.根据权利要求1所述的一种耐高压高性能传感器，其特征在于：所述内转子（6）的端面与所述隔离罩（7）内侧的底部之间设置有起支撑作用的推力轴承（25）。

4.根据权利要求1所述的一种耐高压高性能传感器，其特征在于：所述转轴（10）与轴套（9）之间、变送器输入轴（2）与密封套（4）之间的缝隙均通过唇型密封圈密封。

5.根据权利要求1所述的一种耐高压高性能传感器，其特征在于：所述隔离罩（7）由奥氏体不锈钢制成。

6.根据权利要求1所述的一种耐高压高性能传感器，其特征在于：所述的密封脂（3）为硅脂。

7.根据权利要求1所述的一种耐高压高性能传感器，其特征在于：所述隔离罩（7）由尼龙材料制成。

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