CN110940440A - 一种超磁致伸缩压力测量装置以及压力测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超磁致伸缩压力测量装置以及压力测量方法，包括电源、控制传感显示系统、保护壳、保护膜、保护支架、隔磁体上支座、上永磁体、限位传感器、下永磁体、磁体下支座和超磁致伸缩体，电源与控制传感显示系统之间通过电导线相连，控制传感显示系统与限位传感器和超磁致伸缩体之间分别通过位移信息导线和超磁感应导线相连，限位传感器和超磁致伸缩体分别安装于保护壳内，隔磁体上支座和上永磁体安装于保护支架内，保护壳顶部设有保护膜，限位传感器与保护支架之间有空隙，通过超磁致伸缩体调节上永磁体的位置，保证测量面在测量时的相对位置与初始位置一致，将限位传感、永磁悬浮体和超磁致伸缩技术相结合，实现了压力的精准测量。
Description
技术领域
本发明属于压力测量技术领域，特别是涉及一种超磁致伸缩压力测量装置以及压力测量方法。
背景技术
压力是工业生产和工程施工过程中的重要参数之一，压力测量装置的测量精度和测量范围直接关系到安全生产以及产品质量。目前，压力测量的方法很多，按照信号转换原理的不同可分为：液柱式压力测量、弹性式压力测量、电气式压力测量和活塞式压力测量。其中，最为常用的是弹性式压力测量，弹性式压力测量是利用弹性元件作为压力敏感元件把压力信号转换成弹性元件的位移或力的一种测量方法，该方法具有结构简单、使用方便、价格低廉，应用范围广的优点，但是弹性式压力测量只能测量静态压力，且测量的精度和测量范围宽度只能取其一，即测量精度高则测量范围宽度小，测量范围宽度大则测量精度降低。此外，弹性式压力测量需要产生变形，而在工程测量领域变形过大则影响测量的准确度。因此，急需研发出一种新的弹性式压力测量装置，既能满足压力测量的需要，又要保持测量面基本无变形或位移，进一步提高测量精度、增大测量范围宽度。
发明内容
本发明的目的是提供一种超磁致伸缩压力测量装置以及压力测量方法，以解决现有技术中弹性式压力测量装置的测量精度和测量范围宽度不可兼得的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
提供一种超磁致伸缩压力测量装置，该装置包括电源、控制传感显示系统、保护壳，所述电源和所述控制传感显示系统之间连接有电导线，所述控制传感显示系统还分别连接有位移信息导线和超磁感应导线，所述保护壳顶端固定连接有保护膜，所述保护膜底端的左右两侧固定连接有对称设置的保护支架，所述保护膜底端的中间固定连接有隔磁体上支座，所述保护支架位于保护壳内部，所述两个保护支架上均开设有凹槽，所述保护壳内部上方的左右两侧固定连接有对称设置限位传感器，所述限位传感器位于所述凹槽内且与所述凹槽之间留有空隙，所述隔磁体上支座底端固定连接有上永磁体，所述隔磁体上支座和所述上永磁体均位于两个保护支架之间，所述隔磁体上支座的左右两端和所述上永磁体的左右两端均与所述保护支架固定连接，所述保护壳内部的底面上固定连接有超磁致伸缩体，所述超磁致伸缩体的顶端固定连接有磁体下支座，所述磁体下支座顶端固定连接有与所述上永磁体相对应的下永磁体，所述位移信息导线背离所述控制传感显示系统的一端与所述限位传感器相连接，所述超磁感应导线背离所述控制传感显示系统的一端与超磁致伸缩体相连接。
所述保护壳的材质为高强度非磁性材料，所述保护壳的外表面涂覆有防腐、防水材料，所述保护壳的内表面光滑设置。
所述保护膜的材质为高强度纤维膜或高强度塑料膜，所述保护膜具有弹性。
所述保护膜粘接或热压在所述保护壳的顶端。
所述上永磁体的左右两端粘接或热压在所述保护支架上。
所述保护支架的材质为高强度非磁性材料，所述保护支架靠近所述保护壳的部分光滑设置。
所述上永磁体的形状为圆柱体。
所述限位传感器为非接触式位移传感器。
本发明还提供了一种利用超磁致伸缩压力测量装置进行压力测量的方法，该方法包括以下步骤：
（1）将该压力测量装置安装于需要进行压力测量的位置，使待测压力部位与该压力测量装置的保护膜相接触，打开电源，待控制传感显示系统输出稳定值后，将该初始值进行归零设置。
（2）当待测压力部位产生压力变化时，保护膜受力发生形变，保护膜带动所述隔磁体上支座以及上永磁体在压力作用下产生向下的微量位移。
（3）所述控制传感显示系统通过位移信息导线采集由限位传感器传输来的位移信息，并利用超磁感应导线增大超磁致伸缩体的电流，致使超磁致伸缩体伸长。
（4）下永磁体对上永磁体的磁力增大，致使上永磁体产生向上的微量位移，从而使上永磁体恢复平衡位置。
（5）所述限位传感器采集平衡位置的信息，并将此信息传输给控制传感显示系统，控制传感显示系统通过超磁感应导线稳定超磁致伸缩体的电流，待控制传感显示系统输出稳定测量值即为当前的压力值。
本发明的有益效果：（1）结构简单，通过在壳体内设置限位传感器、上、下永磁体和超磁致伸缩体，利用限位传感器精准调节超磁致伸缩体的伸缩长度，从而调节上、下永磁体间的距离，当上、下永磁体之间的距离减小时磁力增大，下永磁体促使上永磁体产生向上的位移从而使上永磁体复位，以保证隔磁体上支座、上永磁体、保护支架以及保护膜相对于保护壳和超磁致伸缩体之间的位置相对固定，保证了测量面在完成测量时的相对位置与初始位置一致，避免了由于弹性变形引起的测量误差，不仅可以实现微电流的调节，增大测量范围的宽度，同时也可以提高测量的精度，有效的解决了传统弹性式压力测量装置的测量范围宽度和测量精度不可兼得的技术问题；（2）本发明通过设置限位传感器来监测位移信息，提高了上永磁体和保护支架相对固定位置的精度，从而提高了超磁致伸缩体调控的精准性，减少了因测量精度引起的压力测量误差；（3）本发明采用超磁致伸缩体技术和磁悬浮体技术，其可广泛应用于高温、高压、潮湿和水下等环境中，扩大了压力测量的应用范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：1—电源、2—电导线、3—控制传感显示系统、4—位移信息导线、5—超磁感应导线、6—保护壳、7—保护膜、8—保护支架、9—隔磁体上支座、10—凹槽、11—限位传感器、12—上永磁体、13—超磁致伸缩体、14—磁体下支座、15—下永磁体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 上”、“ 下”、“顶”、“ 底”、“ 左”、“ 右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明超磁致伸缩压力测量装置，包括电源1、控制传感显示系统3、保护壳6，控制传感显示系统3可以采用现有技术中的伺服控制系统，该控制传感显示系统3为杭州美控自动化技术有限公司制造的型号为MIK-R200D的压力电流电压监测记录仪，控制传感显示系统3具有对由限位传感器11传递来的信息进行处理的功能，且能调控超磁致伸缩体13输出电流，并能够显示实时压力，电源1和控制传感显示系统3之间连接有电导线2，控制传感显示系统3还分别连接有位移信息导线4和超磁感应导线5，电源1为现有常规装置，电导线2、位移信息导线4、超磁感应导线5可选择现有技术中的常规导线，具体结构不再详述。保护壳6的材质为高强度非磁性材料，保护壳6的抗压强度为60kg/m2以上，保护壳6的外表面涂覆有防腐、防水材料，保护壳6的内表面经过表面光滑处理，保护壳6的顶端固定连接有保护膜7，保护膜7的材质可为高强度纤维膜或高强度塑料膜，保护膜7的抗压强度为45kg/m2以上，能够承受很大的压力，且该保护膜7具有弹性，在压力作用下会产生形变。保护膜7粘接或热压在保护壳6的顶端，保护膜7底端的左右两侧固定连接有对称设置的保护支架8，保护支架8的材质为高强度非磁性材料，保护支架8靠近保护壳6的部分经过表面光滑处理，保护膜7底端的中间固定连接有隔磁体上支座9，保护支架8位于保护壳6内部，两个保护支架8上均开设有凹槽10，保护壳6内部上方的左右两侧固定连接有对称设置限位传感器11，限位传感器11为非接触式位移传感器，但不限于非接触式位移传感器，限位传感器11选择接触式位移传感器、激光位移传感器、光纤位移传感器、光电位移传感器同样能够实现本发明的技术方案，限位传感器11位于凹槽10内且与凹槽10之间留有空隙，隔磁体上支座9底端固定连接有上永磁体12，上永磁体12的形状为圆柱体，但不限于圆柱体，也可以为立方体或者球体，隔磁体上支座9和上永磁体12均位于两个保护支架8之间，隔磁体上支座9的左右两端和上永磁体12的左右两端均与保护支架8固定连接，上永磁体12的左右两端粘接或热压在保护支架8上，保护壳6内部的底面上固定连接有超磁致伸缩体13，超磁致伸缩体13的顶端固定连接有磁体下支座14，磁体下支座14顶端固定连接有与上永磁体12相对应的下永磁体15，上永磁体12和下永磁体15为现有技术中常规的永磁体结构，超磁致伸缩体13由现有技术中的铁磁致伸缩材料构成，具体结构不再详述。位移信息导线4背离控制传感显示系统3的一端与限位传感器11相连接，超磁感应导线5背离控制传感显示系统3的一端与超磁致伸缩体13相连接，控制传感显示系统3具有对由限位传感器11传递来的信息进行处理的功能以及调控输出电流的作用，并能够显示实时压力，其可以采用伺服控制系统。
利用本发明所述的超磁致伸缩压力测量装置进行压力测量的方法包括以下步骤：
（1）将该压力测量装置安装于需要进行压力测量的位置，使待测压力部位与该压力测量装置的保护膜7相接触，打开电源1，待控制传感显示系统3输出稳定值后，将该初始值进行归零设置。
（2）当待测压力部位产生压力变化时，保护膜7受力发生形变，保护膜7带动隔磁体上支座9以及上永磁体12在压力作用下产生向下的微量位移。
（3）控制传感显示系统3通过位移信息导线4采集由限位传感器11传输来的位移信息，并利用超磁感应导线5增大超磁致伸缩体13的电流，致使超磁致伸缩体13伸长。
（4）下永磁体15对上永磁体12的磁力增大，致使上永磁体12产生向上的微量位移，从而使上永磁体12恢复平衡位置。
（5）限位传感器11采集平衡位置的信息，并将此信息传输给控制传感显示系统3，控制传感显示系统3通过超磁感应导线5稳定超磁致伸缩体13的电流，待控制传感显示系统3输出稳定测量值即为当前的压力值。
本发明的工作原理：先将各个元件按照图1所示组装完成，非工作条件下，保护支架8、隔磁体上支座9、上永磁体12在保护膜7和超磁致伸缩体13的共同作用下处于平衡状态，工作条件下，在保护膜7上方施加压力，由于保护支架8和隔磁体上支座9均与保护膜7固定连接，上永磁体12又与隔磁体上支座9固定连接，因此，在压力作用下保护膜7带动保护支架8、隔磁体上支座9以及上永磁体12产生向下的微量位移，限位传感器11将测得的位移信息通过位移信息导线4传输给控制传感显示系统3，控制传感显示系统3通过超磁感应导线5调控增大超磁致伸缩体13的电流，超磁致伸缩体13伸长，促使下永磁体15与上永磁体12之间的距离缩短，下永磁体15对上永磁体12的磁力增大，致使上永磁体12产生向上的微量位移，从而使上永磁体12恢复初始平衡位置，当上永磁体12恢复初始平衡位置时，限位传感器11将平衡位置的信息通过位移信息导线4传输给控制传感显示系统3，控制传感显示系统3通过超磁感应导线5稳定超磁致伸缩体13的电流，同时控制传感显示系统3显示出稳定状态的当前压力值。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：包括电源、控制传感显示系统、保护壳，所述电源和所述控制传感显示系统之间连接有电导线，所述控制传感显示系统还分别连接有位移信息导线和超磁感应导线，所述保护壳顶端固定连接有保护膜，所述保护膜底端的左右两侧固定连接有对称设置的保护支架，所述保护膜底端的中间固定连接有隔磁体上支座，所述保护支架位于保护壳内部，所述两个保护支架上均开设有凹槽，所述保护壳内部上方的左右两侧固定连接有对称设置限位传感器，所述限位传感器位于所述凹槽内且与所述凹槽之间留有空隙，所述隔磁体上支座底端固定连接有上永磁体，所述隔磁体上支座和所述上永磁体均位于两个保护支架之间，所述隔磁体上支座的左右两端和所述上永磁体的左右两端均与所述保护支架固定连接，所述保护壳内部的底面上固定连接有超磁致伸缩体，所述超磁致伸缩体的顶端固定连接有磁体下支座，所述磁体下支座顶端固定连接有与所述上永磁体相对应的下永磁体，所述位移信息导线背离所述控制传感显示系统的一端与所述限位传感器相连接，所述超磁感应导线背离所述控制传感显示系统的一端与超磁致伸缩体相连接。
2.根据权利要求1所述的超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：所述保护壳的材质为高强度非磁性材料，所述保护壳的外表面涂覆有防腐、防水材料，所述保护壳的内表面光滑设置。
3.根据权利要求1所述的超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：所述保护膜的材质为高强度纤维膜或高强度塑料膜，所述保护膜具有弹性。
4.根据权利要求3所述的超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：所述保护膜粘接或热压在所述保护壳的顶端。
5.根据权利要求1所述的超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：所述上永磁体的左右两端粘接或热压在所述保护支架上。
6.根据权利要求5所述的超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：所述保护支架的材质为高强度非磁性材料，所述保护支架靠近所述保护壳的部分光滑设置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：所述上永磁体的形状为圆柱体。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的超磁致伸缩压力测量装置，其特征在于：所述限位传感器为非接触式位移传感器。
9.一种利用权利要求1~8中任一项所述的超磁致伸缩压力测量装置进行压力测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将该压力测量装置安装于需要进行压力测量的位置，使待测压力部位与该压力测量装置的保护膜相接触，打开电源，待控制传感显示系统输出稳定值后，将该初始值进行归零设置；
（2）当待测压力部位产生压力变化时，保护膜受力发生形变，保护膜带动所述隔磁体上支座以及上永磁体在压力作用下产生向下的微量位移；
（3）所述控制传感显示系统通过位移信息导线采集由限位传感器传输来的位移信息，并利用超磁感应导线增大超磁致伸缩体的电流，致使超磁致伸缩体伸长；
（4）下永磁体对上永磁体的磁力增大，致使上永磁体产生向上的微量位移，从而使上永磁体恢复平衡位置；
（5）所述限位传感器采集平衡位置的信息，并将此信息传输给控制传感显示系统，控制传感显示系统通过超磁感应导线稳定超磁致伸缩体的电流，待控制传感显示系统输出稳定测量值即为当前的压力值。
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| 王博文 等: "磁致伸缩压力传感器设计及其输出特性", 《光学精密工程》, 30 April 2017 (2017-04-30), pages 396 - 401 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112067173A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-11 | 刘翡琼 | 一种螺旋形压力探测器 |
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