CN111023957B - 一种耐高温径向位移传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐高温径向位移传感器装置，包括：传感器支座、传感器探头组件；对称均布在传感器支座上的传感器组件由传感器探头、固线片、压线夹、接线座、耐高温引出导线以及感应线圈组成；传感器探头通过定位孔由固定螺栓安装在传感器支座上，固线片和接线座由螺栓固定在传感器探头上，四个传感器探头组件分别探测金属材质磁悬浮转子径向相互垂直的X和Y两个方向位移信号，同一径向方向采用差动式测量精度较高。本发明在高温环境下对磁悬浮转子位移进行精确测量，在较高温度下长时间稳定工作，保证位移测量精度的前提下具有拆装方便、各零部件易于调节。

Description

一种耐高温径向位移传感器装置
技术领域
本发明涉及传感器检测领域，具体地，涉及非接触式位移传感器设备，尤其涉及一种用于高温环境下的非接触式且无需焊接的位移检测传感器装置。
背景技术
传感器是一种用来感受被测量信息并将感受到的信息按一定规律变换成电信号或其他信号输出的装置。电涡流位移传感器是非接触式传感器的一种，具有非接触、测量范围大、分辨率高、反应速度快优势被广泛的应用。普通的电涡流传感器主要是由探头和信号处理电路两部分构成。其中探头主要是由漆包线线圈和线圈骨架组成，温度信号处理电路主要是由振荡电路、检波电路和滤波电路等模块组成。
普通电涡流传感器线圈与外部电路连接多采用锡焊的焊接方式，其受焊锡熔点的限制承受不了工作环境高温温度(200℃以上)。本发明将普通焊点式结合的外接导线转化为纯机械结构式结合的外接导线，可在较高高温环境稳定工作从而进行位移测量。专利号为CN201810212354.0的专利文献提供了一种高温磁悬浮轴承轴向用电涡流位移传感器，也属于电涡流位移传感器领域。但由于采用的探测线圈与外接电路的焊接方式为普通锡焊的方式，该装置无法在较高温环境中(400℃以上)进行长期稳定测量，因为焊接处极易熔化而造成电路断路，导致测量电路不稳定而无法长时间测量。
在现有的技术中，没有一种测量精确且结构简单便于组装的用于高温环境下的磁悬浮轴承用非接触式、无引线焊点的位移传感器装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对现有的技术中的不足，提出一种磁悬浮轴承用非接触式、无引线焊点的耐高温径向位移传感器装置，以达到能在高温环境下对磁轴承高精度位移测量的目的，同时具有结构简单，安装操作方便的特点。
本发明采用的技术方案为：一种耐高温径向位移传感器装置，包括：传感器支座、传感器探头组件两部分；四个传感器探头组件对称均布在传感器支座上；每个传感器探头组件包括传感器探头、固线片、压线夹、接线座、耐高温引出导线及感应线圈；固线片、压线夹、接线座由螺栓通过定位连接孔固定在传感器探头上，通过微调传感器探头和传感器支座之间的螺栓定位孔来精确定位传感器探头探测端面与磁悬浮转子被探测面之间的距离，金属磁悬浮转子位移的同一径向方向采用两个传感器探头组件差动式测量提高测量精度，当金属磁悬浮转子沿径向X和Y两方向位移改变时产生变化的电信号并输出给(常温环境中的)外部电信号处理电路，达到在高温(400℃以上)环境下对磁悬浮转子位移进行精确测量；
传感器探头通过定位孔由固定螺栓安装在传感器支座上，固线片和接线座由螺栓固定在传感器探头上，接线座上是具有一定弹性和弧度的压线夹，接线座和压线夹之间的间隙为传感器探头导线和引出线结合位置，由螺栓压紧，保证良好的导电性；固线片的作用是把两根耐高温引出导线固定在传感器探头上，避免来回晃动致使线圈引出端与耐高温引出导线结合处断开或者虚接，四个传感器探头组件分别探测磁悬浮转子径向相互垂直的X和Y两个方向位移信号，同一径向方向采用差动式测量精度较高，当金属磁悬浮转子沿径向X和Y两方向位移改变时产生变化的电信号并输出给外部电信号处理电路。
所述传感器支座上有安装传感器探头组件的定位连接孔，连接孔大于螺栓直径，微调定位连接孔与螺栓的配合关系对传感器探头进行精确定位，螺栓紧固保证传感器探头不会发生晃动，保证四个传感器探头组件与传感器支座间不会发生相对位移，消除位移误差保证探测距离小于1mm的准确性。
所述传感器支座、传感器探头、固线片、接线座、压线夹、耐高温引出导线、感应线圈均为耐高温材料(400℃以上)，其中传感器探头为耐高温非导电材料，所述耐高温非导电材料为耐高温陶瓷材料，保证传感器探头不会对采集电信号造成干扰影响；接线座、压线夹为耐高温导电材料，保证接线处导电性能有利于提高接线处导电性。
所述传感器探头包括：前端圆柱型头部和后端定位平面部分，前端圆柱型头部为感应线圈的绕线部位，后端定位平面部分用以定位安装在传感器支座上；后端平面部分有两种类型的通孔，外侧四角处直径大于固定螺栓的光孔为定位孔，中间的沉头孔既能利用螺栓起到固定接线座与压线夹的作用，又能避免导电接头部分通过螺栓连接与传感器支座导电。
所述感应线圈为耐高温(400℃以上)漆包线，采用聚酰亚胺材料作为外层耐高温绝缘材料；线圈用耐高温胶固定在传感器探头的圆柱面沟槽内，感应线圈两个引出端与两根耐高温引出导线分别被压线夹压合在两个接线座上实现导通，并使用螺栓固定，耐高温引出导线连接到常温环境中的外部电信号处理电路。
所述压线夹为具有弹性金属导电材料，在固定螺栓的作用下能够使线圈引出端与耐高温引出导线压合地更充分，有利于提高接线部位的导电性能。
所述耐高温径向位移传感器装置用于高温环境下对金属磁悬浮转子的位移进行非接触式测量，通过采取机械压合的方式替代普通的导线焊接方式。
所述传感器为差动式检测的位移传感器。
所述传感器装置中的单个或多个传感器探头适用于高温环境下其他非接触式位移测量设备。
本发明与现有发明相比优点在于：传感器探头通过定位孔由固定螺栓安装在传感器支座上，固线片和接线座由螺栓固定在传感器探头上，接线座上是具有一定弹性和弧度的压线夹，接线座和压线夹之间的间隙为传感器探头导线和引出线结合位置，由螺栓压紧，保证良好的导电性；四个传感器探头组件分别探测磁悬浮转子径向相互垂直的X和Y两个方向位移信号，同一径向方向采用差动式测量精度较高，当金属磁悬浮转子沿径向X和Y两方向位移改变时产生变化的电信号并输出给外部电信号处理电路。本发明将普通焊点式结合的外接导线转化为纯机械结构式结合的外接导线，避免了高温工况下导线焊接点融化导致电信号中断，从而达到在高温环境下对磁悬浮转子位移进行精确测量的目的，可在较高温度下长时间稳定工作(400℃以上)，结构精巧，安装简便，在保证位移测量精度的前提下具有拆装方便、各零部件易于调节等优点。
附图说明
图1是本发明一种实施例的装置整体结构示意图；
图2是本发明一种实施例的传感器支座结构示意图；
图3是本发明一种实施例的传感器探头组件结构示意图；
图4是本发明一种实施例的传感器探头结构示意图；
图5是本发明一种实施例的固线片结构示意图；
图6是本发明一种实施例的压线片结构示意图；
图7是本发明一种实施例的接线座结构示意图。
图中：传感器支座1、传感器探头2、固线片3、压线夹4、接线座5、耐高温引出线6、感应线圈7、磁悬浮转子8、垂直平面1.1、定位连接孔1.2、两根耐高温引出导线6A和6B、感应线圈两个引出端7A和7B、传感器探头面2.1、沉头孔2.2、圆柱面沟槽2.3、光孔2.4、长型孔3.1、压线夹上螺纹孔4.1、两个接线座上螺纹孔5.1和5.2。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明的具体实施例和相应的附图对本发明技术方案进行清楚完整地描述。
如图1所示，本发明一种磁悬浮轴承用非接触式、无引线焊点的耐高温径向位移传感器装置，主要包括：传感器支座1、传感器探头组件，传感器探头组件包括传感器探头2、固线片3、压线夹4、接线座5、耐高温引出线6、感应线圈7。
如图2所示，传感器支座1上的垂直平面1.1为传感器探头2与磁悬浮转子8探测面的探测距离(小于1mm)提供安装参考面，四个定位连接孔1.2略大于传感器探头2的固定螺栓直径，微调定位连接孔1.2与固定螺栓的配合关系可以对传感器探头2和磁悬浮转子8探测表面之间的距离进行精确定位，螺栓紧固保证传感器探头2不会发生晃动；进而保证四个传感器探头组件与传感器支座1间不会发生相对位移，从而消除位移误差保证探测距离的准确性。
如图3所示，对称均布在传感器支座1上的传感器探头组件由传感器探头2、固线片3、压线夹4、接线座5、耐高温引出线6、感应线圈7组成。固线片3和接线座5由螺栓固定在传感器探头2上；接线座5上是具有一定弹性和弧度的压线夹4，两根耐高温引出导线6A和6B分别与感应线圈7的两个引出端7A和7B连接，并在压线夹4和接线座5之间的间隙位置，用螺栓压紧实现结合导通以代替普通焊接方式，保证良好的导电性，为整个装置的导电接头部分。两根耐高温引出导线6A和6B由固线片3固定在传感器支座上，引出到外部电信号处理电路。
如图4所示，传感器探头2面2.1是与传感器支座1的安装结合面，探头上分布的螺栓孔主要有两种，第一种螺栓孔为中间三对沉头孔2.2(参见图4右侧剖视图)，其作用既能利用螺栓将压线夹4和接线座5固定在传感器探头上，又能保证固定螺栓不与传感器支座接触，避免导电接头部分通过螺栓连接与传感器支座导通而干扰采集的电信号；第二种螺栓孔为四个光孔2.4，起到利用螺栓将传感器探头组件固定在传感器支座1上的作用。探头上圆柱面沟槽2.3为感应线圈7的绕线部位，感应线圈7为耐高温漆包线，采用聚酰亚胺等材料作为外层耐高温绝缘，并用耐高温胶固定。
如图5所示，固线片3的作用是把耐高温引出导线通过螺栓固定在传感器探头2上，避免来回晃动致使线圈引出端与耐高温引出导线结合处断开或者虚接，长型孔3.1方便调节。
如图6所示，压线夹4上有螺纹孔4.1，固定螺栓经螺纹孔4.1将压线夹4压合在接线座5上。压线夹4为具有一定弹性的金属导电材料制成，能够使线圈引出端与耐高温引出导线压合地更充分，有利于提高导电性能。
如图7所示，接线座5上螺纹孔5.1作用为利用螺栓固定在传感器探头2上；螺纹孔5.2通过螺栓将压线夹4固定并挤压导线接头部分压合导通。
传感器支座1、传感器探头2、固线片3、压线夹4、接线座5、耐高温引出导线6以及感应线圈7均为可耐高温材料。其中传感器探头2为耐高温非导电材料(如耐高温陶瓷材料等)，保证传感器探头2不会对采集电信号造成干扰影响；压线夹4、接线座5为耐高温导电材料，保证接线处导电性能良好，并输出电信号给外部电信号处理电路。
本发明将普通焊点式结合的外接导线转化为机械结构式结合的外接导线，避免了高温工况下导线焊接点融化导致的电信号中断，可在较高温度下长时间稳定工作(400℃以上)，结构精巧，安装简便，在保证位移测量精度的前提下具有拆装方便、各零部件易于调节等优点。
本发明实施例中展示的是标定设备用于差动检测工作的传感器的标定。但该高温传感器装置不限于差动式检测工作，也可以用单个传感器探头组件进行高温环境下的非对称位移检测工作。
总之，本发明将普通焊点式结合的外接导线转化为纯机械结构式结合的外接导线，避免了高温工况下导线焊接点融化导致电信号中断，从而达到在高温环境下对磁悬浮转子位移进行精确测量的目的，可在较高温度下长时间稳定工作(400℃以上)，结构精巧，安装简便，在保证位移测量精度的前提下具有拆装方便、各零部件易于调节等优点。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于，包括：传感器支座、传感器探头组件两部分；四个传感器探头组件对称均布在传感器支座上；每个传感器探头组件包括传感器探头、固线片、压线夹、接线座、耐高温引出导线及感应线圈；固线片、压线夹、接线座由螺栓通过定位连接孔固定在传感器探头上，通过微调传感器探头和传感器支座之间的螺栓定位孔来精确定位传感器探头探测端面与磁悬浮转子被探测面之间的距离，金属磁悬浮转子位移的同一径向方向采用两个传感器探头组件差动式测量提高测量精度，当金属磁悬浮转子沿径向X和Y两方向位移改变时产生变化的电信号并输出给常温环境中的外部电信号处理电路，达到在高温400℃以上环境下对磁悬浮转子位移进行精确测量；
传感器探头通过定位孔由固定螺栓安装在传感器支座上，固线片和接线座由螺栓固定在传感器探头上，接线座上是具有一定弹性和弧度的压线夹，接线座和压线夹之间的间隙为传感器探头导线和引出线结合位置，由螺栓压紧，保证良好的导电性；固线片的作用是把两根耐高温引出导线固定在传感器探头上，四个传感器探头组件分别探测磁悬浮转子径向相互垂直的X和Y两个方向位移信号，同一径向方向采用差动式测量精度较高，当金属磁悬浮转子沿径向X和Y两方向位移改变时产生变化的电信号并输出给外部电信号处理电路；
所述传感器探头包括：前端圆柱型头部和后端定位平面部分，前端圆柱型头部为感应线圈的绕线部位，后端定位平面部分用以定位安装在传感器支座上；后端平面部分有两种类型的通孔，外侧四角处直径大于固定螺栓的光孔为定位孔，中间的沉头孔既能利用螺栓起到固定接线座与压线夹的作用，又能避免导电接头部分通过螺栓连接与传感器支座导电。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于：所述传感器支座上有安装传感器探头组件的定位连接孔，连接孔大于螺栓直径，微调定位连接孔与螺栓的配合关系对传感器探头进行精确定位，螺栓紧固保证传感器探头不会发生晃动，保证四个传感器探头组件与传感器支座间不会发生相对位移，消除位移误差保证探测距离小于1mm的准确性。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于：所述传感器支座、传感器探头、固线片、接线座、压线夹、耐高温引出导线、感应线圈均为耐高温材料400℃以上，其中传感器探头为耐高温非导电材料，所述耐高温非导电材料为耐高温陶瓷材料；接线座、压线夹为耐高温导电材料。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于：所述感应线圈为耐高温400℃以上漆包线，采用聚酰亚胺材料作为外层耐高温绝缘材料；线圈用耐高温胶固定在传感器探头的圆柱面沟槽内，感应线圈两个引出端与两根耐高温引出导线分别被压线夹压合在两个接线座上实现导通，并使用螺栓固定，耐高温引出导线连接到常温环境中的外部电信号处理电路。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于：所述压线夹为具有弹性金属导电材料，在固定螺栓的作用下能够使线圈引出端与耐高温引出导线压合地更充分，有利于提高接线部位的导电性能。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于：所述耐高温径向位移传感器装置用于高温环境下对金属磁悬浮转子的位移进行非接触式测量。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于：所述传感器为差动式检测的位移传感器。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种耐高温径向位移传感器装置，其特征在于：所述传感器装置中的单个或多个传感器探头适用于高温环境下其他非接触式位移测量设备。
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