CN114220705B - 非接触式核级限位开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了非接触式核级限位开关，其包括簧片弹跳模块、设置在簧片弹跳模块的顶部的插座和设置在簧片弹跳模块的底部的磁性驱动模块；整个非接触式核级限位开关是通过磁铁进出触发的，不需要人工手动触发，不会发生误触发或不触发现象，簧片弹跳模块对于簧片的变形需求很小，弹性元件在很小变形条件下，寿命能够非常长，该限位开关是纯机械结构，开关次数能够达到千万次以上，磁铁驱动模块的直线轴承的设置，保证了轴向运动的低阻尼特性，有效保证了产品的性能可靠性。

Description

非接触式核级限位开关

技术领域

本发明涉及限位开关领域，尤其涉及一种非接触式核级限位开关。

背景技术

核级限位开关用于指示核反应堆中的蒸气隔离阀等阀门设备的开度。常用的有接触式核级限位开关，阀门机构动作到一定位置后与限位开关转轮机构触碰，触发核级限位开关的动作机构，输出开关信号。接触式核级限位开关由于转轮机构与阀门机构长期触碰，且接触压力较大，使用工况恶劣，容易产生变形、松动、卡滞等问题。

在某些核反应堆中已经应用有非接触式核级限位开关，利用限位开关和靶标分别内置磁铁，不需要接触就能够触发开关动作机构，相比接触式限位开关，使用工况好得多。

但目前已经应用的非接触式核级限位开关，限位开关内置磁铁，与靶标磁铁能够相互吸附产生作动，磁铁与作动销相连，初始状态两个卡扣分别卡在两个闩锁上，卡扣绕其中心原点可旋转动作，卡扣与长条簧片相连，长条簧片对卡扣单侧施加预压力，使其锁在闩锁上，两个卡扣在锁止状态下作动销也被限位锁止，作动销与后端动作开关触点相连。当与靶标达到一定距离后，磁铁带动作动销产生初始作动力，由作动销作用在卡扣上，产生一定的旋转力矩（大小与开关距离靶标的距离相关），当旋转力矩大于长条簧片施加的反向旋转力矩时，卡扣从闩锁锁止状态解锁，作动销不再受限位，会产生一定位移，带动动作开关触点也产生响应的位移，后端的三触点式开关结构得到触发。

该非接触式限位开关内部机构依赖卡扣与闩锁之间锁止，以及长条簧片的预压力，对于零件加工精度和机构配合精度要求非常高。卡扣与闩锁之间的配合面会由于轻微的加工或者装配误差，就会造成该机构在彻底锁止以及轻微作动即可触发之间徘徊，很难找到一种平衡，在实际使用中经常出现振动环境下误触发或者怎么都不触发的故障。另外长条簧片本身长度尺寸较大，容易在长期使用中产生塑性变形，改变了初始压力，而且长条簧片本身不耐受扭矩，装配间隙将使得作动对长条簧片本身产生一定扭转，加剧其塑性变形的过程，使得产品在使用中性能不稳定。上述故障均会严重影响系统对于阀门动作位置的判断。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供的非接触式核级限位开关解决了现有非接触式核级限位开关存在使用工况恶劣、容易产生变形、松动、卡滞的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供了非接触式核级限位开关，包括簧片弹跳模块，簧片弹跳模块的顶部设置有插座，底部设置有磁性驱动模块；

簧片弹跳模块包括第一壳体，第一壳体内设置有开关座和贯穿开关座并与其滑动连接的压杆；

开关座内部设置有空腔，空腔的上表面和下表面分别设置有两个上触点和两个下触点；

压杆上设置有位于空腔内的簧片，簧片的两端分别位于压杆的两侧且簧片的两侧上分别设置有用于与两个上触点或两个下触点接触的动触点；

插座包括与两个上触点和两个下触点电性连接的插针；

磁性驱动模块用于驱动压杆上下直线运动实现动触点与上触点或动触点与下触点接触。

本发明的基本原理为：簧片与压杆和动触点相连，正常情况下，簧片与压杆的接触位置比簧片与动触点的接触部位要高，由于簧片的弹性作用，动触点被压在下触点上，此时动触点和下触点组成一个开关常闭回路，当压杆向下运动时，簧片与压杆的接触位置会随之运动向下，当簧片与压杆的接触位置比簧片与动触点的接触部位要低时，动触点会在簧片弹性作用下向上弹起，并在簧片的弹性作用下，与上触点接触，此时原常闭回路，即动触点和下触点断开，原常开回路，即动触点和上触点闭合，实现开关作用，簧片弹跳模块对于簧片的变形需求很小，弹性元件在很小变形条件下，寿命能够非常长，该机构是纯机械开关次数能够达到千万次以上，有效保证了产品的性能可靠性。

进一步地，作为簧片弹跳模块与插座的连接方式，第一壳体呈中空圆柱结构，其顶部开口处设置有内螺纹；插座包括呈中空圆柱结构的第二壳体，第二壳体的中部设置有安装板，多根插针固定安装在安装板上；第二壳体的底部外壁圆周面上设置有外螺纹，第一壳体的顶部与第二壳体的底部螺纹连接。上述技术方案的有益效果为：便于拆卸和装配整个非接触式核级限位开关。

进一步地，作为插针与上触点和下触点的具体连接方式，插针的数量为4根，开关座上设置有4根接线柱，4根接线柱的底部均穿过开关座分别与两个上触点和两个下触点接触，4根接线柱的顶部位于开关座顶部并通过导线与插针电性连接；每根插针均匹配1根接线柱。上述技术方案的有益效果为：便于实现插针与上触点和下触点的电性连接，通过插座即可实现将动触点与上触点和下触点的闭合状态输出。

进一步地，开关座的材料为绝缘材料，压杆上设置有位于空腔内用于限制压杆向上位移行程的第一限位块，压杆的顶端上设置有用于限制压杆向下位移行程的第二限位块。上述技术方案的有益效果为：第一限位块和第二限位块能够帮助压杆处于适当的轴向位置上。

进一步地，第一限位块呈四方体结构，空腔上顶面设置有与第一限位块匹配的限位槽。上述技术方案的有益效果为：能够有效防止压杆本身的旋转，能够保证簧片在随压杆的移动过程中不会发生扭转、偏移，提高动触点与上触点和下触点接触的准确性。

进一步地，磁性驱动模块包括顶部具有开口呈中空圆柱结构的第三壳体，第三壳体的顶部与第一壳体的底部固定连接；第三壳体内设置有导轨，导轨的顶部与压杆的底部连接，导轨的底部固定连接有磁铁，磁铁与第三壳体的底面之间设置有弹簧，弹簧作用于压杆的向上的推力大于压杆受到的重力。上述技术方案的有益效果为：非接触式核级限位开关在初始状态下，弹簧将磁铁向上顶起，使压杆随之处于位置上方，簧片与压杆的接触位置比簧片与动触点的接触部位要高，由于簧片的弹性作用，动触点被压在下触点上，组成一个开关常闭回路。当非接触式核级限位开关与靶标接近时，由于靶标内置磁铁与非接触式核级限位开关内置磁铁相互吸引，磁铁作用力大于弹簧作用力时，磁铁向下运动，由于磁铁之间作用力大致与距离的三次方呈反比，所以随着磁铁位置向下，与靶标内置磁铁的吸附作用力指数级上升，磁铁几乎瞬间被吸附在第三壳体内的最下端位置，带动导轨、压杆向下运动，簧片与压杆的接触位置会随之运动向下，当簧片与压杆的接触位置比簧片与动触点的接触部位要低时，动触点会在簧片弹性作用下向上弹起，并在簧片的弹性作用下，与上触点接触，此时原常闭回路断开，原常开回路，即动触点和上触点闭合，实现开关作用；整个非接触式核级限位开关是通过磁铁进出触发的，不需要人工手动触发，不会发生误触发或不触发现象，有效保证了产品的性能可靠性。

进一步地，导轨的顶部和压杆的底部之间设置有绝缘连接衬套，绝缘连接衬套的顶部与压杆底部螺纹连接，绝缘连接衬套的底部与导轨顶部螺纹连接。绝缘连接衬套的设置，便于压杆和导轨的连接，同时实现压杆与导轨之间绝缘连接，避免电流流向导轨，影响非接触式核级限位开关的绝缘性。

进一步地，第三壳体内设置有用于与导轨匹配的直线轴承，第三壳体内设置有定位台阶，直线轴承的顶部设置有压块，压块压紧直线轴承使其固定至定位台阶上。直线轴承与导轨的选用，能够保证传动机构在随磁铁作动过程中，只保持最小阻尼的轴向输出，径向由轴承本身所限制，不仅保证导轨的轴向运动为点接触，而且能够限制装配过程中的轴向位置度，大大提升运动机构的可靠性，使得整个非接触式核级限位开关能够耐受高量值的振动环境，不会发生误触发或不触发现象。

进一步地，磁铁的外壁上包覆有包边，包边的顶部设置有螺纹并与导轨底部螺纹连接；包边的底部设置有用于固定安装弹簧的安装槽。包边的设置能够有效防止磁铁由于撞击造成的皲裂隐患。

作为簧片的一种具体设置方式，簧片与压杆的连接处设置有连接槽；簧片包括呈中部镂空片状结构的簧片体和两个分别设置在簧片体镂空处两侧的弹性连接片；两个动触点分别位于簧片体的两侧；每个弹性连接片的一端与连接槽固定连接，另一端与簧片体镂空处固定连接。

附图说明

图1为一种非接触式核级限位开关的结构示意图。

图2为图1中C-C方向的剖视结构示意图。

图3为簧片和接线柱安装在开关座内的结构示意图。

图4为簧片与压杆的连接结构示意图。

其中，1、簧片弹跳模块；2、插座；3、磁性驱动模块；4、第一壳体；5、开关座；6、压杆；7、空腔；8、上触点；9、下触点；10、簧片；11、动触点；12、插针；13、接线柱；14、第一限位块；15、第二限位块；16、第三壳体；17、导轨；18、磁铁；19、弹簧；20、绝缘连接衬套；21、直线轴承；22、压块；23、包边；24、安装槽；25、连接槽；26、簧片体；27、弹性连接片；28、第二壳体。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1~4所示，本发明提供了非接触式核级限位开关，其包括簧片弹跳模块1，簧片弹跳模块1的顶部设置有插座2，底部设置有磁性驱动模块3；

簧片弹跳模块1包括第一壳体4，第一壳体4内设置有开关座5和贯穿开关座5并与其滑动连接的压杆6；开关座5内部设置有空腔7，空腔7的上表面和下表面分别设置有两个上触点8和两个下触点9；压杆6上设置有位于空腔7内的簧片10，簧片10的两端分别位于压杆6的两侧且簧片10的两侧上分别设置有用于与两个上触点8或两个下触点9接触的动触点11；插座2包括与两个上触点8和两个下触点9电性连接的插针12；磁性驱动模块3用于驱动压杆6上下直线运动实现动触点11与上触点8或动触点11与下触点9接触。簧片10与压杆6和动触点11相连，正常情况下，簧片10与压杆6的接触位置比簧片10与动触点11的接触部位要高，由于簧片10的弹性作用，动触点11被压在下触点9上，此时动触点11和下触点9组成一个开关常闭回路，当压杆6向下运动时，簧片10与压杆6的接触位置会随之运动向下，当簧片10与压杆6的接触位置比簧片10与动触点11的接触部位要低时，动触点11会在簧片10弹性作用下向上弹起，并在簧片10的弹性作用下，与上触点8接触，此时原常闭回路，即动触点11和下触点9断开，原常开回路，即动触点11和上触点8闭合，实现开关作用，簧片弹跳模块1对于簧片10的变形需求很小，弹性元件在很小变形条件下，寿命能够非常长，该机构是纯机械开关次数能够达到千万次以上，有效保证了产品的性能可靠性。

作为簧片弹跳模块1与插座2的连接方式，第一壳体4呈中空圆柱结构，其顶部开口处设置有内螺纹；插座2包括呈中空圆柱结构的第二壳体28，第二壳体28的中部设置有安装板，多根插针12固定安装在安装板上；第二壳体28的底部外壁圆周面上设置有外螺纹，第一壳体4的顶部与第二壳体28的底部螺纹连接，便于拆卸和装配整个非接触式核级限位开关。

作为插针12与上触点8和下触点9的具体连接方式，插针12的数量为4根，开关座5上设置有4根接线柱13，4根接线柱13的底部均穿过开关座5分别与两个上触点8和两个下触点9接触，4根接线柱13的顶部位于开关座5顶部并通过导线与插针12电性连接；每根插针12均匹配1根接线柱13。便于实现插针12与上触点8和下触点9的电性连接，通过插座2即可实现将动触点11与上触点8和下触点9的闭合状态输出。

开关座5的材料为绝缘材料，压杆6上设置有位于空腔7内用于限制压杆6向上位移行程的第一限位块14，压杆6的顶端上设置有用于限制压杆6向下位移行程的第二限位块15。第一限位块14和第二限位块15能够帮助压杆6处于适当的轴向位置上。

第一限位块14呈四方体结构，空腔7上顶面设置有与第一限位块14匹配的限位槽。上述技术方案的有益效果为：能够有效防止压杆6本身的旋转，能够保证簧片10在随压杆6的移动过程中不会发生扭转、偏移，提高动触点11与上触点8和下触点9接触的准确性。

磁性驱动模块3包括顶部具有开口呈中空圆柱结构的第三壳体16，第三壳体16的顶部与第一壳体4的底部固定连接；第三壳体16内设置有导轨17，导轨17的顶部与压杆6的底部连接，导轨17的底部固定连接有磁铁18，磁铁18与第三壳体16的底面之间设置有弹簧19，弹簧19作用于压杆6的向上的推力大于压杆6受到的重力。上述技术方案的有益效果为：非接触式核级限位开关在初始状态下，弹簧19将磁铁18向上顶起，使压杆6随之处于位置上方，簧片10与压杆6的接触位置比簧片10与动触点11的接触部位要高，由于簧片的弹性作用，动触点11被压在下触点9上，组成一个开关常闭回路。当非接触式核级限位开关与靶标接近时，由于靶标内置磁铁与非接触式核级限位开关内置磁铁18相互吸引，磁铁18作用力大于弹簧19作用力时，磁铁18向下运动，由于磁铁18之间作用力大致与距离的三次方呈反比，所以随着磁铁18位置向下，与靶标内置磁铁的吸附作用力指数级上升，磁铁18几乎瞬间被吸附在第三壳体16内的最下端位置，带动导轨17、压杆6向下运动，簧片10与压杆6的接触位置会随之运动向下，当簧片10与压杆6的接触位置比簧片10与动触点11的接触部位要低时，动触点11会在簧片10弹性作用下向上弹起，并在簧片10的弹性作用下，与上触点8接触，此时原常闭回路断开，原常开回路，即动触点11和上触点8闭合，实现开关作用；整个非接触式核级限位开关是通过磁铁18进出触发的，不需要人工手动触发，不会发生误触发或不触发现象，有效保证了产品的性能可靠性。

导轨17的顶部和压杆6的底部之间设置有绝缘连接衬套20，绝缘连接衬套20的顶部与压杆6底部螺纹连接，绝缘连接衬套20的底部与导轨17顶部螺纹连接。绝缘连接衬套20的设置，便于压杆6和导轨17的连接，同时实现压杆6与导轨17之间绝缘连接，避免电流流向导轨17，影响非接触式核级限位开关的绝缘性。

第三壳体16内设置有用于与导轨17匹配的直线轴承21，第三壳体16内设置有定位台阶，直线轴承21的顶部设置有压块22，压块22压紧直线轴承21使其固定至定位台阶上。直线轴承21与导轨17的选用，能够保证传动机构在随磁铁18作动过程中，只保持最小阻尼的轴向输出，径向由轴承本身所限制，不仅保证导轨17的轴向运动为点接触，而且能够限制装配过程中的轴向位置度，大大提升运动机构的可靠性，使得整个非接触式核级限位开关能够耐受高量值的振动环境，不会发生误触发或不触发现象。

磁铁18的外壁上包覆有包边23，包边23的顶部设置有螺纹并与导轨17底部螺纹连接；包边23的底部设置有用于固定安装弹簧19的安装槽24。包边23的设置能够有效防止磁铁18由于撞击造成的皲裂隐患。

作为簧片10的一种具体设置方式，簧片10与压杆6的连接处设置有连接槽25；簧片10包括呈中部镂空片状结构的簧片体26和两个分别设置在簧片体26镂空处两侧的弹性连接片27；两个动触点11分别位于簧片体26的两侧；每个弹性连接片27的一端与连接槽25固定连接，另一端与簧片体26镂空处固定连接。

综上所述，本方面中的非接触式核级限位开关能够容易实现稳定的性能，同时各个环节抗振动的设计，使得产品耐振动能力较强。

Claims (5)

1.非接触式核级限位开关，其特征在于，包括簧片弹跳模块，所述簧片弹跳模块的顶部设置有插座，底部设置有磁性驱动模块；

簧片弹跳模块包括第一壳体，所述第一壳体内设置有开关座和贯穿所述开关座并与其滑动连接的压杆；

所述开关座内部设置有空腔，所述空腔的上表面和下表面分别设置有两个上触点和两个下触点；

所述压杆上设置有位于空腔内的簧片，所述簧片的两端分别位于压杆的两侧且簧片的两侧上分别设置有用于与两个上触点或两个下触点接触的动触点；

插座包括与两个上触点和两个下触点电性连接的插针；

磁性驱动模块用于驱动压杆上下直线运动实现动触点与上触点或动触点与下触点接触；所述开关座的材料为绝缘材料，所述压杆上设置有位于所述空腔内用于限制压杆向上位移行程的第一限位块，压杆的顶端上设置有用于限制压杆向下位移行程的第二限位块

所述第一限位块呈四方体结构，所述空腔上顶面设置有与第一限位块匹配的限位槽；

磁性驱动模块包括顶部具有开口呈中空圆柱结构的第三壳体，所述第三壳体的顶部与所述第一壳体的底部固定连接；第三壳体内设置有导轨，所述导轨的顶部与所述压杆的底部连接，导轨的底部固定连接有磁铁，所述磁铁与第三壳体的底面之间设置有弹簧，所述弹簧作用于压杆的向上的推力大于压杆受到的重力；

述导轨的顶部和所述压杆的底部之间设置有绝缘连接衬套，所述绝缘连接衬套的顶部与所述压杆底部螺纹连接，绝缘连接衬套的底部与所述导轨顶部螺纹连接；

所述第三壳体内设置有用于与所述导轨匹配的直线轴承，第三壳体内设置有定位台阶，直线轴承的顶部设置有压块，压块压紧直线轴承使其固定至定位台阶上。

2.根据权利要求1所述的非接触式核级限位开关，其特征在于，所述第一壳体呈中空圆柱结构，其顶部开口处设置有内螺纹；所述插座包括呈中空圆柱结构的第二壳体，第二壳体的中部设置有安装板，多根所述插针固定安装在安装板上；第二壳体的底部外壁圆周面上设置有外螺纹，第一壳体的顶部与第二壳体的底部螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的非接触式核级限位开关，其特征在于，所述插针的数量为4根，所述开关座上设置有4根接线柱，4根所述接线柱的底部均穿过开关座分别与两个上触点和两个下触点接触，4根接线柱的顶部位于开关座顶部并通过导线与插针电性连接；每根插针均匹配1根接线柱。

4.根据权利要求3所述的非接触式核级限位开关，其特征在于，所述磁铁的外壁上包覆有包边，所述包边的顶部设置有螺纹并与所述导轨底部螺纹连接；包边的底部设置有用于固定安装所述弹簧的安装槽。

5.根据权利要求1~4任一所述的非接触式核级限位开关，其特征在于，所述簧片与所述压杆的连接处设置有连接槽；簧片包括呈中部镂空片状结构的簧片体和两个分别设置在簧片体镂空处两侧的弹性连接片；两个所述动触点分别位于簧片体的两侧；每个弹性连接片的一端与所述连接槽固定连接，另一端与簧片体镂空处固定连接。

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