CN1731097A

CN1731097A - 无牵连霍尔线性位移传感器

Info

Publication number: CN1731097A
Application number: CN 200510050540
Authority: CN
Inventors: 孙钢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2006-02-08

Abstract

本发明公开了一种无牵连霍尔线性位移传感器。它具有相连接的前端盖、外套、后端盖，外套内靠近后端盖处设有内套，前端盖穿有测量杆，测量杆表面设有防转面，测量杆外侧端设有永久磁钢，测量杆内侧端连接有磁钢座，磁钢座设有第一永久磁钢、第二永久磁钢，第一永久磁钢在内套内，内套端面设有印刷板、霍尔元件，后端盖外侧端设有插座。本发明的运动部件为测量杆，它带动两只永久磁钢运动，而永久磁钢是没有引线的，所以不存在引线因疲劳而折断的问题，大大提高了使用寿命；由于采用了扁圆柱体磁钢，霍尔元件又安装在两只磁钢的中轴线位置上，从而保证霍尔电势输出的稳定性；同时生产成本也较低，提高了性价比。

Description

无牵连霍尔线性位移传感器

技术领域

本发明涉及一种无牵连霍尔线性位移传感器。

背景技术

目前市场上现有的霍尔线性位移传感器结构都是由霍尔元件在磁场中作直线运动构成的，高等院校的各类相关教材也以该种结构作为说明。该种结构的传感器在实际使用中存在的最大缺点是：(1)霍尔元件直接作为运动部件使用，由于霍尔元件有四条工作导线，当霍尔元件运动时四条工作导线将随霍尔元件一起运动，很容易使引线疲劳而折断，尤其是在物体作高速频繁的往复运动时极为严重，使用寿命较短；(2)为保证一定的使用寿命，霍尔元件的引线必须具有一定的强度和柔性，工作时引线弯曲变形后会产生一定的弹力，该弹力会对运动部件产生一个附加力，从而造成运动部件的位置发生变化，引起测量误差。这点在微运动体测量时尤其明显；(3)当霍尔元件作直线运动时，霍尔元件的敏感面与磁场B间的夹角因机械动配合因素的影响会产生偏移、晃动，同时磁钢与霍尔元件之间的距离也会发生变化，导致霍尔电势输出大小发生变化，严重影响测量精度；(4)受到磁路系统限制，它的测量范围受到一定影响，量程较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种无牵连霍尔线性位移传感器。

它具有相连接的前端盖、外套、后端盖，外套内靠近后端盖处设有内套，前端盖穿有测量杆，测量杆表面设有防转面，测量杆外侧端设有永久磁钢，测量杆内侧端连接有磁钢座，磁钢座设有第一永久磁钢、第二永久磁钢，第一永久磁钢在内套内，内套端面设有印刷板、霍尔元件，后端盖外侧端设有插座。

本发明的有益效果

1)传感器的运动部件为测量杆，它带动两只永久磁钢运动，而永久磁钢是没有引线的，所以不存在引线因疲劳而折断的问题，大大提高了使用寿命；

2)由于各活动部件之间均以球面接触，加上精细的表面处理，活动部件的摩擦力非常小，对外界被测运动体几乎没有附加力，不会造成运动位置的偏移，必要还可以增加直线轴承，大大提高了测量准确度；

3)由于采用了扁圆柱体磁钢，霍尔元件又安装在两只磁钢的中轴线位置上，当测量杆带动磁钢运动时，由于机械配合原因造成的磁钢转动、晃动，对测量不会产生影响，因为圆形磁钢的转动不会使安装在磁钢轴心线正面的霍尔元件敏感面上的磁场发生变化，从而保证霍尔电势输出的稳定性；

4)由于从根本上改变了原有的磁路系统，故增大了测量范围，加大了量程，同时生产成本也较低，提高了性价比。

附图说明

附图是无牵连霍尔线性位移传感器结构示意图，图中：前端盖1、外套2、后端盖3、第一永久磁钢4、第二永久磁钢5、印刷板6、防转面7、测量杆8、永久磁钢9、螺母10、霍尔元件11、磁钢座12、内套13、引线14、插座15。

具体实施方式

如附图所示，无牵连霍尔线性位移传感器具有相连接的前端盖1、外套2、后端盖3，外套内靠近后端盖处设有内套13，前端盖1穿有测量杆8，测量杆8表面设有防转面7，测量杆外侧端设有永久磁钢9，测量杆内侧端连接有磁钢座12，磁钢座12设有第一永久磁钢4、第二永久磁钢5，第一永久磁钢4在内套内，内套端面设有印刷板6、霍尔元件11，后端盖3外侧端设有插座15。

内套13的长度是外套2长度的一半。防转面7为半圆形。第一永久磁钢4和第二永久磁钢5在同一中轴线上，同一极性面相对。

本发明的基本原理：

霍尔线性位移传感器是一种利用磁敏原理——霍尔元件制成的用于测量直线位移和机械振动量的传感器。在工业测试中被广泛应用，基本原理是：将霍尔元件置于特定的梯度磁场B中(注1)，当其敏感面与磁场方向作相对运动或与磁场方向作垂直运动时，霍尔元件的两端会产生与运动距离(位移)成比例的霍尔电势，数学表达式：V_H＝K_HIB，其中：V_H：霍尔电势、K_H：灵敏系数、I：工作电流、B：磁场强度。

当K_H、I不变时，V_H正比于B，如果把霍尔元件与直线运动物体或振动物体相连，则霍尔电势的大小反映了运动物体的位移或振动量，即将非电量信号转换成了电量信号。

本发明的工作过程：

当测量杆顶住运动物体运动时，第一永久磁钢和第二永久磁钢将与测量杆一起运动，霍尔元件通过印刷板被固定在内套右侧壁表面，其引线通过内、外套之间的缝隙接入航空插座，用以引出信号，所以霍尔元件的引线是不会弯折变形的。

当霍尔元件处于第一永久磁钢和第二永久磁钢的中间时，由于永久磁钢为同性面相对，磁场方向也是相对，所以此时霍尔元件敏感面上的磁场强度B的矢量和为零，即霍尔电势为零，该点定为机械零位，当测量杆顶住物体运动时，霍尔元件与左右两只永久磁钢间的距离将发生变化(不等)，穿过霍尔元件感应面的磁场强度(B)的矢量和将不为零，即霍尔电势不为零，同时随着运动方向不同(向左或向右)霍尔电势极性也有正负之分，该霍尔电势的大小反映了运动物体位移量的大小，其正负极性又反映出了物体运动的方向.

因为霍尔元件的感应面与磁场成90度夹角且处于两只磁钢轴心引线上，所以在一定范围内磁场成梯度分布，故霍尔电势的输出与位移量成正比例，达到测量位移或振动的目的。

本发明的部件说明：

1、外壳：为圆柱形绝缘体(典型运用为透明有机玻璃管)，直径视测量范围而定：从Φ10mm～Φ50mm不等，长度从40mm～80mm不等。

2、内套：为圆柱形绝缘体(典型运用为透明有机玻璃管)，直径视测体范围而定：从Φ8mm～Φ48mm不等，长度从20mm～70mm不等。

3、第一永久磁钢和第二永久磁钢：是传感器的工作磁钢，扁圆形结构，根据测量范围大小从Φ3×2～Φ10×5不等。

4、后端盖：为圆柱形金属构件，用于固定航空插座，直径视测量范围而定：从Φ20mm～Φ50mm不等，长度从10mm～40mm不等。

5、前端盖：为圆柱形金属构件，用于支撑测量杆，直径视测量范围而定：从Φ20mm～Φ50mm不等，长度从10mm～40mm不等。

6、霍尔元件：通过印刷板和内套安装在第一永久磁钢和第二永久磁钢的中轴线位置上。

7、测量杆及磁钢座：为一体化圆柱形金属构件，直径视测量范围而定：从Φ5mm～Φ10mm不等，中间部分是防转半圆构造，长度从50mm～200mm不等。

8、镙母：为圆柱形金属构件，用以固定整个传感器，直径从M8mm～M20mm不等。

9、插座：用以引出霍尔元件的信号电压。

10.传感器的外观是一个圆柱形物体，根据测量范围的不同，直径可以从Φ20mm～Φ50mm不等，长度从50mm～200mm不等。

Claims

1.一种无牵连霍尔线性位移传感器，其特征在于，它具有相连接的前端盖(1)、外套(2)、后端盖(3)，外套内靠近后端盖处设有内套(13)，前端盖(1)穿有测量杆(8)，测量杆(8)表面设有防转面(7)，测量杆外侧端设有永久磁钢(9)，测量杆内侧端连接有磁钢座(12)，磁钢座(12)设有第一永久磁钢(4)、第二永久磁钢(5)，第一永久磁钢(4)在内套内，内套端面设有印刷板(6)、霍尔元件(11)，后端盖(3)外侧端设有插座(15)。

2.根据权利要求1所述的一种无牵连霍尔线性位移传感器，其特征在于，所述的内套(13)的长度是外套(2)长度的一半。

3.根据权利要求1所述的一种无牵连霍尔线性位移传感器，其特征在于，所述的防转面(7)为半圆形。

4.根据权利要求1所述的一种无牵连霍尔线性位移传感器，其特征在于，所述的第一永久磁钢(4)和第二永久磁钢(5)在同一中轴线上，同一极性面相对。