CN201229216Y - 空调冷媒电涡流传感器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电涡流传感器，特别的涉及汽车空调冷媒压力测量的电涡流传感器装置。本实用新型的目的主要在于针对目前汽车空调冷媒压力测量的传感器-电阻式和电容式-的缺陷，利用电涡流传感器的优势，借鉴国内外关于电涡流传感器、汽车空调压力传感器的相关产品和研究成果，提出一种全新的、测量精确、适用可靠的空调冷媒电涡流传感器装置。一种空调冷媒电涡流传感器装置，包括信号输出件、信号检测处理电路、电磁电感线圈、弹性元件、封装外壳、冷媒导入阀，上述信号输出件插针式连接在信号检测处理电路上方，电磁电感线圈焊接在信号检测处理电路下方，弹性元件环行机械连接在电磁电感线圈下方，上述弹性元件包括冷媒导入阀。

Description

空调冷媒电涡流传感器装置

技术领域

本实用新型涉及电涡流传感器，特别的涉及汽车空调冷媒压力测量的电涡流传感器装置。

背景技术

国内目前生产用于汽车空调压力测量的传感器主要是电阻式和电容式。这两款传感器在技术、工艺上已基本成熟，但没有克服自己本身的缺陷：电阻式压力传感器的弹性元件只能是弹性模量较小的铝合金，只能从弹性元件的加工精度、膜片的制作工艺和贴片工艺来提高传感器的测量精度，但提升的程度有限；电容式传感器的体积小，结构简单，灵敏度高，但是测量的范围小，测量值受到介质和电磁场的影响较大，在现场使用亦有困难，因此都不能满足实际使用中对恶劣的环境下保证精度、质量和可靠性等性能的要求。

电涡流传感器(eddy electric sensor简称ECS)。它可以把位移、振幅、厚度、尺寸、裂纹等参数变换成电量来进行测量，并且具有测量线性范围大，结构简单，不受油污等介质的影响，频响宽，抗干扰能力强等优点。电涡流传感器用的最多的是两个方面：一是用于测试仪器仪表，再就是用于监测保护系统。国外已用于汽轮机、空气压缩机等旋转轴的径向振动测量与轴向位移测量，并用作连续监控装置。国内已研制成功了电涡流式位移振幅测量仪和电厂汽轮机监视用位移计、偏心度计等。

目前国内生产的用于空调的压力传感器主要是电阻式和电容式，生产的电涡流传感器主要应用振幅、旋转轴的间隙测量等，但还未应用到汽车空调冷媒压力测量的领域。

实用新型内容

本实用新型的目的主要在于针对目前汽车空调冷媒压力测量的传感器—电阻式和电容式—的缺陷，利用电涡流传感器的优势，借鉴国内外关于电涡流传感器、汽车空调压力传感器的相关产品和研究成果，提出一种全新的、测量精确、适用可靠的空调冷媒电涡流传感器装置。

实现本实用新型的技术方案如下：

一种空调冷媒电涡流传感器装置，包括信号输出件、信号检测处理电路、电磁电感线圈、弹性元件、封装外壳、冷媒导入阀，上述信号输出件插针式连接在信号检测处理电路上方，电磁电感线圈焊接在信号检测处理电路下方，弹性元件环行机械连接在电磁电感线圈下方，上述弹性元件包括冷媒导入阀。

所述的信号检测处理电路包含集成电路块及其外围电路，所述的外围电路为电感线圈、电阻和电容，所述的电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，所述的电感线圈与第一电容串联并和集成电路块的内部电路通过其上的第六管脚电连接构成震荡电路，；所述的第二电容置于集成电路块的第六管脚与电感线圈之间的连接电路上，；所述的电阻连接在集成电路块的第五管脚和第三电容之间的连接电路上；所述的第三电容一端接地，另一端接在电阻和第一电容之间的连接电路上。

所述电磁电感线圈由半封闭磁环体和位于磁环体内的电感线圈构成。

所述的弹性元件包括膜片元件、焊接工艺带和外接压力输入件，膜片元件和外接压力输入件通过焊接工艺带机械连接为一体结构，所述的外接压力输入件中置有冷媒导入阀。

所述的电磁电感线圈和弹性元件之间的间隙不大于0.5mm。

所述空调冷媒导入阀上有3-5条均匀布的缝隙。

本实用新型不仅能使空调电涡流冷媒传感器在汽车空调压力测量上发挥作用，扩大其应用领域，更重要的是从电磁电感结构、集成电路和整体的连接封装方面取得进展。空调冷媒电涡流传感器在汽车空调压力测量领域的应用，将更大程度的改善汽车空调的性能，提高空调对压力反应的质量，满足人们对车内环境舒适度的要求，提高了人们的生活质量。

附图说明

图1是本实用新型的整体装置结构示意图。

图2是弹性元件结构示意图。

图3是冷媒导入阀结构示意图。

图4是电磁电感线圈结构示意图。

图5是信号检测处理电路图。

具体实施方式

图1是本实用新型的整体装置结构原理图。主要包括：信号输出件1；信号检测处理电路2；电磁电感线圈3；弹性元件4；装备封装外壳5；冷媒导入阀6。电涡流传感器要达到的期望指标为：

供电电压：       5V±10％

供电电流：       7.0mA(Max)

工作温度：       -5～100℃

输出负载：       61KΩ(波动范围在±5％以内)

弹性位移：       10±5Nm

产品的整体长度： ≤52mm

信号检测处理电路2包含集成电路块U1及其外围电路，信号检测处理电路2上面置有包裹插针的信号输出件1，信号检测处理电路2下面采用两个焊接头焊接电磁电感线圈3，使电磁电感线圈3和信号检测处理电路2之间信号传输的保真度和接头的阻抗与整个信号检测处理电路2匹配；电磁电感线圈3由半封闭磁环体10和电感线圈L构成，电磁电感线圈3与其下面的弹性元件4采用环形件机械连接，保证装配后两者相对位置的固定、同轴度和端面的平行度；

见图2，弹性元件4包括冷媒导入阀6、膜片元件7、焊接工艺带8和外接压力输入件9，外接压力输入件9中置有冷媒导入阀6；冷媒导入阀6上有3～5条均布缝隙，起到电阻式或电容式的小孔作用，并能使冷媒压力均匀施加在膜片元件7的弹性膜片上，使其形变均匀；装配封装外壳5，其作用是对产品进行定位封装，在信号输出件1、信号检测处理电路2、电磁电感线圈3、弹性元件4连接且位置固定后将其机械封装为一体，还起到密封、抗干扰等保护作用。

图4是电磁电感线圈结构示意图。将电感线圈L绕制安装在半封闭磁环10上。电涡流环的几何尺寸为：环的径向厚度C＝0.865R_b，环内半r₁＝0.525R_b，环的外半径r₀＝1.39R_b，其中R_b为传感器线圈的外径。本发明是针对小量程压力检测，因此采用外径小的线圈以提高灵敏度。技术方案中弹性元件和电感线圈L之间的初始距离d＝0.2mm，电感线圈L截面形状为矩形，由此可以推算出电感线圈L的参数。以此参数为依据在电感线圈L绕制编程。电感线圈L的骨架采用半封闭磁环的磁结构，这种结构可以很好的防止磁泄露、屏蔽外部干扰。将电感线圈L做一些辅助处理安装在磁铁骨架上，测量修正其特性最后形成一个特殊的电磁电感结构。

图5是信号检测处理电路图。本实用新型采用定频调幅电路，由振荡、检波、滤波和放大等电子线路组成。

信号检测处理电路2上面置有包裹插针的信号输出件1，采用插针进行信号的输入输出，信号检测处理电路2下面采用两个焊接头焊接电感线圈L，使电感线圈L和信号检测处理电路2之间信号传输的保真度和接头的阻抗与整个信号检测处理电路2匹配，信号检测处理电路2包含集成电路块U1及其外围电路，外围电路为电感线圈L、电阻R和电容，电容包括第一电容C0、第二电容C1、第三电容C2、第四电容C3，电感线圈L与第一电容C0串联并和集成电路块U1的内部电路通过其上的第六管脚连接构成震荡电路，产生正弦震荡信号，使电磁电感线圈L震荡，产生感应电动势，电容C1置于集成电路块U1的第六管脚与电磁电感线圈L之间的连接电路上，用于滤出集成电路块U1内部电路送出的正弦信号中的杂波，电阻R连接在集成电路块U1的第五管脚和第一电容C0之间的连接电路上，用于调节正弦信号的幅度，以满足测量要求，第三电容C2一端接地，另一端接在电阻R和第一电容C0之间的连接电路上，用于滤除接地干扰，第四电容C3一端连接电压为3.3V直流电源，另一端接地，用于滤除电源干扰，保证集成电路块U1内部电路的电源信号的纯净度。

集成电路块U1的功能是接受外部信号，给电感线圈L一个震荡激励，测得线圈的电压信号并将其转化为线性度较好的直流电压信号输出，集成电路块U1有八个管脚，分布于集成电路块U1的两边，其中第一管脚为电压信号输入管脚，接电压为3.3V的直流电源，为集成电路块U1内部电路提供所需电压信号，第二管脚和第三管脚为信号的输出管脚OUT，测量电路测得的信号经过集成电路块U1内部电路处理转化为电压由管脚和管脚联合输出，第四管脚为接地GND管脚，作为集成电路块U1的负极，第五管脚接电阻R，第六管脚接第二电容C1，第七管脚和第八管脚悬空。

第六管脚、第二电容C1、电感线圈L、第一电容C0、电阻R、第五管脚组成恒定频率的载波调幅式电涡流传感部件，其工作原理是由第五管脚和第六管脚之间提供一个频率稳定的高频信号(晶体振荡器)、激励传感器线圈L和并联电容C组成LC并联回路，当回路的固有频率等于振荡器的高频信号频率时，输出的电压U最大，并设为U_MAX，而测量时，亦即被测体相对于空调冷媒电涡流传感器移动时，由振荡器产生的频率为f的电压加到LC并联回路两端，在LC并联回路的两端输出，当被测体与空调冷媒电涡流传感器之问有相对位移时，空调冷媒电涡流传感器对恒定频率的阻抗就会变化，从而使LC并联回路的等效阻抗Z发生变化，因而引起输出电压U的变化，这时载波的频率仍保持不变，但幅值发生了变化，空调冷媒电涡流传感器等效阻抗发生变化，回路失谐，输出电压随之变化，设计中测量系统采用3MHz的激励频率。

当电涡流传感器工作时，电源接通，电源信号通过信号输出件1中的电源插针和信号检测处理电路2中的集成电路块U1的第一管脚进入信号检测处理电路2，信号中杂波由第四电容C3滤除，集成电路块U1内部的正弦电路通过集成电路块U1的第六管脚与电磁电感线圈3中的电感线圈L与第一电容C₀串联构成震荡电路，电感线圈L在震荡电路的作用下产生感应电动势E₀，并在弹性元件4中的膜片元件7的弹性膜片上产生电涡流，空调冷媒进入外接压力输入件9，经过冷媒塑料导入阀6，到达弹性元件4中的膜片元件7的弹性膜片的受力面，弹性膜片在空调冷媒压力P的作用下产生弹性形变δ，导致弹性元件4中的膜片元件7的弹性膜片与电磁电感线圈3的端面之间的距离d发生变化Δd，弹性膜片中的电涡流反作用于电感线圈L，在电感线圈中产生感应电动势E₁，测量电路测得电感线圈L中感应电动势的变化ΔE＝E₀-E₁，经过集成电路块U1内部处理电路的处理转化为电压并由第二管脚和第三管脚联合输出，由信号输出件1的输出插针进行对外输出。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型的空调冷媒电涡流传感器装置，进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1、一种空调冷媒电涡流传感器装置，包括信号输出件(1)、信号检测处理电路(2)、电磁电感线圈(3)、弹性元件(4)、封装外壳(5)、冷媒导入阀(6)，其特征是：上述信号输出件(1)插针式连接在信号检测处理电路(2)上方，电磁电感线圈(3)焊接在信号检测处理电路下方，弹性元件(4)环行机械连接在电磁电感线圈下方，上述弹性元件包括冷媒导入阀(6)。

2、根据权利要求1所述的一种空调冷媒电涡流传感器装置，其特征是：所述的信号检测处理电路(2)包含集成电路块及其外围电路，所述的外围电路为电感线圈、电阻和电容，所述的电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，所述的电感线圈与第一电容串联并和集成电路块的内部电路通过其上的第六管脚电连接构成震荡电路；所述的第二电容置于集成电路块的第六管脚与电感线圈之间的连接电路上；所述的电阻连接在集成电路块的第五管脚和第三电容之间的连接电路上；所述的第三电容一端接地，另一端接在电阻和第一电容之间的连接电路上。

3、根据权利要求1所述的一种空调冷媒电涡流传感器装置，其特征是：所述电磁电感线圈(3)由半封闭磁环体(10)和位于磁环体内的电感线圈构成。

4、根据权利要求1所述的一种空调冷媒电涡流传感器装置，其特征是：所述的弹性元件(4)包括膜片元件(7)、焊接工艺带(8)和外接压力输入件(9)，膜片元件(7)和外接压力输入件(9)通过焊接工艺带(8)机械连接为一体结构，所述的外接压力输入件(9)中置有冷媒导入阀(6)。

5、根据权利要求1所述的一种空调冷媒电涡流传感器装置，其特征是：所述的电磁电感线圈(3)和弹性元件(4)之间的间隙不大于0.5mm。

6、根据权利要求4所述的一种空调冷媒电涡流传感器装置，其特征是：空调冷媒导入阀(6)上有3-5条均匀布的缝隙。

Images