CN202280930U - 一种霍尔式阀位测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种霍尔式阀位测量装置，包括两个磁钢构件、霍尔探头和信号调理电路，所述两个磁钢构件分别与所述气动执行机构的阀杆固定连接，所述霍尔探头设置在所述两个磁钢构件之间，所述霍尔探头的信号输出端与所述信号调理电路的信号输入端连接。本实用新型通过采用霍尔传感器，克服了位移式传感器存在的机械磨损大、滞后、易受外界震动影响、精度低、结构寿命低等缺点，通过将霍尔探头设置在两个磁钢构件中，提高了传感器的信号抗干扰能力。

Description

一种霍尔式阀位测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种霍尔式阀位测量装置，属于信号检测技术和过程控制技术领域。

背景技术

阀位测量和反馈输出，是阀门定位器和阀位变送器的重要功能之一，目前越来越多的高性能智能阀门定位器，都带有阀位反馈输出功能。实现阀位测量、反馈输出功能的装置(包括软、硬件)被称为阀位反馈装置，其原理框图如图1所示。

在现有的定位器和阀位变送器的阀位反馈装置中，单片机和阀门的阀杆之间，普遍采用位移传感器(阀位传感器)及其信号调理电路，其中的位移传感器采用的是“旋转式电位器+齿轮组”组成的结构。该部分的原理如图2所示，反馈连杆通过特殊结构与阀杆连在一起，并随着阀杆的移动而围绕连杆的另一端转动，该角度变量通过齿轮组件被放大若干倍，齿轮组同时带动与之相连接的电位器旋转一定的角度，形成电压信号输出至信号调理电路，最终经A/D采样，被送往CPU进行数据处理。但是，接触式阀位反馈装置在测量过程中，位移传感器存在机械磨损大、滞后、易受外界震动影响、精度低、结构寿命低等缺点。

另外，在现有阀位反馈装置中，前向通道有的也采用了霍尔传感器，但是在阀位信号输出通道，对于来自单片机的阀位输出信号，采用的却是PWM波输出，再通过具有模拟输入接口的专用4-20mA环流发生器芯片输出阀位反馈信号，其原理如图3所示。该模式中，尽管采用了霍尔传感器进行阀位测量，由于输出信号是通过PWM模式传输，所以信号抗干扰能力较差。

发明内容

本实用新型的目的是为解决现有的阀位位移式传感器存在的机械磨损大、滞后、易受外界震动影响、精度低、结构寿命低等问题，以及霍尔传感器存在的信号抗干扰能力较差的问题，进而提供一种霍尔式阀位测量装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种霍尔式阀位测量装置，包括两个磁钢构件、霍尔探头和信号调理电路，所述两个磁钢构件分别与所述阀门的阀杆固定连接，所述霍尔探头设置在所述两个磁钢构件之间，所述霍尔探头的信号输出端与所述信号调理电路的信号输入端连接。

本实用新型通过采用霍尔传感器，克服了位移式传感器存在的机械磨损大、滞后、易受外界震动影响、精度低、结构寿命低等缺点，通过将霍尔探头设置在两个磁钢构件中，提高了传感器的信号抗干扰能力。

附图说明

图1为现有的阀位反馈装置的原理框图；

图2为现有的位移传感器的原理框图；

图3为现有的霍尔传感器的原理框图；

图4为本实用新型的具体实施方式提供的霍尔式阀位测量装置的结构示意图；

图5为本实用新型的具体实施方式提供的霍尔传感器的结构示意图；

图6为本实用新型的具体实施方式提供的增加传输部分的霍尔式阀位测量装置的结构示意图；

图7为本实用新型的具体实施方式提供的去掉磁屏蔽材料的霍尔传感器的结构示意图。

具体实施方式

本具体实施方式提供了一种霍尔式阀位测量装置，如图4所示，具体包括两个磁钢构件2、霍尔探头3和信号调理电路4，两个磁钢构件2分别与阀门1的阀杆固定连接，霍尔探头3设置在两个磁钢构件2之间，霍尔探头3的信号输出端与信号调理电路4的信号输入端连接。

具体的，相应的磁钢构件2经过特殊设计，形成测量所需要的永久磁场，霍尔芯片被封装在霍尔探头3内，与两个磁钢构件2共同组成霍尔传感器，霍尔传感器的结构图如图5所示。信号调理电路4位置比较灵活，可以位于主控电路板或形成独立单元电路板。

进入工作状态时，磁钢构件2被封装成一个整体，与阀门1的阀杆固定在一起，并随着阀杆的移动而移动；霍尔探头3的本体则与定位器固定，位于两个磁钢构件2之间，并且在两个磁钢构件2之间设置有两条磁屏蔽材料，使两个磁钢构件2之间形成如图5所示的磁感线，霍尔探头3被设置在两个磁钢构件2之间的中心位置。当阀杆移动时，霍尔传感器则输出与位移成线性比例关系的电压信号，经过A/D采样及信号调理电路进行调理后，被送往CPU，完成阀位位置数据的测量。

进一步地，在完成阀位数据的测量后，还可以通过传输装置将测量的数据通过处理后发送给上位机，由于现有的数据传输装置普遍采用专门的集成式4-20mA环流发生器，将阀位信号转换成该环流发生器所产生的4-20mA电流信号，其精度及温度特性较差，且开关式光电隔离器件的功耗也较高，为此本具体实施方式提出了以下的技术方案，即在霍尔式阀位测量装置的基础上增加了传输部分，如图6所示，具体包括单片机5、D/A转换器6、一级线性放大器7、线性光电耦合器8、二级放大器9和反馈电路10，单片机5的并行通信端口与D/A转换器6的信号输入端连接，D/A转换器6的信号输出端与一级线性放大器7的信号输入端连接，一级线性放大器7的信号输出端与线性光电耦合器8的信号输入端连接，线性光电耦合器8的信号输出端与二级放大器9的信号输入端连接，反馈电路10的信号输出端与二级放大器9的反相信号输入端连接。

具体的，霍尔式阀位测量装置反馈信号数据，通过单片机5的并行通信端口，输出到D/A转换器6，D/A转换器6将数字型信号转换为相应的模拟信号后，将模拟信号经过一级线性放大器7放大并输出至线性光电耦合器8，二级放大器9与反馈电路10之间组成闭环负反馈回路。通过调整工作点，使阀位输出信号的光电转换，变换发生在光耦的线性段，保证了信号的线性耦合和变换。光电耦合后产生的信号，经过具有电流负反馈结构的放大电路，完成电压-电流转换和稳流措施后，最终形成4～20mA或0-20mA环路电流输出。

其中，图5所示的磁钢结构，其输入输出关系，遵循某种函数特性，通过调整，可以使其工作在函数的单调区间，以获得唯一对应的输入输出关系。

本具体实施方式还提出了另一种霍尔式阀位测量装置的技术方案，即通过霍尔传感器垂直切割磁感线的方式，实现位置测量并输出电压信号，如图7所示，霍尔传感器测量两条正对放置的磁钢间的磁场，霍尔传感器与磁钢结构的每一个相对位置均有唯一的磁感应强度，输出唯一的电压信号，从而达到位置测量的目的。该技术方案在两磁钢内侧去掉了磁屏蔽材料，使霍尔传感器与两条形磁钢呈平行方向，并相对于磁钢结构体，做垂直切割磁力线运动。在结构上，磁钢构件的两端位置均加导磁钢片，并使之吸附在磁钢两端，形成封闭磁场，减少漏磁，同时增加内侧磁场场强，以实现准确测量。在该方案中，霍尔传感器的输入输出呈线性关系，实现较为简洁。

采用本具体实施方式提供的技术方案，通过采用霍尔传感器，克服了当前阀位位移式传感器存在的机械磨损大、滞后、易受外界震动影响、精度低、结构寿命低等缺点，通过将霍尔探头设置在两个磁钢构件中，提高了传感器的信号抗干扰能力，不仅可以大幅提高智能阀门定位器和阀位变送器位置反馈装置的性能，而且该霍尔传感器具有通用性，可以作为单独的位移传感器使用，实现无接触位移测量。通过在反馈输出回路中，增加电流负反馈输出单元电路设计，提高了负载适应性和电流信号输出的稳定性；低功耗线性光耦的使用，也降低了系统功耗。在单片机阀位信号输出部分，采用数字式传输、降低了信号传输的误码率，提高了信号传输距离。可以将阀位反馈装置与定位器本体进行分体设计，单独安置在条件恶劣的工业现场，从而对定位器本体进行保护，提高了定位设备的安全可靠性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种霍尔式阀位测量装置，包括：两个磁钢构件、霍尔探头和信号调理电路，其特征在于，所述两个磁钢构件分别与阀门的阀杆固定连接，所述霍尔探头设置在所述两个磁钢构件之间，所述霍尔探头的信号输出端与所述信号调理电路的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的霍尔式阀位测量装置，其特征在于，根据设计需求，在所述两个磁钢构件之间设置或取消磁屏蔽材料。

3.根据权利要求1或2所述的霍尔式阀位测量装置，其特征在于，该装置还包括传输部分，所述传输部分包括单片机、D/A转换器、一级线性放大器、线性光电耦合器、二级放大器和反馈电路，所述单片机的并行通信端口与所述D/A转换器的信号输入端连接，所述D/A转换器的信号输出端与所述一级线性放大器的信号输入端连接，所述一级线性放大器的信号输出端与所述线性光电耦合器的信号输入端连接，所述线性光电耦合器的信号输出端与所述二级放大器的信号输入端连接，所述反馈电路的信号输出端与所述二级放大器的信号输入端连接。

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