CN203785614U - 一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，包括有壳体，所述壳体内设有同步电刷、外接电源用于供同步电刷电接触的电阻分压导流轨、用于将表示同步电刷位置信息的电压信号向外输出的电压输出导流轨、以及用于通过同步电刷将电压输出导流轨接地的悬空/接地双态导流轨，所述电阻分压导流轨、电压输出导流轨、悬空/接地双态导流轨都为圆弧形并沿圆心O的半径方向排列。本案只需一条电阻分压导流轨外接电源，一条悬空/接地双态导流轨外接外部控制电路以悬空或接地，同步电刷与电阻分压导流轨、悬空/接地双态导流轨接触后通过电压输出导流轨将表示同步电刷位置信息的电压信号向外部控制电路输出，其控制简单易实现，有效实现旋转阀位置的检测。

Description

一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置

[技术领域]

本实用新型涉及一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置。 

[背景技术]

电位器是电子行业必不可少的电器件之一，一般用作角度传感器的电位器其碳刷与碳膜接触，碳膜长期受磨损，造成电阻值变化，可靠性和稳定性低，检测电阻误差大，寿命低；除此，用作角度传感器的电位器其碳膜为专用涂层，价格昂贵，性价比低。 

中国专利申请号201020650886.1公开了一种接触式档位传感器，其采用的结构复杂，需要至少3条需外接电源的档位导流轨，其条数多使产品工艺要求高，并且需要对应的3个电刷来分别检测其与对应档位导流轨是否有接触，其结构复杂，档位导流轨输出信号路数多，使检测电路复杂。 

基于以上缺点，提供结构简单易实现的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置。 

[实用新型内容]

本实用新型克服了上述技术的不足，提供了一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其结构简单易实现，只需一条电阻分压导流轨外接电源，一条悬空/接地双态导流轨外接外部控制电路以悬空或接地，同步电刷与电阻分压导流轨、悬空/接地双态导流轨接触后通过电压输出导流轨将表示同步电刷位置信息的电压信号向外部控制电路输出，其控制简单易实现，有效实现旋转阀位置的检测。 

为实现上述目的，本实用新型采用了下列技术方案： 

一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，包括有壳体1，所述壳体1内设有与所要检测旋转阀的阀芯同步绕圆心O旋转的同步电刷2、外接电源用于供同步电刷2电接触的电阻分压导流轨3、用于将表示同步电刷2位置信息的电压信号向外输出的电压输出导流轨4、以及用于通过同步电刷2将电压输出导流轨4接地的悬空/接地双态导流轨5，所述电阻分压导流轨3、电压输出导流轨4、悬空/接地双态导流轨5都为圆弧形并沿圆心O的半径方向排列； 

所述电阻分压导流轨3包括多个用于与同步电刷2接触而电导通的分压接触段31，相邻分压接触段31之间电连接有与同步电刷2分离的分压电阻段32，其中，电阻分压导流轨3首、末端分别设有电源接入端311、接地端310； 

所述电压输出导流轨4表面与同步电刷2接触而电导通，其上设有电压信号输出端41； 

所述悬空/接地双态导流轨5上设有多个用于与同步电刷2接触而电导通的双态轨接触段51，每个双态轨接触段51的圆心角分别与其径向方向上分压电阻段32的圆心角、分压接触段31的圆心角有重叠部分，相邻双态轨接触段51之间电连接有与同步电刷2分离的双态轨连接段52，所述悬空/接地双态导流轨5上还设有悬空/接地输入端53； 

如上所述，同步电刷2被转动到某一位置时，所述电压输出导流轨4在悬空/接地双态导流轨5悬空时输出第一电压信号，所述电压输出导流轨4在悬空/接地双态导流轨5接地时输出第二电压信号，第一 电压信号和第二电压信号的组合表明同步电刷2的位置。 

如上所述，每个所述双态轨接触段51包括接触始端511和接触末端512，所述接触始端511上点与圆心O连线的延长线穿过分压接触段31，所述接触末端512上点与圆心O连线的延长线穿过分分压电阻段32。 

所述接触始端511上点与圆心O连线的延长线平分分压接触段31圆心角，所述接触末端512上点与圆心O连线的延长线平分分压电阻段32圆心角。 

所述悬空/接地双态导流轨5圆弧一端与悬空/接地输入端53之间还设有用于电连接的首连接段54。 

如上所述，所述悬空/接地双态导流轨5圆弧另一端还设有末延长段55。 

所述同步电刷2上设有电连接的3个弹性导电触头，旋转时，3个弹性导电触头分别压合在电阻分压导流轨3、分压检测导流轨4、及悬空/接地双态导流轨5表面，与分压接触段31、分压检测导流轨4、双态轨接触段51接触而电导通。 

所述分压接触段31、电压输出导流轨4、悬空/接地双态导流轨5的电阻率远小于分压电阻段32的电阻率。 

所述电压输出导流轨4、电阻分压导流轨3、悬空/接地双态导流轨5沿圆心O的半径方向从内向外排列。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

1、只需一条电阻分压导流轨外接电源，一条悬空/接地双态导流 轨外接外部控制电路以悬空或接地，同步电刷与电阻分压导流轨、悬空/接地双态导流轨接触后通过电压输出导流轨将表示同步电刷位置信息的电压信号向外部控制电路输出，其控制简单易实现，有效实现旋转阀位置的检测； 

2、每个双态轨接触段的圆心角分别与对应方向上分压电阻段的圆心角、分压接触段的圆心角有重叠部分，如此，结合电阻分压导流轨可区分每个分压电阻段、每个分压接触段的上半段和下半段，从而实现对检测区域的细化； 

3、结构简单易实现，需要与同步电刷接触而电导通的电压输出导流轨、分压接触段、以及双态轨接触段可采用一般的金属材料，其寿命长，性价比高，双态轨连接段不需与同步电刷接触，可采用与双态轨接触段相同的金属，只需在金属表面涂上绝缘漆即可，分压电阻段可采用碳膜电阻片，其实际中不需与同步电刷接触，有效延长寿命。 

[附图说明]

图1是本实用新型结构的截面视图。 

图2是本实用新型的同步电刷。 

图3是本实用新型实施例1的区域划分图。 

图4是本实用新型实施例1的外接电路原理图。 

图5是本实用新型实施例2的区域划分图。 

图6是本实用新型实施例3的区域划分图。 

[具体实施方式]

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进 一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解： 

实施例1： 

如图1-2所述，一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，包括有壳体1，所述壳体1内设有与所要检测旋转阀的阀芯同步绕圆心O旋转的同步电刷2、外接电源用于供同步电刷2电接触的电阻分压导流轨3、用于将表示同步电刷2位置信息的电压信号向外输出的电压输出导流轨4、以及用于通过同步电刷2将电压输出导流轨4接地的悬空/接地双态导流轨5，所述电阻分压导流轨3、电压输出导流轨4、悬空/接地双态导流轨5都为圆弧形并沿圆心O的半径方向排列； 

所述电阻分压导流轨3包括6个用于与同步电刷2接触而电导通的分压接触段31，相邻分压接触段31之间电连接有与同步电刷2分离的分压电阻段32，其中，电阻分压导流轨3首、末端分别设有电源接入端311、接地端310； 

所述电压输出导流轨4表面与同步电刷2接触而电导通，其上设有电压信号输出端41； 

所述悬空/接地双态导流轨5上设有5个用于与同步电刷2接触而电导通的双态轨接触段51，每个双态轨接触段51的圆心角分别与其径向方向上分压电阻段32的圆心角、分压接触段31的圆心角有重叠部分，相邻双态轨接触段51之间电连接有与同步电刷2分离的双态轨连接段52，所述悬空/接地双态导流轨5上还设有悬空/接地输入端53； 

如上所述，同步电刷2被转动到某一位置时，所述电压输出导流轨4在悬空/接地双态导流轨5悬空时输出第一电压信号，所述电压输 出导流轨4在悬空/接地双态导流轨5接地时输出第二电压信号，第一电压信号和第二电压信号的组合表明同步电刷2的位置。 

如上所述，每个所述双态轨接触段51包括接触始端511和接触末端512，所述接触始端511上点与圆心O连线的延长线穿过分压接触段31，所述接触末端512上点与圆心O连线的延长线穿过分分压电阻段32。 

所述接触始端511上点与圆心O连线的延长线平分分压接触段31圆心角，所述接触末端512上点与圆心O连线的延长线平分分压电阻段32圆心角。 

所述悬空/接地双态导流轨5圆弧一端与悬空/接地输入端53之间还设有用于电连接的首连接段54。 

如上所述，所述悬空/接地双态导流轨5圆弧另一端还设有末延长段55。 

所述同步电刷2上设有电连接的3个弹性导电触头，旋转时，3个弹性导电触头分别压合在电阻分压导流轨3、分压检测导流轨4、及悬空/接地双态导流轨5表面，与分压接触段31、分压检测导流轨4、双态轨接触段51接触而电导通。 

所述分压接触段31、电压输出导流轨4、悬空/接地双态导流轨5的电阻率远小于分压电阻段32的电阻率。 

所述电压输出导流轨4、电阻分压导流轨3、悬空/接地双态导流轨5沿圆心O的半径方向从内向外排列。 

如图4所述，将本装置与外部检测电路100连接，具体如下： 

外部检测电路包括有控制器101、电阻R6～R9、电容C1～C2、以及二极管D1。 

其中，电源接入端311通过电阻R6与电源VCC连接，其中VCC为5V，接地端310接地。 

电压信号输出端41与电阻R7一端、二极管D1正极、电阻R8一端相连接，电阻R7另一端接上拉电源VH，其中VH为12V，二极管D1负极与电源VCC连接，电阻R8另一端与电容C2一端、控制器101ADC端的电压检测信号输入端连接，检测电压信号输出端41电压的大小，电容C2另一端接地。 

悬空/接地输入端53与电阻R9一端连接，电阻R9另一端与电容C1一端、控制器101电平检测信号输入端连接，电容C1另一端接地。 

本案工作原理及过程如下： 

如图3-4所示，电路上各元器件参数为已知，图中已标注。 

首先，控制器101控制其内开关管不导通，使电阻R9对地悬空，悬空/接地双态导流轨5悬空状态，控制器101对检测电压信号输出端41进行一次电压检测，记为Vadc1，然后，控制器101控制其内开关管导通，使电阻R9接地，电阻R9阻值远小于电阻R7阻值，悬空/接地双态导流轨5接地状态，控制器101对检测电压信号输出端41进行另一次电压检测，记为Vadc2，结合两次电压检测判断出同步电刷2的位置。 

如上所述，本实施例的具体公式如下： 

其中，上式中0.6V是二极管D1两端的电压降，而根据图4实际电路得出函数  $F\left(\mathrm{Rx}\right)=\mathrm{Vcc}\×\frac{R7//\mathrm{Rx}}{R6+(\mathrm{Rtotal}-\mathrm{Rx})+\mathrm{Rx}//R7}+\mathrm{VH}\×\frac{((\mathrm{Rtotal}-\mathrm{Rx})+R6)//\mathrm{Rx}}{R7+((\mathrm{Rtotal}-\mathrm{Rx})+R6)},$ 其中Rx为电阻分压导流轨3与接地端310之间的电阻值，Rtotal为分压电阻段32的总电阻，Rtotal＝R1+R2+R3+R4+R5，R7//Rx表示R7与Rx并联的等效电阻值，其等于其余亦如此。 

如图4所示，R7电阻阻值远大于其它电阻阻值，函数FRx中后一项 $\mathrm{VH}\×\frac{((\mathrm{Rtotal}-\mathrm{Rx})+R6)//\mathrm{Rx}}{R7+((\mathrm{Rtotal}-\mathrm{Rx})+R6)}$ 为0，得出： 

$F\left(\mathrm{Rx}\right)=\mathrm{Vcc}\×\frac{R7//\mathrm{Rx}}{R6+(\mathrm{Rtotal}-\mathrm{Rx})+\mathrm{Rx}//R7}\≈\frac{\mathrm{Vcc}\×\mathrm{Rx}}{\mathrm{Rtotal}}$

如此，上述函数FRx近似于正比例函数，其函数值随Rx值增大而增大，减小而减小。 

如图3所示，旋转阀以A为起点，Z为终点，逆时针旋转，即能 够检测旋转阀实际位置的范围为从A到Z，包括以下情况。 

1、AB区域对应外部阀的起始过渡区域，当同步电刷2被旋转至AB区域之间时，Vadc1＝F(Rx)＝F(0)＝0V，Vadc2＝0V； 

2、当同步电刷2被旋转至BC区域之间时，Vadc1＝5.6V，Vadc2＝0V； 

3、当同步电刷2被旋转至CD区域之间时，Vadc1＝5.6V，Vadc2＝5.6V； 

4、当同步电刷2被旋转至DE区域之间时，Vadc1＝F(R1)，Vadc2＝F(R1)； 

5、当同步电刷2被旋转至EF区域之间时，Vadc1＝F(R1)，Vadc2＝0V； 

6、当同步电刷2被旋转至FG区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝0V； 

7、当同步电刷2被旋转至GH区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝5.6V； 

8、当同步电刷2被旋转至HI区域之间时,Vadc1＝F(R1+R2)，Vadc2＝F(R1+R2)； 

9、当同步电刷2被旋转至IJ区域之间时,Vadc1＝F(R1+R2)，Vadc2＝0V； 

10、当同步电刷2被旋转至JK区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝0V； 

11、当同步电刷2被旋转至KL区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝5.6V； 

12、当同步电刷2被旋转至LM区域之间时,Vadc1＝F(R1+R2+R3)，Vadc2＝F(R1+R2+R3)； 

13、当同步电刷2被旋转至MN区域之间时，Vadc1＝F(R1+R2+R3)，Vadc2＝0V； 

14、当同步电刷2被旋转至NO区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝0V； 

15、当同步电刷2被旋转至OP区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝5.6V； 

16、当同步电刷2被旋转至PQ区域之间时,Vadc1＝F(R1+R2+R3+R4)，Vadc2＝F(R1+R2+R3+R4)； 

17、当同步电刷2被旋转至QR区域之间时,Vadc1＝F(R1+R2+R3+R4)，Vadc2＝0V； 

18、当同步电刷2被旋转至RS区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝0V； 

19、当同步电刷2被旋转至ST区域之间时,Vadc1＝5.6V，Vadc2＝5.6V； 

20、当同步电刷2被旋转至TZ区域之间时,Vadc1＝F(R1+R2+R3+R4+R5)，Vadc2＝F(R1+R2+R3+R4+R5)； 

如上所述，在上述每个区域中检测到的Vadc1、Vadc2组合值与其相邻前区域的Vadc1、Vadc2组合值、后区域Vadc1、Vadc2组合值都不一样，因此都能被控制器101区分开来，记为最小可区分区域，基于此，将相邻的两个或若干个最小可区分区域所组合成的档位亦可被控制器101区分开来，设计时，用户可根据实际情况将多个相邻区域拟定为一个大的档位，因此，本案的档位组合方式多种多样，当然，以每个最小可区分区域作为一个档位是分辩精度最高的，其档位最多的。 

实施例2： 

采用与实施例1一样的旋转阀阀芯位置检测装置和外部检测电路，只是划分的区域不同。 

如图5所示为本案的实施例2的区域划分图，其将AB作为第一个区域，BD作为第二个区域，DF作为第三个区域，FH作为第四个区域，HJ作为第五个区域，JL作为第六个区域，LN作为第七区域，NP作为第八区域，PR作为第九区域，RT作为第十区域，TZ作为第十一区域，其划分的各区域为由实施例1中若干个相邻的最小可区分区域组合而成，因此，上述11个区域亦可被控制器101区分开来。 

上述区域划分的优点是当同步电刷2被旋转至与电阻分压导流轨3上分压接触段31接触，控制器101通过一个Vadc1就能区分出同步电刷2在哪个分压接触段31上。 

实施例3： 

采用与实施例1一样的旋转阀阀芯位置检测装置和外部检测电路，只是划分的区域不同。 

如图6所示为本案的实施例3的区域划分图，其将AB作为第一个区域，BE作为第二个区域，EI作为第三个区域，IM作为第四个区域，MP作为第五个区域，PZ作为第六个区域，其划分的各区域为由实施例1中若干个相邻的最小可区分区域组合而成，因此，上述6个区域亦可被控制器101区分开来。 

如上所述，本案保护的是一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其只需一条电阻分压导流轨外接电源，一条悬空/接地双态导流轨外接外部控制电路以悬空或接地，同步电刷与电阻分压导流轨、悬空/接地双态导流轨接触后通过电压输出导流轨将表示同步电刷位置信息的电压信号向外部控制电路输出，其控制简单易实现，有效实现旋转阀位置 的检测。一切与本案结构相同或相近的技术方案都应示为落入本案的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，包括有壳体(1)，其特征在于所述壳体(1)内设有与所要检测旋转阀的阀芯同步绕圆心O旋转的同步电刷(2)、外接电源用于供同步电刷(2)电接触的电阻分压导流轨(3)、用于将表示同步电刷(2)位置信息的电压信号向外输出的电压输出导流轨(4)、以及用于通过同步电刷(2)将电压输出导流轨(4)接地的悬空/接地双态导流轨(5)，所述电阻分压导流轨(3)、电压输出导流轨(4)、悬空/接地双态导流轨(5)都为圆弧形并沿圆心O的半径方向排列； 

所述电阻分压导流轨(3)包括多个用于与同步电刷(2)接触而电导通的分压接触段(31)，相邻分压接触段(31)之间电连接有与同步电刷(2)分离的分压电阻段(32)，其中，电阻分压导流轨(3)首、末端分别设有电源接入端(311)、接地端(310)； 

所述电压输出导流轨(4)表面与同步电刷(2)接触而电导通，其上设有电压信号输出端(41)； 

所述悬空/接地双态导流轨(5)上设有多个用于与同步电刷(2)接触而电导通的双态轨接触段(51)，每个双态轨接触段(51)的圆心角分别与其径向方向上分压电阻段(32)的圆心角、分压接触段(31)的圆心角有重叠部分，相邻双态轨接触段(51)之间电连接有与同步电刷(2)分离的双态轨连接段(52)，所述悬空/接地双态导流轨(5)上还设有悬空/接地输入端(53)； 

同步电刷(2)被转动到某一位置时，所述电压输出导流轨(4)在悬空/接地双态导流轨(5)悬空时输出第一电压信号，所述电压输 出导流轨(4)在悬空/接地双态导流轨(5)接地时输出第二电压信号，第一电压信号和第二电压信号的组合表明同步电刷(2)的位置。 

2.根据权利要求1所述的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其特征在于每个所述双态轨接触段(51)包括接触始端(511)和接触末端(512)，所述接触始端(511)上点与圆心O连线的延长线穿过分压接触段(31)，所述接触末端(512)上点与圆心O连线的延长线穿过分分压电阻段(32)。 

3.根据权利要求2所述的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其特征在于所述接触始端(511)上点与圆心O连线的延长线平分分压接触段(31)圆心角，所述接触末端(512)上点与圆心O连线的延长线平分分压电阻段(32)圆心角。 

4.根据权利要求1所述的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其特征在于所述悬空/接地双态导流轨(5)圆弧一端与悬空/接地输入端(53)之间还设有用于电连接的首连接段(54)。 

5.根据权利要求4所述的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其特征在于所述悬空/接地双态导流轨(5)圆弧另一端还设有末延长段(55)。 

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其特征在于所述同步电刷(2)上设有电连接的3个弹性导电触头，旋转时，3个弹性导电触头分别压合在电阻分压导流轨(3)、分压检测导流轨(4)、及悬空/接地双态导流轨(5)表面，与分压接触段(31)、分压检测导流轨(4)、双态轨接触段(51)接触而电导通。 

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其特征在于所述分压接触段(31)、电压输出导流轨(4)、悬空/接地双态导流轨(5)的电阻率远小于分压电阻段(32)的电阻率。 

8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种旋转阀阀芯旋转位置检测装置，其特征在于所述电压输出导流轨(4)、电阻分压导流轨(3)、悬空/接地双态导流轨(5)沿圆心O的半径方向从内向外排列。