CN212585670U - 一种耐高温高防护位移传感器 - Google Patents

Abstract

一种耐高温高防护位移传感器，铝合金壳体内布置隔热保温材料，通过电子制冷板进行内部降温控制，保证位移传感器的工作环境温度保持在允许的工作温度范围内，密封圈保证了位移传感器的工作环境不会有粉尘侵入，另外在外壳通过减震弹簧安装到设备上，可以将本实用新型与设备的同轴连接的精度要求降低，本实用新型可以有效解决高温，高震动，环境恶劣的场合中位移传感器的应用困难问题，有效提高这种场合中位移传感器的使用稳定性和可靠性，有效延长了位移传感器的使用寿命，降低了设备的维护成本以及生产成本。

Description

一种耐高温高防护位移传感器

技术领域

本实用新型属于位移传感器领域，特别涉及一种耐高温高防护位移传感器。

背景技术

由于目前自动化起重机在大面积普及，起重机运行已经步入无人驾驶阶段，目前运输部、码头等运输成品钢卷的厂区以及冷轧区域已经大面积普及了无人化起重机。但在一些工况恶劣的区域中无人化行车的普及难度变得困难起来，环境恶劣是一个方面，环境温度和载荷温度的原因也是普及困难的主要原因，尤其夹具上的传感器的要求更是苛刻。热轧的板坯通常温度高达400-600摄氏度，任何传感器都不能在此温度下长时间稳定可靠的工作的，所以为了实现夹钳各个工作状态和参数的检测通常需要在传感器上进行复杂的防护设计。通常限位等传感器可以通过机械传动和通过隔热防护实现稳定可靠的工作，但夹钳的开度检测需要直接连接到传动机构才能精确检测夹钳的开度，这样导致了位移传感器与高温载荷距离就会距离较近，工作环境温度很高，而且夹钳在工作时震动十分强烈。但目前开度检测通常用绝对值编码器，目前国内外的工业级绝对值编码器的工作温度稳定也在80摄氏度以下，尤其编码器对震动的抵抗能力很弱，在目前的夹钳的开度检测中，即使经过一些防护手段仍然损坏率极高，寿命大大缩短，使得生产成本和维护成本大大提高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种耐高温高防护位移传感器，可以耐高温，高防护。

采用的技术方案是：

一种耐高温高防护位移传感器，有壳体。

其技术要点在于：

壳体内设位移传感器。位移传感器传动轴从壳体开孔伸出。

壳体内表面设有隔热保温层。

壳体外设有多个减震弹簧。

壳体的中部外壳采用一体化浇筑成型。

壳体的前盖板为铝合金盖板，壳体的后盖板为铝合金盖板。

壳体的前盖板和中部外壳之间设有前盖板密封环。

壳体的后盖板和中部外壳之间设有后盖板密封环。

隔热保温层材料为防火棉。

壳体内设有至少一个电子制冷板，电子制冷板的发热面紧贴于壳体，壳体内设有温度传感器，电子制冷板可为两个。

减震弹簧可为四个。

壳体外侧为鳍片散热结构。

其优点在于：

高防护壳体、增加保温隔热、密封环防尘、减震弹簧、鳍片散热结构、铝合金壳体盖板和电子制冷措施，来实现一种耐高温多重防护位移传感器。

由于需要解决高温防护以及震动防护问题,本实用新型采用了专用一体化浇筑成型的铝合金壳体，内部布置隔热保温材料，通过两个电子制冷板进行内部降温控制，保证位移传感器的工作环境温度保持在允许的工作温度范围内。两个电制冷板通过对应的控制电路板进行恒温控制。另外通过密封圈以及前后盖的防护，保证了位移传感器的工作环境不会有粉尘侵入，从而保证位移传感器以及内部的控制电路不会本粉尘损坏。另外在壳体的安装方面也做了设计，本实用新型的壳体不是直接通过螺栓安装在设备上，需要通过四个减震弹簧安装到设备上，由于弹簧的减震作用可以将位移传感器的震动大幅度降低，有效提高位移传感器的寿命，另外由于弹簧的作用可以将本实用新型与设备的同轴连接的精度要求降低，由于有弹簧的缓冲可以使本实用新型的安装同心度不是太高时有效降低设备旋转时的传动应力，提高本实用新型的使用寿命。

本实用新型可以有效解决高温，高震动，环境恶劣的场合中位移传感器的应用困难问题，有效提高这种场合中位移传感器的使用稳定性和可靠性，有效延长了位移传感器的使用寿命，降低了设备的维护成本以及生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的设备外形图。

图2为本实用新型的后部结构示意图。

图3为本实用新型的剖面图。

图4为本实用新型的内部主要结构示意图。

图5为本实用新型的控制电路板结构图。

位移传感器安装孔1、位移传感器2、位移传感器传动轴3、鳍片散热结构4、中部外壳5（一体成型铝合金壳体）、电源连接器6、输入通讯连接器7、输出通讯连接器8、MCU控制器9、前盖板10、后盖板11、减震弹簧12、控制电路板13、电子制冷板14、前盖板密封环15、后盖板密封环16、隔热保温层17、电路板支架18、温度传感器19、DC-DC电压转换芯片20、PWM驱动三极管21、电子制冷板驱动芯片22。

具体实施方式

一种耐高温高防护位移传感器，有两侧开口的中部外壳5，中部外壳5内设位移传感器2。

中部外壳5采用一体化浇筑成型的铝合金外壳，前方有前盖板10（金属盖板，铝合金盖板），后方有后盖板11（金属盖板，铝合金盖板）。

位移传感器传动轴3通过前盖板10中间开孔伸出，位移传感器2固定在前盖板10内侧。

中部外壳5内设有温度传感器19。

前盖板10和中部外壳5之间设有前盖板密封环15。

后盖板11和中部外壳5之间设有后盖板密封环16。

中部外壳5、前盖板10和后盖板11形成壳体。

电源连接器6、输入通讯连接器7、输出通讯连接器8固定在后盖板11上。

壳体内设有隔热保温层17。

中部外壳5内设有至少一个（本实施例中为两个）电子制冷板14，电子制冷板14的发热面紧贴于中部外壳5安装在中部外壳5上，制冷面朝于中部外壳5内部，用于内部降温。电子制冷板14前后设置，如图4所示。

中部外壳5内设有温度传感器19。

隔热保温层17材料为：防火棉。

中部外壳5底面外设有多个（本实施例中为四个）减震弹簧12。

中部外壳5有外部除底面之外均为鳍片散热结构4的设计。

中部外壳5内设有电路板支架18，用于安装控制电路板13，电路板支架18与中部外壳5为一体浇筑的，与中部外壳5为一体化的结构。

位移传感器2电源电缆和通讯电缆连接于控制电路板13上。

电子制冷板14电源电线连接于控制电路板13上。

电子制冷板14位于控制电路板13和位移传感器2之间。

本实用新型是采用一体化浇筑成型的铝合金外壳，前后采用铝合金盖板，内部安装的位移传感器传动轴3通过前盖板10中间开孔伸出，通过前盖板10的中间的位移传感器安装孔1进行固定。位移传感器3的电源和信号线通过后盖板11的对应的外部连接器连接到外部线路，三个连接器均安装在后盖板11上，采用IP66防护等级的航空插头作为本实用新型的外部连接器。本实用新型的底部设置减震弹簧12，用于吸收本实用新型的应用环境的机械震动，同时也降低本实用新型对安装的同心度要求。一体化的铝合金外壳，除了底部，其他三面均设计为鳍片散热结构，用于内部的电子制冷板14的散热。

本实用新型后部设置三个外部连接器，其中包括1个电源连接器6、1个输入通讯连接器7、1个输出通讯连接器8。这个三个连接器采用高防护等级的航空插头，防护等级为IP66，能可靠用于高粉尘的场合。连接器通过螺栓安装到后盖板11上。电源连接器6采用规格略大的连接器，可以连接1.5平方毫米的导线，以便通过更大的电流，满足内部位移传感器2、控制电路板13和电制冷板14的电源需求。并且采用了三芯的连接器，其中两芯为电源连接芯，另外一芯为地线连接芯。输入和输出的通讯连接器采用五芯的连接器，其中4芯采为通讯用连接芯，1芯为地线连接芯。输入和输出的通讯连接器采用通讯专用连接芯，具有镀银插针和插孔，有效降低连接电阻，并提高抗腐蚀能力。

采用一体化浇筑成型的铝合金外壳，外部除底面之外均为设计为鳍片结构4，用于内部电子制冷板14的散热。铝合金外壳内部同时设计了电路板支架18，用于安装控制电路板13，该支架与壳体为一体浇筑的，与中部外壳5为一体化的结构。

中部外壳5内部紧贴于壳体内表面上安装隔热保温材料，隔热保温材料要求具有耐高温（200℃）并同时具有隔热保温功能，可以有效防止外部的辐射高温对壳体内部对温度敏感的电子设备的影响，同时可以使电子制冷板14的对中部外壳5内部的温度控制更加有效。

控制电路板13安装于内部的电路板支架18上，其功能有两方面，一是通过对电子制冷板14的控制，实现对壳体内部的温度控制，二是将位移传感器2的线路转接到外部连接器上，由于控制电路板13安装在中部外壳5的电路板支架18上后，相当于将位移传感器2密闭到一个封闭空间中。为了使得密闭效果更好，即位移传感器2的空间温度更好控制，所以将位移传感器2的连接线全部先连接到控制电路板13上，然后通过控制电路板13将这些连线再连接到外部连接器上。控制电路板13上安装温度传感器19，用于采集中部外壳5内部的温度。

前盖板10和后盖板11与中部外壳5之间均设置了密封环，密封环采用硅橡胶材料，既耐高温，同时又具有较好的弹性，可以在前、后盖紧固到中部外壳5上后实现有效的密封效果。

三个外部连接器安装在后盖板11上，采用防护等级达到IP66的航空插头。每个连接器都设置了接地芯，接地芯在中部外壳5内部连接于中部外壳5上，保证中部外壳5的处于良好接地。

本实用新型的控制电路板13主要包括MCU控制器9、两个PWM驱动三极管21、两个电子制冷板驱动芯片22、DC-DC电压转换芯片和温度传感器19。

MCU控制器9采用STM32F103芯片，负责对控制电路板13上的所有芯片进行控制。温度传感器19采用DS18B20芯片，安装在控制电路板13的背面（位于位移传感器2一侧），用于中部外壳5内部的温度，该温度被MCU控制器9所采集，当温度高于40摄氏度时，通过PWM驱动电路的PWM驱动三极管21和制冷板驱动芯片22控制两个电子制冷板14的电压，从而实现电子制冷板14的制冷能力的控制，从而间接控制中部外壳5内部的温度。电压转换模块的DC-DC电压转换芯片20将外部的电压进行转换实现对控制电路板13的芯片电路进行供电。通讯连接器采用间距5.08的PCB端子。

本实用新型的工作原理。

本实用新型通过控制电路板13控制电子制冷板14的制冷能力，实现对中部外壳5内部温度的控制，通过温度传感器19实现对中部外壳5内部的温度采集，实现温度的闭环控制。具体原理如下。

温度传感器19采集的温度传递到MCU控制器9中，MCU控制器9在中部外壳5内部温度高于40摄氏度时开始输出PWM信号到PWM驱动三极管21的控制极上，PWM驱动三极管21驱动输出连接到电子制冷板驱动芯片22的控制极上，电子制冷板驱动芯片22的驱动输出极连接到电子制冷板14的电源端，从而实现电子制冷板14的电源电压控制，从而实现电子制冷板14的制冷能力控制，从而实现外壳内部的温度控制。

电子制冷板14是一种半导体制冷板，也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有运动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也比较高。通过将其热端的热量及时散发出去，即可实现冷端的快速降温。本实用新型即利用该原理将电子制冷板14的热端紧密接触到密布散热鳍片的一体化铝合金壳体上，实现快速将电子制冷板14的热端热量快速传递到外部，使得中部外壳5内部能够有效快速的降温，从而保证中部外壳5内部的电子设备能够在一个适合的温度环境中工作，从而保证，设备的可靠性和稳定性，提高了使用寿命。而中部外壳5内部的隔热材料即防止了外部热量入侵到中部外壳5内部，同时也保证了中部外壳5内部温度的稳定性。

本实用新型的元件选型：

前盖板10和后盖板11及经一体化浇筑成型的中部外壳5均采用铝合金材料，铝合金材料是一种在工作强度和热传导方面都有很好特性的材料，本实用新型一方面利用其工作强度较高的特性，来保证本实用新型的结构强度，同时也利用其热传导的良好的特性，快速将电子制冷板14的热量传导到外部。

位移传感器2采用德国倍加福的PVM58系列编码器或者FVM58系列的多圈绝对值编码器，同样也适用于其他厂家的多圈绝对值编码器。

电子制冷板14采用TEC2-19006型号的电子制冷板。该制冷板具有很高的制冷效率，体积很小，在满负荷工作时能达到-10摄氏度的制冷温度，在本实用新型中实现40摄氏度的温度保持游刃有余。

MCU控制器9采用STM32F103RCT6芯片，该芯片为意法半导体公司的产品，在工业运用方面具有非常良好的表现。

PWM驱动三极管21采用8050三极管，该三极管为非常普及的驱动三极管，具有极高的性价比。

温度传感器19采用DS18B20芯片。DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。

电子制冷板14驱动芯片采用MOS功率管IRF540NS，该功率管具有100V的耐压,33A的工作电流，可以满足本实用新型的需要。

DC-DC电压转换芯片20采用AMS1117-3.3V电压变换芯片，AMS1117系列稳压器，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的最小压差保证不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。在大多数的电子设备中具有广泛的应用。

Claims (7)

1.一种耐高温高防护位移传感器，有壳体；其特征在于：壳体内设位移传感器（2）；位移传感器传动轴（3）从壳体开孔伸出；

壳体内表面设有隔热保温层（17）；

壳体外设有多个减震弹簧（12）；

壳体的中部外壳（5）采用一体化浇筑成型；

壳体的前盖板（10）为铝合金盖板，壳体的后盖板（11）为铝合金盖板。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高防护位移传感器，其特征在于：

壳体的前盖板（10）和中部外壳（5）之间设有前盖板密封环（15）；

壳体的后盖板（11）和中部外壳（5）之间设有后盖板密封环（16）。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温高防护位移传感器，其特征在于：

隔热保温层（17）材料为防火棉。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温高防护位移传感器，其特征在于：

壳体内设有至少一个电子制冷板（14），电子制冷板（14）的发热面紧贴于壳体，壳体内设有温度传感器（19）。

5.根据权利要求4所述的一种耐高温高防护位移传感器，其特征在于：

电子制冷板（14）为两个。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温高防护位移传感器，其特征在于：

减震弹簧（12）为四个。

7.根据权利要求1所述的一种耐高温高防护位移传感器，其特征在于：

壳体外侧为鳍片散热结构（4）。

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