基于Fe-Ga材料的磁致伸缩液位传感器制造技术

技术编号:10215905 阅读:131 留言:0更新日期:2014-07-16 11:25
本实用新型专利技术为一种基于Fe-Ga材料的磁致伸缩液位传感器,该传感器的组成包括传感器头部、测量杆和浮子,其中,传感器头部通过螺纹连接与测量杆相连,活动浮子套在测量杆的下部;传感器头部为圆筒状结构,内部包括硬件电路系统、检测装置和前阻尼装置;波导丝为Fe-Ga材料,在测量杆内部;波导丝前端通过螺纹孔进入传感器头部,依次穿过检测装置中的线圈骨架和前阻尼装置的中心,直接连入硬件电路系统;波导丝末端穿过后阻尼装置的中心与返回导线相连接,返回导线接回到硬件电路,形成闭合的回路。本实用新型专利技术采用Fe-Ga合金作为磁致伸缩液位传感器的波导丝材料,能够应用在大量程的液位传感器中,并且能在较恶劣的环境下稳定工作。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术为一种基于Fe-Ga材料的磁致伸缩液位传感器,该传感器的组成包括传感器头部、测量杆和浮子,其中,传感器头部通过螺纹连接与测量杆相连,活动浮子套在测量杆的下部;传感器头部为圆筒状结构,内部包括硬件电路系统、检测装置和前阻尼装置;波导丝为Fe-Ga材料,在测量杆内部;波导丝前端通过螺纹孔进入传感器头部,依次穿过检测装置中的线圈骨架和前阻尼装置的中心,直接连入硬件电路系统;波导丝末端穿过后阻尼装置的中心与返回导线相连接,返回导线接回到硬件电路,形成闭合的回路。本技术采用Fe-Ga合金作为磁致伸缩液位传感器的波导丝材料,能够应用在大量程的液位传感器中,并且能在较恶劣的环境下稳定工作。【专利说明】基于Fe-Ga材料的磁致伸缩液位传感器
本技术属于磁致伸缩传感器领域,特别涉及一种Fe-Ga材料的磁致伸缩液位传感器。
技术介绍
现有的液位传感器种类繁多,目前常用的液位传感器主要分为两种,接触型液位传感器和非接触型液位传感器,接触型液位传感器又可分为电容式液位传感器、伺服式液位传感器、浮体式液位传感器、人工检尺等,其中电容式液位传感器安装后需要重新标定和定期维修,并且测量的重复性不高,寿命也不长;伺服式液位传感器安装复杂,因为它属于机械式测量装置,机械磨损会直接影响测量精度,且不适用于有腐蚀、有毒、易燃爆、高纯度、无菌、高黏度液体的测量;浮体式液位传感器在测量时浮子会随着液面的波动而上下波动,造成示数误差,而且不适合压力容器和强腐蚀性液体的测量;人工检尺的测量精度低,每次测量时间较长,且只能离线测量,不适用于在线实时测量。非接触型液位传感器又可分为微波雷达液位传感器、振动液位传感器、超声波液位传感器和磁致伸缩液位传感器等,其中微波雷达液位传感器在高粘度或高污染度,雷达液位传感器能很好地发挥作用,它无需重新标定和定期维修,测量精度和重复性也较高,但在测量油水界面时就比较困难,并且价格偏高,安装复杂;振动式液位传感器和超声波式液位传感器同样存在着安装复杂的问题,并且安装后都需重新标定和定期维修。磁致伸缩液位传感器是利用磁致伸缩材料完成对时间间隔的测量,其具有量程大、精度高、易维护、免标定、寿命长和适应性强的特点,可广泛用于机械、矿山、轻工业等行业,尤其见长的是它可应用在如火力电站锅炉汽包液位等工况恶劣的场合,磁致伸缩液位传感器为绝对液位传感器,使用过程中即使电源中断也不会对测量结果产生任何影响,不需要重新调整零位。此外,由于该传感器采用的是非接触式测量,所以其性能可靠,无故障工作时间较长,成为液位测量领域的新宠儿,但目前在液位传感器上应用较多的磁致伸缩材料为Fe-Ni合金,其磁致伸缩系数低大约在2.2X 10_5~2.7 X 10_5ppm,磁场灵敏度低、温度特性差。研究表明,在磁性Fe元素中加入非磁性Ga元素后,其磁致伸缩系数可达到20 X lO^ppm,它的饱和磁场低,磁场的灵敏度高,同时它具有低饱和磁场,磁场灵敏度高,且该合金为金属固溶体,强度高、脆性小,可以热轧,同时具有较高的抗拉强度,较高的磁导率,很好的温度特性,能在较恶劣的环境下使用。目前尚无基于Fe-Ga合金作为波导丝材料的结构简单的液位传感器的报道。
技术实现思路
本技术的目的是基于现有Fe-Ni合金的磁致伸缩液位传感器技术的不足,设计一种应用Fe-Ga合金作为波导丝材料、结构简单、高精度的磁致伸缩液位传感器,Fe-Ga合金具有Fe-Ni合金所不具有的高磁致伸缩系数,高磁场灵敏度,同时温度特性优越,克服了 Fe-Ni合金材料特性受温度影响较大的问题,能够稳定工作在工况恶劣的环境中,并可在大量程的液位传感器中得到很好的应用。Fe-Ga合金具有较高的刚度,需要较大的扭力才能使其激发弹性波信号,采用原有的检测装置则无法检测,本技术经过大量实验,通过优化各部分的配置,设计得到了基于Fe-Ga材料的磁致伸缩液位传感器,该传感器可以获得检测信号并且使检测信号最优。本技术采用的技术方案是:—种基于Fe-Ga材料的磁致伸缩液位传感器,该传感器的组成包括传感器头部、测量杆和浮子,其中,传感器头部通过螺纹连接与测量杆相连,活动浮子套在测量杆的下部。所述的传感器头部为圆筒状结构,内部包括硬件电路系统、检测装置和前阻尼装置;其中,硬件电路系统包括电源、控制系统、功率放大与信号处理系统三部分,三部分两两相连,其中,功率放大与信号处理系统包括功率放大电路和信号处理电路两部分;所述的检测装置由线圈a、线圈b、线圈骨架、两个信号采集端以及公共地端组成;线圈a和线圈b在线圈骨架上的绕制方向相同,将线圈a的末端和线圈b首端相连,作为中间的触头与模拟信号的地相连,线圈a的首端为一个信号采集端,线圈b末端为另一个信号采集端,两个信号采集端分别和硬件电路系统中信号处理电路系统的差分放大电路的两个输入端相连接。所述的波导丝为Fe-Ga材料,在测量杆内部,波导丝外套有塑料管;波导丝前端通过螺纹孔进入传感器头部,依次穿过检测装置中的线圈骨架和前阻尼装置的中心,直接连入硬件电路系统中功率放大与信号处理系统的功率放大电路之中;塑料管末端开孔,波导丝末端穿过后阻尼装置的中心与返回导线相连接,返回导线在塑料管外部、测量杆内部,返回导线也向上穿过螺纹孔,接回到硬件电路系统的功率放大与信号处理系统的功率放大电路之中,形成闭合的回路。所述的传感器头部采用圆柱形不锈钢结构,内径40mm,外径65mm,高120mm。所述的波导丝的长度为lm,直径为0.85mm ;前阻尼装置和后阻尼装置分别选择长度为15mm和25mm,直径为7.5mm的圆柱形橡胶棒。线圈骨架外径为4.5mm,内径为2.8mm,线圈a和线圈b的绕制方向相同,在线圈骨架上都缠绕500匝线径为0.06mm的漆包线。浮子由固定螺栓、铝制圆环、永磁铁和不锈钢管组成,其中,三个永磁铁被安装在铝制圆环上,互成120度,铝制圆环通过螺栓固定在不锈钢管上。其中不锈钢管内径为16mm,长度为55mm,招制圆环内径为20mm,外径为36mm,长度为12mm,永磁铁为直径8mm,高度为15mm的圆柱体结构。所述的Fe-Ga材料为Fe-Ga合金,合金中,镓元素占总质量的19%,铁为81%。本技术的有益效果为:本技术采用了低饱和磁场,高抗拉强度,温度特性好的Fe-Ga合金作为磁致伸缩液位传感器的波导丝材料,能够应用在大量程的液位传感器中,并且能在较恶劣的环境下稳定工作;检测装置采用线圈检测方式,成本低,且安装方便,并且线圈采用双线圈差分信号检测方式,增强了有效的检测信号,克服了单线圈检测中存在的高频噪声信号干扰的问题;浮子内部采用三个永磁铁周向对称放置,选择三个等大小的圆柱形永磁铁互成120度嵌入铝制的圆环上,铝制圆环再经过螺栓固定在不锈钢管上,一方面减轻了浮子的重量,另一方面可以产生稳定的沿波导丝方向的轴向磁场。在实验中经测试,采用线径为0.06mm的漆包线缠绕500匝得到的检测信号最优。【专利附图】【附图说明】图1磁致伸缩液位传感器结构剖面图。其中,1-硬件电路系统、2-前阻尼装置、3-检测装置、4-传感器头部、5-波导丝、6-返回导线、7-测量杆、8-浮子、9-后阻尼装置。图2传感器工作原理图。图3检本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于Fe‑Ga材料的磁致伸缩液位传感器,其特征为该传感器的组成包括传感器头部、测量杆和浮子,其中,传感器头部通过螺纹连接与测量杆相连,活动浮子套在测量杆的下部;所述的传感器头部为圆筒状结构,内部包括硬件电路系统、检测装置和前阻尼装置;其中,硬件电路系统包括电源、控制系统、功率放大与信号处理系统三部分,三部分两两相连,其中,功率放大与信号处理系统包括功率放大电路和信号处理电路两部分;所述的检测装置由线圈a、线圈b、线圈骨架、第一信号采集端、第二信号采集端以及公共地端组成;线圈a和线圈b在线圈骨架上的绕制方向相同,将线圈a的末端和线圈b首端相连,作为中间的触头与公共地端相连,线圈a的首端为第一信号采集端,线圈b末端为第二信号采集端;第一信号采集端和第二信号采集端分别和硬件电路系统中的功率放大与信号处理系统的两个输入端相连接;所述的波导丝为Fe‑Ga材料,在测量杆内部,波导丝外套有塑料管;波导丝前端通过螺纹孔进入传感器头部,依次穿过检测装置中的线圈骨架和前阻尼装置的中心,直接连入硬件电路系统中功率放大与信号处理系统的功率放大电路之中;塑料管末端开孔,波导丝末端穿过后阻尼装置的中心与返回导线相连接,返回导线在塑料管外部、测量杆内部,返回导线也向上穿过螺纹孔,接回到硬件电路系统的功率放大与信号处理系统的功率放大电路之中,形成闭合的回路。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:孙英郑奕翁玲张露予王博文
申请(专利权)人:河北工业大学
类型:新型
国别省市:天津;12

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