耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头及应用，该传感器探头包括平面空心感应线圈和封装平面空心感应线圈的封装陶瓷外壳；平面空心感应线圈的材质为表面包裹耐高温绝缘漆的铂丝，且平面空心感应线圈是由铂丝在平面内螺旋紧密绕制成的空心圆盘结构，铂丝的两端分别为引线，且引线均伸出封装陶瓷外壳外部；封装陶瓷外壳为圆柱形结构，且平面空心感应线圈封装在封装陶瓷外壳内。本发明专利技术与螺旋管式线圈相比具有更强的磁场强度，感应灵敏度更大。采用陶瓷凝胶对线圈进行封装，可有效固定感应线圈的结构、位置，避免高温变形对线圈感应位移结果的影响，即降低热膨胀对测量结果的影响，延长传感器探头在高温腐蚀环境中的使用寿命。

Probe and application of high temperature resistance and high precision eddy current micro gap measurement sensor

【技术实现步骤摘要】
耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头及应用
本专利技术属于高温环境下的微小间隙测量
，具体涉及一种耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头及应用。
技术介绍
电涡流传感器是一种具有高灵敏度、大感应范围、快响应速度和简单结构的非接触式测量传感器。在机械位移、变形、裂纹检测等方面具有广泛的应用价值。对于燃气涡轮发动机中部件的微小间隙测量问题来说，对传感器的耐温性、分辨率具有更高的要求。以往的电涡流传感器线圈采用金属铜或银制作而成，耐温最高不超过900℃；或是采用复杂的探头结构对感应线圈进行冷却，以提高探头使用温度。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头及应用，克服现有难以实现1000℃以上环境温度中的非接触微小位移测量的缺陷。为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头，该传感器探头包括平面空心感应线圈和封装所述平面空心感应线圈的封装陶瓷外壳；所述平面空心感应线圈的材质为表面包裹耐高温绝缘漆的铂丝，且平面空心感应线圈是由所述铂丝在平面内螺旋紧密绕制成的空心圆盘结构，铂丝的两端分别为引线，且引线均伸出所述封装陶瓷外壳外部；所述封装陶瓷外壳为圆柱形结构，且平面空心感应线圈封装在封装陶瓷外壳内。本专利技术还包括如下技术特征：具体的，所述平面空心感应线圈的铂丝直径为0.1mm-0.2mm，铂丝在平面内螺旋紧密绕制的匝数为8-15匝；<br>所述平面空心感应线圈中心的空心部位的直径为1mm。具体的，所述封装陶瓷外壳的底面直径为10～12mm，高为51mm。所述的耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头用于高温设备中的部件微小位移测量的应用或用于1000℃以上环境温度中的非接触微小位移测量的应用或用于燃气涡轮环境中的叶片间隙测量的应用。本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：本专利技术采用平面空心感应线圈结构，与螺旋管式线圈相比具有更强的磁场强度，感应灵敏度更大。采用陶瓷凝胶对线圈进行封装，可有效固定感应线圈的结构、位置，避免高温变形对线圈感应位移结果的影响，即降低热膨胀对测量结果的影响。同时延长传感器探头在高温腐蚀环境中的使用寿命。本专利技术的传感器结构简单，制作方便，所有材料均采用耐高温材料，具有以下突出技术特点：该探头可以在室温-1000℃的环境中长期稳定的测量微小位移变化，解决了现有技术中非接触电涡流传感器不能在极高温(500℃以上)环境中长期稳定测量微小位移的问题，使得该传感器探头可以在燃气涡轮环境中测量金属部件的间隙变化，从而实现对机械运行健康状态的监测。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的平面空心感应线圈示意图；图3是本专利技术实施例2、实施例7和实施例9中平面空心感应线圈阻抗对比图；图4是本专利技术实施例2、实施例7和实施例9中平面空心感应线圈品质因数对比图；图5是本专利技术实施例7的传感器标定曲线；图6是本专利技术实施例6的传感器标定曲线；图7是本专利技术实施例1传感器环境温度控制曲线；图8是本专利技术实施例1传感器耐温性实验过程中传感器输出信号曲线；图9是对比例2高温后被氧化的钨丝传感器。图中各标号表示为：1-平面空心感应线圈，2-引线，3-封装陶瓷外壳。具体实施方式本专利技术采用更耐高温的材料制作传感器，在保证传感器灵敏度、测量范围的同时，突破电涡流传感器的使用温度上限，为解决燃气涡轮中的部件间隙测量问题提供一种必需的传感器探头。本专利技术中的感应线圈采用平面空心线圈结构，与螺纹管式线圈相比具有更强的磁场密度，感应线圈更接近被测物体，因此具有更高的灵敏度；同时平面线圈的加工工艺简便，封装后结构简单，便于安装在机械装置上进行非接触位移测量。本实施方式在保证传感器分辨率和感应量程的基础上，减小感应线圈尺寸，包括感应线圈厚度和径向尺寸。感应线圈结构采用平面空心线圈结构，较螺旋线圈的磁场强度更强。感应线圈采用铂丝材料，高温下稳定性良好，不易腐蚀、变形。根据法拉第电磁感应定律，当传感器感应线圈通以高频交流电时，感应线圈周围空间产生交变磁场，该磁场使置于其中的金属体表面产生感应电流，即电涡流。根据楞次定律，金属部件内的电涡流也一种交变电流，其产生的交变磁场与方向与诱导其电涡流产生的磁场方向相反，因此会减弱原有的磁场强度，从而导致感应线圈的阻抗发生变化。感应线圈阻抗的变化程度与金属材料的电阻率、磁导率、感应线圈与金属部件之间的间隙、激励电源频率等有关。当测量电路确定时，感应线圈的阻抗作为线圈与金属部件之间间隙的单值函数，因此可以通过测量感应线圈电压信号的变化反映线圈与金属部件之间的间隙变化。本技术方案，通过采用平面空心线圈结构增加了感应线圈周围磁场强度，提高传感器的灵敏度及分辨率的同时减小了传感器探头尺寸，通过采用耐高温材料及封装工艺解决了电涡流传感器在1000℃以上温度环境中的使用问题。本实施例的技术方案突破了现有电涡流传感器的使用温度上限，在保证传感器分辨率和感应范围的基础上减小探头尺寸，扩大了电涡流传感器的使用范围。本专利技术提供一种耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头，该传感器探头包括平面空心感应线圈和封装所述平面空心感应线圈的封装陶瓷外壳；平面空心感应线圈的材质为表面包裹耐高温绝缘漆的铂丝，且平面空心感应线圈是由所述铂丝在平面内螺旋紧密绕制成的空心圆盘结构，铂丝的两端分别为引线，且引线均伸出所述封装陶瓷外壳外部；封装陶瓷外壳为圆柱形结构，且平面空心感应线圈封装在封装陶瓷外壳内。平面空心感应线圈的铂丝直径为0.1mm-0.2mm，铂丝在平面内螺旋紧密绕制的匝数为8-15匝；平面空心感应线圈中心的空心部位的直径为1mm。封装陶瓷外壳的底面直径为10～12mm，高为51mm。耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头用于高温设备中的部件微小位移测量的应用或用于1000℃以上环境温度中的非接触微小位移测量的应用或用于燃气涡轮环境中的叶片间隙测量的应用。具体的，本实施方式中的传感器探头的制备方法包括以下步骤：步骤一：平面空心感应线圈的制作：用耐高温绝缘漆喷涂铂丝至完全包裹，待铂丝表面耐高温绝缘漆风干；将中心设有圆孔的第一亚克力平板水平固定，将所述铂丝一端作为内引线由上向下穿过第一亚克力平板的圆孔并固定，铂丝另一端作为外引线留在第一亚克力平板上方；取第二亚克力平板平行固定在第一亚克力平板上方，使第一亚克力平板与第二亚克力平板之间的距离为所述铂丝直径的1～2倍；采用轴垂直穿过第一亚克力平板与第二亚克力平板并固定；将第一亚克力平板与第二亚克力平板之间的铂丝沿轴紧密缠绕，形成平面空心感应线圈；步骤二：平面空心感应线圈的成型：在步骤一中的第一亚克力平板与第二亚克力平板间的平面空心感应线圈上滴胶水，待胶水风干后抽出轴并取下第二亚克力平板，然后取下第一亚克力平板上成型的平面空心感应线圈；步骤三：平面空心感应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头，其特征在于，该传感器探头包括平面空心感应线圈和封装所述平面空心感应线圈的封装陶瓷外壳；/n所述平面空心感应线圈的材质为表面包裹耐高温绝缘漆的铂丝，且平面空心感应线圈是由所述铂丝在平面内螺旋紧密绕制成的空心圆盘结构，铂丝的两端分别为引线，且引线均伸出所述封装陶瓷外壳外部；/n所述封装陶瓷外壳为圆柱形结构，且平面空心感应线圈封装在封装陶瓷外壳内。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头，其特征在于，该传感器探头包括平面空心感应线圈和封装所述平面空心感应线圈的封装陶瓷外壳；
所述平面空心感应线圈的材质为表面包裹耐高温绝缘漆的铂丝，且平面空心感应线圈是由所述铂丝在平面内螺旋紧密绕制成的空心圆盘结构，铂丝的两端分别为引线，且引线均伸出所述封装陶瓷外壳外部；
所述封装陶瓷外壳为圆柱形结构，且平面空心感应线圈封装在封装陶瓷外壳内。


2.如权利要求1所述的耐高温高精度电涡流式微小间隙测量传感器探头，其特征在于，所述平面空心感应线圈的铂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振侠，赵梓妤，姜健，吕亚国，朱鹏飞，吴丁毅，张丽芬，刘振刚，胡剑平，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61