一种适用于高温/高压环境的磁致伸缩液位传感器制造技术

本发明专利技术为一种适用于高温/高压环境的磁致伸缩液位传感器。该传感器头部是电子仓，其内部安装有电路模块、检测装置和顶部阻尼装置等。使用Fe

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高温/高压环境的磁致伸缩液位传感器


[0001]本专利技术属于磁致伸缩液位传感器领域，主要涉及基于Fe
‑
Ga材料、Fe
‑
Co材料的磁致伸缩液位传感器及其浮子结构，可应用于高温、高压及强振动等复杂恶劣工况下的液位测量。

技术介绍

[0002]磁致伸缩液位传感器是利用磁致伸缩材料的魏德曼效应实现的一种绝对式位移传感器，主要用于距离测量或位移控制。早在上世纪70年代就已经有了磁致伸缩液位传感器的雏形。美国MTS公司最先利用磁致伸缩原理对油罐中的油面高度做了测量。从此，磁致伸缩传感器被大量应用于自动化生产过程当中。到了80年代，许多的生产厂家已经能够成熟的运用磁致伸缩技术测量液面高度和位移量。进入二十一世纪以来，人们的工业技术和科技水平不断提高，磁致伸缩液位传感器的性能也不断被优化。近几年来，美国MTS公司和德国Balluff公司的有关磁致伸缩传感器方面的产品在性能上存在较大优势，在国外的市场上备受青睐。
[0003]磁致伸缩液位传感器相比其它传统的液位测量装置具有以下优点：测量精度高；使用方便，不需要重新调零；干扰信号对检测结果影响小；安全性高。在测量领域，尤其是像化工、冶金、制药、舰船、飞机、石油等对测量精度要求较高，且测量过程暴露在易爆、易燃、易挥发、有腐蚀等条件下，磁致伸缩液位传感器的优势就显得格外明显。磁致伸缩液位传感器为绝对值传感器，测量之前不用进行调零设置，测量数据处于不断扫描更新中，即使测量过程中出现偶然的瞬间干扰也会很快的自我纠正，并不会对测量的结果产生影响。鉴于以上诸多优点，磁致伸缩液位传感器在液位测量领域得到了广泛应用。
[0004]目前的磁致伸缩位移传感器工作环境大多在100℃附近，工作压力2MPa，浮子内的永磁体基本上是非接触式圆环磁块，但是在高温、高压或强振动这些恶劣工况环境下，永磁体会出现退磁的现象，其产生的轴向磁场强度变弱，再与波导丝上电流形成的周向磁场相遇后，矢量叠加形成螺旋磁场的强度不够大，导致传感器的检测电压的信号幅值变低，不利于信号的检测。为了让螺旋磁场的磁场强度集中性好，检测电压幅值更大，对永磁浮子的结构上进行了设计与优化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种适用于高温/高压磁致伸缩液位传感器。该传感器头部是电子仓，其内部安装有电路模块、检测装置和顶部阻尼装置等。使用Fe
‑
Ga、Fe
‑
Co磁致伸缩材料作为波导丝。本专利技术通过浮子的形状的变化，对永磁体结构的构造和距离波导丝的位置、磁轭的增加等结构设计，增强了圆环永磁体产生的偏置磁场的强度。本专利技术得到的磁致伸缩液位传感器在高温、高压、强振动等恶劣工况环境下，测量精度高，可靠性好。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种适用于高温/高压环境的磁致伸缩液位传感器，该传感器包括电子仓、脉冲驱动电路、检测线圈、控制采样模块、支座、简支梁弹片、安装凸起、热电偶、永磁浮子、探杆、磁致伸缩波导丝、波导丝绝缘套管、阻尼装置；
[0008]所述的电子仓的形状为长方体，右侧中部开有通孔，通孔的外侧外圆柱形凸起，圆柱形安装凸起的内测和外侧均设置有螺纹；探杆的左侧穿过圆柱形凸起和通孔进入电子仓的内壁；电路板固定在电子仓内；L形的支座的水平部分的右端固定在电子仓右侧的内壁上，垂直的短端在水平部分的左端；支座的水平部分的左侧上固定有简支弹簧片，简支弹簧片上为第一阻尼，波导丝套管的右端部设置有第二阻尼，波导丝的右端穿过第二阻尼固定在波导丝套管的右侧内部，波导丝的左端穿过第一阻尼固定在支座的左端；靠近第一阻尼3～5cm处的波导丝上，套有检测线圈；波导丝绝缘套管的内部，均匀间隔分布有2～5个热电偶；永磁浮子套在探杆外部距离探杆前端55～65％探杆长度的位置上；
[0009]所述的电子仓、2个阻尼、检测线圈和波导丝的水平轴心均相同；
[0010]所述的永磁浮子，包括浮子外壳、中心筒、磁轭、永磁体、夹块、卡环，包括以下两种结构：
[0011]第一种结构为，所述浮子外壳，包括中间的圆柱壳，以及上下两端的半球壳，三部分组成为一个密封的“胶囊”体；三个部分，中间都有一个内径与探杆外径相匹配的空心杆，三部分的空心杆同轴，贯通成为中心筒；中心筒的中间处套有圆环永磁体，圆环永磁体的上下分别贴合套有一个相同外径的圆环磁轭；圆柱壳中部的内壁上，均匀间隔分布有四个相同的夹块，将集合体“圆环磁轭
‑
圆环永磁体
‑
圆环磁轭”卡住(夹块的高度大于“圆环磁轭
‑
圆环永磁体
‑
圆环磁轭”厚度之和4～6mm)；卡环固定在圆柱筒的内壁上，并分别加持在夹块的上下两端；
[0012]所述的磁轭的一侧开有同轴心的圆环槽，两个磁轭的圆环槽相向而置，分别紧贴在圆环永磁体的两侧；
[0013]或者，第二种结构:所述浮子外壳，包括中间的圆柱壳，以及上下两端的半球壳，三部分组成为一个密封的“胶囊”体；三个部分，中间都有一个内径与探杆外径相匹配的空心杆，三部分的空心杆同轴，贯通成为中心筒；在中心筒中间部位的均匀间隔、对称放置四个相同的圆柱型永磁体，每个圆柱型永磁体的上下再分别和一个四分之一圆的弧形柱的一端相连，每个弧形柱的另一端和中心筒固连；圆柱形永磁体的同一端的四个弧形柱形成了四爪型磁轭；即4组“弧形柱
‑
圆柱形永磁体
‑
弧形柱”集合体形成了4个把手型结构，分别固定在中心筒的四个方向；每个圆柱形永磁体被一个夹块夹持，夹块固定在圆柱壳的内壁上；
[0014]所述的电路板上分布有脉冲驱动电路和控制采样模块；所述的脉冲驱动电路连接磁致伸缩波导丝两端，控制采样模块分别连接检测线圈和三个热电偶，控制采样模块还连接脉冲驱动电路；
[0015]所述的检测线圈，200～1200匝，绕制成空心圆柱体；
[0016]所述的永磁体材质为钐钴YX28，磁轭材质为电工纯铁；所述的波导丝为丝状Fe
‑
Ga、Fe
‑
Co材料；
[0017]所述浮子外壳材质为TC4钛合金。
[0018]所述的探杆材质为非铁磁性的氧化铝。
[0019]所述的波导丝绝缘套管材质为玻璃纤维管。
[0020]所述的阻尼装置材质为介孔二氧化硅气凝胶。
[0021]所述的探杆的长度为0.8～2m，直径为18～24mm；所述的浮子的长度为120～220mm，外径为40mm～80mm，内径为16～24mm。
[0022]本专利技术的实质性特点为：
[0023]目前市面上的以及课题组研究的磁致伸缩液位传感器的浮子内部采用的都是圆环永磁体或者块状永磁体，其目的仅仅是为了给波导丝提供偏置磁场使其产生扭转波；但由于在高温、高压、强振动等恶劣环境下，会导致永磁体的磁性减弱以及永磁体产生的偏置磁场的位置发生变动，从而无法保证永磁体为波导丝提供的偏置磁场的位置达到最佳，这样的形状设计会本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温/高压环境的磁致伸缩液位传感器，其特征为该传感器包括电子仓、脉冲驱动电路、检测线圈、控制采样模块、支座、简支梁弹片、安装凸起、热电偶、永磁浮子、探杆、磁致伸缩波导丝、波导丝绝缘套管、阻尼装置；所述的电子仓的形状为长方体，右侧中部开有通孔，通孔的外侧外圆柱形凸起，圆柱形安装凸起的内测和外侧均设置有螺纹；探杆的左侧穿过圆柱形凸起和通孔进入电子仓的内壁；电路板固定在电子仓内；L形的支座的水平部分的右端固定在电子仓右侧的内壁上，垂直的短端在水平部分的左端；支座的水平部分的左侧上固定有简支弹簧片，简支弹簧片上为第一阻尼，波导丝套管的右端部设置有第二阻尼，波导丝的右端穿过第二阻尼固定在波导丝套管的右侧内部，波导丝的左端穿过第一阻尼固定在支座的左端；靠近第一阻尼3～5cm处的波导丝上，套有检测线圈；波导丝绝缘套管的内部，均匀间隔分布有2～5个热电偶；永磁浮子套在探杆外部距离探杆前端55～65％探杆长度的位置上；所述的永磁浮子，包括浮子外壳、中心筒、磁轭、永磁体、夹块、卡环，包括以下两种结构：第一种结构为，所述浮子外壳，包括中间的圆柱壳，以及上下两端的半球壳，三部分组成为一个密封的“胶囊”体；三个部分，中间都有一个内径与探杆外径相匹配的空心杆，三部分的空心杆同轴，贯通成为中心筒；中心筒的中间处套有圆环永磁体，圆环永磁体的上下分别贴合套有一个相同外径的圆环磁轭；圆柱壳中部的内壁上，均匀间隔分布有四个相同的夹块，将集合体“圆环磁轭
‑
圆环永磁体
‑
圆环磁轭”卡住；卡环固定在圆柱筒的内壁上，并分别加持在夹块的上下两端；所述的磁轭的一侧开有同轴心的圆环槽，两个磁轭的圆环槽相向而置，分别紧贴在圆环永磁体的两侧；或者，第二种结构:所述浮子外壳，包括中间的圆柱壳，以及上下两端的半球壳，三部分组成为一个密封的“胶囊”体；三个部分，中间都有一个内径与探杆外径相匹配的空心杆，三部分的空心杆同轴，贯通成为中心筒；在中心筒中间部位的均匀间隔、对称放置四个相同的圆柱型永磁体，每个圆柱型永磁体的上下再分别和一个四分之一圆的弧形柱的一端相连，每个弧形柱的另一端和中心筒固连；圆柱形永磁体的同一端的四个弧形柱形成了四爪型磁轭；即4组“弧形柱
‑
圆柱形永磁体
‑
弧形柱”集合体形成了4个把手型结构，分别固定在中心筒的四个方向；每个圆柱形永磁体被一个夹块夹持，夹块固定在圆柱壳的内壁上。2.如权利要求1所述的适用于高温/高压环境的磁致伸缩液位传感器，其特征为所述的电路板上分布有脉冲驱动电路和控制采样模块；所述的脉冲驱动电路连接磁致伸缩波导丝两端，控制采样模块分别连接检测线圈和三个热电偶，控制采样模块还连接脉冲驱动电路。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明明，李海毅，王千，程天宇，牛小东，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：