專利名稱:永磁磁懸浮渦輪傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種永磁磁懸浮渦輪傳感器，包括信號(hào)采集倉與固定在該信號(hào)采集倉上的信號(hào)處理倉，在所述信號(hào)采集倉內(nèi)通過中心架固定有軸向受力磁懸浮軸承，在所述軸向受力磁懸浮軸承的外壁上設(shè)置有渦輪，在該渦輪遠(yuǎn)離所述軸向受力磁懸浮軸承的端部上均安裝有信號(hào)采集磁鋼，所述信號(hào)處理倉內(nèi)分別裝設(shè)有霍爾開關(guān)與信號(hào)處理電路，其中所述霍爾開關(guān)與所述信號(hào)采集磁鋼相適應(yīng)。其顯著效果是：運(yùn)用永磁磁懸浮技術(shù)，不存在因接觸產(chǎn)生的摩擦力，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)極為靈活，提高了傳感器的測(cè)量精度；對(duì)測(cè)量環(huán)境清潔度要求不高，無需潤滑和清潔，工作穩(wěn)定可靠，長(zhǎng)時(shí)間使用無需維護(hù)，制造成本和使用成本均不高，適合大范圍推廣。
【專利說明】
永磁磁懸浮渦輪傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及到渦輪流量計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種永磁磁懸浮渦輪傳感器。【背景技術(shù)】
[0002]目前，采用渦輪轉(zhuǎn)子傳感器制作的渦輪流量計(jì)和流速儀因其測(cè)量精度高，價(jià)格便宜，耐壓高，工作穩(wěn)定而大量應(yīng)用于各種測(cè)量領(lǐng)域。而在渦輪流量計(jì)和流速儀的流速傳感器中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是盡可能地使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，運(yùn)用最廣泛的是用高精度的軸承或頂針來支撐渦輪隨流體轉(zhuǎn)動(dòng)，因此要求軸承或頂針的摩擦系數(shù)盡量小。
[0003]然而，要達(dá)到這樣的效果軸承或頂針精度就要求很高，也需要有充分的潤滑。這樣就出現(xiàn)了一些弊端:軸承或頂針精度越高其間隙就越小，很小的雜質(zhì)就會(huì)卡住使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)受到影響，對(duì)使用環(huán)境的清潔度要求高，而且需要設(shè)置一套潤滑機(jī)構(gòu)，潤滑油也需要經(jīng)常更換，維護(hù)成本很高。這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)在測(cè)量中產(chǎn)生很多影響測(cè)量精度的不確定因素。
[0004]近年來出現(xiàn)一種用電磁懸浮應(yīng)用于此類傳感器中的新技術(shù)，能很好的解決影響渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活度的問題。但是電磁線圈需要持續(xù)不斷的供電，一旦斷電或供電不足渦輪就無法懸浮，傳感器將不能工作，此時(shí)的傳感器繼續(xù)運(yùn)行就會(huì)損壞;持續(xù)工作的電磁線圈壽命短功耗大；制造成本也大大高于傳統(tǒng)軸或頂針式傳感器。雖然使用了電磁磁懸浮技術(shù)的渦輪轉(zhuǎn)子傳感器解決了此類傳感器的部分技術(shù)難題，但也產(chǎn)生不少新的故障因素，所以此類傳感器技術(shù)存在較大的技術(shù)缺陷，不適合大范圍推廣。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種永磁磁懸浮渦輪傳感器，該傳感器運(yùn)用永磁磁懸浮技術(shù)的渦輪轉(zhuǎn)子傳感器，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)極為靈活，對(duì)測(cè)量環(huán)境清潔度要求不高，無需潤滑，工作穩(wěn)定可靠，長(zhǎng)時(shí)間使用無需維護(hù)，適合大范圍推廣。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種永磁磁懸浮渦輪傳感器，其關(guān)鍵在于:包括信號(hào)采集倉與固定在該信號(hào)采集倉上的信號(hào)處理倉，在所述信號(hào)采集倉內(nèi)通過中心架固定有軸向受力磁懸浮軸承，在所述軸向受力磁懸浮軸承的外壁上設(shè)置有渦輪，在該渦輪遠(yuǎn)離所述軸向受力磁懸浮軸承的端部上均安裝有信號(hào)采集磁鋼，所述信號(hào)處理倉內(nèi)分別裝設(shè)有霍爾開關(guān)與信號(hào)處理電路，其中所述霍爾開關(guān)與所述信號(hào)采集磁鋼相適應(yīng)。
[0008]本傳感器中，所述軸向受力磁懸浮軸承的整個(gè)機(jī)械接觸面只有頂針一個(gè)點(diǎn)，其余各方均呈懸浮狀態(tài)，就實(shí)現(xiàn)了軸向和橫向摩擦系數(shù)接近于零，因此對(duì)環(huán)境是否清潔的要求不高，無需潤滑，渦輪就實(shí)現(xiàn)零功耗的磁懸浮。而渦輪的旋轉(zhuǎn)速度與測(cè)量介質(zhì)的流速之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，渦輪的起轉(zhuǎn)速與臨界速之間函數(shù)呈曲線關(guān)系，臨界速以上函數(shù)呈線性關(guān)系。因?yàn)楸緜鞲衅髦械臏u輪呈懸浮狀態(tài)，其臨界速與傳統(tǒng)軸承的頂針結(jié)構(gòu)相比大大降低， 因此不但提高了傳感器的測(cè)量精度，其下限測(cè)量值也顯著下降。另外，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，信號(hào)采集部分可根據(jù)測(cè)量管道大小和流量測(cè)量需求等參數(shù)選擇相應(yīng)大小的信號(hào)采集倉和渦輪， 大口徑管道或明渠中可作為插入式使用，運(yùn)用本傳感器的測(cè)速功能單點(diǎn)或多點(diǎn)測(cè)量平均流速，代入橫切面積就可計(jì)算出流量。所以，永磁磁懸浮渦輪轉(zhuǎn)子傳感器用途十分廣泛。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述軸向受力磁懸浮軸承包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述中心架上的軸芯，在該軸芯的外壁上并排設(shè)置有第一內(nèi)磁環(huán)、第二內(nèi)磁環(huán)，在所述軸芯的外側(cè)套設(shè)有軸套，所述軸芯的自由端設(shè)有位于該軸芯中心線上的頂尖，所述頂尖伸入所述軸套并頂靠在軸套端部的中心，在所述軸套上還并排設(shè)有與所述第一內(nèi)磁環(huán)、第二內(nèi)磁環(huán)分別對(duì)應(yīng)的第一外磁環(huán)、第二外磁環(huán)。
[0010]此軸承主要是利用磁鐵同極相排斥的原理。將環(huán)形磁鐵同極相對(duì)固定在軸芯和軸套上，相同兩極留一定的距離，就會(huì)得到兩個(gè)磁極方向相同且磁力線呈內(nèi)外輻射狀的磁環(huán)。 當(dāng)內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)的磁力中心線重合為零時(shí)，內(nèi)磁環(huán)應(yīng)旋停在外磁環(huán)中，但是這個(gè)重合點(diǎn)只是理論上存在，實(shí)際應(yīng)用中找不到這個(gè)點(diǎn)。通過調(diào)整兩個(gè)磁環(huán)磁力中心線之間的距離，當(dāng)有了一定量的偏移距離后軸芯和軸套之間就實(shí)現(xiàn)了旋停。在允許范圍內(nèi)偏移距離越小，摩擦系數(shù)越小，穩(wěn)定性越差;偏移距離越大，摩擦系數(shù)越大，穩(wěn)定性越好。橫向受力磁懸浮軸承整個(gè)機(jī)械接觸面只有頂針一個(gè)點(diǎn)，其余各方均呈懸浮狀態(tài)，就實(shí)現(xiàn)了軸向和橫向摩擦系數(shù)接近于零，因此對(duì)環(huán)境是否清潔的要求不高，無需潤滑，渦輪就實(shí)現(xiàn)零功耗的磁懸浮。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述軸套頂靠所述頂尖的一端設(shè)有可調(diào)整所述軸芯軸向位置的調(diào)節(jié)件，且該調(diào)節(jié)件可繞所述軸芯的中心線為軸旋轉(zhuǎn)，所述頂尖頂靠在該調(diào)節(jié)件的中心。
[0012]通過調(diào)節(jié)件調(diào)節(jié)軸芯的軸向位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)磁力中心線之間的距離，軸芯上的內(nèi)磁環(huán)可懸停在軸套上的外磁環(huán)中?？朔藱C(jī)械式傳感器需要潤滑的缺陷，內(nèi)部環(huán)境的清潔度要求明顯低于滾珠軸承，無需潤滑和清潔。[〇〇13]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述第一內(nèi)磁環(huán)、第二內(nèi)磁環(huán)、第一外磁環(huán)以及第二外磁環(huán)的同側(cè)均為S級(jí)或N級(jí)。
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述第一內(nèi)磁環(huán)、第二內(nèi)磁環(huán)之間以及所述第一外磁環(huán)、第二外磁環(huán)之間均設(shè)有軟鐵環(huán)。
[0015]在相同兩極用軟鐵環(huán)隔離，減緩磁環(huán)消磁，從而保證了本傳感器能夠具有更長(zhǎng)的使用壽命。
[0016]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述頂尖的中心嵌設(shè)有可自由轉(zhuǎn)動(dòng)且頂靠在所述軸套端部中心的滾珠。
[0017]通過頂尖上嵌設(shè)滾珠，使得頂靠在底座上的滾珠與軸套之間的摩擦力極小，接近于零。
[0018]本實(shí)用新型的顯著效果是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎，運(yùn)用永磁磁懸浮技術(shù)的渦輪轉(zhuǎn)子傳感器，整個(gè)機(jī)械接觸面只有頂尖一個(gè)點(diǎn)，其余部位無接觸，不存在因接觸產(chǎn)生的摩擦力， 渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)極為靈活，因此不但提高了傳感器的測(cè)量精度，其下限測(cè)量值也顯著下降；而且克服了機(jī)械式傳感器需要潤滑的缺陷，內(nèi)部環(huán)境的清潔度要求明顯低于滾珠軸承，對(duì)測(cè)量環(huán)境清潔度要求不高，無需潤滑和清潔，工作穩(wěn)定可靠，長(zhǎng)時(shí)間使用無需維護(hù)，制造成本和使用成本均不高，適合大范圍推廣。【附圖說明】
[0〇19]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]圖2是圖1中所述軸向受力磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】以及工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示，一種永磁磁懸浮渦輪傳感器，包括信號(hào)采集倉1與固定在該信號(hào)采集倉1上的信號(hào)處理倉2,在所述信號(hào)采集倉1內(nèi)通過中心架3固定有軸向受力磁懸浮軸承4,在所述軸向受力磁懸浮軸承4的外壁上設(shè)置有渦輪5,在該渦輪5遠(yuǎn)離所述軸向受力磁懸浮軸承4的端部上均安裝有信號(hào)采集磁鋼6,所述信號(hào)處理倉2內(nèi)分別裝設(shè)有霍爾開關(guān)7與信號(hào)處理電路8,其中所述霍爾開關(guān)7與所述信號(hào)采集磁鋼6相適應(yīng)。[〇〇23]參見附圖2,所述軸向受力磁懸浮軸承4包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述中心架3上的軸芯41， 在該軸芯41的外壁上并排設(shè)置有第一內(nèi)磁環(huán)42、第二內(nèi)磁環(huán)43,在所述軸芯41的外側(cè)套設(shè)有軸套44，所述軸芯41的自由端設(shè)有位于該軸芯41中心線上的頂尖45，所述頂尖45伸入所述軸套44并頂靠在軸套44端部的中心，在所述軸套44上還并排設(shè)有與所述第一內(nèi)磁環(huán)42、 第二內(nèi)磁環(huán)43分別對(duì)應(yīng)的第一外磁環(huán)46、第二外磁環(huán)47。[〇〇24]如圖2所示，所述軸套44頂靠所述頂尖45的一端設(shè)有可調(diào)整所述軸芯41軸向位置的調(diào)節(jié)件48,且該調(diào)節(jié)件48可繞所述軸芯41的中心線為軸旋轉(zhuǎn)，所述頂尖45頂靠在該調(diào)節(jié)件48的中心，所述頂尖45的中心嵌設(shè)有可自由轉(zhuǎn)動(dòng)且頂靠在所述軸套44中心的滾珠410。 [〇〇25] 本例中，所述第一內(nèi)磁環(huán)42、第二內(nèi)磁環(huán)43、第一外磁環(huán)46以及第二外磁環(huán)47的同側(cè)均為S級(jí)。[〇〇26] 從圖2中還可以看出，所述第一內(nèi)磁環(huán)42、第二內(nèi)磁環(huán)43之間以及所述第一外磁環(huán) 46、第二外磁環(huán)47之間均設(shè)有軟鐵環(huán)49。[〇〇27] 在具體實(shí)施時(shí)，第一內(nèi)磁環(huán)42、第二內(nèi)磁環(huán)43的同側(cè)為同級(jí)且存在間距，形成兩個(gè)磁極方向相同且磁力線呈內(nèi)外輻射狀的磁環(huán)，當(dāng)內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)的磁力中心線重合時(shí)，理論上內(nèi)磁環(huán)應(yīng)該旋停在外磁環(huán)中，但這個(gè)重合點(diǎn)只是理論上存在，實(shí)際應(yīng)用中找不到這個(gè)點(diǎn)，因此通過調(diào)節(jié)件48調(diào)節(jié)軸芯41的軸向位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)磁力中心線之間的距離，調(diào)節(jié)至合適距離時(shí)，軸芯41上的內(nèi)磁環(huán)旋停在軸套44上的外磁環(huán)中。因此，在渦輪5 的作用下，軸向受力磁懸浮軸承4切割信號(hào)采集磁鋼6之間形成的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，由此帶來一組或多組南北交替的切割磁場(chǎng)，激發(fā)霍爾開關(guān)7發(fā)出開關(guān)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的采集。
[0028]渦輪5的旋轉(zhuǎn)速度與測(cè)量介質(zhì)的流速之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，渦輪的起轉(zhuǎn)速與臨界速之間函數(shù)呈曲線關(guān)系，臨界速以上函數(shù)呈線性關(guān)系。因?yàn)闇u輪5呈懸浮狀態(tài)，其臨界速與傳統(tǒng)軸承的頂針結(jié)構(gòu)相比大大降低，不但提高了傳感器的測(cè)量精度，其下限測(cè)量值也顯著下降。
[0029]本傳感器信號(hào)采集部分根據(jù)測(cè)量管道大小和流量測(cè)量需求等參數(shù)選擇相應(yīng)大小的信號(hào)采集倉1和渦輪5,渦輪5可為測(cè)氣渦輪和測(cè)液渦輪，在大口徑管道或明渠中可作為插入式使用，運(yùn)用本傳感器的測(cè)速功能單點(diǎn)或多點(diǎn)測(cè)量平均流速，代入橫切面積就可計(jì)算出流量。因此，本永磁磁懸浮渦輪轉(zhuǎn)子傳感器用途十分廣泛。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種永磁磁懸浮渦輪傳感器，其特征在于:包括信號(hào)采集倉(1)與固定在該信號(hào)采集 倉(1)上的信號(hào)處理倉(2)，在所述信號(hào)采集倉(1)內(nèi)通過中心架(3)固定有軸向受力磁懸浮 軸承(4)，在所述軸向受力磁懸浮軸承(4)的外壁上設(shè)置有渦輪(5)，在該渦輪(5)遠(yuǎn)離所述 軸向受力磁懸浮軸承(4)的端部上均安裝有信號(hào)采集磁鋼(6)，所述信號(hào)處理倉(2)內(nèi)分別 裝設(shè)有霍爾開關(guān)(7)與信號(hào)處理電路(8)，其中所述霍爾開關(guān)(7)與所述信號(hào)采集磁鋼(6)相 適應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁磁懸浮渦輪傳感器，其特征在于:所述軸向受力磁懸浮軸 承(4)包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述中心架(3)上的軸芯(41)，在該軸芯(41)的外壁上并排設(shè)置有第 一內(nèi)磁環(huán)(42)、第二內(nèi)磁環(huán)(43)，在所述軸芯(41)的外側(cè)套設(shè)有軸套(44)，所述軸芯(41)的 自由端設(shè)有位于該軸芯(41)中心線上的頂尖(45)，所述頂尖(45)伸入所述軸套(44)并頂靠 在軸套(44)端部的中心，在所述軸套(44)上還并排設(shè)有與所述第一內(nèi)磁環(huán)(42)、第二內(nèi)磁 環(huán)(43)分別對(duì)應(yīng)的第一外磁環(huán)(46)、第二外磁環(huán)(47)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁磁懸浮渦輪傳感器，其特征在于:所述軸套(44)頂靠所述 頂尖(45)的一端設(shè)有可調(diào)整所述軸芯(41)軸向位置的調(diào)節(jié)件(48)，且該調(diào)節(jié)件(48)可繞所 述軸芯(41)的中心線為軸旋轉(zhuǎn)，所述頂尖(45)頂靠在該調(diào)節(jié)件(48)的中心。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁磁懸浮渦輪傳感器，其特征在于:所述第一內(nèi)磁環(huán)(42)、 第二內(nèi)磁環(huán)(43)、第一外磁環(huán)(46)以及第二外磁環(huán)(47)的同側(cè)均為S級(jí)或N級(jí)。5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的永磁磁懸浮渦輪傳感器，其特征在于:所述第一內(nèi)磁環(huán) (42)、第二內(nèi)磁環(huán)(43)之間以及所述第一外磁環(huán)(46)、第二外磁環(huán)(47)之間均設(shè)有軟鐵環(huán) (49)〇6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的永磁磁懸浮渦輪傳感器，其特征在于:所述頂尖(45)的中 心嵌設(shè)有可自由轉(zhuǎn)動(dòng)且頂靠在所述軸套(44)中心的滾珠(410)。
【文檔編號(hào)】G01F1/22GK205719116SQ201620379674
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】王清川
【申請(qǐng)人】重慶市北碚區(qū)德宇儀表元件有限公司