大量程氣動傳感器的製作方法

2023-11-06 00:50:04

本發明涉及氣動傳感器領域，具體是一種大量程氣動傳感器。

背景技術：

隨著工業技術的發展，對工業產品的在線檢測要求愈來愈多，考慮到工業現場的環境特殊性，光學和電學傳感器的檢測客觀上受到限制，甚至無法在工業現場檢測。氣動傳感器克服環境影響的不足，但一般的氣動傳感器雖然測量精度高，但測量範圍很小，從而也難以在實際中得到應用。

目前，已有的氣動傳感器一方面是背壓式，其測量範圍小(大約200μm),也有類似的反射式，但其結構及相關參數的差異，測量範圍雖然得以提高，但精度比較差，難以在高精度測量中應用。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種大量程氣動傳感器，以解決現有技術氣動傳感器無法滿足測量範圍要求的問題。

為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為：

大量程氣動傳感器，其特徵在於：包括：

中間體，其由中間體後段、外徑小於中間體後段的中間體前段、連接中間體後段和中間體前段的過渡段構成，中間體中具有貫通中間體的內孔，其中內孔前端作為回流孔口，內孔後端作為出口，中間體前段、過渡段中的內孔孔徑相同，中間體後段中的內孔孔徑大於中間體前段、過渡段中的內孔孔徑，中間體前端還成型有傾斜角；

套筒，其同軸螺紋裝配在中間體前段外，且套筒與中間體前段為過渡配合，套筒內孔孔壁與中間體前段外壁之間有均勻的環向間隙，由環向間隙後端間隙口形成進氣口，套筒前端與中間體前端之間具有軸向間隙，套筒前端還成型有傾斜角，套筒前端傾斜角內壁的傾斜角度大於中間體前端傾斜角的傾斜角度，套筒前端傾斜角外壁的傾斜角度大於套筒前端傾斜角內壁的傾斜角度；

支座，其具有貫通支座的內孔，支座內孔中間段同軸容納中間體後段並與中間體後段過渡配合，支座內孔前段同軸容納中間體前段及套筒，且支座內孔前段與套筒過渡配合，位於支座內孔中間段、中間體後段之間設有密封圈，位於支座內孔前段、套筒之間亦設有密封圈，所述套筒前部及其內部的中間體前部伸出支座形成伸出段，由伸出段作為測頭端，支座一側對應於中間體的過渡段位置設有進氣孔，進氣孔連通至中間體的過渡段位置，進氣孔軸向垂直於支座內孔或平行於支座內孔，進氣孔中安裝有進氣接頭；

螺紋塞，其同軸螺紋裝配在支座內孔後段中，且螺紋塞與中間體後端之間設有密封圈，螺紋塞具有內孔，且螺紋塞的內孔前端與中間體內孔後端連通，螺紋塞的內孔後端螺紋連接有出氣接頭。

所述的大量程氣動傳感器，其特徵在於：還包括集流罩，集流罩同軸螺紋裝配在支座前端並罩在測頭端外。

本發明所提供的氣動傳感器製作成本低，克服一般光學和電學傳感器受環境幹擾的影響，同時也彌補一般氣動傳感器測量範圍小的不足。

附圖說明

圖1是本發明所提供的氣動傳感器中間體的結構示意圖。

圖2是本發明所提供的氣動傳感器套筒的結構示意圖。

圖3是本發明所提供的氣動傳感器支座的結構示意圖。

圖4是本發明所提供的氣動傳感器進出口平行布置支座的結構示意圖。

圖5是本發明所提供的氣動傳感器螺紋塞的結構示意圖。

圖6是本發明所提供的氣動傳感器集流罩的結構示意圖。

圖7是本發明所提供的氣動傳感器連接接頭的結構示意圖。

圖8是本發明所提供的氣動傳感器裝配的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1-圖8所示，大量程氣動傳感器，包括：

中間體1，其由中間體後段1.1、外徑小於中間體後段1.1的中間體前段1.2、連接中間體後段1.1和中間體前段1.2的過渡段1.3構成，中間體1中具有貫通中間體1的內孔1.4，其中內孔1.4前端作為回流孔口，內孔1.3後端作為出口，中間體前段1.2、過渡段1.3中的內孔孔徑相同，中間體後段1.1中的內孔孔徑大於中間體前段1.2、過渡段1.3中的內孔孔徑，中間體1前端還成型有傾斜角10；

套筒2，其同軸螺紋裝配在中間體前段1.2外，且套筒2與中間體前段1.2為過渡配合，套筒2內孔孔壁與中間體前段1.2外壁之間有均勻的環向間隙，由環向間隙後端間隙口形成進氣口，套筒2前端與中間體1前端之間具有軸向間隙，套筒2前端還成型有傾斜角，套筒2前端傾斜角內壁9的傾斜角度大於中間體1前端傾斜角10的傾斜角度，套筒2前端傾斜角外壁8的傾斜角度大於套筒2前端傾斜角內壁9的傾斜角度；

支座3，其具有貫通支座3的內孔，支座3內孔中間段同軸容納中間體後段1.1並與中間體後段1.1過渡配合，支座3內孔前段同軸容納中間體前段1.2及套筒2，且支座3內孔前段與套筒2過渡配合，位於支座3內孔中間段、中間體後段1.1之間設有密封圈，位於支座3內孔前段、套筒2之間亦設有密封圈，套筒2前部及其內部的中間體前部伸出支座形成伸出段，由伸出段作為測頭端，支座3一側對應於中間體的過渡段位置設有進氣孔，進氣孔連通至中間體1的過渡段1.3位置，進氣孔軸向垂直於支座3內孔或平行於支座3內孔，進氣孔中安裝有進氣接頭5；

螺紋塞6，其同軸螺紋裝配在支座3內孔後段中，且螺紋塞6與中間體1後端之間設有密封圈，螺紋塞6具有內孔，且螺紋塞6的內孔前端與中間體1內孔後端連通，螺紋塞6的內孔後端螺紋連接有出氣接頭7。

還包括集流罩4，集流罩4同軸螺紋裝配在支座3前端並罩在測頭端外。

來自於進氣接頭的壓縮空氣從套筒與中間體之間環向隙後端進氣口進入，以一定的角度通過測頭端噴向被測件的表面，其中一部分氣體又通過中間體的內孔前端的回流孔口流回，再從中間體內孔後端流向螺紋塞，最後從出氣接頭流向外部的氣電傳感器，由氣電傳感器將壓力信號轉換為電信號，並由數據採集系統進行處理，通過電壓的變化得到氣動傳感器與被側面的距離大小變化。

下面通過下列具體的實施例對本發明提供的氣動傳感器進行詳細介紹。

圖1是本發明所提供的氣動傳感器關鍵部件——中間體的結構示意圖，圖中的φd11、φd12、φd13與圖2中的φd21、φd22的選取緊密相關，也對傳感器的特性有較大影響。φd22與φd11以及φd21與φd12所形成的縫隙取0.6—0.8mm為宜，太小容易產生大的氣阻，大容易造成氣壓的不穩定。圖1中的與進氣口相連的位置處外徑φd13比φd11小，以增大進氣口的穩流空間，有利於測量氣壓的穩定，從而提高傳感器的性能，受此影響，圖1的φd11尺寸在保證方便加工的前提下，儘可能加大，但因受到φd13的限制，推薦φ2.5mm以內，太小會造成輸出壓力小和不穩定，因此，在最終輸出端尺寸加大到φd12；圖1的端部斜角比圖2的端部斜角小5°，便於提高出口氣流的速度，故圖1的端部斜角α1＝20°，圖2的端部斜角α2＝25°；圖1的φd11和φd14的同軸度有一定要求，以確保中間體與套筒的縫隙均勻。圖中：

φd11—中間體1前端的外徑；

φd12—中間體1前端面的外徑；

φd13—中間體1中部形成的環形縫隙處的外徑；

φd14—中間體1與支座3在後端形成的配合處，中間體的外徑；

φd11—中間體1前端通氣孔的內徑；

φd12—中間體1後端通氣孔的內徑；

圖2是本發明所提供的氣動傳感器套筒的結構示意圖，它是連接於中間體和支座之間，圖2中的φd23和圖3的φd31形成一個過渡配合，而φd22與φd13和φd11形成均勻的環流間隙，其縫隙大小k通過圖2中的md11與支座的軸向位移進行調節，一般推薦為k＝0.4-0.6mm，為提高調節精度，md11使用細牙螺紋，調節是通過套筒端面的二個小孔來實現；角α2與β的大小相關，φd21的大小與傳感器的特性有一定的關係，它與斜角β有關，因此，當α2＝25°時，β＝30°，相應的φd21與φd22以及φd21的大小可以確定。圖中：

φd21—套筒2外伸處的外徑；

φd22—套筒2前端面的外徑；

φd23—套筒2與支座3配合處的外徑；

φd21—套筒2前端面的內徑；

φd22—套筒2中間孔的內徑；

md11—套筒2與支座3前端連接處螺紋的外徑；

圖3是本發明所提供的氣動傳感器支座的結構示意圖，它是整個傳感器安裝的基礎，一方面確保部件之間的位置精度，另一方面又要確保可以進行必要的調整。為便於加工、裝配，外形採用圓形結構，二個連接頭垂直布置，分別安裝在md33和md32處的螺紋塞上。φd31和φd32的同軸度有較高的要求，φd31連接套筒的φd23，，φd32連接中間體的φd14，二處均採用過渡配合。md31用來與圖2套筒的md11進行螺紋連接，md32與螺紋塞的md61進行螺紋連接。md31是連接集流罩，並進行軸向位置的調整。圖中：

φd31—支座3安裝外徑；

φd31—支座3與套筒2配合處的內徑；

φd32—支座3與中間體1配合處的內徑；

md31—支座3與套筒2螺紋連接處的內徑；

md32—支座3與螺紋塞6螺紋連接處的內徑；

md33—支座3與連接頭5後端連接處內徑；

md31—支座3與集流罩4螺紋連接處的外徑；

圖4是本發明所提供的氣動傳感器進出口平行布置支座的結構示意圖，它是一個外表面為中心軸對稱結構。該支座的進氣口與出氣口平行布置，氣體從a進入，在b處連接。螺紋塞，再接入出氣口，c口是為了加工時留下的，因此需要螺紋封閉，其它結構與圖3的一致。

圖5是本發明所提供的氣動傳感器的螺紋塞結構示意圖，φd61與φd61之間放置橡膠密封圈，md61與支座螺紋連接，通過端面的兩孔轉動螺紋塞的螺紋，從而壓緊密封圈，並通過壓緊中間體的一端面，實現中間體的軸向固定。在螺紋塞的中部，通過螺紋md61實現螺紋塞與連接頭的連接。圖中：

φd61—螺紋塞6與中間體1後端安裝密封圈的連接處外徑；

φd61—螺紋塞6與中間體1後端連接處通氣孔的內徑；

md61—螺紋塞6與支座3後端連接處外徑；

md61—螺紋塞6與連接頭5後端連接處內徑；

圖6是本發明所提供的氣動傳感器的集流罩結構示意圖，它對傳感器的特性有一定的影響，它與被測面的間隙需要保持一定的範圍，大約在1-3mm的範圍，由此，在安裝時，需要對其進行軸向位置的調整，它是通過md41與圖3的md31螺紋連接並進行軸向調整，而φd41與圖2的φd21組成的環形空間是依據φd21的大小變化而變化，但保持在φd41/φd21之比為2左右比較合適。圖中：

φd41—集流罩4的外徑；

φd41—集流罩4前端的內徑；

md41—集流罩4與支座3前端連接處螺紋的外徑；

圖7是本發明所提供的氣動傳感器的連接接頭結構示意圖，它是安裝在進氣和出氣口，直接接入進氣和出氣管，φd51(圖7中)與圖5的φd61、圖1的φd12相同，並通過md51與螺紋塞md61螺紋連接，底部用密封圈密封，φd51與連接的氣管內徑一致。圖中：

φd51—連接接頭5連接氣管後端最小外徑；

φd51—連接接頭5通氣孔內徑；

md51—連接接頭5與螺紋塞6螺紋連接處外徑；

圖8是本發明所提供的氣動傳感器裝配的結構示意圖，氣流的流動方向由圖中的箭頭所示，在設計和裝配時需要考慮的關鍵問題，首先是中間體1的回流孔的直徑、中間體1與套筒2之間形成的斜向傾斜角α、縫隙k和端面縫隙s的大小，其次是如何確保中間體1與套筒2之間的斜向縫隙k和端面間隙s的大小均勻且可調，以適應傳感器特性的調整，最後是如何提高傳感器的線性範圍和靈敏度。

中間體1的回流孔的直徑φd11、中間體1與套筒2之間形成的斜向傾斜角α、縫隙k和端面縫隙s的大小主要是依據數值仿真和相關實驗得出相對最佳值，這在前面相關的文件中已經說明。

要使得中間體1與套筒2之間的斜向縫隙k和端面間隙s的大小均勻，建立以支座3的中心孔軸線為設計、裝配基準，中間體1、套筒2的中心線以其為參照基準，這就要使得中間體1與支座3是在位置17處進行過渡配合，並通過密封圈進行密封，在位置18處進行中間體1與支座3的軸向定位，該軸向定位是由連接接頭7螺紋連接到螺紋塞6中，再由螺紋塞6在位置19處螺紋連接並通過密封圈壓緊在中間體的端面實現。同樣，套筒2與支座3在16處進行過渡配合，也是使用密封圈密封，這樣可以保證套筒2前端傾斜角內壁9與中間體1前端傾斜角10，以及位置12與位置13的間隙大小均勻。

中間體1與套筒2之間的斜向縫隙k和端面間隙s的大小是通過14處的細牙螺紋進行調整。

為了提高傳感器的線性範圍和靈敏度，需要在結構設計中採取一些措施：一是在靠近進氣口的位置處中間體與套筒的縫隙儘可能大，因此，中間體的外表面要設計為變化緩慢的階梯式；二是中間體的回流出口與螺紋塞及連接接頭的內孔直徑儘可能一致，且比回流口的初始入口直徑大，也就是φd12、φd61和φd51的大小相等；三是集流罩4的端面10與被測面的距離根據實際的被測面不同而進行適當的調整。