專(zhuān)利名稱(chēng)：一種溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高溫變溫度場(chǎng)中，測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體之間的非熱膨脹機(jī)械微位移變形(Δ δ較為困難，因?yàn)樵谙鄬?duì)微運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中準(zhǔn)確得到變溫度場(chǎng)中的熱變形量△ δ ^ttsi非常困難。其中Δ δ機(jī)械變形=Δ δ總-Δ δ熱變形測(cè)量原理如圖1所示。該種測(cè)量的具體如下航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣與軸承座之間的變形的測(cè)量就在這樣的變溫度場(chǎng)中，機(jī)匣位置的溫度為-40 100度，而軸承座位置的溫度為-40 600度左右，而且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作狀態(tài)該溫度變化較大。想測(cè)量機(jī)匣與軸承座之間的機(jī)械變形量，就必需消除掉溫度場(chǎng)變形。目前還適合上述測(cè)量要求的自補(bǔ)償測(cè)量傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，該傳感器基于電容測(cè)量原理進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，得出熱變形量的平均積分溫度值，通過(guò)該數(shù)據(jù)計(jì)算出全長(zhǎng)上的熱溫度變形量，從而實(shí)現(xiàn)自溫度補(bǔ)償。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的該種溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，其特征在于該傳感器包括一個(gè)冷端安裝結(jié)構(gòu)件和一個(gè)熱端安裝結(jié)構(gòu)件，在冷端安裝結(jié)構(gòu)件的端面上安裝筒狀的中間感應(yīng)體和內(nèi)感應(yīng)體，內(nèi)感應(yīng)體的直徑小于中間感應(yīng)體的直徑并套裝在中間感應(yīng)體內(nèi)，兩者的中軸線(xiàn)重合，內(nèi)感應(yīng)體的長(zhǎng)度Ll小于中間感應(yīng)體的長(zhǎng)度L2，0. lmm^L2-Ll ^ 1. 5mm，中間感應(yīng)體和內(nèi)感應(yīng)體采用相同的熱膨脹穩(wěn)定材料制成；內(nèi)感應(yīng)體的伸出端面的外側(cè)圓面上鋪貼高介電常數(shù)絕緣體，絕緣體的厚度為0. OOOlmm-O. 001mm，絕緣體的外側(cè)面上再鋪貼圓電容感應(yīng)電極板，在中間感應(yīng)體的伸出端面的內(nèi)、外兩側(cè)圓面上也鋪貼高介電常數(shù)絕緣體，并在絕緣體的兩個(gè)外側(cè)面上同樣鋪貼圓電容感應(yīng)電極板，與中間感應(yīng)體伸出端面的外側(cè)圓面上的圓電容感應(yīng)電極板相對(duì)的熱端安裝結(jié)構(gòu)件的端面上，也鋪貼一個(gè)圓電容感應(yīng)電極板，該圓電容感應(yīng)電極板與熱端安裝結(jié)構(gòu)件的端面之間也夾裝有絕緣體，該圓電容感應(yīng)電極板與冷端安裝結(jié)構(gòu)件的端面之間的距離為 L3,0. Imm ^ L3-L2 ^ 1. 5mm ；在中間感應(yīng)體和內(nèi)感應(yīng)體的中軸線(xiàn)位置處加工有用于安裝引線(xiàn)管的孔，引線(xiàn)管內(nèi)通過(guò)測(cè)量引線(xiàn)并從冷端安裝結(jié)構(gòu)件引出，在中間感應(yīng)體和內(nèi)感應(yīng)體的外圍安裝有起支撐和限制移動(dòng)的保護(hù)殼體，保護(hù)殼體的兩端分別固定在冷端安裝結(jié)構(gòu)件和一個(gè)熱端安裝結(jié)構(gòu)件的端面上。中間感應(yīng)體和內(nèi)感應(yīng)體的制造材料為熱膨脹穩(wěn)定的高溫合金材料及陶瓷材料，熱膨脹系數(shù)選擇范圍為α = 0. 8-12. 5X1(T6,C。其中，高溫合金材料優(yōu)選4J18、4J28、4J78、4J80、4J58、4J82 材料。上述結(jié)構(gòu)中，內(nèi)感應(yīng)體伸出端面的外側(cè)圓面上的圓電容感應(yīng)電極板與中間感應(yīng)體伸出端面的內(nèi)側(cè)圓面上的圓電容感應(yīng)電極板之間形成電容Cl，中間感應(yīng)體伸出端面的外側(cè)圓面上的圓電容感應(yīng)電極板與熱端安裝結(jié)構(gòu)件端面上的圓電容感應(yīng)電極板之間形成電容C2。將內(nèi)感應(yīng)體與中間感應(yīng)體的長(zhǎng)度近似是為了使兩者因溫度環(huán)境膨脹條件盡可能一致。這樣其因溫度環(huán)境變化而造成的變形量差值可以根據(jù)Cl的測(cè)量而得到。中間感應(yīng)體右端之間的距離可以通過(guò)C2來(lái)測(cè)量得到。這個(gè)距離是包含溫度環(huán)境變形及結(jié)構(gòu)機(jī)械微位移變形在內(nèi)的總變形量。


圖1為在高溫變溫度場(chǎng)中物體變形量測(cè)量的原理示意2為本發(fā)明傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意3為圖1中局部放大的結(jié)構(gòu)示意4為圖3中A向的剖視圖
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述參見(jiàn)附圖2 4所示，以機(jī)匣為例，該種溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，其特征在于該傳感器包括一個(gè)冷端安裝結(jié)構(gòu)件1和一個(gè)熱端安裝結(jié)構(gòu)件2，在冷端安裝結(jié)構(gòu)件1的端面上安裝筒狀的中間感應(yīng)體3和內(nèi)感應(yīng)體4，內(nèi)感應(yīng)體4的直徑小于中間感應(yīng)體3的直徑并套裝在中間感應(yīng)體3內(nèi)，兩者的中軸線(xiàn)重合，內(nèi)感應(yīng)體4的長(zhǎng)度Ll小于中間感應(yīng)體3的長(zhǎng)度L2，0. Imm彡L2-L1彡1. 5mm，中間感應(yīng)體3和內(nèi)感應(yīng)體4采用相同的熱膨脹穩(wěn)定材料制成；內(nèi)感應(yīng)體4的伸出端面的外側(cè)圓面上鋪貼高介電常數(shù)絕緣體5，絕緣體5的厚度為0. OOOlmm-O. OOlmm,絕緣體5的外側(cè)面上再鋪貼圓電容感應(yīng)電極板6，在中間感應(yīng)體3的伸出端面的內(nèi)、外兩側(cè)圓面上也鋪貼高介電常數(shù)絕緣體5，并在絕緣體5的兩個(gè)外側(cè)面上同樣鋪貼圓電容感應(yīng)電極板6，與中間感應(yīng)體3伸出端面的外側(cè)圓面上的圓電容感應(yīng)電極板6相對(duì)的熱端安裝結(jié)構(gòu)件2的端面上，也鋪貼一個(gè)圓電容感應(yīng)電極板6，該圓電容感應(yīng)電極板6與熱端安裝結(jié)構(gòu)件2的端面之間也夾裝有絕緣體5，該絕緣體5安裝在一個(gè)安裝座10上，安裝座10座落在熱端安裝結(jié)構(gòu)件2的端面上，該圓電容感應(yīng)電極板6與冷端安裝結(jié)構(gòu)件1的端面之間的距離為L(zhǎng)3,0. Imm彡L3-L2 ^ 1. 5mm ；在中間感應(yīng)體3和內(nèi)感應(yīng)體4的中軸線(xiàn)位置處加工有用于安裝引線(xiàn)管7的孔，引線(xiàn)管7內(nèi)通過(guò)測(cè)量引線(xiàn)9并從冷端安裝結(jié)構(gòu)件1引出，在中間感應(yīng)體3和內(nèi)感應(yīng)體4的外圍安裝有起支撐和限制移動(dòng)的保護(hù)殼體8，保護(hù)殼體8的兩端分別固定在冷端安裝結(jié)構(gòu)件1和一個(gè)熱端安裝結(jié)構(gòu)件2的端面上。中間感應(yīng)體3和內(nèi)感應(yīng)體4的制造材料為熱膨脹穩(wěn)定的高溫合金材料及陶瓷材料，熱膨脹系數(shù)選擇范圍為α = 0. 8-12. 5 X 1(T6/°C。高溫合金材料優(yōu)選4J18、4J28、4J78、4J80、4J58、4J82 材料。中間感應(yīng)體3采用4J18材料，內(nèi)感應(yīng)體4采用4^8材料時(shí)，熱膨脹系數(shù)分別為9. 2 X 10-6/oC，12. 5 X 10_6/°C，這兩種材料在工作溫度范圍內(nèi)，該系數(shù)穩(wěn)定，選取陶瓷片表面真空鍍鎳作為圓電容感應(yīng)電極板6，并將其按設(shè)計(jì)圖紙安裝在端面結(jié)構(gòu)上，引線(xiàn)9采用耐高溫引線(xiàn)壓裝取信號(hào)方式，外層用石棉套管保護(hù)并輸出傳感器?？蓪?shí)現(xiàn)在-40°C -600°C溫度范圍內(nèi)的自補(bǔ)償微位移測(cè)量。本發(fā)明傳感器的在工作過(guò)程中的運(yùn)算原理為運(yùn)算過(guò)程中涉及的參數(shù)為C1:內(nèi)電容C2:外電容L1:內(nèi)感應(yīng)體長(zhǎng)度L2:中間感應(yīng)體長(zhǎng)度L3 內(nèi)外總距離，即冷端安裝結(jié)構(gòu)件的端面到熱端安裝結(jié)構(gòu)件上圓電容感應(yīng)電極板之間的距離L1'內(nèi)感應(yīng)體長(zhǎng)度變化量L2'中間感應(yīng)體長(zhǎng)度變化量L3'內(nèi)外總距離變化量La:結(jié)構(gòu)機(jī)械微位移K1 內(nèi)感應(yīng)體材料熱膨脹系數(shù)
K2 中間感應(yīng)體材料熱膨脹系數(shù)ε (t)介電常數(shù)溫度函數(shù)，盡可能選取熱膨脹穩(wěn)定材料，該函數(shù)接近于常數(shù)，否則需將該常數(shù)建數(shù)據(jù)庫(kù)，待用。S1 內(nèi)電極板面積S2:外電極板面積t 溫度變量Σ t 加權(quán)溫度運(yùn)算過(guò)程為AL1 = L2-L1 = L2, -L1,AL2 = L3-L2 = L2 ‘ +La C C1 =
AL1AL, L L
K、dtdl
K^dtdl
權(quán)利要求
1.一種溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，其特征在于該傳感器包括一個(gè)冷端安裝結(jié)構(gòu)件(1)和一個(gè)熱端安裝結(jié)構(gòu)件O)，在冷端安裝結(jié)構(gòu)件(1)的端面上安裝筒狀的中間感應(yīng)體(3)和內(nèi)感應(yīng)體G)，內(nèi)感應(yīng)體⑷的直徑小于中間感應(yīng)體⑶的直徑并套裝在中間感應(yīng)體(3)內(nèi)，兩者的中軸線(xiàn)重合，內(nèi)感應(yīng)體的長(zhǎng)度Ll小于中間感應(yīng)體(3)的長(zhǎng)度L2，0. Imm彡L2-L1彡1. 5mm，中間感應(yīng)體⑶和內(nèi)感應(yīng)體⑷采用相同的熱膨脹穩(wěn)定材料制成；內(nèi)感應(yīng)體的伸出端面的外側(cè)圓面上鋪貼高介電常數(shù)絕緣體(5)，絕緣體(5)的厚度為0. OOOlmm-O. 001mm，絕緣體(5)的外側(cè)面上再鋪貼圓電容感應(yīng)電極板(6)，在中間感應(yīng)體(3)的伸出端面的內(nèi)、外兩側(cè)圓面上也鋪貼高介電常數(shù)絕緣體(5)，并在絕緣體(5)的兩個(gè)外側(cè)面上同樣鋪貼圓電容感應(yīng)電極板(6)，與中間感應(yīng)體C3)伸出端面的外側(cè)圓面上的圓電容感應(yīng)電極板(6)相對(duì)的熱端安裝結(jié)構(gòu)件O)的端面上，也鋪貼一個(gè)圓電容感應(yīng)電極板(6)，該圓電容感應(yīng)電極板(6)與熱端安裝結(jié)構(gòu)件O)的端面之間也夾裝有絕緣體(5)，該圓電容感應(yīng)電極板(6)與冷端安裝結(jié)構(gòu)件(1)的端面之間的距離為L(zhǎng)3，0. Imm ^ L3-L2 ^ 1. 5mm ；在中間感應(yīng)體(3)和內(nèi)感應(yīng)體的中軸線(xiàn)位置處加工有用于安裝引線(xiàn)管(7)的孔，引線(xiàn)管⑵內(nèi)通過(guò)測(cè)量引線(xiàn)(9)并從冷端安裝結(jié)構(gòu)件⑴引出，在中間感應(yīng)體(3)和內(nèi)感應(yīng)體(4)的外圍安裝有起支撐和限制移動(dòng)的保護(hù)殼體(8)，保護(hù)殼體(8)的兩端分別固定在冷端安裝結(jié)構(gòu)件(1)和一個(gè)熱端安裝結(jié)構(gòu)件O)的端面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，其特征在于中間感應(yīng)體(3)和內(nèi)感應(yīng)體的制造材料為熱膨脹穩(wěn)定的高溫合金材料及陶瓷材料，熱膨脹系數(shù)選擇范圍為α = 0. 8-12. 5X1(T6/°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，其特征在于高溫合金材料優(yōu)選 4J18、4J28、4J78、4J80、4J58、4J82 材料。
全文摘要
本發(fā)明是一種溫度變形自補(bǔ)償微位移傳感器，它利用不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，使其置于同一溫度場(chǎng)中，根據(jù)測(cè)量其中因熱膨脹變化尺寸不同帶來(lái)的位移(通過(guò)電容測(cè)位移原理)，來(lái)評(píng)估溫度變形補(bǔ)償值。從而能夠?qū)崿F(xiàn)溫度變形自補(bǔ)償微位移測(cè)量。本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是1.可以較準(zhǔn)確測(cè)量高溫變溫度環(huán)境下的機(jī)械微位移；2.可以根據(jù)不同工作環(huán)境選取不同材料，設(shè)計(jì)不同尺寸；3.可靠性、體積、均較好。
文檔編號(hào)G01B7/02GK102384714SQ201110346250
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者張譚, 趙世遷, 鄭會(huì)龍 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空精密機(jī)械研究所