一種用于電液伺服閥的電容位移傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種用于電液伺服閥的電容位移傳感器，是一種基于圓柱形電容器原理的位移測(cè)量裝置，用于測(cè)量電液伺服閥閥套的位移，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電液伺服控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、車(chē)輛等工業(yè)領(lǐng)域，極大地提高了這些行業(yè)的自動(dòng)化水平。作為電液伺服系統(tǒng)的核心部件，電液伺服閥主要用于電液伺服系統(tǒng)的位置、速度、加速度和力的控制，既可作為信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，又可用作功率放大元件。因此，電液伺服閥性能的優(yōu)劣直接影響到電液伺服系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性和可靠性等。
[0003]隨著電液伺服、比例控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)液壓伺服控制系統(tǒng)的控制精度提出了更高的要求。閥用位移傳感器成為提升伺服控制精度的主要手段，其作為電液伺服閥的反饋測(cè)量元件，通過(guò)檢測(cè)、反饋可動(dòng)元件的位置實(shí)現(xiàn)閥的閉環(huán)控制，是實(shí)現(xiàn)伺服閥精確控制的重要部分，其性能直接影響伺服閥的整體特性。常用的閥用位移傳感器主要有2種:差動(dòng)變壓器式位移傳感器和電渦流式位移傳感器。差動(dòng)變壓器式位移傳感器量程大、重復(fù)性好，但是其輸出信號(hào)存在非線(xiàn)性，體積較大，且頻響較低，而且鐵芯與閥芯連接，增加了閥的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。電渦流傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于頻響高、分辨力高，但是，它只在一定范圍內(nèi)呈線(xiàn)性關(guān)系，而且對(duì)被測(cè)材料敏感性強(qiáng)，溫度穩(wěn)定性較差。
[0004]目前，應(yīng)用于電液伺服閥的位移傳感器均是針對(duì)閥芯移動(dòng)、閥套固定的伺服閥，主要用于檢測(cè)閥芯的位移。而對(duì)于閥套運(yùn)動(dòng)、閥芯固定的電液伺服閥，通常需要對(duì)閥套的位置進(jìn)行測(cè)量，以形成閉環(huán)控制，閉環(huán)控制性能很大程度上取決于閥套位移檢測(cè)的精度。目前，還沒(méi)有此類(lèi)傳感器的研制和應(yīng)用報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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)提供了一種用于電液伺服閥的電容位移傳感器，其目的是精確測(cè)量電液伺服閥中的閥套的位移。
[0006]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:
[0007]該種用于電液伺服閥的電容位移傳感器，其特征在于:該傳感器包括一個(gè)帶中心孔(3)的柱狀堵頭(13)，該堵頭(13)的前端固接絕緣套筒(1)，在絕緣套筒(1)的內(nèi)表面嵌有感應(yīng)金屬環(huán)(2)，感應(yīng)金屬環(huán)⑵通過(guò)引線(xiàn)孔(18)固定一根信號(hào)引線(xiàn)(4)，信號(hào)引線(xiàn)
(4)通過(guò)柱狀堵頭(13)的中心孔(3)引出至堵頭(13)的后端，堵頭(13)的前端插裝在電液伺服閥閥體(15)上的安裝孔內(nèi)，使絕緣套筒⑴內(nèi)表面上的感應(yīng)金屬環(huán)⑵套裝在電液伺服閥的閥套(16)上，閥套(16)的外表面與感應(yīng)金屬環(huán)(2)的內(nèi)表面之間在徑向存在較小間隙，確保閥套(16)可以無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)，閥套(16)套裝在固定的電液伺服閥的閥芯(17)上，并可在閥芯(17)上滑動(dòng)，堵頭(13)的前端的外表面通過(guò)密封圈(12)與閥體(15)形成密封；
[0008]在堵頭(13)的中心孔(3)內(nèi)安裝一個(gè)密封接頭(5)，信號(hào)引線(xiàn)(4)通過(guò)密封接頭(5)的中心孔向后引出，在密封接頭(5)的后部通過(guò)密封螺母(6)固定，在密封接頭(5)的中心孔內(nèi)嵌裝一個(gè)引線(xiàn)套筒(7)，用于引出并密封信號(hào)引線(xiàn)(4)，在堵頭(13)的后端安裝一個(gè)金屬屏蔽殼(11)，在金屬屏蔽殼(11)內(nèi)安裝信號(hào)處理電路板(10)，信號(hào)引線(xiàn)(4)連接到信號(hào)處理電路板(10)上，信號(hào)處理電路板(10)通過(guò)電路板壓蓋(9)壓緊固定在金屬屏蔽殼(11)中，電路板壓蓋(9)上加工有孔用于引出信號(hào)處理電路板(10)的輸出引線(xiàn)(8)。
[0009]絕緣套筒(1)內(nèi)表面嵌裝的感應(yīng)金屬環(huán)(2)與電液伺服閥的閥套(16)為相同的金屬材料，以使可動(dòng)極板和固定極板的電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等相同。
[0010]絕緣套筒⑴內(nèi)表面嵌裝的感應(yīng)金屬環(huán)⑵的厚度為1?3mm，電液伺服閥的閥套(16)的外表面與感應(yīng)金屬環(huán)(2)的內(nèi)表面之間的間隙為0.1?1_。
[0011]基于可變參數(shù)的圓柱形電容器原理，以閥芯(17)上的閥套(16)作為可動(dòng)極板，以傳感器的感應(yīng)金屬環(huán)(2)為固定極板；閥套(16)嵌套在固定極板中，被感應(yīng)金屬環(huán)(2)覆蓋，二者之間形成圓柱形電容器；閥套(16)運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥套(16)與感應(yīng)金屬環(huán)(2)之間的覆蓋面積將發(fā)生變化，導(dǎo)致二者之間的電容量也隨之變化，由于覆蓋面積與閥套(16)的位移量成正比，而極板間的電容量與覆蓋面積成正比，因而電容量的變化與閥套(16)的位移量成正比；通過(guò)信號(hào)引線(xiàn)(4)將固定極板與信號(hào)處理電路板(10)相連，從而將電容量的變化作為信號(hào)處理電路板(10)的輸入，完成電容量到電量的轉(zhuǎn)化。
[0012]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)件與傳感器的集成設(shè)計(jì)，使傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、應(yīng)用方便，適用于批量生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明所述傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖
[0014]圖2為本發(fā)明所述傳感器的感應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]圖3為本發(fā)明所述傳感器的信號(hào)處理電路板的結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖4為本發(fā)明所述傳感器與電液伺服閥的連接結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0017]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:
[0018]參見(jiàn)附圖1?4所示，該種用于電液伺服閥的電容位移傳感器，其特征在于:該傳感器包括一個(gè)帶中心孔3的柱狀堵頭13，其材料為黃銅，該堵頭13的前端固接絕緣套筒1，絕緣套筒1采用聚四氟乙烯材料制成，在絕緣套筒1的內(nèi)表面嵌有感應(yīng)金屬環(huán)2，感應(yīng)金屬環(huán)2的厚度為1?3_，感應(yīng)金屬環(huán)2通過(guò)引線(xiàn)孔18固定一根信號(hào)引線(xiàn)4，信號(hào)引線(xiàn)4通過(guò)柱狀堵頭13的中心孔3引出至堵頭13的后端，堵頭13的前端插裝在電液伺服閥閥體15上的安裝孔內(nèi)，使絕緣套筒1內(nèi)表面上的感應(yīng)金屬環(huán)2套裝在電液伺服閥的閥套16上，閥套16也為黃銅制成，閥套16的外表面與感應(yīng)金屬環(huán)2的內(nèi)表面之間存在產(chǎn)生感應(yīng)電容信號(hào)的間隙，該間隙為0.1?1mm，該間隙中充滿(mǎn)電液伺服閥內(nèi)的液壓油，液壓油作為感應(yīng)金屬環(huán)2和閥套16構(gòu)成的電容極板間的介質(zhì)，其介電常數(shù)將對(duì)兩者間的電容量大小產(chǎn)生影響，閥套16套裝在固定的電液伺服閥的閥芯17上，并可在閥芯17上滑動(dòng)，堵頭13的前端的外表面通過(guò)密封圈12與閥體15形成密封；
[0019]在堵頭13的中心孔3內(nèi)安裝一個(gè)密封接頭5，信號(hào)引線(xiàn)4通過(guò)密封接頭5的中心孔向后引出，在密封接頭5的后部通過(guò)密封螺母6固定，在密封接頭5的中心孔內(nèi)嵌裝一個(gè)引線(xiàn)套筒7用于引出并密封信號(hào)引線(xiàn)4，在堵頭13的后端安裝一個(gè)金屬屏蔽殼11，其材料為黃銅，在金屬屏蔽殼11內(nèi)安裝信號(hào)處理電路板10，信號(hào)引線(xiàn)4連接到信號(hào)處理電路板10上，信號(hào)處理電路板10通過(guò)電路板壓蓋9壓緊固定，電路板壓蓋9上加工有孔用于引出信號(hào)處理電路板10的輸出引線(xiàn)8。
[0020]信號(hào)處理電路板10的外形為圓形，在邊緣部分進(jìn)行走線(xiàn)開(kāi)窗14，走線(xiàn)開(kāi)窗14與地信號(hào)相連，從而將整個(gè)傳感器的金屬屏蔽殼11接地，以增強(qiáng)信號(hào)屏蔽效果。
[0021]信號(hào)處理電路板10上主要采用基于差動(dòng)電容原理的電容-電壓轉(zhuǎn)換集成電路芯片CAV444，結(jié)合由電阻、電容等電子元器件組成的外圍電路，可將輸入的電容信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，在傳感器的工作過(guò)程中，由閥套16運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電容信號(hào)經(jīng)由信號(hào)引線(xiàn)4輸入到集成電路芯片CAV444的輸入端，由該芯片將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后通過(guò)輸出引線(xiàn)8輸出到上位機(jī)采集系統(tǒng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電液伺服閥的電容位移傳感器，其特征在于:該傳感器包括一個(gè)帶中心孔(3)的柱狀堵頭(13)，該堵頭(13)的前端固接絕緣套筒(1)，在絕緣套筒(1)的內(nèi)表面嵌有感應(yīng)金屬環(huán)(2)，感應(yīng)金屬環(huán)(2)通過(guò)引線(xiàn)孔(18)固定一根信號(hào)引線(xiàn)(4)，信號(hào)引線(xiàn)(4)通過(guò)柱狀堵頭(13)的中心孔(3)引出至堵頭(13)的后端，堵頭(13)的前端插裝在電液伺服閥閥體(15)上的安裝孔內(nèi)，使絕緣套筒⑴內(nèi)表面上的感應(yīng)金屬環(huán)⑵套裝在電液伺服閥的閥套(16)上，閥套(16)的外表面與感應(yīng)金屬環(huán)(2)的內(nèi)表面之間存在產(chǎn)生感應(yīng)電容信號(hào)的間隙，閥套(16)套裝在固定的電液伺服閥的閥芯(17)上，并可在閥芯(17)上滑動(dòng)，堵頭(13)的前端的外表面通過(guò)密封圈(12)與閥體(15)形成密封； 在堵頭(13)的中心孔(3)內(nèi)安裝一個(gè)密封接頭(5)，信號(hào)引線(xiàn)(4)通過(guò)密封接頭(5)的中心孔向后引出，在密封接頭(5)的后部通過(guò)密封螺母(6)固定，在密封接頭(5)的中心孔內(nèi)嵌裝一個(gè)引線(xiàn)套筒(7)用于引出并密封信號(hào)引線(xiàn)(4)，在堵頭(13)的后端安裝一個(gè)金屬屏蔽殼(11)，在金屬屏蔽殼(11)內(nèi)安裝信號(hào)處理電路板(10)，信號(hào)引線(xiàn)⑷連接到信號(hào)處理電路板(10)上，信號(hào)處理電路板(10)通過(guò)電路板壓蓋(9)壓緊固定，電路板壓蓋(9)上加工有孔用于引出信號(hào)處理電路板(10)的輸出引線(xiàn)(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電液伺服閥的電容位移傳感器，其特征在于:絕緣套筒(1)內(nèi)表面嵌裝的感應(yīng)金屬環(huán)⑵與電液伺服閥的閥套(16)為相同的金屬材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電液伺服閥的電容位移傳感器，其特征在于:絕緣套筒(1)內(nèi)表面嵌裝的感應(yīng)金屬環(huán)⑵的厚度為1?3_，電液伺服閥的閥套(16)的外表面與感應(yīng)金屬環(huán)⑵的內(nèi)表面之間的間隙為0.1?1mm。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是一種用于電液伺服閥的電容位移傳感器，可以對(duì)閥芯上的閥套的位移進(jìn)行精密測(cè)量，從而可作為電液伺服閥的反饋環(huán)節(jié)以形成閉環(huán)控制，提高伺服控制的整體性能。本發(fā)明基于變面積型電容傳感器原理，將位移量的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，再通過(guò)信號(hào)處理電路將電容量的變化轉(zhuǎn)化為電量輸出，從而實(shí)現(xiàn)閥套位移的測(cè)量。本發(fā)明采用圓柱形的傳感器結(jié)構(gòu)，以閥套作為傳感器的可動(dòng)極板，以傳感器的感應(yīng)圓環(huán)作為固定極板，兩個(gè)極板之間形成可變參數(shù)的電容器，從而實(shí)現(xiàn)閥套位移的檢測(cè)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)件與傳感器的集成設(shè)計(jì)，體積小、噪聲低、性能穩(wěn)定、使用方便、安全可靠，可以直接應(yīng)用于現(xiàn)有的電液伺服閥，而無(wú)需改變其外形尺寸，也不影響其各項(xiàng)功能。
【IPC分類(lèi)】G01B7/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105352422
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510791664
【發(fā)明人】畢超, 鄭會(huì)龍, 徐昌語(yǔ), 郭霞, 趙世遷, 李昆
【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
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日