微定位間隙傳感器組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微定位間隙傳感器組件，其包括結(jié)構(gòu)殼體和固定連接并形成防止流體進入的屏障的撓性隔膜。所述結(jié)構(gòu)殼體包括與述撓性隔膜垂直連接的軸、具有一個或多個支柱的第一保持件、第二保持件和平行板間隙傳感器。所述平行板間隙傳感器包括非接觸感測板和目標板，所述非接觸感測板偏壓在第一保持件的限定所述非接觸感測板的平面的一部分上并且從第二保持件接收第一保持件的反向偏壓力，所述目標板由導(dǎo)電的順磁性材料構(gòu)成。所述平行板間隙傳感器構(gòu)造成使得所述目標板或所述非接觸感測板之一的位移改變所述目標板與所述非接觸感測板之間的距離。
【專利說明】
微定位間隙傳感器組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微定位間隙傳感器組件，更具體地，涉及一種通過目標板或非接觸感測板的位移而改變目標板與非接觸感測板之間的距離的微定位間隙傳感器組件。
【背景技術(shù)】
[0002]由于永遠存在對現(xiàn)代科技小型化的追求，工程師面對的一項巨大挑戰(zhàn)是研發(fā)出尺寸非常小的、能夠時常在嚴酷環(huán)境中以高精度可靠運行的裝置。這些裝置需要配備小型運動部件，例如，傳動裝置、位置檢測器、震動檢測器、流動傳感器或者針對具有亞毫米級或甚至亞微米級位移的小表面缺陷的檢測器。然而，這些部件難以裝配到在這種級別下可靠測量如此小的位移的傳感系統(tǒng)中。此外，還特別難以裝配到在整個位移范圍內(nèi)表現(xiàn)出很高信噪比的傳感系統(tǒng)中。流動傳感器和測量流體的其他裝置還提出以下額外的工程挑戰(zhàn):防止傳感器以及相關(guān)電路暴露于潛在腐蝕性流體中；因此，在任何傳感器與流體媒質(zhì)之間必須具有例如非滲透膜等物理屏障。
[0003]另外，流動傳感器可以連接在流動控制閥上。在這種應(yīng)用中，流動傳感器可以用于控制經(jīng)過流動控制閥的流體流動。一種熟知類型的流動控制是質(zhì)量流量控制。在質(zhì)量流量控制時，流動傳感器測量經(jīng)過流道的流體的質(zhì)量流量，然后調(diào)節(jié)流道上的相關(guān)流動控制閥，使被測量的質(zhì)量流量趨向于設(shè)定點。因此，在質(zhì)量流量控制時，經(jīng)過系統(tǒng)的流體的質(zhì)量流量被連續(xù)測量，并且用于調(diào)節(jié)流動控制閥，由此調(diào)節(jié)質(zhì)量流量。應(yīng)當理解，質(zhì)量流量控制可能會高于或低于質(zhì)量流量的設(shè)定點。為了使高于或低于設(shè)定點的幅度最小，質(zhì)量流量控制系統(tǒng)通常構(gòu)造成緩慢和/或遞增地調(diào)節(jié)流動控制閥的位置。因此，質(zhì)量流量控制系統(tǒng)的一項缺陷在于，其對系統(tǒng)的被測量的質(zhì)量流量的突然變化反應(yīng)通常很慢。在需要流量幾乎瞬間變化的情況下，質(zhì)量流量控制系統(tǒng)可能缺乏足夠的反應(yīng)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述挑戰(zhàn)，公開了一種微定位間隙傳感器組件。所公開的微定位間隙傳感器組件可以包括結(jié)構(gòu)殼體和撓性隔膜，所述撓性隔膜固定連接在所述結(jié)構(gòu)殼體的第一端，從而形成防止流體進入所述結(jié)構(gòu)殼體的屏障。所述微定位間隙傳感器組件的結(jié)構(gòu)殼體可以包括與所述撓性隔膜垂直連接的軸、第一保持件、第二保持件和位于第一保持件與第二保持件之間的平行板間隙傳感器。所述平行板間隙傳感器可以包括非接觸感測板和目標板，所述非接觸感測板的第一面偏壓在第一保持件的限定非接觸感測板的平面的一部分上并且第二面偏壓在第二保持件上，所述目標板由導(dǎo)電材料構(gòu)成，其中所述目標板構(gòu)造成使得所述目標板的平面平行于所述非接觸感測板的平面。所述平行板間隙傳感器可以構(gòu)造成使得所述軸的移動引起的所述目標板或所述非接觸感測板中的一者的位移改變所述目標板與所述非接觸感測板之間的距離。
[0005]在本公開的第一方面中，微定位間隙傳感器組件可以配備有與撓性隔膜垂直連接的軸、具有一個或多個支柱的第一保持件、第二保持件和位于第一保持件與第二保持件之間的平行板間隙傳感器。非接觸感測板的頂面可以偏壓在第一保持件的一個或多個朝下的支柱上。非接觸感測板的底面可以偏壓在第二保持件上。目標板可以與軸固定連接，使得目標板的平面平行于非接觸感測板的平面，并且軸的很小位移可以改變目標板與所述非接觸感測板之間的距離。印刷電路板可以與非接觸感測板連接并且構(gòu)造成輸出指示非接觸感測板與目標板之間的距離的信號。
[0006]在本公開的第一方面中，非接觸感測板可以包括位于高強度合金或陶瓷板內(nèi)的一個或多個感測傳感區(qū)。此外，目標板可以類似地配備有與高強度合金或陶瓷板接合的導(dǎo)電材料，從而降低由于在微定位間隙傳感器組件的裝配和操作過程中所施加的壓縮力而引起的非接觸感測板和目標板塑性變形的可能性。
[0007]在本公開的第二方面中，公開了微定位間隙傳感器組件的可選構(gòu)造。在第二方面中，結(jié)構(gòu)殼體、撓性隔膜和軸被定向成使得軸垂直地居于結(jié)構(gòu)殼體內(nèi)的中心。然而，與第一方面不同的是，第一保持件可以配備有在目標板周圍向上延伸以偏壓在非接觸感測板上的一個或多個支柱。目標板可以與軸固定連接并且可以包括使目標板的導(dǎo)電順磁區(qū)與軸電絕緣的套件。與第一方面相同的是，印刷電路板可以與非接觸感測板物理連接且電連接。然后，第二保持件可以位于非接觸感測板與波形壓縮彈簧環(huán)之間。在本方面中，可以通過與結(jié)構(gòu)殼體螺紋連接的蓋子來壓縮波形壓縮彈簧環(huán)。止動保持件可以與軸固定連接。
[0008]在本公開的第三方面中，微定位間隙傳感器組件可以與原動機或驅(qū)動器以及流動控制閥連接。原動機殼體可以與微定位間隙傳感器組件連接，并且收容原動機或驅(qū)動器元件、軸承、驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件、第二保持件以及可選的原動機殼體的鎖定彈簧。微定位間隙傳感器組件可以構(gòu)造成使得軸承使原動機或驅(qū)動器元件與驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件機械連接。驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件可以與微定位間隙傳感器組件的軸連接。
[0009]微定位間隙傳感器組件的結(jié)構(gòu)殼體可以包括上主體部和下主體部。當進行裝配以制定目標板與非接觸感測板之間的間隙時，結(jié)構(gòu)殼體可以包括位于上主體部與下主體部之間的間隙調(diào)節(jié)墊片。此外，目標板可以連接在上主體部的下側(cè)。上主體部可以安裝到下主體部中并在第一保持件上施加向下的壓縮力。第一保持件的一部分可以偏壓在非接觸感測板的第一面上。非接觸感測板可以構(gòu)造成使得非接觸感測板的平面平行于目標板的平面，并且軸的位移可以使非接觸感測板移動，從而改變目標板與非接觸感測板之間的距離。另外，向上的偏壓力從第二保持件經(jīng)由驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件和軸傳遞至非接觸感測板。如上文所述，非接觸感測板可以與印刷電路板物理連接和/或電連接。
[0010]在一些方面中，所公開的微定位間隙傳感器組件可以與流動控制閥連接。當這樣連接時，所公開的微定位間隙傳感器組件可以提供如下優(yōu)點:對流動控制閥的位置產(chǎn)生精確并熱穩(wěn)定的指示。這種構(gòu)造還提供直接測量閥門位置的優(yōu)點。因此，如果需要，在不使用依賴于反饋控制以趨向設(shè)定點的流動控制技術(shù)(例如，質(zhì)量流量控制)的情況下，微定位間隙傳感器組件可以用于控制計算出的流量。此外，所公開的微定位間隙傳感器組件可以用于幾乎瞬時控制流量的變化。通過以下方式實現(xiàn)控制的流量:計算在流道中在當前測得的壓力下要求的閥門的打開位置，以獲得所需的流量，然后控制閥門移動至計算出的閥門位置，同時通過本文所述的精確的微定位間隙傳感器組件確認閥門位置。這種直接控制可以用于在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生幾乎瞬時的流體流量的變化。
[0011]
【發(fā)明內(nèi)容】
部分用于以簡化的形式介紹在下面詳細描述部分中進一步說明的發(fā)明構(gòu)思的選擇。
【發(fā)明內(nèi)容】
部分不意圖用于確定所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不意圖用于限制所要求保護主題的范圍。此外，所要求保護主題不限于能夠解決本公開任何部分中所述的任何或全部缺陷的實施方式。
【附圖說明】
[0012]圖1示出根據(jù)本公開第一實施例的微定位間隙傳感器組件的立體分解圖。
[0013]圖2示出圖1所示的微定位間隙傳感器組件的截面圖。
[0014]圖3示出根據(jù)本公開第二實施例的微定位間隙傳感器組件的截面圖。
[0015]圖4示出根據(jù)本公開第三實施例的微定位間隙傳感器組件的截面圖。
[0016]圖5示出圖4所示的微定位間隙傳感器組件的立體分解圖。
[0017]圖6示出根據(jù)本公開第四實施例的微定位間隙傳感器組件的截面圖。
[0018]圖7示出圖6所示的微定位間隙傳感器組件的立體分解圖。
【具體實施方式】
[0019]本文公開了一種微定位間隙傳感器組件，圖1和圖2示出了第一實施例的微定位間隙傳感器組件100，圖3示出了第二實施例的微定位間隙傳感器組件。轉(zhuǎn)到第一實施例，圖1和圖2所示的微定位間隙傳感器組件100包括具有撓性隔膜104的結(jié)構(gòu)殼體102，該撓性隔膜固定連接在結(jié)構(gòu)殼體102的第一端。
[0020]結(jié)構(gòu)殼體102可以構(gòu)造成容納微定位間隙傳感器組件100的內(nèi)部部件。結(jié)構(gòu)殼體102可以構(gòu)造成維持內(nèi)部部件隔離而不會暴露于流體或其他基本因素。微定位間隙傳感器組件100的一端可以包括用于使內(nèi)部部件與非系統(tǒng)環(huán)境因素隔離的蓋子。此外，結(jié)構(gòu)殼體102可以由不銹鋼合金或其他適當?shù)牟牧蠘?gòu)成。
[0021]結(jié)構(gòu)殼體102和撓性隔膜104可以共同形成防止流體進入結(jié)構(gòu)殼體的屏障。在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)，微定位間隙傳感器組件100包括與撓性隔膜104垂直連接的軸106、具有一個或多個支柱109的第一保持件108、第二保持件110和位于第一保持件108與第二保持件110之間的平行板間隙傳感器113。平行板間隙傳感器113可以包括非接觸感測板112和目標板114，非接觸感測板112的第一面偏壓在第一保持件108的限定非接觸感測板112的平面的一個或多個支柱上，非接觸感測板112的第二面偏壓在第二保持件110上。目標板114可以由導(dǎo)電材料構(gòu)成并且可以與軸106固定連接，使得目標板114的平面與非接觸感測板112的平面平行。平行板間隙傳感器還包括與非接觸感測板112連接的印刷電路板116。印刷電路板116可以構(gòu)造成輸出指示非接觸感測板112與目標板114之間的距離的信號。
[0022]平行板間隙傳感器的構(gòu)造可以使得軸106在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)的很小位移能夠改變目標板114與非接觸感測板112之間的距離。然后，印刷電路板116可以輸出指示距離變化的信號。因此，微定位間隙傳感器組件100的構(gòu)造的優(yōu)點在于:可以提供亞毫米級的高分辨率測量，同時避免傳感部件暴露于流體和/或?qū)Ρ粶y流體系統(tǒng)的流動特性產(chǎn)生不利影響。此夕卜，微定位間隙傳感器組件100的構(gòu)造可以適合于很多應(yīng)用，包括但不限于閥門位置指示、流體流動感測、振動感測、原動機性能或機械缺陷檢測。
[0023]圖2示出微定位間隙傳感器組件100的截面圖。撓性隔膜104可以呈圓形并且可以連接在結(jié)構(gòu)殼體的整個圓周周圍，從而形成流體密閉性密封。因此，撓性隔膜104和結(jié)構(gòu)殼體102可以共同形成防止流體進入結(jié)構(gòu)殼體的屏障。撓性隔膜104可以與結(jié)構(gòu)殼體102分開形成，然后焊接或以其他方式固定在適當位置。在其他實施例中，撓性隔膜104和結(jié)構(gòu)殼體102可以例如通過機械加工等方式形成一個整體單元。撓性隔膜104可以由撓性合金或其他適當材料形成。在一個實施例中，撓性隔膜104可以具有小于0.100毫米的最大位移并且提供約0.010毫米的可分辨位移。
[0024]返回圖1，如上文所述，微定位間隙傳感器組件100的內(nèi)部部件可以包括軸106、具有一個或多個支柱的第一保持件108、第二保持件110和位于第一保持件108與第二保持件110之間的平行板間隙傳感器113。平行板間隙傳感器113可以包括非接觸感測板112、目標板114和與非接觸感測板112連接的印刷電路板116。
[0025]軸106可以與撓性隔膜垂直連接。軸106可以延伸穿過印刷電路板116和非接觸感測板112的中心孔。目標板114可以與軸106固定連接。軸106可以由熱膨脹系數(shù)與結(jié)構(gòu)殼體102的材料相匹配的金屬合金構(gòu)成。在一些實施例中，軸106可以帶有螺紋，使得目標板114能夠通過旋擰該目標板而安裝在適當位置。應(yīng)當理解的是，盡管軸106可以延伸穿過非接觸感測板112和印刷電路板116內(nèi)的中心孔，但是非接觸感測板112和印刷電路板116沒有與軸106固定連接。這種構(gòu)造使得軸106以及固定連接的目標板114的位移能夠改變目標板114與非接觸感測板112之間的距離。軸106位移的原因可能在于微定位間隙傳感器組件100適用的特定應(yīng)用。
[0026]在第一非限制性例子中，軸106可以與原動機(未示出)連接，例如在螺線管驅(qū)動或壓電驅(qū)動的閥門中使用的諸如螺線管、壓電驅(qū)動器或微步進馬達等。在這種特定應(yīng)用中，閥門的原動機的驅(qū)動將導(dǎo)致軸106的位移。由此帶來的目標板114與非接觸感測板112之間距離的變化可以被非接觸感測板112內(nèi)的一個或多個感測區(qū)所檢測。然后，印刷電路板116可以向閥門的控制系統(tǒng)輸出指示距離變化的信號。
[0027]在第二非限制性例子中，微定位間隙傳感器組件100可以應(yīng)用于流動感測電路。在該例子中，微定位間隙傳感器組件100可以定向成使得撓性隔膜104朝向流體流動電路的流體或“濕”側(cè)。流體流動電路內(nèi)的流體的流動和/或流體的壓力瞬變可以導(dǎo)致?lián)闲愿裟?04的變形。因為軸106與撓性隔膜104垂直連接，所以這些變形將引起軸106在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)的位移。由印刷電路板116提供的信號指示目標板114與非接觸感測板112之間的距離變化。
[0028]其他實施例可以包括將軸106連接到機械探頭，該機械探頭用于在微米型應(yīng)用中檢測微表面缺陷或者用于振動檢測器。可以理解的是，微定位間隙傳感器組件100的構(gòu)造可以維持內(nèi)部部件與微定位間隙傳感器組件100適用的系統(tǒng)隔離。因此，這種構(gòu)造適用于高分辨率的亞毫米/亞微米測量并且產(chǎn)生指示這些測量的低噪音的精確信號。
[0029]返回圖1，非接觸感測板112可以構(gòu)造成偏壓在第一保持件108的一個或多個支柱上。第一保持件108可以由支柱墊圈構(gòu)成，該支柱墊圈包括構(gòu)造成偏壓在非接觸感測板112上的三個以上的支柱。第一保持件108還可以配備有鍵形突片。第一保持件108的鍵形突片可以構(gòu)造成與結(jié)構(gòu)殼體102的內(nèi)壁上的狹槽配合并且在微定位間隙傳感器組件100的裝配過程中承受施加在第一保持件上的旋轉(zhuǎn)扭矩?？梢岳斫獾氖?，第一保持件108可以由支柱墊圈構(gòu)成?？蛇x擇地，支柱墊圈可以具有少于三個支柱，或者可以提供偏壓在非接觸感測板112上的其他適當?shù)谋３纸Y(jié)構(gòu)。第一保持件108可以通過增加一個或多個調(diào)節(jié)墊片118而在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)對齊。調(diào)節(jié)墊片118構(gòu)造成在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)與第一保持件108對齊。在裝配過程中可以根據(jù)需要增加一個或多個調(diào)節(jié)墊片118，從而保證第一保持件108適當定向，使得第一保持件108的一個或多個支柱可以在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)限定非接觸感測板112的平面?？梢岳斫獾氖?，第一保持件108可以限定非接觸感測板112的平面，使得該平面平行于結(jié)構(gòu)殼體102的底部。墊片118用于通過插入一個或多個適宜厚度的墊片118將間隙調(diào)節(jié)到所需距離的方式而將間隙調(diào)節(jié)到所需水平。
[0030]非接觸感測板112還可以是非接觸感測板112的第二面偏壓在第二保持件110上。可以理解的是，第一保持件108和第二保持件110偏壓非接觸感測板112的相對面，從而防止非接觸感測板在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)移動。第二保持件110可以包括波形墊圈，該波形墊圈可以具有例如三個以上的波峰，每一個波峰都構(gòu)造成偏壓在非接觸感測板上。作為選擇，可以使用其他數(shù)量的波峰。可以理解的是，第二保持件110還可以包括具有少于三個波峰的波形墊圈或者構(gòu)造成偏壓在非接觸感測板112上的任何其他適當?shù)谋３旨?。波形壓縮彈簧環(huán)120可以構(gòu)造成偏壓在第二保持件110和結(jié)構(gòu)殼體102上。
[0031]軸106、第一保持件108和第二保持件110可以由熱膨脹系數(shù)與結(jié)構(gòu)殼體102所含材料類似的順磁性材料構(gòu)成。因此，第一保持件108和第二保持件110可以維持平面定向，防止非接觸感測板112在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)垂直移動，并且可以防止由于微定位間隙傳感器組件100的熱膨脹或收縮而引起的目標板114與非接觸感測板112之間的距離變化。
[0032]非接觸感測板112可以包括位于非接觸感測板112內(nèi)的一個或多個感測區(qū)。每個感測區(qū)都可以包括作為電容操作的傳感線圈、磁場感測、渦流或者構(gòu)造成感測非接觸感測板112與目標板114之間的距離的任何其他適當?shù)膫鞲衅?。每個感測區(qū)都可以與印刷電路板116電連接。在一些實施例中，非接觸感測板可以包括位于高強度合金或陶瓷板內(nèi)的一個或多個感測傳感區(qū)。在這些實施例中，非接觸感測板可以承受由于在微定位間隙傳感器組件的裝配和操作過程中所施加的壓縮力而引起的塑性變形。
[0033]目標板114可以由導(dǎo)電的順磁性材料構(gòu)成并且固定連接在軸106上，無論是否具有與其接合的高強度支撐部件。目標板114可以定向成使得目標板114的平面與非接觸感測板112的平面平行。此外，目標板114可以定向成使得在目標板114與非接觸感測板112之間維持較小距離或間隙(由圖2和圖3中的虛線和箭頭指出)。這種構(gòu)造使得軸106在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)的任何位移都能夠改變目標板114與非接觸感測板112之間的距離。這種距離變化可以被非接觸感測板112內(nèi)的感測區(qū)所檢測。
[0034]目標板114可以構(gòu)造成通過螺紋、粘合或者任何其他適當?shù)墓潭ㄟB接方式固定連接到軸106上。此外，目標板114可以包括用于使目標板114的導(dǎo)電材料與軸106電絕緣的非導(dǎo)電套件115。非導(dǎo)電套件115可以由陶瓷、硬化工具鋼或者材料硬度大于目標板114的導(dǎo)電材料的任何其他適當?shù)姆菍?dǎo)電材料構(gòu)成。目標板114的導(dǎo)電材料可以通過壓力配合、焊接、釬焊或者任何其他適當?shù)慕雍瞎に嚩c非導(dǎo)電套件115接合。目標板114可以進一步構(gòu)造成提供使第一保持件108的一個或多個支柱穿過或圍繞目標板114并且通向非接觸感測板112的通道，如圖1所示。
[0035]在一些實施例中，目標板114可以與高強度合金或陶瓷板接合，以降低由于在微定位間隙傳感器組件的裝配和操作過程中所施加的壓縮力而引起塑性變形的可能性。
[0036]印刷電路板116可以與非接觸感測板112連接。在一些實施例中，印刷電路板116可以與非接觸感測板112物理連接且電連接，從而形成一個組件。在其他實施例中，印刷電路板116可以與非接觸感測板112僅電連接，從而使印刷電路板116能夠在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)選擇性地定位(如圖2和圖3所示)。
[0037]印刷電路板116可以構(gòu)造成輸出指示非接觸感測板112與目標板114之間的距離的信號。該信號可以經(jīng)由配線、光纜或任何適當?shù)难b置輸出到控制系統(tǒng)或其他指示系統(tǒng)。印刷電路板116可以包括振蕩電路。印刷電路板116還可以包括溫度傳感器或溫度1C，以便補償由于電路部件的溫度漂移引起的針對輸出信號的電子溫度校正的局部溫度?？梢岳斫獾氖?，印刷電路板116可以包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路以增加輸出信號的量。還可以理解的是，印刷電路板116內(nèi)的振蕩電路可以被結(jié)構(gòu)殼體102的材料電磁屏蔽，因而可以使外部電磁源的干擾最小。
[0038]微定位間隙傳感器組件還可以包括構(gòu)造成與軸固定連接的止動保持件122。止動保持件122可以包括構(gòu)造成將目標板114固定在軸106上的保持螺母或彈簧卡環(huán)。
[0039]可以通過結(jié)構(gòu)殼體102的閥殼體或上殼體或蓋子向第一保持件108施加壓縮力。該壓縮力可以通過第一保持件108的一個或多個支柱傳遞至非接觸感測板112。
[0040]圖2示出了第一實施例的微定位間隙傳感器組件100的截面圖。在第一實施例中，微定位間隙傳感器組件100的內(nèi)部部件的定向和功能如下。在本實施例中，結(jié)構(gòu)殼體102、撓性隔膜104、軸106定向成使得軸106垂直地居于結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)的中心。波形壓縮彈簧環(huán)120定位在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)，使得其支承在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)的內(nèi)部壁架上。波形壓縮彈簧環(huán)120的鍵形突片可以與結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)壁中的狹槽配合，從而在裝配過程中承受可能施加在微定位間隙傳感器組件100的內(nèi)部部件上的旋轉(zhuǎn)扭力。第二保持件110可以定向成偏壓在波形壓縮彈簧環(huán)120上，使得來自波形壓縮彈簧環(huán)120的力可以向上傳遞至非接觸感測板112。
[0041 ]非接觸感測板112可以與印刷電路板116連接，并且可以定位在結(jié)構(gòu)殼體內(nèi)使得軸106穿過每個元件的中心孔。此外，非接觸感測板112可以定向成使得非接觸感測板112的下方偏壓在第二保持件110上。在這種構(gòu)造中，波形壓縮彈簧環(huán)120可以向上推壓第二保持件110，從而將力傳遞至非接觸感測板112。
[0042]目標板114可以固定連接在軸106上，使得在目標板114與非接觸感測板112之間存在間隙(由虛線和箭頭指出)。目標板114還進一步在平行于非接觸感測板112平面的平面方向上定向。目標板114可以構(gòu)造成隨著軸106的位移而移動，使得目標板114與非接觸感測板之間的距離可以為50微米?200微米，并且目標板114可以不與非接觸感測板112物理接觸。
[0043]第一保持件108的一個或多個支柱可以向下延伸，從而偏壓在非接觸感測板112上并限定其平面。如圖所示，支柱可以在目標板114的周圍向下伸出或者穿過目標板114中的開口。第一保持件108可以通過類似于波形壓縮彈簧環(huán)120的鍵形突片而在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)對齊。可選的是，可以在第一保持件上方放置一個或多個調(diào)節(jié)墊片118，以保證第一保持件108的平面垂直于軸106的中心軸線。這種構(gòu)造可以保證非接觸感測板112維持與目標板114平行。如上文所述，由第二保持件110和第一保持件108所施加的相對的向上力和向下力可以在結(jié)構(gòu)殼體102和/或軸106的熱膨脹和收縮過程中維持非接觸感測板112的方向。此外，相對的力可以防止由于熱膨脹或收縮引起的目標板114與非接觸感測板112之間的距離變化，因而限制與輸出信號的錯誤相關(guān)的熱影響。
[0044]例如，因為目標板114固定連接在軸106上，所以軸106的熱膨脹或收縮可能會引起目標板114與非接觸感測板112之間的距離變化。然而，來自第一保持件108和第二保持件112的相對的偏壓力可以使平行板間隙傳感器113熱平衡，從而抵消軸106的熱膨脹。在軸106的熱膨脹之后，來自第二保持件110的偏壓力可以使非接觸感測板112朝目標板112移動，從而抵消非接觸感測板112與目標板114之間的任何距離增加。可以理解的是，為了維持平行板間隙傳感器113中的間隙，第一保持件108與第二保持件110中的一者具有對板之一進行偏壓的彈性，而第一保持件108和第二保持件110中的另一者與軸固定連接并構(gòu)造成使另一個板隨著軸移動。
[0045]從第一保持件108的一個或多個支柱施加在非接觸感測板112上的向下力可以源自閥門殼體所施加的壓縮力。如上文所述，閥門殼體可以在微定位間隙傳感器組件100的內(nèi)部部件上施加向下的壓縮力。在這種構(gòu)造中，施加在非接觸感測板112上的向下壓縮力可以與來自壓縮彈簧環(huán)120的向上力相對。這種相對力的構(gòu)造使非接觸感測板112能夠在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)浮動，同時維持大致水平(平行于撓性隔膜104并且垂直于軸106)的平面方向。
[0046]如圖所示，微定位間隙傳感器組件100可以與流動控制閥140連接。例如通過與軸106連接的原動機(未示出)使軸106位移，可以引起閥軸144的位移。閥軸144的位移可以改變流動控制閥的閥體部相對于閥座的位置。閥體部的位置變化可以引起通過流動控制閥140的流體流量的變化。所示的流動控制閥140具有正常封閉構(gòu)造，其中，閥體部偏壓在彈簧上并保持閥體部偏壓在閥座上，從而防止流體流動通過流動控制閥140。軸106遠離閥座的位移可以使閥體部遠離閥座移動，從而產(chǎn)生流體流動通過流動控制閥140的路徑。
[0047]可以理解的是，可以采用流動控制閥140的可選構(gòu)造。例如，正常打開構(gòu)造的流動控制閥140可以與微定位間隙傳感器組件100連接。在這種可選構(gòu)造中，閥體部可以偏壓在彈簧上并防止閥體部偏壓在閥座上。因此，軸106可以朝閥座位移并克服彈簧力使閥體部偏壓在閥座上，從而封閉流體流動通過流動控制閥140的路徑。
[0048]如上文所述，軸106的位移可以改變非接觸感測板112與目標板114之間的距離。印刷電路板116可以向流動控制系統(tǒng)提供指示非接觸感測板112與目標板114之間的距離的信號。因此，微定位間隙傳感器組件100可以向流動控制系統(tǒng)指示流動控制閥140的位置。流動控制系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的流體壓力計算流體通過流動控制閥140的精確流量，從而能夠精確控制系統(tǒng)中的流體流動并且迅速調(diào)節(jié)流體流動。換句話說，可以在閥門位置反饋控制方法中采用由微定位間隙傳感器組件100測量的流動控制閥位置。
[0049]雖然在第一實施例中目標板114與軸106固定連接并且位于向上偏壓的非接觸感測板112的上方，但是可以理解的是，在本實施例中可以調(diào)換目標板114和非接觸感測板112的位置，使得目標板114位于非接觸感測板112的下方并且向上偏壓，同時非接觸感測板112位于目標板114的上方并且與軸106固定連接。
[0050]圖3示出了在第二實施例中的微定位間隙傳感器組件100A的截面圖。在第二實施例中，微定位間隙傳感器組件100A的內(nèi)部部件的定向和功能如下。結(jié)構(gòu)殼體102、撓性隔膜104、軸106定向成使得軸106垂直地居于結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)的中心。然而，與第一實施例不同的是，調(diào)節(jié)墊片118可以支承在結(jié)構(gòu)殼體102內(nèi)的內(nèi)部壁架上。然后，第一保持件108可以配備有向上延伸并圍繞目標板114的一個或多個支柱。如上面第一實施例所述的，目標板114可以與軸106固定連接。然而，可以理解的是，在第二實施例中，所示的目標板114具有用于使目標板114的導(dǎo)電順磁區(qū)與軸106電絕緣的套件。套件可以由陶瓷或其他非導(dǎo)電材料構(gòu)成。然后，非接觸感測板112可以偏壓在第一保持件108的朝上的一個或多個支柱上。與第一實施例相同的是，印刷電路板116可以與非接觸感測板112物理連接且電連接。然后，第二保持件可以位于非接觸感測板112與波形壓縮彈簧環(huán)120之間。在這種構(gòu)造中，如圖所示，可以通過與結(jié)構(gòu)殼體102螺紋連接的蓋子來壓縮波形壓縮彈簧環(huán)120。然后，止動保持件122可以與軸106固定連接。
[0051]雖然在第二實施例中目標板114與軸106固定連接并且位于向下偏壓的非接觸感測板112的下方，但是可以理解的是，在本實施例中可以調(diào)換目標板114和非接觸感測板112的位置，使得目標板114位于非接觸感測板112的上方并且向下偏壓，同時非接觸感測板112位于目標板114的下方并且與軸106固定連接。
[0052]如上面參照圖2所述的，微定位間隙傳感器組件100A可以與流動控制閥140連接。
[0053]圖4和圖5示出了微定位間隙傳感器組件200的第三實施例。圖4示出了與原動機或驅(qū)動器以及流動控制閥240連接的微定位間隙傳感器組件200的第三實施例的截面圖。圖5示出了微定位間隙傳感器組件200的立體分解圖。原動機殼體232可以與微定位間隙傳感器組件200連接，其收容原動機或驅(qū)動器元件230、軸承234、驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236、驅(qū)動器復(fù)位彈簧237以及可選的原動機殼體232的鎖定彈簧。原動機殼體232可選地通過原動機殼體鎖定環(huán)238固定在適當位置。
[0054]微定位間隙傳感器組件200可以構(gòu)造成使得原動機或驅(qū)動器元件230與軸承234連接。軸承234可以使原動機或驅(qū)動器元件230與驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236機械連接。軸承234與驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236的機械連接可以構(gòu)造成使得原動機或驅(qū)動器元件230可以弓I起流動控制閥240的閥門位置的變化。
[0055]驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236可以對驅(qū)動器復(fù)位彈簧237提供壓縮力。此外，驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236可以偏壓在第一保持件208上，從而對第一保持件208提供壓縮力。驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236可以與軸206連接。在這種構(gòu)造中，驅(qū)動器復(fù)位彈簧237可以對驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236施加力，這樣在原動機或驅(qū)動器元件230脫離之后，來自驅(qū)動器復(fù)位彈簧237的力可以用于反轉(zhuǎn)流動控制閥240的閥門位置的變化。
[0056]微定位間隙傳感器組件200的結(jié)構(gòu)殼體可以包括上主體部228和下主體部202。上主體部228可以通過螺紋連接、壓力配合或任何其他適當方式而安裝到下主體部202中。如上文所述，微定位間隙傳感器組件200的結(jié)構(gòu)殼體可以包括撓性隔膜204。撓性隔膜204可以與下主體部202固定連接或者鑄造成一個部件。
[0057]微定位間隙傳感器組件200可以包括平行板間隙傳感器，平行板間隙傳感器的第一面由第一保持件208和軸206的臺架支撐，第二面由結(jié)構(gòu)殼體支撐。平行板間隙傳感器可以包括非接觸感測板212、目標板214以及與非接觸感測板連接的印刷電路板216。印刷電路板216可以構(gòu)造成輸出指示非接觸感測板212與目標板214之間的距離的信號。
[0058]微定位間隙傳感器組件200可以包括具有一個或多個直徑的軸206。軸206可以具有第一較大直徑和至少一個較小直徑。軸206的第一較大直徑可以相對于各個較小直徑向內(nèi)形成階梯狀，從而在軸206上形成臺架。
[0059]在一些實施例中，目標板214可以與上主體部228的下側(cè)接合。如上文所述，目標板214可以包括導(dǎo)電的順磁性材料。目標板214可以通過壓力配合、焊接、釬焊或者任何其他適當?shù)慕雍戏绞蕉c上主體部228接合。
[0060]驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236可以在第一保持件208上施加向下的壓縮力。在本實施例中，第一保持件208可以是任何的傳感器壓縮夾頭、卡盤或任何其他適當?shù)谋３旨?。第一保持?08的一部分可以偏壓在非接觸感測板212的上側(cè)。
[0061]非接觸感測板212可以固定連接在軸206上，使得非接觸感測板212的平面平行于目標板214的平面，并且軸206的很小位移可以使非接觸感測板212移動，從而改變目標板214與非接觸感測板212之間的距離?？梢酝ㄟ^在結(jié)構(gòu)殼體的上主體部228與下主體部202之間放置具有不同厚度的一個或多個間隙調(diào)節(jié)墊片218來制定非接觸感測板212與目標板214之間的距離。
[0062]可以理解的是，在一些構(gòu)造中，向上的偏壓力可以包括與驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236經(jīng)由第一保持件208所施加的向下壓縮力大小相等、方向相反的反作用力。
[0063]如圖4所示，軸206可以包括階梯或臺架。在這種構(gòu)造中，非接觸感測板212可以支承在軸206的臺架上，使得軸206的臺架可以在非接觸感測板212的下表面上施加向上力。因此，非接觸感測板212的第一面可以偏壓在第一保持件208的一部分上并且接收第一保持件208的反向偏壓力。
[0064]微定位間隙傳感器組件200可以包括印刷電路板216。如上面在第一實施例和第二實施例中所述的，印刷電路板216可以與非接觸感測板212電連接和/或物理連接并且輸出與非接觸感測板212和目標板214之間距離成比例的信號。
[0065]軸206可以與流動控制閥240的閥軸244連接，使得原動機或驅(qū)動器元件230的位移可以引起閥軸244和閥盤相對于流動控制閥240的閥座的位移。
[0066]圖6和圖7示出了第四實施例，S卩，圖4和圖5所示的微定位間隙傳感器組件200的倒置構(gòu)造。圖6示出了與原動機或驅(qū)動器以及流動控制閥240連接的微定位間隙傳感器組件200A的截面圖。圖7示出了微定位間隙傳感器組件200A的立體分解圖。出于簡潔的目的，將僅論述圖6和圖7所示的微定位間隙傳感器組件200A與圖4和圖5所示的微定位間隙傳感器組件200之間的區(qū)別。
[0067]在倒置構(gòu)造中，目標板214可以位于下主體部202中。在下主體部202與目標板214之間可以設(shè)置一個或多個間隙調(diào)節(jié)墊片，以制定目標板214與非接觸感測板212之間的距離。如上面參照圖4和圖5所述的，非接觸感測板212可以偏壓在第一保持件208的一部分上，而軸206的臺架可以施加第一保持件208的反向偏壓力。此外，印刷電路板216可以位于非接觸感測板212的與目標板214相反的一側(cè)。
[0068]可以理解的是，雖然所示的微定位間隙傳感器組件200、200A具有用于使原動機或驅(qū)動器元件230與驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236連接的軸承234，但是可以使用任何適當?shù)倪B接以將來自原動機或驅(qū)動器元件230的力傳遞至驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件236。還可以理解的是，連接類型可以專屬于所安裝的原動機。
[0069]可以理解的是，除了上述流動控制應(yīng)用以外，上面論述的實施例還可以應(yīng)用于流動感測、振動感測、原動機性能或機械缺陷檢測。
[0070]本公開的主題包括本文公開的各個方法、系統(tǒng)和構(gòu)造以及其他特征、功能、作用和/或性能的所有新穎的、非顯而易見的組合和子組合及其任何和所有的等同方式。
【主權(quán)項】
1.一種微定位間隙傳感器組件，包括: 結(jié)構(gòu)殼體； 撓性隔膜，所述撓性隔膜固定連接在所述結(jié)構(gòu)殼體的第一端，從而形成防止流體進入所述結(jié)構(gòu)殼體的屏障； 軸，所述軸與所述撓性隔膜垂直連接； 第一保持件； 第二保持件；以及 板間隙傳感器，所述板間隙傳感器包括: 非接觸感測板，所述非接觸感測板的第一面偏壓在保持所述非接觸感測板的第一保持件的一部分上并且從保持所述非接觸感測板的第二保持件接收第一保持件的反向偏壓力；和 目標板，所述目標板鄰近所述非接觸感測板并與其隔開一定間隙； 其中所述板間隙傳感器構(gòu)造成使得所述目標板或所述非接觸感測板中的一者與所述軸連接并且構(gòu)造成隨著所述軸的移動而移動，其中所述軸的移動引起的所述目標板或所述非接觸感測板中的一者的位移改變所述目標板與所述非接觸感測板之間的距離，并且其中偏壓力對所述目標板或所述非接觸感測板中的另一者施加偏壓，從而在位移過程中維持所述間隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，還包括: 印刷電路板，所述印刷電路板與所述非接觸感測板連接并且構(gòu)造成輸出指示所述非接觸感測板與所述目標板之間的距離的信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，其中所述目標板由導(dǎo)電的順磁性材料構(gòu)成且包括陶瓷套件，所述陶瓷套件構(gòu)造成使導(dǎo)電的順磁性材料與所述軸電絕緣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，還包括流動控制閥，所述流動控制閥與所述微定位間隙傳感器組件連接，使得所述軸的位移改變所述流動控制閥的閥門位置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，還包括一個或多個調(diào)節(jié)墊片，所述調(diào)節(jié)墊片構(gòu)造成在所述結(jié)構(gòu)殼體內(nèi)與第一保持件對齊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，其中第一保持件為包括一個或多個支柱的支柱墊圈，所述支柱構(gòu)造成偏壓在所述非接觸感測板上并限定所述非接觸感測板的平面。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，其中第二保持件為包括三個以上波峰的波形墊圈，所述波峰構(gòu)造成偏壓在所述非接觸感測板上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，還包括波形壓縮彈簧環(huán)，所述波形壓縮彈簧環(huán)構(gòu)造成偏壓在第二保持件上。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，還包括止動保持件，所述止動保持件構(gòu)造成與所述軸固定連接并且偏壓在導(dǎo)電的目標板上。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微定位間隙傳感器組件，其中所述支柱墊圈配備有鍵形突片，所述鍵形突片構(gòu)造成與所述結(jié)構(gòu)殼體的內(nèi)壁上的狹槽配合并且承受施加在所述支柱墊圈上的旋轉(zhuǎn)扭矩。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微定位間隙傳感器組件，其中第二保持件為驅(qū)動器復(fù)位彈簧，所述驅(qū)動器復(fù)位彈簧構(gòu)造成產(chǎn)生第一保持件的反向偏壓力。12.一種微定位間隙傳感器組件，包括: 結(jié)構(gòu)殼體； 撓性隔膜，所述撓性隔膜固定連接在所述結(jié)構(gòu)殼體的第一端，從而形成防止流體進入所述結(jié)構(gòu)殼體的屏障； 軸，所述軸與所述撓性隔膜垂直連接； 第一保持件，第一保持件包括一個或多個支柱； 第二保持件；以及 平行板間隙傳感器，所述平行板間隙傳感器位于第一保持件與第二保持件之間并且包括: 非接觸感測板，所述非接觸感測板偏壓在第一保持件的限定所述非接觸感測板的平面的一個或多個支柱上并且偏壓在第二保持件上； 目標板，所述目標板由導(dǎo)電的順磁性材料構(gòu)成，其中所述目標板固定在所述軸上并且定向成使得所述目標板的平面平行于所述非接觸感測板的平面;以及 印刷電路板，所述印刷電路板與所述非接觸感測板連接并且構(gòu)造成輸出指示所述非接觸感測板與所述目標板之間的距離的信號。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微定位間隙傳感器組件，其中所述目標板還包括陶瓷套件，所述陶瓷套件構(gòu)造成使導(dǎo)電的順磁性材料與所述軸電絕緣。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微定位間隙傳感器組件，還包括流動控制閥，所述流動控制閥與所述微定位間隙傳感器組件連接，使得所述軸的位移改變所述流動控制閥的閥門位置。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微定位間隙傳感器組件，還包括一個或多個調(diào)節(jié)墊片，所述調(diào)節(jié)墊片構(gòu)造成在所述結(jié)構(gòu)殼體內(nèi)與第一保持件對齊。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微定位間隙傳感器組件， 其中第一保持件為包括三個以上支柱的支柱墊圈，所述支柱構(gòu)造成偏壓在所述非接觸感測板上并限定所述非接觸感測板的平面；以及 其中第一保持件包括鍵形突片，所述鍵形突片構(gòu)造成與所述結(jié)構(gòu)殼體的內(nèi)壁上的狹槽配合并且承受施加在第一保持件上的旋轉(zhuǎn)扭矩。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微定位間隙傳感器組件， 其中第二保持件為包括三個以上波峰的波形墊圈，所述波峰構(gòu)造成偏壓在所述非接觸感測板上。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微定位間隙傳感器組件，還包括波形壓縮彈簧環(huán)，所述波形壓縮彈簧環(huán)構(gòu)造成偏壓在第二保持件上，以及 其中所述波形壓縮彈簧環(huán)包括鍵形突片，所述鍵形突片構(gòu)造成與所述結(jié)構(gòu)殼體的內(nèi)壁上的狹槽配合并且承受施加在所述波形壓縮彈簧環(huán)上的旋轉(zhuǎn)扭矩。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微定位間隙傳感器組件，其中所述軸構(gòu)造成改變所述目標板與所述非接觸感測板之間的距離。20.一種微定位間隙傳感器組件，包括: 結(jié)構(gòu)殼體； 撓性隔膜，所述撓性隔膜固定連接在所述結(jié)構(gòu)殼體的第一端，從而形成防止流體進入所述結(jié)構(gòu)殼體的屏障； 軸，所述軸與所述撓性隔膜垂直連接，其中所述軸配備有臺架； 第一保持件； 驅(qū)動器復(fù)位彈簧； 驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件，所述驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件與所述軸連接； 其中所述驅(qū)動器復(fù)位彈簧壓縮部件在所述驅(qū)動器復(fù)位彈簧和第一保持件上施加壓縮力； 流動控制閥，所述流動控制閥與所述微定位間隙傳感器組件連接，使得所述軸的位移改變所述流動控制閥的閥門位置;以及 平行板間隙傳感器，所述平行板間隙傳感器的第一面由第一保持件和所述軸的臺架支撐，第二面由所述結(jié)構(gòu)殼體支撐，所述平行板間隙傳感器包括非接觸感測板、由導(dǎo)電的順磁性材料構(gòu)成的目標板以及與所述非接觸感測板連接的印刷電路板，所述印刷電路板構(gòu)造成輸出指示所述非接觸感測板與所述目標板之間的距離的信號； 其中所述平行板間隙傳感器的第一側(cè)偏壓在第一保持件上，使得所述非接觸感測板的平面平行于所述目標板的平面并且在所述非接觸感測板與所述目標板之間形成間隙；以及其中所述平行板間隙傳感器構(gòu)造成使得在所述結(jié)構(gòu)殼體內(nèi)所述軸的位置的變化會引起所述目標板與所述非接觸感測板之間的間隙的距離變化。
【文檔編號】G01B7/14GK106066150SQ201610251523
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月21日 公開號201610251523.2, CN 106066150 A, CN 106066150A, CN 201610251523, CN-A-106066150, CN106066150 A, CN106066150A, CN201610251523, CN201610251523.2
【發(fā)明人】帕特里克·艾倫·洛厄里, 約翰·托馬斯·迪克, 邁克爾·亞歷克斯·克雷默
【申請人】株式會社堀場Stec