[发明专利]一种适用于大温度区间/高温环境的磁致伸缩位移传感器

说明书

本发明为一种适用于大温度区间/高温环境的磁致伸缩位移传感器。该传感器包括脉冲发生电路、恒弹力装置、检测线圈、控制采样模块、磁致伸缩波导丝、外壳、热电偶、波导丝绝缘套管和物位标记；所述的外壳，左侧为元件仓，右侧为中空管，二者相通，并且中心轴线相同；磁致伸缩波导丝为Fe‑Ga或Fe‑Co材料；波导丝固定于传感器外壳内；所述的检测线圈套在波导丝左端；所述的物位标记套在外壳右端；本发明得到的传感器其磁性材料具有更高的居里温度，位移传感器能适用于500℃以下的高温环境。

技术领域

本发明将磁致伸缩Fe-Ga、Fe-Co材料应用于位移传感器领域，主要涉及基于Fe-Ga、Fe-Co材料的磁致伸缩位移传感器，可应用于大温度区间与高温环境，实现对宽温域、高温环境下的精确位置测量。该位移传感器的核心部分为高居里温度磁致伸缩材料波导丝，圆环形永磁体，检测线圈，热电偶，恒弹力装置，脉冲电路，检测电路。其特点是测量精度高、可应用于高温(最高可达500℃)，不需要调零校准，可进行多点测量。

背景技术

磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩材料的魏德曼效应实现的一种绝对式位移传感器，主要用于距离测量或位移控制。二十世纪九十年代中期，美国MTS公司率先研制出了基于魏德曼效应的液面位置/位移传感器。由于这种传感器具有非接触式、高灵敏度、线性度好、量程大、抗干扰、多参量测量、可适应恶劣环境等优点，已被广泛应用于油库(炼油厂成品油库、储备库、加油站)、液体化工原料等液位测量中，并在航空航天、核工业、精密机床、汽车、水处理等领域有着非常重要的应用或潜在应用。目前磁致伸缩位移传感器采用Fe-Ni系磁致伸缩材料作为波导丝，选择该合金的原因有三点：一是具有魏德曼效应；二是有着好的塑性容易加工成细丝；三是在居里温度以下具有恒弹性，保证在工作环境温度下传播扭转波声速的稳定性，提高测量精度。2000年以来，国内开始大量进口这种传感器以及Fe-Ni合金丝；国内也有十多家单位进行了这种传感器的研制，部分产品已经进入市场。由于Fe-Ni(掺杂铬、钛等)波导丝材料的居里温度在120℃左右，限制了磁致伸缩位移传感器的使用温度范围，而随着航空航天、能源电力等领域的发展，迫切需要能够在高温环境(比如300～500℃)下稳定工作的位移传感器，同时在工作温度区间保证一定的测量精度。想要传感器在更高的温度下工作必须使用具有高居里温度的磁致伸缩材料作为波导丝，申请者前期对于磁致伸缩波导丝的研制做了系统的工作，通过合金成分与加工工艺的优化制备出了Fe-Ga与Fe-Co磁致伸缩合金丝(Φ＝0.5～0.8mm)，这两种合金丝的居里温度都在600℃以上，并且魏德曼效应明显强于目前Fe-Ni合金波导丝，能够满足位移传感器在高温下的工作条件；同时永磁环也要由目前室温附近工作的铁氧体永磁环换成使用温度更高的钐钴永磁环。除此之外，目前的磁致伸缩位移传感器由于都是在室温附近工作，都是按照波导丝材料室温附近的固定声速作为参数来计算位移，不需要考虑波导丝的声速随温度的变化问题；而在大温度区间工作时，不同温度下的波导丝声速变化会降低传感器的位移测量精度，因而现有的位移传感器已经不再适用。因此，想要传感器在较宽的温域内保证一定的测量精度，需要重新设计适合高温下工作的传感器结构，增加声速温度补偿功能，减小甚至消除温度变化带来的位移测量误差。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种适用于大温度区间/高温环境的磁致伸缩位移传感器。该传感器通过波导丝检测线圈一侧端面设置恒弹力装置、优化物位标记中永磁体磁路，以及使用Fe-Ga、Fe-Co代替Fe-Ni磁致伸缩材料作为波导丝，用钐钴代替铁氧体作为永磁环等设计，得到了所述的的磁致伸缩位移传感器。本发明得到的传感器其磁性材料具有更高的居里温度，位移传感器能适用于500℃以下的高温环境。

本发明的技术方案是：

一种适用于大温度区间/高温环境的磁致伸缩位移传感器，该传感器包括脉冲发生电路、恒弹力装置、检测线圈、控制采样模块、磁致伸缩波导丝、外壳、热电偶、波导丝绝缘套管和物位标记；

所述的外壳，左侧为元件仓，右侧为中空管，二者相通，并且中心轴线相同；