专利名称：电涡流位移传感器低温标定系统的制作方法
技术领域：
本发明属于超低温介质输送设备的位移或机械量变化的测量技术领域，特别涉及对传感器低温标定设备设计。
背景技术：
近年来在机械、电力、石油、航空等领域中位移传感器对机械运行参数的测量和监视得到了广泛的应用。但是，当使用环境的温度变化较大时，传感器的输出将产生较大的漂移。为减小温漂带来的误差，位移传感器应在使用温度下进行标定。
根据已检索的相关专利及非专利文献报道，中国航天工业总公司一院第101研究所主办的“低温工程”1992年第四期的一篇文章《低温条件下使用的位移传感器的设计及标定》，其中P21-22页介绍了一种电阻应变式位移传感器(简称引伸计)低温标定装置，该装置可在4.2～300K温度范围内对引伸计进行标定。其主要组成结构包括低温容器、螺旋测微器、引伸计装卡部分、温度调节装置，其中螺旋测微器安装在低温容器顶盖上，其待标定传感器及装卡部分一同置于低温容器内部。其不足有1)只能对接触式电阻应变式位移传感器进行标定；2)位移给定部分为螺旋测微器，安装在低温容器的顶盖上方，操作不便；3)无实验观察窗；4)只对低温引伸计的输出信号进行计算机采集及处理。
SPIE会议论文集vol.2865，1996，pp.58-65.中题为《A facility forInterferometric Measurement of Linear Displacement In Actuators andCalibration of Sensors at Cryogenic Temperatures Between 4.2K and 77K》的文章介绍了一种用光学干涉测量法对引伸计(也可用于其他位移传感器，但具体结构未提及)进行标定的低温标定装置，工作温度范围在4.2～77K。其主要组成结构有光学干涉仪系统、试样装卡及辅助系统、标定工作室(真空)、液氦贮存器、真空杜瓦瓶、测温装置以及数据采集及计算机控制系统，其中标定工作室位于低温容器上部并一同置于真空杜瓦瓶中。其不足有1)只能对接触式电阻应变式位移传感器进行标定；2)辅助系统中的位移给定部分安装在整个标定装置的顶部，操作不便；3)整个标定装置的顶盖中部设置真空窗，只用于光学干涉法测量位移的光学通路，不能用于清晰地观测内部的标定过程；4)只有测温装置，不能进行温度调节且温度范围较窄；5)降温(一天左右)和回温(两天左右)速度很慢。
非接触电涡流式位移传感器具有结构简单，灵敏度高，对测量介质不敏感，抗干扰能力强等优点，特别适用于旋转机械运行参数的测量和监视，近年来得到了广泛的应用。但是，当使用环境的温度变化较大时，传感器的输出也将产生较大的漂移。为减小温漂带来的误差，低温环境中使用的电涡流位移传感器应在使用温度下进行标定。据了解，电涡流式位移传感器的常温标定装置已商品化，高温标定装置也得到了较普遍应用，但在20K环境中对其进行标定的装置尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种电涡流位移传感器低温标定系统，能够在低温(20K)状态下对低温非接触电涡流式位移传感器进行标定。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的本发明的电涡流位移传感器低温标定系统包括低温标定装置和数据采集与信号处理系统两部分；其中低温标定装置主要包括低温容器及设置在其顶盖上的输液口、排气口和液位计插入口，与该低温容器底部固接的带有实验观察窗的标定工作室及设置在其中的传感器标定支架，设置在低温容器及标定工作室外部的真空杜瓦瓶，在真空杜瓦瓶壳体上装有热沉和真空泵口，该真空杜瓦瓶与标定工作室相连通，设置在真空杜瓦瓶壳体外部且与该标定工作室侧壁相连的位移模拟机构，用于测量及调节被标定的电涡流传感器的温度测量与调节装置；该数据采集与信号处理系统由一台三输入通道的数据采集仪及计算机组成，用于分别接收传感器的输出信号、位移模拟机构位移量及被标定传感器所在处的温度信号。
与已有的位移传感器低温标定装置相比，本发明具有以下几个特征1、可对非接触电涡流位移传感器进行标定；2、在低温标定装置的底部开有实验观察窗，便于实验人员从外部了解低温标定装置内部的标定过程；3、标定工作室位于低温容器下部并且两者紧固在一起，标定工作室处于真空环境，与低温容器外部的真空杜瓦瓶连为一体。这样的结构一方面有利于传感器的安装与拆卸，另一方面可加快低温标定装置的回温速度(半天左右)，节省标定的操作时间；4、位移模拟机构位于真空杜瓦瓶壳体的底侧部，便于实验人员进行操作；5、具有较好的测温、控温环节，可使传感器标定支架处温度迅速达到并较长时间保持在预定温度，温度范围为20～300K，温度范围较宽；6、具有可同时采集、显示位移、温度和传感器输出三种信号的数据采集及信号处理系统，此外还具有按预先设定的记录周期存储采样数据并与计算计进行通讯联系的功能。
本发明具有以下突出特点该低温标定装置可在20～300K温度范围内对低温电涡流式位移传感器进行标定，解决了没有现成标定系统对低温电涡流位移传感器进行低温环境下标定的难题；此外，该低温标定装置通过改进还可适用于其他低温位移传感器的标定。
图1为本发明的低温标定系统实施例示意图。
图2为本实施例的低温标定装置内部示意图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施本发明的低温标定系统实施例总体结构如图1所示，主要包括真空杜瓦瓶10，输液口11，排气口12，液位计插入口13(用于监测低温容器内冷却液的位置)，热沉14(为减小测量引线导入的漏热，所有从室温区引入的引线先在热沉上绕几匝再进入低温区)，真空泵口15，低温标定装置支架16(用于将低温标定装置调整到合适高度)，实验观察窗17，标定工作室18，位移模拟机构19及数据采集装置。其中位移模拟机构是安装在标定装置底部侧面支架上的螺旋测微器，施加给测微器的位移量，通过一个固定的密封外套管与弹簧传递到内套管端部的被测靶片。
本实施例的低温标定装置内部结构如图2所示，主要包括低温容器20(用于贮存冷却液)，导温块21(导温块下底面加工有6孔，可用于安装传感器标定支架)，温度测量与调节装置的加热丝安装位置22(控温加热丝采用无感双绕法绕在导温块下部)，传感器标定支架23(传感器标定支架用于安装、固定待标定低温电涡流传感器探头)，温度测量与调节装置的温度计安装位置24(测温用温度计为小型金属壳铑铁电阻温度计，安装在传感器标定支架上)，靶片安装位置25，低温弹簧26，等温屏27(等温屏形成一个近似封闭罩(留有观察口)将传感器标定支架及被测靶片包围起来)，杜瓦瓶真空腔28(通过真空腔抽真空形成一真空杜瓦瓶)，冷屏29(为进一步减小对流引起的漏热，在低温容器与真空腔各设有冷屏结构)。
此外，低温标定装置中所有涉及常、低温连接的可活动或可拆卸部分(例如低温标定装置上、下半部分之间的连接处等)都必须预先涂抹真空油，可在低温下起到良好的隔热效果。
本实施例的低温标定装置的基本性能和技术指标在螺旋测微器上安装了一电子数显千分表，该千分表除具有普通机械千分表的功能，还具有数字显示、数字保持、最小值跟踪、最大值跟踪以及快速显示功能，位移精度为0.001mm。此外，该表的数据输出口(RS232串行输出口)通过数据转接器与计算机相连，便于进行数据处理；小型金属壳铑铁电阻温度计，直径3mm，长10mm，分度温区1～300K，准确度0.1K；控温精度±1K；在77～300K温度范围内，以液氮作为冷源；在20～77K温度范围内，先用液氮进行预冷，再以液氦为冷源；低温容器本体在低温区工作性能良好，从输液到温度稳定时间为40分钟。
本实施例的数据采集与信号处理系统是由一台三输入通道的数据采集仪及计算机组成。数据采集仪可同时采集、显示位移、温度和传感器输出三种信号，此外还具有按预先设定的记录周期存储采样数据并与计算计进行通讯联系的功能，其性能指标如下基本误差≤±0.2％F·S±1个字，可对温漂、时漂自动补偿测量控制周期0.2S测量分辨率14位A/D转换显示范围-1999～9999数据存储512K字节(4Mbit)
记录间隔1秒～59分59秒采用本发明对电涡流式位移传感器在温度为20K时的标定方法标定时，首先将待标定的传感器固定在标定台支架上，传感器电缆穿过标定台外壳上的孔后连接传感器测量电路，再用橡皮塞(涂有真空油)、螺母紧固在标定台外壳，然后按以下步骤进行标定连接真空泵，开启真空泵抽真空，连续抽1小时；向低温容器内灌入液氮，进行预冷；温度稳定后，开始排除低温容器内的残余液氮；液氮排除完毕，再用高压气氦将低温容器内剩余气氮吹出；开始连续向低温容器内输入液氦，直至液位计指示灯亮，表明低温容器内存有设定体积的液氦，停止输液氦，开启控温系统，将温度稳定在20K；开始标定，调整传感器电路上相关参数并同时移动被测靶片；以上各部分调整好之后，由远及近调整被测靶到探头的距离，记录传感器的相应输出。
权利要求
1.一种电涡流位移传感器低温标定系统，包括低温标定装置和数据采集与信号处理系统两部分；其特征在于，该低温标定装置包括低温容器及设置在其顶盖上的输液口、排气口和液位计插入口，与该低温容器底部固接的带有实验观察窗的标定工作室及设置在其中的传感器标定支架，设置在低温容器及标定工作室外部的真空杜瓦瓶，在真空杜瓦瓶壳体上装有热沉和真空泵口，该真空杜瓦瓶与标定工作室相连通，设置在真空杜瓦瓶壳体外部且与该标定工作室侧壁相连的位移模拟机构，用于测量及调节被标定的电涡流传感器的温度测量与调节装置；该数据采集与信号处理系统由一台三输入通道的数据采集仪及计算机组成，用于分别接收传感器的输出信号、位移模拟机构位移量及被标定传感器所在处的温度信号。
2.如权利要求1所述的电涡流位移传感器低温标定系统，其特特征在于，所说的位移模拟机构为螺旋测微器。
全文摘要
本发明属于超低温介质输送设备的位移或机械量变化的测量技术领域，涉及电涡流位移传感器低温标定系统。包括低温容器及输液口、排气口和液位计插入口，带有实验观察窗的标定工作室及设置在其中的传感器标定支架，设置在低温容器及标定工作室外部的真空杜瓦瓶，在真空杜瓦瓶壳体上装有热沉和真空泵口，真空杜瓦瓶与标定工作室相连通，设置在真空杜瓦瓶壳体外部且与标定工作室侧壁相连的位移模拟机构，用于测量及调节被标定的电涡流传感器的温度测量与调节装置；以及由一台三输入通道的数据采集仪及计算机组成的数据采集与信号处理系统。本发明能够在低温(20K)状态下对低温非接触电涡流式位移传感器进行标定。
文档编号G01D18/00GK1542412SQ20031010353
公开日2004年11月3日 申请日期2003年11月7日 优先权日2003年11月7日
发明者傅志斌, 徐玉铮, 丁天怀, 陆毅, 郑继坤, 夏德新, 刘中详 申请人:清华大学