一种带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器

本实用新型涉及磁性液体压力传感器技术领域，特别涉及一种带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器。

背景技术：

磁性液体压力传感器是将磁性液体作为传感介质应用于传感器开发的一项新技术，磁性液体压力传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、工作范围温度宽、结构简单等优点，在航天、生物医学等领域有广泛的应用前景。

但是，现有的磁性液体压力传感器还存在以下缺陷：

(1)测量过程中，没有保护开关限制气体压力输入，气体压力一旦输入传感器入口端，气体压力会一直持续输入，如果出现紧急状况就需要人为断开气压连接，这给测量带来了很大的不便，同时人为操作需要一定的反应时间，这也更加增大了紧急状况时的安全隐患。(2)没有超量程检测和报警装置，这会在超量程时，传感器中的不导磁管一个臂被磁性液体充满，甚至造成磁性液体溢出，损坏仪器的同时对周边装置造成污染。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器，以解决现有的磁性液体压力传感器由于无保护开关、无超载检测和报警装置，由此造成现有的磁性液体压力传感器存在紧急状况时的安全隐患的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器，包括不导磁管，所述不导磁管内填充有磁性液体；所述不导磁管包括第一测量部、第二测量部以及连接部；其中，所述第一测量部和所述第二测量部均为直线型空心管状结构，所述第一测量部与所述第二测量部在竖直方向上平行并等高度设置，且所述第一测量部与所述第二测量部的底端通过所述连接部连通；

所述第一测量部的顶端设置有供被测气体压力输入的气压入口端，所述第二测量部的顶端设置有与大气连通的大气连通端；所述第一测量部的外壁上绕设有第一感应线圈，所述第二测量部的外壁上绕设有第二感应线圈，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的输出端分别与测量装置电连接；

所述气压入口端处设置有电磁阀，所述连接部靠近所述第一测量部的一端的外侧壁上绕设有检测线圈，所述检测线圈的输出端与过载保护装置的输入端电连接，所述过载保护装置的输出端与所述电磁阀和报警器分别电连接。

其中，所述第一测量部的顶端沿水平方向延伸形成水平安装部，所述水平安装部为与所述第一测量部连通的空心管状结构，所述气压入口端位于所述水平安装部远离所述第一测量部的一端，所述电磁阀设置在所述水平安装部上。

其中，所述连接部为直线型空心管状结构，所述连接部水平设置，所述第一测量部与所述第二测量部均垂直于所述连接部设置。

其中，所述检测线圈采用铜漆包线绕制而成。

其中，所述第一感应线圈采用铜漆包线绕制而成。

其中，所述第二感应线圈采用铜漆包线绕制而成。

其中，所述测量装置包括第一电阻和第二电阻；

所述第一感应线圈、第二感应线圈、第一电阻以及第二电阻组成电桥电路；其中，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈差动连接，与所述第一电阻和所述第二电阻共同组成所述电桥电路的四个桥臂；所述电桥电路一端与工作电源电连接，另一端与信号转换电路电连接。

其中，所述过载保护装置包括触发器和继电器；所述检测线圈的输出端与所述触发器的输入端电连接，所述触发器的输出端与所述继电器的输入端电连接，所述继电器的输出端与所述报警器及电磁阀分别电连接。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

1、本实用新型提出了一种利用检测线圈来检测不导磁管内的磁性液体柱的过量移动的检测方案，通过检测不导磁管的水平连接部的左端内腔是否有磁性液体，来判断不导磁管内的右臂内是否充满磁性液体，此方案简单有效，方便下一步报警和开启气压通路保护开关。

2、本实用新型提出了一种针对传感器的过载情况能及时接收信号并通过控制系统启动的自动报警装置，避免了人工观察的繁琐工作量和人工控制的方式在传感器出现过载情况时不能及时做出反应，应对突发状况的问题。

3、本实用新型对传统的u形不导磁管的结构进行了改良，在被测气体输入端增加了水平安装部，并在该水平安装部安装电磁阀，该电磁阀能接收控制系统信号并及时关闭气体输入通道，从而起到传感器的过载保护作用。此方案简单方便，既避免了人工开关的不及时，又有效地解决了传感器过载保护的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器的工作原理示意图；

图3为本实用新型实施例提供的带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器在报警状态时的传感器及检测线圈状态示意图；

图4是本实用新型实施例提供的测量装置的电路原理图。

附图标记说明：

1、不导磁管；21、第一感应线圈；22、第二感应线圈；3、磁性液体；

4、检测线圈；5、触发器；6、继电器；7、报警器；8、测量装置；

9、电磁阀；10、气压入口端；11、大气连通端；12、第一电阻；

13、第二电阻。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

请参阅图1至图4，本实施例提供了一种带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器，该磁性液体压力传感器包括不导磁管1，所述不导磁管1采用不导磁材料制作，例如有机玻璃等；所述不导磁管1内填充有磁性液体3；所述磁性液体3由纳米铁磁性颗粒、表面活性剂和基载液组成；需要说明的是，产品中应尽量选择黏度低、饱和磁化强度高的磁性液体，例如水基磁性液体等。

所述不导磁管1包括第一测量部、第二测量部以及连接部；其中，所述第一测量部和所述第二测量部均为直线型空心管状结构，所述第一测量部与所述第二测量部在竖直方向上平行并等高度设置，且所述第一测量部与所述第二测量部的底端通过所述连接部连通；所述第一测量部的顶端设置有供被测气体压力(简称气压)输入的气压入口端10，所述第二测量部的顶端设置有与大气连通的大气连通端11；所述第一测量部的外壁上绕设有第一感应线圈21，用于感应不导磁管1的第一测量部内的磁性液体柱的高度变化；所述第二测量部的外壁上绕设有第二感应线圈22，用于感应不导磁管1的第二测量部内的磁性液体柱的高度变化；第一感应线圈21和第二感应线圈22的输出端分别与测量装置8电连接。其中，第一感应线圈21和第二感应线圈22均采用铜漆包线绕制而成。

所述磁性液体3用于充当磁芯，通过自身在不导磁管1内的高度变化反应被测气体压力的大小，从而将气体压力的变化转变为感应线圈内传感介质的变化，进而通过对感应电流的测量，完成对被测气体压力的测量。

进一步地，不导磁管1的气压入口端10附近开设有安装孔，所述安装孔内安装有电磁阀9(默认为开启状态)，并且所述连接部靠近第一测量部的一端的外侧壁上绕设有检测线圈4，检测线圈4采用铜漆包线绕制而成；

检测线圈4的输出端与过载保护装置的输入端电连接，所述过载保护装置的输出端与电磁阀9和报警器7分别电连接。检测线圈4用于感应不导磁管1的水平连接部分左侧的磁性液体柱的有无，传感器初始工作状态时检测线圈4内感应电流为0；当因磁性液体压力传感器超载而造成不导磁管1中磁性液体柱过量移动，致使不导磁管1的第二测量部内充满磁性液体柱，而不导磁管1的第一测量部内腔腾空，甚至不导磁管水平连接部分左端内腔腾空时，也即磁性液体柱逐渐移动到图3所示的工作状态时，检测线圈4的内部磁芯(即磁性液体柱)突然消失，致使检测线圈4内部的磁通量突变，产生感应电流；

通过所述过载保护装置可测量检测线圈4的感应电流的有无，以判断磁性液体3的液面是否到达不导磁管1的第二测量部的顶端，即是否超出测量范围；当超出测量范围时，所述过载保护装置输出控制信号，以控制报警器7发出报警信息，并控制电磁阀9关闭，以切断气压入口端10的气压输入。

具体地，在本实施例中，所述第一测量部的顶端沿水平方向延伸形成水平安装部，所述水平安装部为与所述第一测量部连通的空心管状结构，气压入口端10位于所述水平安装部远离所述第一测量部的一端，电磁阀9设置在所述水平安装部上，以控制不导磁管1的气压入口端10的气压输入与切断。

其中，本实施例中的连接部为直线型空心管状结构，所述连接部水平设置，所述第一测量部与所述第二测量部均垂直于所述连接部设置，如图1所示。

其中，如图4所示，所述测量装置包括第一电阻12和第二电阻13；所述第一感应线圈21、第二感应线圈22、第一电阻12以及第二电阻13组成电桥电路；其中，所述第一感应线圈21和所述第二感应线圈22差动连接，与所述第一电阻12和所述第二电阻13共同组成所述电桥电路的四个桥臂；所述电桥电路一端与工作电源电连接，另一端与信号转换电路电连接；当磁性液体3在被测气体压力的作用下从不导磁管1的第一测量部内逐渐移动到不导磁管1的第二测量部内时，第一感应线圈21中的磁芯(磁性液体柱)高度逐渐减小，第二感应线圈22中的磁芯(磁性液体柱)高度逐渐增大，第一感应线圈21和第二感应线圈22的电感参数都会发生变化，从而导致电桥电路输出相应的电信号变化；

通过信号转换电路即可将电桥电路输出的电信号变化量转换为对应的压力测量指示值。此处，需要说明的是，由于磁性液体压力传感器本身属于现有技术，因此，现有技术中有成熟的信号转换电路可供使用，且本实施例并未对其进行改进，只需使用现有的信号转换电路即可，故，在此不再赘述。

其中，所述过载保护装置包括触发器5和继电器6；所述检测线圈4的输出端与所述触发器5的输入端电连接，所述触发器5的输出端与所述继电器6的输入端电连接，所述继电器6的输出端与所述报警器7及电磁阀9分别电连接。所述触发器5用于采集和测量检测线圈4输出的电流信号，当所述检测线圈4产生感应电流时，所述触发器5被触发，并输出高电平，以此来启动所述继电器6，从而通过所述继电器6实现对所述报警器7和电磁阀9的自动控制。

在一可行的实施例中，所述触发器5可采用现有的集成芯片实现，例如单稳态触发器芯片74hc123或其他类似功能的集成电路(如ne555)实现，以在所述检测线圈4因磁通量突变而产生感应电流脉冲时，可以通过产生的电流脉冲信号触发所述触发器5，使其输出一稳态的高电平信号，以启动所述继电器6。

具体地，本实施例的带有保护开关和报警装置的磁性液体压力传感器的工作原理如图2所示，现具体说明如下：

初始状态时，电磁阀9打开，测量时被测气体从不导磁管1的气压入口端10进入不导磁管1的第一测量部内，磁性液体3在被测气体的压力下沿不导磁管1的内壁移动，逐渐从不导磁管1的第一测量部内转移到不导磁管1的第二测量部内，不导磁管1的第一测量部内的磁性液体3的高度减小，而不导磁管1的第二测量部内的磁性液体3的高度增大，此时，第一感应线圈21和第二感应线圈22内的感应电流均有变化，通过测量装置8即可测量相对应的电信号变化量，从而完成对输入气体压力的测量。

如果被测气体的压力逐渐增大，磁性液体3继续向不导磁管1的第二测量部内移动，不导磁管1的第一测量部内的磁性液体都转移到连接部和第二测量部内，导致不导磁管1的第一测量部内充满被测气体而无磁性液体3。这个过程中，检测线圈4处的磁芯一直是充满状态，磁通量无变化，无感应电流。当被测气体的压力继续增大到如图3所示的工作状态时，检测线圈4中突然失去磁芯，检测线圈4内突然产生感应电流，此时可以通过触发器5和继电器6做出相应的措施：开启报警器7并关闭电磁阀9，从而实现报警并切断气体压力输入，进而达到过载保护的目的。

综上，本实施例通过在气压入口端附近安装电磁阀，并在连接部左端设置检测线圈，利用检测线圈检测磁性液体柱的过量移动，通过检测不导磁管水平连接部左端内腔是否有磁性液体，来判断不导磁管的第二测量部内是否充满磁性液体来判断当前传感器是否过载，从而方便下一步报警和开启气压通路保护开关；针对传感器的过载情况，能及时接收信号并通过继电器启动报警器并切断气压输入，避免了人工观察的繁琐工作量和不能及时做出应对的问题。

此外，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本实用新型优选实施例，但对于本技术领域技术人员来说，一旦得知了本实用新型的基本创造性概念，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括本实用新型实施例及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。