微定位间隙传感器组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种微定位间隙传感器组件，其包括结构壳体和固定连接并形成防止流体进入的屏障的挠性隔膜。所述结构壳体包括与述挠性隔膜垂直连接的轴、具有一个或多个支柱的第一保持件、第二保持件和平行板间隙传感器。所述平行板间隙传感器包括非接触感测板和目标板，所述非接触感测板偏压在第一保持件的限定所述非接触感测板的平面的一部分上并且从第二保持件接收第一保持件的反向偏压力，所述目标板由导电的顺磁性材料构成。所述平行板间隙传感器构造成使得所述目标板或所述非接触感测板之一的位移改变所述目标板与所述非接触感测板之间的距离。
【专利说明】
微定位间隙传感器组件
技术领域
[0001]本发明涉及一种微定位间隙传感器组件，更具体地，涉及一种通过目标板或非接触感测板的位移而改变目标板与非接触感测板之间的距离的微定位间隙传感器组件。
【背景技术】
[0002]由于永远存在对现代科技小型化的追求，工程师面对的一项巨大挑战是研发出尺寸非常小的、能够时常在严酷环境中以高精度可靠运行的装置。这些装置需要配备小型运动部件，例如，传动装置、位置检测器、震动检测器、流动传感器或者针对具有亚毫米级或甚至亚微米级位移的小表面缺陷的检测器。然而，这些部件难以装配到在这种级别下可靠测量如此小的位移的传感系统中。此外，还特别难以装配到在整个位移范围内表现出很高信噪比的传感系统中。流动传感器和测量流体的其他装置还提出以下额外的工程挑战:防止传感器以及相关电路暴露于潜在腐蚀性流体中；因此，在任何传感器与流体媒质之间必须具有例如非渗透膜等物理屏障。
[0003]另外，流动传感器可以连接在流动控制阀上。在这种应用中，流动传感器可以用于控制经过流动控制阀的流体流动。一种熟知类型的流动控制是质量流量控制。在质量流量控制时，流动传感器测量经过流道的流体的质量流量，然后调节流道上的相关流动控制阀，使被测量的质量流量趋向于设定点。因此，在质量流量控制时，经过系统的流体的质量流量被连续测量，并且用于调节流动控制阀，由此调节质量流量。应当理解，质量流量控制可能会高于或低于质量流量的设定点。为了使高于或低于设定点的幅度最小，质量流量控制系统通常构造成缓慢和/或递增地调节流动控制阀的位置。因此，质量流量控制系统的一项缺陷在于，其对系统的被测量的质量流量的突然变化反应通常很慢。在需要流量几乎瞬间变化的情况下，质量流量控制系统可能缺乏足够的反应能力。
【发明内容】
[0004]为了解决上述挑战，公开了一种微定位间隙传感器组件。所公开的微定位间隙传感器组件可以包括结构壳体和挠性隔膜，所述挠性隔膜固定连接在所述结构壳体的第一端，从而形成防止流体进入所述结构壳体的屏障。所述微定位间隙传感器组件的结构壳体可以包括与所述挠性隔膜垂直连接的轴、第一保持件、第二保持件和位于第一保持件与第二保持件之间的平行板间隙传感器。所述平行板间隙传感器可以包括非接触感测板和目标板，所述非接触感测板的第一面偏压在第一保持件的限定非接触感测板的平面的一部分上并且第二面偏压在第二保持件上，所述目标板由导电材料构成，其中所述目标板构造成使得所述目标板的平面平行于所述非接触感测板的平面。所述平行板间隙传感器可以构造成使得所述轴的移动引起的所述目标板或所述非接触感测板中的一者的位移改变所述目标板与所述非接触感测板之间的距离。
[0005]在本公开的第一方面中，微定位间隙传感器组件可以配备有与挠性隔膜垂直连接的轴、具有一个或多个支柱的第一保持件、第二保持件和位于第一保持件与第二保持件之间的平行板间隙传感器。非接触感测板的顶面可以偏压在第一保持件的一个或多个朝下的支柱上。非接触感测板的底面可以偏压在第二保持件上。目标板可以与轴固定连接，使得目标板的平面平行于非接触感测板的平面，并且轴的很小位移可以改变目标板与所述非接触感测板之间的距离。印刷电路板可以与非接触感测板连接并且构造成输出指示非接触感测板与目标板之间的距离的信号。
[0006]在本公开的第一方面中，非接触感测板可以包括位于高强度合金或陶瓷板内的一个或多个感测传感区。此外，目标板可以类似地配备有与高强度合金或陶瓷板接合的导电材料，从而降低由于在微定位间隙传感器组件的装配和操作过程中所施加的压缩力而引起的非接触感测板和目标板塑性变形的可能性。
[0007]在本公开的第二方面中，公开了微定位间隙传感器组件的可选构造。在第二方面中，结构壳体、挠性隔膜和轴被定向成使得轴垂直地居于结构壳体内的中心。然而，与第一方面不同的是，第一保持件可以配备有在目标板周围向上延伸以偏压在非接触感测板上的一个或多个支柱。目标板可以与轴固定连接并且可以包括使目标板的导电顺磁区与轴电绝缘的套件。与第一方面相同的是，印刷电路板可以与非接触感测板物理连接且电连接。然后，第二保持件可以位于非接触感测板与波形压缩弹簧环之间。在本方面中，可以通过与结构壳体螺纹连接的盖子来压缩波形压缩弹簧环。止动保持件可以与轴固定连接。
[0008]在本公开的第三方面中，微定位间隙传感器组件可以与原动机或驱动器以及流动控制阀连接。原动机壳体可以与微定位间隙传感器组件连接，并且收容原动机或驱动器元件、轴承、驱动器复位弹簧压缩部件、第二保持件以及可选的原动机壳体的锁定弹簧。微定位间隙传感器组件可以构造成使得轴承使原动机或驱动器元件与驱动器复位弹簧压缩部件机械连接。驱动器复位弹簧压缩部件可以与微定位间隙传感器组件的轴连接。
[0009]微定位间隙传感器组件的结构壳体可以包括上主体部和下主体部。当进行装配以制定目标板与非接触感测板之间的间隙时，结构壳体可以包括位于上主体部与下主体部之间的间隙调节垫片。此外，目标板可以连接在上主体部的下侧。上主体部可以安装到下主体部中并在第一保持件上施加向下的压缩力。第一保持件的一部分可以偏压在非接触感测板的第一面上。非接触感测板可以构造成使得非接触感测板的平面平行于目标板的平面，并且轴的位移可以使非接触感测板移动，从而改变目标板与非接触感测板之间的距离。另外，向上的偏压力从第二保持件经由驱动器复位弹簧压缩部件和轴传递至非接触感测板。如上文所述，非接触感测板可以与印刷电路板物理连接和/或电连接。
[0010]在一些方面中，所公开的微定位间隙传感器组件可以与流动控制阀连接。当这样连接时，所公开的微定位间隙传感器组件可以提供如下优点:对流动控制阀的位置产生精确并热稳定的指示。这种构造还提供直接测量阀门位置的优点。因此，如果需要，在不使用依赖于反馈控制以趋向设定点的流动控制技术(例如，质量流量控制)的情况下，微定位间隙传感器组件可以用于控制计算出的流量。此外，所公开的微定位间隙传感器组件可以用于几乎瞬时控制流量的变化。通过以下方式实现控制的流量:计算在流道中在当前测得的压力下要求的阀门的打开位置，以获得所需的流量，然后控制阀门移动至计算出的阀门位置，同时通过本文所述的精确的微定位间隙传感器组件确认阀门位置。这种直接控制可以用于在系统内产生几乎瞬时的流体流量的变化。
[0011]
【发明内容】
部分用于以简化的形式介绍在下面详细描述部分中进一步说明的发明构思的选择。
【发明内容】
部分不意图用于确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意图用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护主题不限于能够解决本公开任何部分中所述的任何或全部缺陷的实施方式。
【附图说明】
[0012]图1示出根据本公开第一实施例的微定位间隙传感器组件的立体分解图。
[0013]图2示出图1所示的微定位间隙传感器组件的截面图。
[0014]图3示出根据本公开第二实施例的微定位间隙传感器组件的截面图。
[0015]图4示出根据本公开第三实施例的微定位间隙传感器组件的截面图。
[0016]图5示出图4所示的微定位间隙传感器组件的立体分解图。
[0017]图6示出根据本公开第四实施例的微定位间隙传感器组件的截面图。
[0018]图7示出图6所示的微定位间隙传感器组件的立体分解图。
【具体实施方式】
[0019]本文公开了一种微定位间隙传感器组件，图1和图2示出了第一实施例的微定位间隙传感器组件100，图3示出了第二实施例的微定位间隙传感器组件。转到第一实施例，图1和图2所示的微定位间隙传感器组件100包括具有挠性隔膜104的结构壳体102，该挠性隔膜固定连接在结构壳体102的第一端。
[0020]结构壳体102可以构造成容纳微定位间隙传感器组件100的内部部件。结构壳体102可以构造成维持内部部件隔离而不会暴露于流体或其他基本因素。微定位间隙传感器组件100的一端可以包括用于使内部部件与非系统环境因素隔离的盖子。此外，结构壳体102可以由不锈钢合金或其他适当的材料构成。
[0021]结构壳体102和挠性隔膜104可以共同形成防止流体进入结构壳体的屏障。在结构壳体102内，微定位间隙传感器组件100包括与挠性隔膜104垂直连接的轴106、具有一个或多个支柱109的第一保持件108、第二保持件110和位于第一保持件108与第二保持件110之间的平行板间隙传感器113。平行板间隙传感器113可以包括非接触感测板112和目标板114，非接触感测板112的第一面偏压在第一保持件108的限定非接触感测板112的平面的一个或多个支柱上，非接触感测板112的第二面偏压在第二保持件110上。目标板114可以由导电材料构成并且可以与轴106固定连接，使得目标板114的平面与非接触感测板112的平面平行。平行板间隙传感器还包括与非接触感测板112连接的印刷电路板116。印刷电路板116可以构造成输出指示非接触感测板112与目标板114之间的距离的信号。
[0022]平行板间隙传感器的构造可以使得轴106在结构壳体102内的很小位移能够改变目标板114与非接触感测板112之间的距离。然后，印刷电路板116可以输出指示距离变化的信号。因此，微定位间隙传感器组件100的构造的优点在于:可以提供亚毫米级的高分辨率测量，同时避免传感部件暴露于流体和/或对被测流体系统的流动特性产生不利影响。此夕卜，微定位间隙传感器组件100的构造可以适合于很多应用，包括但不限于阀门位置指示、流体流动感测、振动感测、原动机性能或机械缺陷检测。
[0023]图2示出微定位间隙传感器组件100的截面图。挠性隔膜104可以呈圆形并且可以连接在结构壳体的整个圆周周围，从而形成流体密闭性密封。因此，挠性隔膜104和结构壳体102可以共同形成防止流体进入结构壳体的屏障。挠性隔膜104可以与结构壳体102分开形成，然后焊接或以其他方式固定在适当位置。在其他实施例中，挠性隔膜104和结构壳体102可以例如通过机械加工等方式形成一个整体单元。挠性隔膜104可以由挠性合金或其他适当材料形成。在一个实施例中，挠性隔膜104可以具有小于0.100毫米的最大位移并且提供约0.010毫米的可分辨位移。
[0024]返回图1，如上文所述，微定位间隙传感器组件100的内部部件可以包括轴106、具有一个或多个支柱的第一保持件108、第二保持件110和位于第一保持件108与第二保持件110之间的平行板间隙传感器113。平行板间隙传感器113可以包括非接触感测板112、目标板114和与非接触感测板112连接的印刷电路板116。
[0025]轴106可以与挠性隔膜垂直连接。轴106可以延伸穿过印刷电路板116和非接触感测板112的中心孔。目标板114可以与轴106固定连接。轴106可以由热膨胀系数与结构壳体102的材料相匹配的金属合金构成。在一些实施例中，轴106可以带有螺纹，使得目标板114能够通过旋拧该目标板而安装在适当位置。应当理解的是，尽管轴106可以延伸穿过非接触感测板112和印刷电路板116内的中心孔，但是非接触感测板112和印刷电路板116没有与轴106固定连接。这种构造使得轴106以及固定连接的目标板114的位移能够改变目标板114与非接触感测板112之间的距离。轴106位移的原因可能在于微定位间隙传感器组件100适用的特定应用。
[0026]在第一非限制性例子中，轴106可以与原动机(未示出)连接，例如在螺线管驱动或压电驱动的阀门中使用的诸如螺线管、压电驱动器或微步进马达等。在这种特定应用中，阀门的原动机的驱动将导致轴106的位移。由此带来的目标板114与非接触感测板112之间距离的变化可以被非接触感测板112内的一个或多个感测区所检测。然后，印刷电路板116可以向阀门的控制系统输出指示距离变化的信号。
[0027]在第二非限制性例子中，微定位间隙传感器组件100可以应用于流动感测电路。在该例子中，微定位间隙传感器组件100可以定向成使得挠性隔膜104朝向流体流动电路的流体或“湿”侧。流体流动电路内的流体的流动和/或流体的压力瞬变可以导致挠性隔膜104的变形。因为轴106与挠性隔膜104垂直连接，所以这些变形将引起轴106在结构壳体102内的位移。由印刷电路板116提供的信号指示目标板114与非接触感测板112之间的距离变化。
[0028]其他实施例可以包括将轴106连接到机械探头，该机械探头用于在微米型应用中检测微表面缺陷或者用于振动检测器。可以理解的是，微定位间隙传感器组件100的构造可以维持内部部件与微定位间隙传感器组件100适用的系统隔离。因此，这种构造适用于高分辨率的亚毫米/亚微米测量并且产生指示这些测量的低噪音的精确信号。
[0029]返回图1，非接触感测板112可以构造成偏压在第一保持件108的一个或多个支柱上。第一保持件108可以由支柱垫圈构成，该支柱垫圈包括构造成偏压在非接触感测板112上的三个以上的支柱。第一保持件108还可以配备有键形突片。第一保持件108的键形突片可以构造成与结构壳体102的内壁上的狭槽配合并且在微定位间隙传感器组件100的装配过程中承受施加在第一保持件上的旋转扭矩。可以理解的是，第一保持件108可以由支柱垫圈构成。可选择地，支柱垫圈可以具有少于三个支柱，或者可以提供偏压在非接触感测板112上的其他适当的保持结构。第一保持件108可以通过增加一个或多个调节垫片118而在结构壳体102内对齐。调节垫片118构造成在结构壳体102内与第一保持件108对齐。在装配过程中可以根据需要增加一个或多个调节垫片118，从而保证第一保持件108适当定向，使得第一保持件108的一个或多个支柱可以在结构壳体102内限定非接触感测板112的平面。可以理解的是，第一保持件108可以限定非接触感测板112的平面，使得该平面平行于结构壳体102的底部。垫片118用于通过插入一个或多个适宜厚度的垫片118将间隙调节到所需距离的方式而将间隙调节到所需水平。
[0030]非接触感测板112还可以是非接触感测板112的第二面偏压在第二保持件110上。可以理解的是，第一保持件108和第二保持件110偏压非接触感测板112的相对面，从而防止非接触感测板在结构壳体102内移动。第二保持件110可以包括波形垫圈，该波形垫圈可以具有例如三个以上的波峰，每一个波峰都构造成偏压在非接触感测板上。作为选择，可以使用其他数量的波峰。可以理解的是，第二保持件110还可以包括具有少于三个波峰的波形垫圈或者构造成偏压在非接触感测板112上的任何其他适当的保持件。波形压缩弹簧环120可以构造成偏压在第二保持件110和结构壳体102上。
[0031]轴106、第一保持件108和第二保持件110可以由热膨胀系数与结构壳体102所含材料类似的顺磁性材料构成。因此，第一保持件108和第二保持件110可以维持平面定向，防止非接触感测板112在结构壳体102内垂直移动，并且可以防止由于微定位间隙传感器组件100的热膨胀或收缩而引起的目标板114与非接触感测板112之间的距离变化。
[0032]非接触感测板112可以包括位于非接触感测板112内的一个或多个感测区。每个感测区都可以包括作为电容操作的传感线圈、磁场感测、涡流或者构造成感测非接触感测板112与目标板114之间的距离的任何其他适当的传感器。每个感测区都可以与印刷电路板116电连接。在一些实施例中，非接触感测板可以包括位于高强度合金或陶瓷板内的一个或多个感测传感区。在这些实施例中，非接触感测板可以承受由于在微定位间隙传感器组件的装配和操作过程中所施加的压缩力而引起的塑性变形。
[0033]目标板114可以由导电的顺磁性材料构成并且固定连接在轴106上，无论是否具有与其接合的高强度支撑部件。目标板114可以定向成使得目标板114的平面与非接触感测板112的平面平行。此外，目标板114可以定向成使得在目标板114与非接触感测板112之间维持较小距离或间隙(由图2和图3中的虚线和箭头指出)。这种构造使得轴106在结构壳体102内的任何位移都能够改变目标板114与非接触感测板112之间的距离。这种距离变化可以被非接触感测板112内的感测区所检测。
[0034]目标板114可以构造成通过螺纹、粘合或者任何其他适当的固定连接方式固定连接到轴106上。此外，目标板114可以包括用于使目标板114的导电材料与轴106电绝缘的非导电套件115。非导电套件115可以由陶瓷、硬化工具钢或者材料硬度大于目标板114的导电材料的任何其他适当的非导电材料构成。目标板114的导电材料可以通过压力配合、焊接、钎焊或者任何其他适当的接合工艺而与非导电套件115接合。目标板114可以进一步构造成提供使第一保持件108的一个或多个支柱穿过或围绕目标板114并且通向非接触感测板112的通道，如图1所示。
[0035]在一些实施例中，目标板114可以与高强度合金或陶瓷板接合，以降低由于在微定位间隙传感器组件的装配和操作过程中所施加的压缩力而引起塑性变形的可能性。
[0036]印刷电路板116可以与非接触感测板112连接。在一些实施例中，印刷电路板116可以与非接触感测板112物理连接且电连接，从而形成一个组件。在其他实施例中，印刷电路板116可以与非接触感测板112仅电连接，从而使印刷电路板116能够在结构壳体102内选择性地定位(如图2和图3所示)。
[0037]印刷电路板116可以构造成输出指示非接触感测板112与目标板114之间的距离的信号。该信号可以经由配线、光缆或任何适当的装置输出到控制系统或其他指示系统。印刷电路板116可以包括振荡电路。印刷电路板116还可以包括温度传感器或温度1C，以便补偿由于电路部件的温度漂移引起的针对输出信号的电子温度校正的局部温度。可以理解的是，印刷电路板116可以包括模-数转换电路以增加输出信号的量。还可以理解的是，印刷电路板116内的振荡电路可以被结构壳体102的材料电磁屏蔽，因而可以使外部电磁源的干扰最小。
[0038]微定位间隙传感器组件还可以包括构造成与轴固定连接的止动保持件122。止动保持件122可以包括构造成将目标板114固定在轴106上的保持螺母或弹簧卡环。
[0039]可以通过结构壳体102的阀壳体或上壳体或盖子向第一保持件108施加压缩力。该压缩力可以通过第一保持件108的一个或多个支柱传递至非接触感测板112。
[0040]图2示出了第一实施例的微定位间隙传感器组件100的截面图。在第一实施例中，微定位间隙传感器组件100的内部部件的定向和功能如下。在本实施例中，结构壳体102、挠性隔膜104、轴106定向成使得轴106垂直地居于结构壳体102内的中心。波形压缩弹簧环120定位在结构壳体102内，使得其支承在结构壳体102内的内部壁架上。波形压缩弹簧环120的键形突片可以与结构壳体102内壁中的狭槽配合，从而在装配过程中承受可能施加在微定位间隙传感器组件100的内部部件上的旋转扭力。第二保持件110可以定向成偏压在波形压缩弹簧环120上，使得来自波形压缩弹簧环120的力可以向上传递至非接触感测板112。
[0041 ]非接触感测板112可以与印刷电路板116连接，并且可以定位在结构壳体内使得轴106穿过每个元件的中心孔。此外，非接触感测板112可以定向成使得非接触感测板112的下方偏压在第二保持件110上。在这种构造中，波形压缩弹簧环120可以向上推压第二保持件110，从而将力传递至非接触感测板112。
[0042]目标板114可以固定连接在轴106上，使得在目标板114与非接触感测板112之间存在间隙(由虚线和箭头指出)。目标板114还进一步在平行于非接触感测板112平面的平面方向上定向。目标板114可以构造成随着轴106的位移而移动，使得目标板114与非接触感测板之间的距离可以为50微米?200微米，并且目标板114可以不与非接触感测板112物理接触。
[0043]第一保持件108的一个或多个支柱可以向下延伸，从而偏压在非接触感测板112上并限定其平面。如图所示，支柱可以在目标板114的周围向下伸出或者穿过目标板114中的开口。第一保持件108可以通过类似于波形压缩弹簧环120的键形突片而在结构壳体102内对齐。可选的是，可以在第一保持件上方放置一个或多个调节垫片118，以保证第一保持件108的平面垂直于轴106的中心轴线。这种构造可以保证非接触感测板112维持与目标板114平行。如上文所述，由第二保持件110和第一保持件108所施加的相对的向上力和向下力可以在结构壳体102和/或轴106的热膨胀和收缩过程中维持非接触感测板112的方向。此外，相对的力可以防止由于热膨胀或收缩引起的目标板114与非接触感测板112之间的距离变化，因而限制与输出信号的错误相关的热影响。
[0044]例如，因为目标板114固定连接在轴106上，所以轴106的热膨胀或收缩可能会引起目标板114与非接触感测板112之间的距离变化。然而，来自第一保持件108和第二保持件112的相对的偏压力可以使平行板间隙传感器113热平衡，从而抵消轴106的热膨胀。在轴106的热膨胀之后，来自第二保持件110的偏压力可以使非接触感测板112朝目标板112移动，从而抵消非接触感测板112与目标板114之间的任何距离增加。可以理解的是，为了维持平行板间隙传感器113中的间隙，第一保持件108与第二保持件110中的一者具有对板之一进行偏压的弹性，而第一保持件108和第二保持件110中的另一者与轴固定连接并构造成使另一个板随着轴移动。
[0045]从第一保持件108的一个或多个支柱施加在非接触感测板112上的向下力可以源自阀门壳体所施加的压缩力。如上文所述，阀门壳体可以在微定位间隙传感器组件100的内部部件上施加向下的压缩力。在这种构造中，施加在非接触感测板112上的向下压缩力可以与来自压缩弹簧环120的向上力相对。这种相对力的构造使非接触感测板112能够在结构壳体102内浮动，同时维持大致水平(平行于挠性隔膜104并且垂直于轴106)的平面方向。
[0046]如图所示，微定位间隙传感器组件100可以与流动控制阀140连接。例如通过与轴106连接的原动机(未示出)使轴106位移，可以引起阀轴144的位移。阀轴144的位移可以改变流动控制阀的阀体部相对于阀座的位置。阀体部的位置变化可以引起通过流动控制阀140的流体流量的变化。所示的流动控制阀140具有正常封闭构造，其中，阀体部偏压在弹簧上并保持阀体部偏压在阀座上，从而防止流体流动通过流动控制阀140。轴106远离阀座的位移可以使阀体部远离阀座移动，从而产生流体流动通过流动控制阀140的路径。
[0047]可以理解的是，可以采用流动控制阀140的可选构造。例如，正常打开构造的流动控制阀140可以与微定位间隙传感器组件100连接。在这种可选构造中，阀体部可以偏压在弹簧上并防止阀体部偏压在阀座上。因此，轴106可以朝阀座位移并克服弹簧力使阀体部偏压在阀座上，从而封闭流体流动通过流动控制阀140的路径。
[0048]如上文所述，轴106的位移可以改变非接触感测板112与目标板114之间的距离。印刷电路板116可以向流动控制系统提供指示非接触感测板112与目标板114之间的距离的信号。因此，微定位间隙传感器组件100可以向流动控制系统指示流动控制阀140的位置。流动控制系统可以根据系统的流体压力计算流体通过流动控制阀140的精确流量，从而能够精确控制系统中的流体流动并且迅速调节流体流动。换句话说，可以在阀门位置反馈控制方法中采用由微定位间隙传感器组件100测量的流动控制阀位置。
[0049]虽然在第一实施例中目标板114与轴106固定连接并且位于向上偏压的非接触感测板112的上方，但是可以理解的是，在本实施例中可以调换目标板114和非接触感测板112的位置，使得目标板114位于非接触感测板112的下方并且向上偏压，同时非接触感测板112位于目标板114的上方并且与轴106固定连接。
[0050]图3示出了在第二实施例中的微定位间隙传感器组件100A的截面图。在第二实施例中，微定位间隙传感器组件100A的内部部件的定向和功能如下。结构壳体102、挠性隔膜104、轴106定向成使得轴106垂直地居于结构壳体102内的中心。然而，与第一实施例不同的是，调节垫片118可以支承在结构壳体102内的内部壁架上。然后，第一保持件108可以配备有向上延伸并围绕目标板114的一个或多个支柱。如上面第一实施例所述的，目标板114可以与轴106固定连接。然而，可以理解的是，在第二实施例中，所示的目标板114具有用于使目标板114的导电顺磁区与轴106电绝缘的套件。套件可以由陶瓷或其他非导电材料构成。然后，非接触感测板112可以偏压在第一保持件108的朝上的一个或多个支柱上。与第一实施例相同的是，印刷电路板116可以与非接触感测板112物理连接且电连接。然后，第二保持件可以位于非接触感测板112与波形压缩弹簧环120之间。在这种构造中，如图所示，可以通过与结构壳体102螺纹连接的盖子来压缩波形压缩弹簧环120。然后，止动保持件122可以与轴106固定连接。
[0051]虽然在第二实施例中目标板114与轴106固定连接并且位于向下偏压的非接触感测板112的下方，但是可以理解的是，在本实施例中可以调换目标板114和非接触感测板112的位置，使得目标板114位于非接触感测板112的上方并且向下偏压，同时非接触感测板112位于目标板114的下方并且与轴106固定连接。
[0052]如上面参照图2所述的，微定位间隙传感器组件100A可以与流动控制阀140连接。
[0053]图4和图5示出了微定位间隙传感器组件200的第三实施例。图4示出了与原动机或驱动器以及流动控制阀240连接的微定位间隙传感器组件200的第三实施例的截面图。图5示出了微定位间隙传感器组件200的立体分解图。原动机壳体232可以与微定位间隙传感器组件200连接，其收容原动机或驱动器元件230、轴承234、驱动器复位弹簧压缩部件236、驱动器复位弹簧237以及可选的原动机壳体232的锁定弹簧。原动机壳体232可选地通过原动机壳体锁定环238固定在适当位置。
[0054]微定位间隙传感器组件200可以构造成使得原动机或驱动器元件230与轴承234连接。轴承234可以使原动机或驱动器元件230与驱动器复位弹簧压缩部件236机械连接。轴承234与驱动器复位弹簧压缩部件236的机械连接可以构造成使得原动机或驱动器元件230可以弓I起流动控制阀240的阀门位置的变化。
[0055]驱动器复位弹簧压缩部件236可以对驱动器复位弹簧237提供压缩力。此外，驱动器复位弹簧压缩部件236可以偏压在第一保持件208上，从而对第一保持件208提供压缩力。驱动器复位弹簧压缩部件236可以与轴206连接。在这种构造中，驱动器复位弹簧237可以对驱动器复位弹簧压缩部件236施加力，这样在原动机或驱动器元件230脱离之后，来自驱动器复位弹簧237的力可以用于反转流动控制阀240的阀门位置的变化。
[0056]微定位间隙传感器组件200的结构壳体可以包括上主体部228和下主体部202。上主体部228可以通过螺纹连接、压力配合或任何其他适当方式而安装到下主体部202中。如上文所述，微定位间隙传感器组件200的结构壳体可以包括挠性隔膜204。挠性隔膜204可以与下主体部202固定连接或者铸造成一个部件。
[0057]微定位间隙传感器组件200可以包括平行板间隙传感器，平行板间隙传感器的第一面由第一保持件208和轴206的台架支撑，第二面由结构壳体支撑。平行板间隙传感器可以包括非接触感测板212、目标板214以及与非接触感测板连接的印刷电路板216。印刷电路板216可以构造成输出指示非接触感测板212与目标板214之间的距离的信号。
[0058]微定位间隙传感器组件200可以包括具有一个或多个直径的轴206。轴206可以具有第一较大直径和至少一个较小直径。轴206的第一较大直径可以相对于各个较小直径向内形成阶梯状，从而在轴206上形成台架。
[0059]在一些实施例中，目标板214可以与上主体部228的下侧接合。如上文所述，目标板214可以包括导电的顺磁性材料。目标板214可以通过压力配合、焊接、钎焊或者任何其他适当的接合方式而与上主体部228接合。
[0060]驱动器复位弹簧压缩部件236可以在第一保持件208上施加向下的压缩力。在本实施例中，第一保持件208可以是任何的传感器压缩夹头、卡盘或任何其他适当的保持件。第一保持件208的一部分可以偏压在非接触感测板212的上侧。
[0061]非接触感测板212可以固定连接在轴206上，使得非接触感测板212的平面平行于目标板214的平面，并且轴206的很小位移可以使非接触感测板212移动，从而改变目标板214与非接触感测板212之间的距离。可以通过在结构壳体的上主体部228与下主体部202之间放置具有不同厚度的一个或多个间隙调节垫片218来制定非接触感测板212与目标板214之间的距离。
[0062]可以理解的是，在一些构造中，向上的偏压力可以包括与驱动器复位弹簧压缩部件236经由第一保持件208所施加的向下压缩力大小相等、方向相反的反作用力。
[0063]如图4所示，轴206可以包括阶梯或台架。在这种构造中，非接触感测板212可以支承在轴206的台架上，使得轴206的台架可以在非接触感测板212的下表面上施加向上力。因此，非接触感测板212的第一面可以偏压在第一保持件208的一部分上并且接收第一保持件208的反向偏压力。
[0064]微定位间隙传感器组件200可以包括印刷电路板216。如上面在第一实施例和第二实施例中所述的，印刷电路板216可以与非接触感测板212电连接和/或物理连接并且输出与非接触感测板212和目标板214之间距离成比例的信号。
[0065]轴206可以与流动控制阀240的阀轴244连接，使得原动机或驱动器元件230的位移可以引起阀轴244和阀盘相对于流动控制阀240的阀座的位移。
[0066]图6和图7示出了第四实施例，S卩，图4和图5所示的微定位间隙传感器组件200的倒置构造。图6示出了与原动机或驱动器以及流动控制阀240连接的微定位间隙传感器组件200A的截面图。图7示出了微定位间隙传感器组件200A的立体分解图。出于简洁的目的，将仅论述图6和图7所示的微定位间隙传感器组件200A与图4和图5所示的微定位间隙传感器组件200之间的区别。
[0067]在倒置构造中，目标板214可以位于下主体部202中。在下主体部202与目标板214之间可以设置一个或多个间隙调节垫片，以制定目标板214与非接触感测板212之间的距离。如上面参照图4和图5所述的，非接触感测板212可以偏压在第一保持件208的一部分上，而轴206的台架可以施加第一保持件208的反向偏压力。此外，印刷电路板216可以位于非接触感测板212的与目标板214相反的一侧。
[0068]可以理解的是，虽然所示的微定位间隙传感器组件200、200A具有用于使原动机或驱动器元件230与驱动器复位弹簧压缩部件236连接的轴承234，但是可以使用任何适当的连接以将来自原动机或驱动器元件230的力传递至驱动器复位弹簧压缩部件236。还可以理解的是，连接类型可以专属于所安装的原动机。
[0069]可以理解的是，除了上述流动控制应用以外，上面论述的实施例还可以应用于流动感测、振动感测、原动机性能或机械缺陷检测。
[0070]本公开的主题包括本文公开的各个方法、系统和构造以及其他特征、功能、作用和/或性能的所有新颖的、非显而易见的组合和子组合及其任何和所有的等同方式。
【主权项】
1.一种微定位间隙传感器组件，包括: 结构壳体； 挠性隔膜，所述挠性隔膜固定连接在所述结构壳体的第一端，从而形成防止流体进入所述结构壳体的屏障； 轴，所述轴与所述挠性隔膜垂直连接； 第一保持件； 第二保持件；以及 板间隙传感器，所述板间隙传感器包括: 非接触感测板，所述非接触感测板的第一面偏压在保持所述非接触感测板的第一保持件的一部分上并且从保持所述非接触感测板的第二保持件接收第一保持件的反向偏压力；和 目标板，所述目标板邻近所述非接触感测板并与其隔开一定间隙； 其中所述板间隙传感器构造成使得所述目标板或所述非接触感测板中的一者与所述轴连接并且构造成随着所述轴的移动而移动，其中所述轴的移动引起的所述目标板或所述非接触感测板中的一者的位移改变所述目标板与所述非接触感测板之间的距离，并且其中偏压力对所述目标板或所述非接触感测板中的另一者施加偏压，从而在位移过程中维持所述间隙。2.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，还包括: 印刷电路板，所述印刷电路板与所述非接触感测板连接并且构造成输出指示所述非接触感测板与所述目标板之间的距离的信号。3.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，其中所述目标板由导电的顺磁性材料构成且包括陶瓷套件，所述陶瓷套件构造成使导电的顺磁性材料与所述轴电绝缘。4.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，还包括流动控制阀，所述流动控制阀与所述微定位间隙传感器组件连接，使得所述轴的位移改变所述流动控制阀的阀门位置。5.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，还包括一个或多个调节垫片，所述调节垫片构造成在所述结构壳体内与第一保持件对齐。6.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，其中第一保持件为包括一个或多个支柱的支柱垫圈，所述支柱构造成偏压在所述非接触感测板上并限定所述非接触感测板的平面。7.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，其中第二保持件为包括三个以上波峰的波形垫圈，所述波峰构造成偏压在所述非接触感测板上。8.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，还包括波形压缩弹簧环，所述波形压缩弹簧环构造成偏压在第二保持件上。9.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，还包括止动保持件，所述止动保持件构造成与所述轴固定连接并且偏压在导电的目标板上。10.根据权利要求6所述的微定位间隙传感器组件，其中所述支柱垫圈配备有键形突片，所述键形突片构造成与所述结构壳体的内壁上的狭槽配合并且承受施加在所述支柱垫圈上的旋转扭矩。11.根据权利要求1所述的微定位间隙传感器组件，其中第二保持件为驱动器复位弹簧，所述驱动器复位弹簧构造成产生第一保持件的反向偏压力。12.一种微定位间隙传感器组件，包括: 结构壳体； 挠性隔膜，所述挠性隔膜固定连接在所述结构壳体的第一端，从而形成防止流体进入所述结构壳体的屏障； 轴，所述轴与所述挠性隔膜垂直连接； 第一保持件，第一保持件包括一个或多个支柱； 第二保持件；以及 平行板间隙传感器，所述平行板间隙传感器位于第一保持件与第二保持件之间并且包括: 非接触感测板，所述非接触感测板偏压在第一保持件的限定所述非接触感测板的平面的一个或多个支柱上并且偏压在第二保持件上； 目标板，所述目标板由导电的顺磁性材料构成，其中所述目标板固定在所述轴上并且定向成使得所述目标板的平面平行于所述非接触感测板的平面;以及 印刷电路板，所述印刷电路板与所述非接触感测板连接并且构造成输出指示所述非接触感测板与所述目标板之间的距离的信号。13.根据权利要求12所述的微定位间隙传感器组件，其中所述目标板还包括陶瓷套件，所述陶瓷套件构造成使导电的顺磁性材料与所述轴电绝缘。14.根据权利要求12所述的微定位间隙传感器组件，还包括流动控制阀，所述流动控制阀与所述微定位间隙传感器组件连接，使得所述轴的位移改变所述流动控制阀的阀门位置。15.根据权利要求12所述的微定位间隙传感器组件，还包括一个或多个调节垫片，所述调节垫片构造成在所述结构壳体内与第一保持件对齐。16.根据权利要求12所述的微定位间隙传感器组件， 其中第一保持件为包括三个以上支柱的支柱垫圈，所述支柱构造成偏压在所述非接触感测板上并限定所述非接触感测板的平面；以及 其中第一保持件包括键形突片，所述键形突片构造成与所述结构壳体的内壁上的狭槽配合并且承受施加在第一保持件上的旋转扭矩。17.根据权利要求12所述的微定位间隙传感器组件， 其中第二保持件为包括三个以上波峰的波形垫圈，所述波峰构造成偏压在所述非接触感测板上。18.根据权利要求12所述的微定位间隙传感器组件，还包括波形压缩弹簧环，所述波形压缩弹簧环构造成偏压在第二保持件上，以及 其中所述波形压缩弹簧环包括键形突片，所述键形突片构造成与所述结构壳体的内壁上的狭槽配合并且承受施加在所述波形压缩弹簧环上的旋转扭矩。19.根据权利要求12所述的微定位间隙传感器组件，其中所述轴构造成改变所述目标板与所述非接触感测板之间的距离。20.一种微定位间隙传感器组件，包括: 结构壳体； 挠性隔膜，所述挠性隔膜固定连接在所述结构壳体的第一端，从而形成防止流体进入所述结构壳体的屏障； 轴，所述轴与所述挠性隔膜垂直连接，其中所述轴配备有台架； 第一保持件； 驱动器复位弹簧； 驱动器复位弹簧压缩部件，所述驱动器复位弹簧压缩部件与所述轴连接； 其中所述驱动器复位弹簧压缩部件在所述驱动器复位弹簧和第一保持件上施加压缩力； 流动控制阀，所述流动控制阀与所述微定位间隙传感器组件连接，使得所述轴的位移改变所述流动控制阀的阀门位置;以及 平行板间隙传感器，所述平行板间隙传感器的第一面由第一保持件和所述轴的台架支撑，第二面由所述结构壳体支撑，所述平行板间隙传感器包括非接触感测板、由导电的顺磁性材料构成的目标板以及与所述非接触感测板连接的印刷电路板，所述印刷电路板构造成输出指示所述非接触感测板与所述目标板之间的距离的信号； 其中所述平行板间隙传感器的第一侧偏压在第一保持件上，使得所述非接触感测板的平面平行于所述目标板的平面并且在所述非接触感测板与所述目标板之间形成间隙；以及其中所述平行板间隙传感器构造成使得在所述结构壳体内所述轴的位置的变化会引起所述目标板与所述非接触感测板之间的间隙的距离变化。
【文档编号】G01B7/14GK106066150SQ201610251523
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月21日 公开号201610251523.2, CN 106066150 A, CN 106066150A, CN 201610251523, CN-A-106066150, CN106066150 A, CN106066150A, CN201610251523, CN201610251523.2
【发明人】帕特里克·艾伦·洛厄里, 约翰·托马斯·迪克, 迈克尔·亚历克斯·克雷默
【申请人】株式会社堀场Stec