CN112302913A

CN112302913A - 一种内嵌lvdt位移传感器的波纹管泵

Info

Publication number: CN112302913A
Application number: CN202011162498.3A
Authority: CN
Inventors: 阮晓东; 葛天怿; 胡亮; 付新; 苏芮
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-02-02

Abstract

本发明提供了一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵。利用LVDT位移传感器检测波纹管的位置，具有精度较高、性能稳定、响应速度快、线性范围大、输出大、使用方便等优点；将LVDT位移传感器整合入泵体中，有效避免外装LVDT由于振动、安装不同心所造成的磨损、测量杆脱落或断裂等问题，有效提升传感器工作稳定性，延长传感器的使用寿命；同时该发明综合现有波纹管泵结构以及LVDT测量原理，实现了位移检测模块与泵体的高度集成，使整泵结构更加紧凑。

Description

一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵

技术领域

本发明涉及波纹管泵技术领域，具体涉及一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵。

背景技术

在半导体制造、高纯化工以及生物医药等领域中，有很多场合需要使用高纯度流体。作为一种流体动力源，波纹管泵由于其产生污染少的特点，在高纯流体***中具有广泛应用。波纹管泵的基本原理是通过改变柔性泵腔的容积的办法将流体从管道中吸入泵腔或者从泵腔中挤入管道，从而产生周期性的流体驱动力。由于产生动力的方式来自于泵腔的形变，不会产生滑动摩擦，所以不会因为摩擦产生污染颗粒物，也不会因为滑动运动副的存在导致污染物从滑动间隙中迁移进入泵腔中，显著减少了污染物的来源，是一种特别适用于高纯流体***中的流体部件。

最基本的波纹管泵具有一个设置在泵头上的波纹管，波纹管内部形成泵腔；泵头上具有流体流入流道和流出流道，流入流道和流出流道分别通过单向阀与泵腔连通；当波纹管被拉伸或者压缩时，流体分别被吸入和排出泵腔，形成向外泵送的流体流。为了监测和调节波纹管泵的输出特性，需要设置传感器对波纹管的位置进行监测。为了获得较高的测量精度和较紧凑的尺寸，现有波纹管泵会采用激光位移传感器检测波纹管泵运动部件的位移。但激光位移传感器的成本较高，响应速度不够快。LVDT(Linear VariableDifferential Transformer，线性差动变压器)位移传感器是另一种位置检测传感器，但现有的笔式LVDT位移传感器安装在波纹管泵后会导致波纹管泵尺寸过大，并且波纹管泵运行过程中存在一定的振动，外置安装的LVDT难以保证测量杆与线圈完全同心，在测量杆长时间的往复动作之后，LVDT会产生松动或磨损，这将直接导致LVDT线圈被磨损甚至损坏，严重时LVDT测量杆会发生脱落或断裂等故障，造成设备损坏。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵。将LVDT位移传感器整合入泵体对波纹管的位移进行监测，改善对波纹管位移监测的准确性、响应速度和可靠性，同时保持波纹管泵的紧凑体积。

本发明包括泵头、波纹管、泵轴以及位移传感器；一对波纹管对称设置于泵头两侧，在波纹管内部形成泵腔；一对泵壳对称设置于泵头两侧且分别设置于一对波纹管外部，在波纹管外部和泵壳内部形成气室；波纹管远离泵头的一端与泵轴连接，泵轴穿过气室和泵壳伸出至泵壳外部，两侧波纹管的泵轴通过连接杆连接；泵壳与泵轴的结合处设置导向套和密封圈，分别用于泵轴的径向定位和运动密封；在泵壳内部的轴向空间内，靠近泵轴沿轴向依次设置第一LVDT二次绕组、LVDT一次绕组和第二LVDT二次绕组；泵轴内部设置LVDT铁芯；第一LVDT二次绕组和第二LVDT二次绕组在电路上反向串联。

进一步的，所述LVDT铁芯在轴向位置上与第一LVDT二次绕组、LVDT一次绕组或第二LVDT二次绕组保持部分或全部重合。

进一步的，所述LVDT一次绕组和LVDT二次绕组的径向外侧用具有高导磁率材料制成的端盖遮蔽以起到磁屏蔽效果。

作为优选，通过注塑的方式将所述LVDT铁芯包裹在泵轴内部。

进一步的，在泵轴靠近波纹管的一侧加工螺纹孔，将LVDT铁芯置入螺纹孔，并使用紧定螺钉固定LVDT铁芯。

进一步的，所述连接杆包括左连接杆和右连接杆，左连接杆和右连接杆之间通过柔性联动机构连接。

作为优选，所述柔性联动机构包含弹簧或压缩空气弹簧。

进一步的，泵送流体时至少有一个波纹管处于持续压缩的过程中。

进一步的，在泵送流体时，存在同时向两侧气室供给压缩空气的过程。

本发明提供了一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，利用LVDT位移传感器检测波纹管的位置，具有精度较高、性能稳定、响应速度快、线性范围大、输出大、使用方便等优点；将LVDT位移传感器整合入泵体中，有效避免外装LVDT由于振动、安装不同心所造成的磨损、测量杆脱落或断裂等问题，有效提升传感器工作稳定性，延长传感器的使用寿命；同时该发明综合现有波纹管泵结构以及LVDT测量原理，实现了位移检测模块与泵体的高度集成，使整泵结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明实施例的正面视图；

图2为本发明实施例的正面剖视图；

图3为本发明实施例LVDT位移传感器局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1、图2和图3所示的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，包括泵壳4、端板1、支撑板3、紧固杆6、左连接杆2和右连接杆5；还包含法兰板7、波纹管8、出液单向阀9、出液单向阀阀芯10、进液单向阀26、进液单向阀芯25、弹簧轴套筒11、弹簧轴12、弹簧13、第一LVDT二次绕组16、端盖17、LVDT一次绕组18、第二LVDT二次绕组19、导向套20、LVDT铁芯21、泵轴22、密封圈23、泵头24以及紧定螺钉27。

一对波纹管8对称设置在泵头24两侧面，每个波纹管8与泵头24之间形成泵腔14；一对泵壳4对称设置在泵头24两侧面并且容纳波纹管8；泵壳4与波纹管8、泵头24之间形成空间气室15；多根紧固杆6配合螺钉将两泵壳4紧密压紧于泵头24；波纹管8底部通过法兰板7与泵轴22固定；泵轴22从泵壳4和气室15内伸出至泵壳4之外；左连接杆2和右连接杆5设置在泵壳4外侧，分别与左右端板1固定连接；左右端板1与泵轴22固定连接；左连接杆2和右连接杆5连接在一起，使左右两侧的端板1及泵轴22可以联合运动，从而带动左右两侧的波纹管8联合运动；左连接杆2和右连接杆5的连接方式可以是固定连接，使左右两侧的波纹管8能够以刚好相反的相位联合运动；左连接杆2和右连接杆5的连接方式也可以是如图2所示的通过柔性联动机构连接；所述柔性联动机构由弹簧13、弹簧轴12、弹簧轴套筒11组成；弹簧轴套筒11底部设有一限位机构；弹簧轴12可在弹簧轴套筒11内沿直线运动；静止时弹簧处于压缩状态，弹簧轴12由限位机构限制在套筒底端；所述柔性联动机构亦可由压缩空气弹簧、沿直线放置的同名磁极等储能元件构成；通过设置柔性联动机构，左右两侧的波纹管8的相位可以是相互错开并且不是刚好相反的，在具体实施过程中允许一侧的波纹管8运动至极限位置、速度降低至零时，另一侧的波纹管8仍然处于压缩冲程，避免了两侧波纹管8都处于极限位置时波纹管泵的输出流量降低至零引起输出脉动的情况。

所述的泵头24内设置出液单向阀9和进液单向阀26；出液单向阀9连通波纹管8与出液流路，出液单向阀9的出液单向阀阀芯10允许流体自泵腔14向出液流路单向流动；进液单向阀26连通波纹管8与进液流路，进液单向阀26的进液单向阀阀芯25允许流体自进液流路向泵腔14单向流动。波纹管泵工作时，向左右两侧的气室15分别供给压缩空气压力；当压缩空气流向左侧气室15时，左侧气室15压力上升，左侧波纹管8向右侧运动，左侧泵腔14体积缩小，挤压腔内的流体介质，腔体内压力上升，当腔体内压力上升到一定大小时，腔内的出液单向阀9打开，流体介质流出左侧泵腔14，此为排液过程；在向左侧气室15供给压缩空气时，右侧气室15与大气相通，左侧波纹管8向右运动时，与其相连的泵轴22通过左连接杆2和右连接杆5带动右侧泵轴22与右侧波纹管8同时向右运动，右侧泵腔14体积增大，腔体内压力下降，当腔体内压力下降到一定大小时，腔体内的进液单向阀26打开，流体介质流入右侧泵腔14，此为吸液过程；左右两侧的波纹管8不断往复进行吸液过程和排液过程，从而向泵体外泵送流体。

在左侧波纹管8位移达到设定的压缩极值时，左侧波纹管8的运动速度降低至零，排液流量降低至零；此时向右侧气室15供给压缩空气，右侧气室15压力上升，由于柔性联动机构的设置使两侧波纹管8非刚性固结，一侧的波纹管8运动至极限位置时，另一侧的波纹管8仍然处于压缩冲程，从而保证至少有一侧波纹管处于向外泵送流体的状态中，降低了泵送流体的流量脉动。通过控制左右两侧波纹管8的位置，可以调节两侧波纹管8的压缩冲程重叠程度，从而使波纹管泵在各种工况下获得最低的输出流量脉动。因此，有必要对波纹管8的位置进行检测。

在泵壳4内部的轴向空间内，靠近泵轴22沿轴向依次设置第一LVDT二次绕组16、LVDT一次绕组18和第二LVDT二次绕组19，三个绕组间的空隙采用高密度材料填充；第一LVDT二次绕组16和第二LVDT二次绕组19在电路上反向串联；绕组的径向外侧用球墨铸铁或硅钢等具有高导磁率材料制成的端盖17遮蔽以起到磁屏蔽效果；泵壳4与泵轴22的结合处设置导向套20以及密封圈23，用于泵轴22的径向定位和运动密封；泵轴22内部设置LVDT铁芯21，LVDT铁芯21在轴向位置上与第一LVDT二次绕组16、LVDT一次绕组18或第二LVDT二次绕组19保持部分或全部重合；如果泵轴22是塑料材质，可以通过注塑的方式将LVDT铁芯21包裹在泵轴22内部；如果泵轴22是金属材质，可以在泵轴22靠近波纹管8的一侧加工螺纹孔，将LVDT铁芯21置入螺纹孔，并使用紧定螺钉27固定LVDT铁芯21。向LVDT一次绕组18施加一定频率与幅值的交流信号，由于互感效应，第一LVDT二次绕组16和第二LVDT二次绕组19会产生相应的互感电动势，且二次绕组所产生的互感电动势大小与绕组和LVDT铁芯21的搭接长度成正比，故随着泵轴22中嵌入的LVDT铁芯21的运动，两个反向串联的LVDT二次绕组会产生随位移变化的信号，对该信号处理可获得泵轴22的实际位置。

本发明将LVDT铁芯设置在泵轴内部，避免外装LVDT传感器造成泵体尺寸过大；LVDT绕组设置在泵壳内，利用泵轴导向套及密封圈形成的轴向空间布置绕组，避免绕组使泵体尺寸扩大；将泵轴、泵壳与LVDT传感器整合，有效避免外装LVDT由于振动、安装不同心所造成的磨损、测量杆脱落或断裂等问题，有效提升传感器工作稳定性，延长传感器的使用寿命。

在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：包括泵头、波纹管、泵轴以及位移传感器；一对波纹管对称设置于泵头两侧，在波纹管内部形成泵腔；一对泵壳对称设置于泵头两侧且分别设置于一对波纹管外部，在波纹管外部和泵壳内部形成气室；波纹管远离泵头的一端与泵轴连接，泵轴穿过气室和泵壳伸出至泵壳外部，两侧波纹管的泵轴通过连接杆连接；泵壳与泵轴的结合处设置导向套和密封圈，分别用于泵轴的径向定位和运动密封；在泵壳内部的轴向空间内，靠近泵轴沿轴向依次设置第一LVDT二次绕组、LVDT一次绕组和第二LVDT二次绕组；泵轴内部设置LVDT铁芯；第一LVDT二次绕组和第二LVDT二次绕组在电路上反向串联。

2.如权利要求1所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：所述LVDT铁芯在轴向位置上与第一LVDT二次绕组、LVDT一次绕组或第二LVDT二次绕组保持部分或全部重合。

3.如权利要求1或2所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：所述LVDT一次绕组和LVDT二次绕组的径向外侧用具有高导磁率材料制成的端盖遮蔽以起到磁屏蔽效果。

4.如权利要求3所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：通过注塑的方式将所述LVDT铁芯包裹在泵轴内部。

5.如权利要求3所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：在泵轴靠近波纹管的一侧加工螺纹孔，将LVDT铁芯置入螺纹孔，并使用紧定螺钉固定LVDT铁芯。

6.如权利要求1所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：所述连接杆包括左连接杆和右连接杆，左连接杆和右连接杆之间通过柔性联动机构连接。

7.如权利要求6所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：所述柔性联动机构包含弹簧。

8.如权利要求6所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：所述柔性联动机构包含压缩空气弹簧。

9.如权利要求7或8所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：泵送流体时至少有一个波纹管处于持续压缩的过程中。

10.如权利要求9所述的一种内嵌LVDT位移传感器的波纹管泵，其特征在于：在泵送流体时，存在同时向两侧气室供给压缩空气的过程。