CN112984197A - 一种可监测故障式电磁阀 - Google Patents

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CN112984197A CN202110157955.8A CN202110157955A CN112984197A CN 112984197 A CN112984197 A CN 112984197A CN 202110157955 A CN202110157955 A CN 202110157955A CN 112984197 A CN112984197 A CN 112984197A
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田昊
李思宸
宁大勇
张增猛
弓永军
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Abstract

本发明公开了一种可监测故障式电磁阀，属于电磁阀监控技术领域，该电磁阀包括阀芯；设置在阀芯外部的阀芯套；附着在阀芯下侧外壁的用于作为磨损监测时的电介质层的陶瓷涂层与附着在阀芯顶部的用于信号正负极间隔离的绝缘层；与阀芯上部插销连接的空心动铁；活动安装在空心动铁上部凹槽的弹簧；套装在空心动铁外部的空心静铁；固定在空心静铁外部的线圈；与空心静铁上部用来固定线圈的螺母；分别与绝缘层和空心静铁外部相连接用于测量电磁阀阀芯磨损情况的故障监测电路，本发明能利用简易的监测电路，既可以通过快速监测绝缘层是否损坏，亦可以通过跟踪电容变化实现对阀磨损情况记录，并可在出现故障前***，结构简单、体积小易于集成和应用。

Description

一种可监测故障式电磁阀
技术领域
本发明涉及电磁阀监控技术领域，尤其涉及一种可监测故障式电磁阀。
背景技术
电磁阀是用来控制流体流动的自动化基础元件，在液压、气动等各类工程机械与生产装备的运动控制、生产控制中大量应用。在工程中若不能及时判断电磁阀是否出已经出现或将要出现故障，不仅影响工程效率、提高维修成本，严重时更会导致安全事故与财产损失。因此，对于电磁阀的故障快速检测与预测极为重要。
电磁阀的故障种类有很多，但在工业使用中，最为常见的故障为阀芯与阀体之间密封效果不佳导致的液体泄漏，以及由于阀体内部存在异物造成的阀芯卡滞或阀芯卡死，而上述故障状态均与阀芯阀套的间隙异常相关。因此，针对上述问题，本发明提出了一种可自监测故障电磁阀的电磁阀新结构，实现对于阀芯阀套间隙的实时测量。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种可监测故障式电磁阀，包括阀芯；
设置在所述阀芯外部的阀芯套；
附着在所述阀芯下侧外壁的用于作为磨损监测时的电介质层的陶瓷涂层与附着在所述阀芯顶部的用于信号正负极间隔离的绝缘层；
与所述阀芯上部插销连接的空心动铁；
活动安装在所述空心动铁上部凹槽的弹簧；
套装在所述空心动铁外部的空心静铁；
固定在所述空心静铁外部的线圈；
与所述空心静铁上部用来固定线圈的螺母；
分别与所述绝缘层和所述空心静铁外部相连接用于测量电磁阀阀芯磨损情况的故障监测电路。
进一步地，所述故障监测电路包括电源、陶瓷涂层的等效电容C和电阻R，LED灯和点检开关；所述电源一端与所述绝缘层相连接，所述电源的另一端与所述自选电阻R一端相连接，所述电阻R的另一端与空心静铁相连接，即所述电阻R的另一端与所述陶瓷涂层等效电容C的一端相连接，并与所述点检开关，LED灯并联回主回路。
进一步地，所述阀芯上部凹槽与空心动铁接触部分采用绝缘层。
进一步地，所述故障监测电路通过快速监测绝缘层是否损坏，用RC电路检查磨损情况，其过程如下：
当点检开关闭合时，若LED灯不亮，则绝缘层正常，反之则绝缘层损坏。
R为自选电阻，在电阻R两边并联电压表，实时测量电阻R两端电压，利用嵌入式计算机可监测电路中R两端电压，将陶瓷涂层等效于电容器，通过测量电容的充电时间，再通过公式：
Figure BDA0002934440460000021
得到电容电介质层厚度d即陶瓷涂层磨损程度和阀芯位置；
公式(1)推导如下所示：
RC串联电路微分方程为：
Figure BDA0002934440460000022
求得时间常数为：
Figure BDA0002934440460000023
电容定义式为：
Figure BDA0002934440460000024
得终得到电容充电时间为：
Figure BDA0002934440460000025
式中，ε：介电常数，S：极板正对面积即陶瓷涂层厚度，d：电容两极板距离，k：静电力常量，C：电容。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种可监测故障式电磁阀，其阀芯采用新设计的陶瓷涂层，用于作为磨损监测时的电介质层，陶瓷本身具有耐磨，耐蚀，防粘，高硬度，耐高温等特点，故该阀具备寿命长的优势；阀芯与动铁连接处采用绝缘层隔离，用于信号正负极间隔离，可解决阀块对于线圈的干扰；采用新结构的静铁即将静铁中间位置加工出通孔，易于走线；本发明的故障自监测型电磁开关阀，其阀芯外侧的陶瓷涂层加工工艺较为简单，有熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积涂层等多种加工方法可制成，本发明能利用简易的监测电路，既可以通过快速监测绝缘层是否损坏，亦可以通过跟踪电容变化实现对阀磨损情况记录，并可在出现故障前***，结构简单、体积小易于集成和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，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为本发明故障自监测型电磁开关阀使用滑阀阀芯时简略示意图；
图2为本发明故障自监测型电磁开关阀使用锥阀阀芯时简略示意图。
图中：1、阀芯，2、阀芯套，3、陶瓷涂层，4、绝缘层，5、空心动铁，6、弹簧，7、线圈，8、空心静铁，9、螺母，10、故障监测电路。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
图1为本发明故障自监测型电磁开关阀使用滑阀阀芯时简略示意图；图2为本发明故障自监测型电磁开关阀使用锥阀阀芯时简略示意图。一种可监测故障式电磁阀，包括阀芯1、阀芯套2、用于作为磨损监测时的电介质层的陶瓷涂层3、用于信号正负极间隔离的绝缘层4、空心动铁5、弹簧6、线圈7、空心静铁8、螺母9、故障监测电路10；
所述阀芯套2设置在内部；
所述阀芯1设置在所述阀芯套2内部；
所述陶瓷涂层3附着在所述阀芯1下侧外壁；陶瓷涂料3用于作为磨损监测时的电介质层，陶瓷涂层具有耐磨，耐蚀，防粘，高硬度，耐高温等特点，并且该陶瓷涂层加工工艺较为简单，有熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积涂层等多种加工方法可制成；
所述绝缘层4附着在所述阀芯1顶部；
所述绝缘层4附着在所述阀芯1上侧的外壁上；所述空心动铁5与所述阀芯1上部插销连接；
所述阀芯1外部设有外凸结构，便于电磁阀关闭时阀芯1向下运动与阀芯套2的定位；
所述空心动铁5与所述阀芯1上部通过插销连接的；
所述弹簧6活动安装在所述空心动铁5上部凹槽上；
所述空心静铁8套装在所述空心动铁5外部；
所述线圈7固定在所述空心静铁8外部；
与所述空心静铁8上部用来固定线圈7的螺母9；
分别与所述绝缘层4和所述空心静铁8外部相连接的故障监测电路。
所述阀芯套2与空心动铁5采用螺纹连接；
进一步地，所述阀芯1上部凹槽与空心动铁5接触部分采用绝缘层4。
进一步地，所述故障监测电路(10)包括电源、陶瓷涂层的等效电容C和电阻R，LED灯和点检开关。所述电源一端与所述绝缘层(4)相连接，所述电源的另一端与所述自选电阻R一端相连接，所述电阻R的另一端与空心静铁(8)相连接，即所述电阻R的另一端与所述陶瓷涂层等效电容C的一端相连接，并与所述点检开关，LED灯并联回主回路。
该故障监测电路既可以通过快速监测绝缘层是否损坏，亦可以用RC电路检查磨损情况，其过程如下：
当点检开关闭合时，若LED灯不亮，则绝缘层正常，反之则绝缘层损坏。
其中R为自选电阻，图1中a，b端分别接电源正负极，在电阻R两边并联电压表，实时测量电阻R两端电压，利用嵌入式计算机可监测电路中R两端电压，将陶瓷涂层等效于电容器，通过测量电容的充电时间，再通过公式：
Figure BDA0002934440460000041
从而得到电容电介质层厚度d即陶瓷涂层磨损程度，当阀芯运动时，由于阀芯外侧陶瓷涂层与阀芯套接触面积发生变化，即S改变，也可由电容的充电时间t反应出，即可实时掌握阀芯位置；
公式(2)推导如下所示：
RC串联电路微分方程为：
Figure BDA0002934440460000051
求得时间常数为：
Figure BDA0002934440460000052
电容定义式为：
Figure BDA0002934440460000053
得终得到电容充电时间为：
Figure BDA0002934440460000054
式中，ε：介电常数，S：极板正对面积(陶瓷涂层厚度)，d：电容两极板距离，k：静电力常量，C：电容。
本发明能利用简易的监测电路，既可以通过快速监测绝缘层是否损坏，亦可以通过跟踪电容变化实现对阀磨损情况记录，并可在出现故障前***，结构简单、体积小易于集成和应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可监测故障式电磁阀，其特征在于：包括阀芯(1)；
设置在所述阀芯(1)外部的阀芯套(2)；
附着在所述阀芯(1)下侧外壁的用于作为磨损监测时的电介质层的陶瓷涂层(3)与附着在所述阀芯(1)顶部的用于信号正负极间隔离的绝缘层(4)；
与所述阀芯(1)上部插销连接的空心动铁(5)；
活动安装在所述空心动铁(5)上部凹槽的弹簧(6)；
套装在所述空心动铁(5)外部的空心静铁(8)；
固定在所述空心静铁(8)外部的线圈(7)；
与所述空心静铁(8)上部用来固定线圈(7)的螺母(9)；
分别与所述绝缘层(4)和所述空心静铁(8)外部相连接用于测量电磁阀阀芯磨损情况的故障监测电路(10)。
2.根据权利要求1所述的一种可监测故障式电磁阀，其特征还在于：所述故障监测电路(10)包括电源、陶瓷涂层的等效电容C和电阻R，LED灯和点检开关，所述电源一端与所述绝缘层(4)相连接，所述电源的另一端与所述自选电阻R一端相连接，所述电阻R的另一端与空心静铁(8)相连接，即所述电阻R的另一端与所述陶瓷涂层等效电容C的一端相连接，并与所述点检开关，LED灯并联回主回路。
3.根据权利要求1所述的一种可监测故障式电磁阀，其特征还在于：所述阀芯(1)上部凹槽与空心动铁(5)接触部分采用绝缘层(4)。
4.根据权利要求2所述的一种可监测故障式电磁阀，其特征还在于：所述故障监测电路(10)通过快速监测绝缘层是否损坏，用RC电路检查磨损情况，其过程如下：
当点检开关闭合时，若LED灯不亮，则绝缘层正常，反之则绝缘层损坏。
R为自选电阻，在电阻R两边并联电压表，实时测量电阻R两端电压，利用嵌入式计算机可监测电路中R两端电压，将陶瓷涂层等效于电容器，通过测量电容的充电时间，再通过公式：
Figure FDA0002934440450000021
得到电容电介质层厚度d即陶瓷涂层磨损程度和阀芯位置；
公式(1)推导如下所示：
RC串联电路微分方程为：
Figure FDA0002934440450000022
求得时间常数为：
Figure FDA0002934440450000023
电容定义式为：
Figure FDA0002934440450000024
得终得到电容充电时间为：
Figure FDA0002934440450000025
式中，ε：介电常数，S：极板正对面积即陶瓷涂层厚度，d：电容两极板距离，k：静电力常量，C：电容。
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