耐高温强辐射LVDT传感器及其装配工艺的制作方法

耐高温强辐射lvdt传感器及其装配工艺
技术领域
1.本发明涉及位移传感器技术领域，具体涉及耐高温强辐射lvdt传感器及其装配工艺。


背景技术：

2.线性可变差动变压器(lvdt)基本原理为铁芯可动变压器。它由具有三个变压器线圈：一个初级线圈和两个次级线圈。在初级线圈和次级线圈之间的传输的电流的量取决于可移动的磁芯的位置。随着核工业的发展，在运用于研究堆内及核电站等领域对传感器的耐高温抗核辐射要求日益提高，lvdt位移传感器在温度＞200℃的高温环境下，线包组件的漆包线温度指数低，磁性材料性能减低，非金属材料老化失效，使得产品的输出精度下降、线性度变差、灵敏度减低。这些缺点使得现有的lvdt传感器的输出不稳定、可靠性差。使得现有的lvdt位移传感器无法满足要求。
3.现阶段的lvdt传感器通过对绕组结构、绕组绕制方法结构进行改进，提高了传感器的各方面可靠性及稳定性性能，但高温和反应堆内的辐射会影响主传感器材料的性质，这显著地限制了传感器的选择，可直接应用于研究堆内及核电站的高温强辐射环境下，进行被测件的形变位移测量耐高温抗辐射位移传感器，没有做出针对性设计，无法满足传感器耐高温抗辐射的性能要求。而研究表明，电感和互感传感器最适于用于反应堆中，故很有必要在现有技术的基础之上设计研发一款应用于高温、高压、强辐射工况环境下的高灵敏度、高可靠性、高精度的lvdt位移传感器。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供耐高温强辐射lvdt传感器，该lvdt传感器具有较强的耐高温，抗辐射能力，能够直接应用于研究堆内的高温辐射环境及核电站内辐射环境下稳定运行。
5.此外，本发明还提供上述lvdt传感器的装配工艺。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.耐高温强辐射lvdt传感器，包括线圈框架和铁芯，所述线圈框架包括框架和缠绕在框架上的线圈绕组，所述铁芯设置在线圈框架的轴向通孔内，所述线圈绕组采用铬铌青铜材质的线圈构成，所述线圈绕组采用绝缘化合物覆盖且线圈之间的间隙被绝缘化合物填充。
8.本发明的线圈绕组采用绝缘化合物覆盖且线圈之间的间隙被绝缘化合物填充，比松散的线材能承受更高的温度和辐射剂量，同时本发明的线圈采用铬铌青铜材质，为耐高温抗辐射性能的材料，其耐辐射和耐高温性能均超过了铜线，能够在700℃以及辐射条件下连续工作，该lvdt传感器在高温、高压、强辐射工况环境下的具有高灵敏度、高可靠性、高精度的优点，因此，本发明所述lvdt传感器具有较强的耐高温，抗辐射能力，能够直接应用于研究堆内的高温辐射环境及核电站内辐射环境下稳定运行。
9.铬铌青铜材的配比如表1所示：
10.表1
11.材料铬(cr)铌(nb)铜(cu)添加剂组分0.3-0.5％0.1-0.4％99％-99.6％《0.19％
12.进一步地，铁芯和线圈框架之间填充钽或铌作为夹层。
13.通过在铁芯和线圈框架之间填充钽或铌作为夹层，能够使填充层作为绝缘层具有一定的抗辐射能力。
14.进一步地，线圈框架的框架采用20x23h18钢制成。
15.20x23h18钢为非磁性材料，具有合金、耐腐蚀、耐热和抗蠕变的优点。
16.采用不锈钢20x23h18钢材质制作线圈框架，使线圈框架在作为绕组载体的同时还具有耐受辐射、耐腐蚀、耐热和抗蠕变能力。
17.进一步地，线圈绕组包括一组初级绕组和两组次级绕组，初级绕组沿着框架的整个长度放置，两组次级绕组沿着初级绕组对称放置，并以中心板呈对称。
18.上述结构的线圈绕组可以基本消除外部干扰对测量的影响。
19.本发明的lvdt位移传感器是把被测位移量转换成电流信号的传感器，利用电磁感应原理，在初级线圈和次级线圈之间的传输的电流的量取决于可移动的磁芯的位置。传感器的次级线圈异相连接。当铁芯位于变压器中时，两个次级线圈上的电压幅值相等，但由于它们处于异相状态，因此总输出电压为零，此时没有位移。当铁芯从中间移动到任何位置时，从而改变了初、次级线圈之间的互感量，次级线圈就产生感应电动势，一个次级线圈中的电压增加而另一个中的电压减小。总电压从而不再为零，传感器将因此能检测到铁芯的位移。电子单元通过信号输出相位与激励信号相位的比率来定义线圈中的铁芯的位置。
20.进一步地，线圈框架的一端设置有挡板，所述挡板上设置有与线圈绕组引出线相配合的端子和用于贯穿连杆的孔，所述线圈框架置于壳体内，所述线圈框架的尾端开有用于贯穿连杆的孔，所述壳体上设置有探头并开有用于铁芯连杆运动的孔，壳体尾端侧面开有用于贯穿连杆的孔，所述铁芯一端与铁芯连杆连接，所述铁芯连杆一端伸出壳体的一端，所述壳体的另一端采用端盖封闭，所述挡板和端盖上均设置有用于导出线圈绕组引出线的贯穿孔，所述壳体、挡板和线圈框架侧面贯穿孔对齐后，贯穿连杆实现固定连接。
21.进一步地，挡板和线圈框架之间填充绝缘化合物形成化合物填充层，所述铁芯的螺纹孔与铁芯连杆之间的间隙也填充有填充绝缘化合物。
22.进一步地，端盖的外侧端设置有夹具。
23.进一步地，绝缘化合物包括以下组分：
24.刚玉、白云母、氧化铬、氧化钴、石英氧化物。
25.绝缘化合物的优选配比如表2所示：
26.表2
[0027][0028]
耐高温强辐射lvdt传感器的装配工艺，包括以下步骤：
[0029]
s1、将线圈绕组缠绕到框架上获得线圈框架，所述线圈绕组采用铬铌青铜材质的
线圈构成；
[0030]
s2、将线圈框架浸泡在绝缘化合物中使得绝缘化合物覆盖线圈绕组且线圈之间的间隙被绝缘化合物填充；
[0031]
s3、用绝缘化合物填充铁芯的螺纹孔，将铁芯连杆转配在铁芯的螺纹孔内；
[0032]
s4、将组装后的铁芯放入线圈框架的轴向通孔内，在铁芯和线圈框架之间填充钽或铌作为夹层；
[0033]
s5、将端子安装到挡板上，将挡板安装到线圈框架的一端；
[0034]
s6、将线圈绕组引出线穿过端子上的孔，并在挡板和线圈框架之间填充绝缘化合物形成化合物填充层；
[0035]
s7、将安装有挡板的线圈框架放入壳体内，并将壳体、挡板和线圈框架采用连杆连接，使铁芯连杆的端部穿过壳体的一端；
[0036]
s8、采用端盖封闭壳体的另一端。
[0037]
进一步地，绝缘化合物包括以下组分：
[0038]
刚玉、白云母、氧化铬、氧化钴、石英氧化物；具体配方如上述的表2所示。
[0039]
所述线圈框架的框架采用20x23h18钢制成；
[0040]
所述壳体采用铁-钴-钒合金制成。
[0041]
铁-钴-钒合金：gost标准10994-74称这种合金为49k2f根据gost标准10994-74，49k2f的化学成分如表3所示(单位为％)：
[0042]
表3
[0043][0044]
根据gost标准5632-72，20x23h18钢的化学成分如表4所示(单位为％)：
[0045]
表4
[0046][0047]
本发明通过采用软磁性的铁-钴-钒合金等抗辐射材料的壳体，能够起到耐高温、机械保护和抗辐射的作用：通过在铁芯和不锈钢线圈框架之间填充钽或铌作为夹层，能够使填充层作为绝缘层具有一定的抗辐射能力：通过采用不锈钢20x23h18钢材质制作线圈框架，使线圈框架在作为绕组载体的同时还具有耐受辐射、耐腐蚀、耐热和抗蠕变能力：通过采用铬铌青铜作为导线材的料，电线表层也涂覆有绝缘层化合物制作成连接外部电路的引线，能够进一步提高lvdt传感器的抗辐射能力。
[0048]
因此，本发明所述的lvdt传感器，具有较高的抗辐射能力，工作温度可达700℃，工作压力达25mpa，测量精度为10μm，能够直接应用于研究堆内的高温辐射环境及核电站内辐射环境下可靠运行。
[0049]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0050]
1、本发明所述lvdt传感器具有较强的耐高温，抗辐射能力，能够直接应用于研究堆内的高温辐射环境及核电站内辐射环境下稳定运行。
[0051]
2、本发明针对线圈和传感器独特的结构设计及装配工艺，能够克服反应堆辐射对
传感器的影响，进而提高产品的输出稳定性和可靠性。
[0052]
3、本发明所述lvdt传感器具有尺寸小、灵敏度高以及耐高温抗辐射的特性。
附图说明
[0053]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0054]
图1为本发明lvdt传感器的结构示意图；
[0055]
图2为本发明线圈框架的结构示意图；
[0056]
图3为本发明线圈组与接线端对应标号示意图；
[0057]
图4为图2的左视图。
[0058]
附图中标记及对应的零部件名称：
[0059]
1-壳体，2-挡板，3-端盖，4-铁芯，5-线圈框架，6-连杆，7-化合物填充层，8-铁芯连杆，9-端子，10-夹具。
具体实施方式
[0060]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0061]
实施例1：
[0062]
如图1-图4所示，耐高温强辐射lvdt传感器，包括线圈框架5和铁芯4，所述线圈框架5包括框架和缠绕在框架上的线圈绕组，所述铁芯4设置在线圈框架5的轴向通孔内，其特征在于，所述线圈绕组采用铬铌青铜材质的线圈构成，所述线圈绕组采用绝缘化合物覆盖且线圈之间的间隙被绝缘化合物填充。
[0063]
在本实施例中，所述线圈框架5的一端设置有挡板2，所述挡板2上设置有与线圈绕组引出线相配合的端子9和用于贯穿连杆6的孔，所述线圈框架5置于壳体1内，所述线圈框架5的尾端开有用于贯穿连杆6的孔，所述壳体1上设置有探头并开有用于铁芯连杆8运动的孔，壳体1尾端侧面开有用于贯穿连杆6的孔，所述铁芯4一端与铁芯连杆8连接，所述铁芯连杆8一端伸出壳体1的一端，所述壳体1的另一端采用端盖3封闭，所述挡板2和端盖3上均设置有用于导出线圈绕组引出线的贯穿孔，所述壳体1、挡板2和线圈框架5侧面贯穿孔对齐后，贯穿连杆6实现固定连接，所述端盖3的外侧端设置有夹具10。
[0064]
在本实施例中，为了进一步提高传感器的耐高温和耐辐射性能，所述铁芯4和线圈框架5之间填充钽或铌作为夹层；所述线圈框架5的框架采用20x23h18钢制成；所述壳体1采用铁-钴-钒合金制成；所述挡板2和线圈框架5之间填充绝缘化合物形成化合物填充层7，所述铁芯4的螺纹孔与铁芯连杆8之间的间隙也填充有填充绝缘化合物。
[0065]
在本实施例中，所述绝缘化合物包括以下组分：
[0066]
刚玉、白云母、氧化铬、氧化钴、石英氧化物，具体配方如表2所示。
[0067]
在本实施例中，所述线圈绕组包括一组初级绕组和两组次级绕组，初级绕组沿着框架的整个长度放置，两组次级绕组沿着初级绕组对称放置，并以中心板呈对称。
[0068]
本实施例所述耐高温强辐射lvdt传感器的装配工艺，包括以下步骤：
[0069]
s1、将线圈绕组缠绕到框架上获得线圈框架5，所述线圈绕组采用铬铌青铜材质的线圈构成；
[0070]
线圈框架5的具体制备过程如下：
[0071]
s11、从a面开始初级绕组的组装。将导线穿过a面的凹槽l，顺时针旋转一圈，转到b面。然后将电线穿过中间板的凹槽l，到b面及c面，然后再顺时针绕到d面。在线材到达d面之后，将绕组线从d面再引到a面绕组的第二层。在第8层完成初级绕组i，在a面处完成1600匝的绕线。将初级绕组(绕组i)的首尾两端通过凹槽l，使其沿线圈轴线方向长度为60mm。用i-1和i-2分别标记绕组的起始引线和末端引线；
[0072]
s12、从a面开始其中一个次级绕组(绕组ii)的安装，将导线直接从a面引到b面，再顺时针从b面到a面它应该有6层，600圈并最终在a面处完成组装。绕组最终在线圈轴线方向上延伸60mm并通过凹槽m。该绕组的起始引线和末端引线分别标记为ii-3和ii-4；
[0073]
s13、另一个次级绕组(绕组iii)的起始引线放入中间板(中间板的设置在框架中间位置，中间板的两个面为b和c，a、b、c和d面是和现有框架一样)的凹槽n中，并将其从凹槽中垂直放置，使其不会干扰次级绕组iii。起始引线的长度是120mm。将次级绕组iii从c面顺时针缠绕到d面上，共6层，600圈。绕线在c面处终止。次级绕组iii的末端引线长120mm，与起始引线一样置于凹槽n中，并与起始引线平行。用iii-5和iii-6分别标记绕组的起点和终点。在标记之后，引线iii-5和iii-6沿着线圈框架的轴线进入中板的凹槽n中，并从右板的凹槽n中引出；
[0074]
s2、将线圈框架5浸泡在绝缘化合物中使得绝缘化合物覆盖线圈绕组且线圈之间的间隙被绝缘化合物填充，并进行干燥处理；
[0075]
s3、用绝缘化合物填充铁芯4的螺纹孔，用螺纹m2.5将铁芯4和铁芯连杆8装配在一起，以获得组装后的探头；
[0076]
s4、将组装后的铁芯4放入线圈框架5的轴向通孔内，所述铁芯4和线圈框架5之间填充钽或铌作为夹层；
[0077]
s5、为了组装挡板2，将5个端子9连接到绝缘上。将端子进行延展，将五个接触点分别放在五个端子9上，在三个点(每对“端子-触点”)用脉冲焊进行焊接，以获得组装好的挡板2；
[0078]
s6、将线圈绕组引出线穿过端子9上的孔，并将端子与接触点的编号相匹配，并在挡板2和线圈框架5之间填充绝缘化合物形成化合物填充层7，将挡板2放置在线圈框架5的延伸部分，安装为h11/h11；
[0079]
s7、将安装有挡板2的线圈框架5放入壳体1内，将探头放入外壳1的孔中，并将壳体1、挡板2和线圈框架5采用连杆6连接，使铁芯连杆8的端部穿过壳体1的一端，其中，连杆6中的孔已经先用绝缘化合物填充了；
[0080]
s8、将绝缘端切割成所需尺寸，剥开电缆并将其焊接到挡板2的接触点上，注意匹配挡板2上的编号；
[0081]
s9、将夹具10放在端盖3上，并使用点脉冲焊将夹具与端盖在对称分布的三个点上进行焊接，以获得组装好的端盖3；
[0082]
s10、如果需要将电缆连接到传感器，准备好电缆，剥开五根导线和导体屏蔽层，将五根导线穿过端盖3和夹具10。将导线焊接到挡板接触点上，根据挡板2和电路图从另一面
标记这些导线。然后用绝缘化合物填充挡板2形成化合物填充层7，关闭端盖3将其与壳体1连接；
[0083]
s11、使用点脉冲焊将端盖3和电缆固定到壳体1上；
[0084]
s12、将导体护罩的导线释放到传感器外夹具10下的端盖3上，并用脉冲焊将其固定到端盖3上；
[0085]
s13、使用绝缘化合物涂覆导线的被焊接部分和电缆的非绝缘部分，然后进行干燥。
[0086]
本实施例通过采用软磁性的铁-钴-钒合金等抗辐射材料的壳体1，能够起到耐高温、机械保护和抗辐射的作用：通过在铁芯4和不锈钢线圈框架5之间填充钽或铌作为夹层，能够使填充层作为绝缘层具有一定的抗辐射能力：通过采用不锈钢20x23h18钢材质制作线圈框架5，使线圈框架5在作为绕组载体的同时还具有耐受辐射、耐腐蚀、耐热和抗蠕变能力：通过采用铬铌青铜作为导线材的料，电线表层也涂覆有绝缘层化合物制作成连接外部电路的引线，能够进一步提高lvdt传感器的抗辐射能力。
[0087]
因此，本实施例所述的lvdt传感器，具有较高的抗辐射能力，工作温度可达700℃，工作压力达25mpa，测量精度为10μm，能够直接应用于研究堆内的高温辐射环境及核电站内辐射环境下可靠运行。
[0088]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。