CN1129778C

CN1129778C - 磁性位移传感器

Info

Publication number: CN1129778C
Application number: CN96198674A
Authority: CN
Inventors: 帕特里克·约翰·迪尔格; 肯顿·尼莱·迪尔施耐德; 马文·杰里·塞亚萨
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JP2000500862A; BR9611550A; AU7736496A; MX9803800A; HK1016688A1; EP0861417B1; CN1203660A; WO1997018441A1; DE69638204D1; EP0861417A1; US5670876A

Abstract

一种位移传感器感测第一与第二构件间的相对位移并包括一安装于第一构件上的箱体。具有第一和第二磁极片端部的磁铁装置安装于箱体上。一磁通量传感器安装于箱体上并位于第一与第二磁极片端部之间。一标板安装于第二构件以形成一在第一与第二磁极片端部之间的、具有一随第一与第二构件间的位移变化的磁阻。该种设置形成一通过磁通量传感器的、具有一固定磁阻的第一有损磁通路和一通过标板的主磁通路。在一种形式里标板有一表面，该表面设计得可提供随位移变化的间隙高度。在另一形式里标板有一表面，该表面设计得可提供随位移变化的间隙宽度。该传感器可通过设置两个这样的传感器而被差分使用。

Description

磁性位移传感器

发明背景

本发明涉及一种具有一其磁阻随位移改变的磁路的磁性位移传感器。更准确地说，本发明涉及一阀门位置传感器，它采用了一磁路，该磁路有一磁源和一磁通量传感器，该传感器相对于一阀门和一标板固定安装在一阀门操作件上，该阀门操作件形成一具有一随阀门操作件的位移改变的磁阻的通量传导通路。

磁性位移传感器提供指示位移的电信号。通常，设置这样的传感器以提供一磁场或随位移改变的磁通量和一探测磁场或磁通量的变化的传感器。尽管可以有任意形式的位移，但通常的位移是旋转的或线性的位移。由于一磁性位移传感器探测第一构件相对于第二构件的位移，该传感器的第一部分必需连接于该第一构件，而第二部分必需连接于该第二构件。

Riggs等的专利号为5,359,288的美国专利揭示了一用于一汽车悬挂系统上的线性位置传感器。该传感器包括一可伸缩移动部分和一固定部分。该移动部分包括诸永久磁铁，这些磁铁设置得使它们产生的磁场强度沿可移动部分的长度方向改变。该固定部分包括一探测由可移动部分上的诸磁铁产生的磁场的磁性传感器(例如一霍尔效应传感器)。因此，随着可移动部分相对于固定部分移动时，由该传感器探测到的磁场就改变，该传感器就产生一个表示该位移的信号。

Baba等的专利号为3,777,273的美国专利揭示了一使用两个磁路回路的旋转位移传感器。该传感器的一固定部分包括两个磁通传感器，每个磁路回路里有一个。该传感器的可移动部分包括一根据移动部分的旋转位置改变两磁路回路的磁阻的非对称部分。移动部分相对于固定部分的旋转位移是根据通过每个通量传感器的通量的比例测得的。

尽管Baba等和Riggs等各揭示了能精确测量位移的磁性位移传感器，但是，象已有技术中的大多数磁性位移传感器一样，该传感器的诸重要部分分别设在固定和移动部分上。所以，该传感器的更换常使固定和移动部分均需要更换。此外，许多磁性传感器(例如Baba等的)要求将待测的位移机械联接于传感器。

多种位移传感器用于分配控制系统，这种系统使用了由遥控系统操纵的励磁装置，如阀门。常使用微处理器来监控和调节阀门位置。例如，一种阀门是由一压力响应隔膜操作的。一如一轴的阀门操作件连接在该隔膜与该阀门之间，并直线移动以开/闭该阀门。一传感器，如一电位计，联接于该轴，并将一表示该轴的线性位移的信号提供给该微处理器。

另一种阀门是由一旋转启动器操作的。一如一轴的阀门操作件连接在旋转启动器与阀门之间。操作件或轴随旋转启动器一起转动以开/闭该阀门。一传感器联接于该轴，并将一表示该轴的旋转位移的信号提供给微处理器。

磁性位移传感器还用来感测线性和旋转阀门操作件或轴的位移。这些传感器通常使用一通量传感器，该传感器安装于一固定构件并位于安装于操作件或轴的一磁源的通路回路中。在用于一旋转轴的一位移传感器的一实例中，携带磁源的轴包围于一偏心安装的通量传感器，使通过该通量传感器的该磁路的操纵随转动位移而改变。在用于一线性移动的轴的一位移传感器的一实例中，磁源的与通量传感器面对的面积随线性位移而改变。

上述励磁装置的一个共同问题在于，位移传感器当超时工作后要变坏，因此需要更换。但是，对装于可移动构件上的位移传感器诸部分的更换是不容易的。

发明概要

本发明涉及一个形成一通过固定部分和活动部分的磁路的磁性位移传感器。该位移传感器的固定部分包括一磁源和一磁通量传感器。磁源提供一磁场，是磁通量的来源，磁通量传感器位于一具有一固定磁阻的有损磁通路(1ossyflux path)中。该传感器的活动部分包括一标板，该标板总成了一个通过在标板与磁源之间的一个间隙的磁通传导通路(flux conduction path)，该磁通传导通路具有一随位移变化的磁阻。该可变磁阻通路平行于固定磁阻通路，使当可变磁阻通路的磁阻变化时，通过磁通量传感器的固定磁阻通路中的磁通量也变化。

磁性位移传感器可结合旋转的和滑动的操作件使用。尤其是，标板连接于移动的阀轴，轴位移是由感测从固定磁源来的有损磁通的固定的磁通量传感器测量的。

本发明的一个方面涉及一磁通量发生器和用于一个感测该阀箱与该阀门操作件之间的相对位移的磁性位移传感器的检侧装置，其中，该位移传感器有一个安装于第二构件以形成一垂直于位移方向的磁通路的标板，并有一随第一和第二构件之间的位移变化的磁阻。该磁通量发生器和检侧装置包括一要安装于第一构件上的箱体。磁铁装置安装于该箱体以产生一磁通量。该磁铁装置有第一和第二磁极片，当箱体安装于第一构件时该两磁极片沿着磁通路与标板面对。一磁通量传感器安装于箱体上并位于第一和第二磁极片之间。

本发明的另一方面涉及一个感测该阀箱与该阀门操作件之间的相对位移的位移传感器。该传感器包括一要安装于第一构件上的箱体。具有第一和第二磁极片的磁铁装置安装于箱体上。一磁通量传感器安装于箱体上并位于第一与第二磁极片之间。要安装于第二构件上的一标板组成一个在第一和第二磁极片之间的磁通路，该磁通路具有一随第一和第二构件间的位移而变化的磁阻。

本发明的另一方面涉及一个具有待安装于第一构件上的磁铁装置的位移传感器，该磁铁装置有第一和第二磁极片。一磁路提供一在第一和第二磁极片之间的第一或主磁通路，该两磁极片包含一待安装于第二构件上的标板。该磁路还提供一在包含一磁通量传感器的第一和第二磁极片之间的、具有固定磁阻的第二磁通路。该第二磁通路有一随该阀箱与该阀门操作件间的位移变化的磁阻。

在一实施例中，标板有一表面，该表面的高度随位移而变化，由此改变了在标板与磁铁装置间的间隙长度。在另一实施例中，标板有一表面，该表面的侧边与位移方向成一锐角，从而改变了在标板与磁铁装置间的间隙长度。而在又一实施例中，标板设计得使该标板的面对于磁铁装置的表面积随位移而变化。

本发明的磁性位移传感器还可被差分使用以补偿在高度部分与活动部分间的间隙所出现的不希望的变化。在该差分实施例中，固定和活动部分形成两个磁路，每个磁路有一标板通路和一有损通路。一磁路的标板通路的磁阻沿一给定方向随位移而增大，而另一磁路的标板通路的磁阻则减小。通过根据两磁路的磁阻计算位移量，能消除间隙空间不希望变化的作用。

在另一实施例中，标板包括一偏心凸轮或诸偏心凸轮，它或它们设置得可在一径向定向的给定部分与该标板的凸轮表面之间提供一高度变化的间隙。

附图简要说明

图1是本发明的位移传感器的立体图；

图2是本发明的位移传感器的固定部分的立体图；

图3是图2所示的固定部分的正视图；

图4是图2所示的固定部分的侧视图；

图5是图2所示的固定部分的仰视图；

图6和7是表示图1所示的位移传感器的磁路的示意图；

图8是图6和7所示的磁路的等价回路的示意图；

图9，如图1所示的，是按照本发明的一修改的磁性位移传感器的立体图；

图10是表示图9所示的位移传感器的磁路的示意图；

图11，如图10所示的，是表示按照本发明的一修改的位移传感器的磁路的示意图；

图12是表示使用了多个图9所示的磁性位移传感器的、按照本发明的一修改的差分磁性位移传感器的示意图；

图13是图12所示的差分磁性位移传感器的标板的示意图，用来说明该差分位移传感器的操作；

图14，如图12，是表示使用了多个图1所示的磁性位移传感器的、按照本发明的一修改的差分磁性位移传感器的示意图；

图15是按照本发明的另一修改的差分磁性位移传感器的固定部分的示意图；

图16是按照本发明的另一修改的差分磁性位移传感器的一标板的俯视图；

图17和18分别是按照本发明的另一修改的磁性位移传感器的正视图和侧视图；

图19是表示使用了多个图17和18所示的磁性位移传感器的、按照本发明的另一修改的差分磁性位移传感器的侧视图。

最佳实施例的详细描述

图1是按照本发明的最佳实施例的一磁性位移传感器的立体图。该磁性位移传感器包括一固定部分10(详细图示在图2-5)和一标板20。固定部分10安装于一固定构件，如一阀箱上。该阀箱合适地包括通过安装孔14紧固于部分10的一安装臂12。标板20安装于阀门的轴或杆22。图1所示的该实施例设置得使轴22可沿轴线26沿箭头24的方向作直线或往复移动。轴22是安装在一阀门启动器如一压力响应的隔膜(未图示)与以一种在已有技术里为人熟知的方式受控的阀门(未图示)之间的一线性阀门操作件。轴22设置得可沿箭头24的方向往复移动以开/关该阀门。

尤其如图2-5所示，固定部分10包括在阀箱的两侧支撑永久磁铁32和34的一箱体30。磁铁32和34设置得使其中一磁铁(如磁铁32)的北极指向箱体30的顶部，而其南极(极端部33)指向箱体30的底部。另一磁铁(如磁铁34)的定向恰与磁铁32的相反，即其北极(极端部35)位于箱体30的底部，而其南极则位于箱体30的顶部。磁铁32和34最好是铝镍钴合金V形磁铁(Alnico Vmagnet)。最好是一永久磁铁，因为它能容易地合并到传感器内，并不需要一单独的动力源。一磁场传感器36，如一Allegro 3507 LU霍尔效应传感器在磁铁32的极端部33与磁铁34的极端部35之间安装在箱体30的底表面48上的一狭缝38中。传感器36的诸导体联接于导体垫片40上的诸单独的接线端以连接于控制设备，如一微处理器。磁极片42安装在箱体30的顶部并贴紧于磁铁32的北极和磁铁34的南极。磁极片42最好是由金属片或铁片制成以在磁铁32的北极与磁铁34的南极之间提供一低磁阻通路。磁极片42用一种合适的紧固技术(如粘接)紧固于箱体30和磁铁32和34。磁铁32和34和磁极片42组成一形成为一恒通量源的磁源，这是可以理解的。

在本发明的一种形式中，箱体30由一种适合的非磁性材料，如硬塑料组成。非磁性紧固件，如螺钉44和46将磁铁32和34安装到箱体上。用一种合适的粘结剂或紧固机构将传感器36安装在狭缝38中。

如图1所示，标板20包括一相对于轴线26倾斜的表面50。标板20安装于非铁磁性基座或托架21上，该托架又安装于轴或杆22并与部分10间隔开，使标板20有一均匀的厚度。标板20有一面对于部分10的底表面48的表面50，以在标板20与磁铁32的极端部33之间形成一间隙52，并在标板20与磁铁34的极端部35之间形成一间隙54。当轴22沿其轴线往复移动时，鉴于轴22的线性位置，间隙52和54的高度是变化的。标板20由一种适合的低磁阻材料，如金属板或铁板组成。标板20在极端部33和35之间沿与位移相垂直的方向设置一磁通路。由于空气的磁阻明显高于标板20材料的磁阻，经过标板20的磁通路的磁阻的变化主要是因当轴20的线性位置的变化而造成间隙52和54的高度的变化所引起的。可能还希望标板20的表面有少量弯曲度(见图14)以补偿随间隙高度的变化引起的磁阻变化的非线性度。

图6-8示出了图1所示的磁性位移传感器的磁路。如图6和7所示，磁铁32、磁极片42和磁铁34提供了一沿循两个主要磁通路的磁场。一个通路经过间隙54、标板20和间隙52。呈现为漏磁通和边缘通量的有损通量的一第二通路56延伸通过在磁铁32的磁极片33与磁铁34的磁极片35之间的传感器36。有损磁通路56的磁阻是由箱体30和传感器36的结构决定的，因此是已知的。另一方面，通过间隙52和54的通路的磁阻至少部分取决于这些间隙的高度。

标板20与间隙52和54一起相对于有损的磁通路56形成一分路。间隙52和54的高度的变化所引起通过标板20的通路的磁阻的任何变化将改变该分路。由于两磁铁提供了一恒通量源，通过标板20的通路的磁阻的任何变化将改变通过那个通路的通量，从而改变通路56中的有损通量的大小。因此，通过传感器36的通量取决于间隙52和54的高度，从而也取决于轴22相对于固定构件10的线性位置。图8示出了一个等价磁路，图示出由磁阻和组成的回路和与固定的磁阻

和传感器36并联的标板20。如图8所示，微处理器49如通过垫片40上的诸接线端(图1-5)连接于传感器36。微处理器49与阀门启动器相连，从而以一种在已有技术里为人熟知的方式控制阀门位置。

尽管磁性位移传感器的固定部分10如图1所示的设置得使磁铁32和34垂直于轴线26，进而使磁通路56和通过标板20的磁通路垂直于轴线26，在有些情况下，可较方便地将该固定部分10设置得使两磁铁、磁通路56和通过标板20的磁通路与轴线26对齐，或甚至与轴线26成其他的角度。这样的一种变化可简单地将固定部分10从图1所示的位置以通常的角度如90°予以定向。另外，尽管图1示出表面48平行于轴22的轴线26，实际上，可更方便地使表面48与标板20的面对的表面50相互平行。对此，例如通过将安装臂12的轴线平行于斜面50就可办到。由于磁性标板20的磁导率是空气的几千倍，通过标板20的磁阻的主要的变化是由间隙52和54的高度的改变而引起的。

图9和10示出了按照本发明的一个变型而设计的磁性位移传感器。如图1所示的实施例，图9和10所示的实施例设置得可使轴22沿轴线26朝着箭头24的方向直线或往复移动。该磁性位移传感器包括一固定部分10(它与图2-5所示的固定部分相同)和一低磁阻标板70。固定部分10利用通过构件10上的安装孔14紧固的安装臂12安装于一固定构件，如一阀箱上。标板70安装于低磁导率材料制成的一底座或托架77上，该底座或托架又安装于阀门的轴或杆22上。托架77可补偿一旦有的轴或杆22的弯曲度，使低磁阻标板70的厚度均匀。标板70有一平行于轴22的轴线26的表面72。不像图1中的标板20，标板70设计成锥形，使其两侧边从一顶点74出发沿轴22朝处于不同轴向位置的基底76的方向移动，并成一锐角地延伸。固定部分10的表面48面对于标板70的表面72以在标板70的两侧边与磁铁32和34之间形成间隙78和80。当轴22移动时在表面72与表面48之间的间距要保持基本恒定，而标板70的宽度W则是变化的。因此，在标板70与磁铁32之间的空气隙的长度和在标板70与磁铁34之间的空气隙的长度是变化的。所以，当朝纸面内和从纸面里向外移动时，经过标板70的回路的磁阻是变化的，磁性传感器36则产生一个表征位移的信号。

图9和10所示的经过标板70的磁通路的磁阻是以磁铁32和34的磁极片端部33和35经过标板70之间的间距d为依据的。该间距d等于间隙78和80与标板70的垂直于移动方向在与固定部分10面对的区域的宽度W之和。由于非磁性标板70的磁导率是空气的几千倍，磁阻的主要变化是因间隙78和80的长度的变化而引起的。小部分的磁阻变化则是因标板70的宽度W的变化而引起的。

图11与图10类似，表示了本发明的标板的另一变型设计。标板71的外型，除了在当标板71相对于固定部分10沿轴向移动时的任何轴向位移情况下标板71的目标表面73与磁铁32和34的端部33和35彼此面对，其两侧边以一与图9所示的类似的方式沿着移动方向成一锐角地倾斜延伸。因此，在表面73与磁极片端部33和35之间的间隙75是恒定的，但标板材料的宽度W随位移而变化。如图11所示，在标板71与磁铁32和34之间的多数的磁通线将集中在与表面73面对的磁极片端部33和35区域内，只有小部分漏磁通从磁极片端部的极端向标板的两侧边延伸。其结果，经过标板71在磁极片端部33与35之间的间距d等于间隙75(它保持常数)与标板71的垂直于移动方向在与固定部分10面对的区域的宽度W之和。

使用图9和10的标板70或图11的标板71的一磁路的磁阻随位移的变化，由于标板材料的磁阻的非线性，会比使用图1的标板20的一磁路的磁阻的变化更具一些非线性。但是，可通过根据试验观察和/或利用在微处理器49里的一试验得出的位移的查阅表，以一非线性方式改变限定标板70或71的宽度的两侧边的倾斜度，来补偿磁阻的任何非线性的作用。也可通过在标板70的面对于磁铁32和34的侧边上再加上倒棱边82和84来补偿标板70的非线性作用。

如上所述，本发明的位移传感器在固定部分lO与标板20、70之间有一间隙。必须准确控制这一间隙以使传感器能精确测量位移。但是，机械零件的磨损将给位移传感器带来间隙，从而影响了传感器的精确度。此外，振动和其他环境因素将使难以准确控制固定部分13与活动部分15之间的间隙。

为了克服与间隙控制有关的困难，可差动设置两个位移传感器以修正间隙误差。图12和13表示了一个差动传感器，该差动传感器包括一对如图9所示的位移传感器，具有相应的由联动装置(linkage)81(图13)连接并与相应的标板70a和70b面对的固定部分10a和l0b。标板70a和70b设置得使它们的两对侧边沿着与其连接的移动构件的轴线朝相反方向呈一夹角地倾斜延伸。如此，标板70a的顶点沿轴向邻近于标板70b的基底，而标板70a的基底则沿轴向邻近于标板70b的顶点。

图13表示了在一D_MIN与D_MAX之间的范围内两标板沿线82的直线位移。标板70a设置得从D_MIN到D_MAX磁阻是增大的，而从D_MAX到D_MIN磁阻是减小的。当标板70a从D_MIN移到D_MAX时，由固定部分10和标板70a组成的磁路的磁阻由

变到。在中间位移D1处，磁阻为

。同样，当70b在D_MIN与D_MAX之间移动时，由固定部分92和标板90组成的磁路的磁阻从

变到

。在中间位移D₁处，磁阻为

如在固定部分与标板之间的间隙中引入了如由于被磨损或未对准引起的一个误差，一个传感器将过高估计实际的位移，而另一个传感器则低估实际位移。更进一步，每个传感器有相同的误差。其结果，测得的位移的平均值将等于实际位移。因此，由于制造误差、磨损和材料或环境因素引起的未对准均匀地影响诸固定部分和标板。

为了利用图12和13的位移传感器测量位移，从每个固定部分lOa和l0b中的磁路传感器36来的输出信号分别提供了输出信号Va和Vb。两个磁路传感器的一个共同的差分输出是建立在下述关系式上的，即

V_{diff .} = \frac{V_{a} - V_{b}}{V_{a} + V_{b}}

但是也可使用其他已知的关系。因此，通过从固定部分10a和10b的传感器36分别测量输出信号，就消除了共同的形式误差。因此，差分信号是阀门操作件的位移的一种精确的表示。

图14表示了一个差动传感器，该差动传感器包括一对如图1所示的位移传感器，具有与相应的标板20a和20b面对的相应的固定部分10a和10b。标板20a和20b被设置得使它们沿着与它们连接的活动构件的轴向方向朝相反的方向倾斜。如此，标板20a的表面50a朝着轴线26倾斜而标板20b的表面50b则背离轴线26倾斜。图14所示的差分传感器类似于图12和13的操作。

如上所述，在如图12-14所示的诸差分传感器的诸实施例使用了两个位移传感器，而图15表示的一个差分位移传感器90则采用了三个磁铁92、94和96，磁极片98和磁场传感器100和102。除了其中的磁铁94与差分对的两磁路是共同的，它的操作方式与上面所述的相同。因此，磁铁94是与磁铁92和96相反地定向的。

也能为该差分传感器采用单个标板。图16是图15的差分传感器90的一俯视图，相邻设置了一个平行四边形标板104。边106和108每个边与移动方向110成一锐角，当沿箭头110所示的方向作直线移动时，一个磁路的磁阻增大而另一个磁路的磁阻减小了，从而如上所述提供了一差分的位移测量值。标板104可与所示的差分传感器90结合使用，或与两个如图12-14所示的分开的传感器结合使用。

图17和18表示了一个与一旋转启动器结合使用的磁性位移传感器。此时，所设置的一个旋转启动器120沿着箭头124的方向绕着轴线122转动(图17)。标板126是一个偏心安装于启动器120的轴的圆柱凸轮。凸轮126由一种高磁导率材料(例如铁)制成。凸轮126的表面128与固定部分10的表面48在整个间隙130内相对。固定部分10已在上面结合图1-5予以说明了。

在图17和18所示的传感器的操作中，当启动器轴120绕轴122转动时，凸轮126就转动，使表面128接近于或远离于固定部分10的表面48。经过凸轮126的磁通路平行于轴线122并垂直于轴的旋转平面。因此，根据轴120的不同的径向位置，表面128与固定部分10的诸磁铁之间的间隙130的长度就改变。间隙130的长度的变化改变了经过凸轮126的磁路的磁阻，从而如上所述改变了沿着在诸磁铁之间和经过磁通量传感器的有损磁通路的磁通量。

图19表示了一个采用一对图17和18所示的旋转传感器的磁性位移传感器。在图19所示的传感器的情况下，如图17和18所示，两凸轮126a和126b偏心安装于轴120，所不同的只是：凸轮126a和126b偏置180°被偏心安装使该两凸轮之一个的表面移近于其相应的固定部分10a或10b，而另一个凸轮的表面远离于其相应的固定部分10a或10b。如此，当凸轮126a的表面移近于固定部分10a时，而凸轮126b的表面则远离于固定部分10b，反之亦然。固定部分10a和10b的磁通量传感器提供信号以图12-16所示的方式消除了共同的形式误差。

为熟悉该领域的普通技术人员能理解的是，可通过围着轴的轴线将图9所示的标板70或图16所示的标板104“包绕”起来以作径向位置感测，而将用于旋转位移传感器的标板设计成轴向截面宽度可改变。那些熟悉该领域的普通技术人员也能认识到用其他类型的标板也可实现相同的功能。例如，一个由一种具有随位移而改变的磁导率的材料制成的标板可适用于和本发明的位移传感器结合使用。在任何情况下，标板不需要用特别的材料，如在前面诸传感器中使用的Carpenter 49或HyMu 80材料。这样，标板以及磁极片42均可代之以采用低级的导磁材料。

另外，本发明可通过使用铸铝镍钴磁钢(cast Alnico)V磁铁而实现，而不必使用较昂贵的稀土磁铁或其他高成本的磁源。所以，可较便宜而高效率地实现本发明的传感器。

本发明还提供一种具有可互换零件的磁性位移传感器。尤其是，固定构件10可用于旋转的和线性位移传感器，这样，通过在几类或几级传感器中使用固定部分10的相同的模型，使涉及几种模型和传感器的几种级别的制造和发明构思变得最简单化。

为那些熟悉该领域的普通技术人员能意识到的是，尽管所图示的不必20和70是安装于高磁阻基座或托架上使在位移范围内标板的厚度是基本上恒定的，然而，当在标板的正确的斜度情况下(在标板70的情况下平行于位移方向，或在标板20的情况下与位移方向成一锐角)阀杆自己提供一平表面时也能取消该托架。或者，托架可简单地作为标板的整体性的一部分，此时，标板沿着位移方向其厚度是变化的，增加了传感器的非线性，并需要通过根据试验观察和/或通过根据在此所述的试验数据使用在微处理器里的诸查阅表来调节标板的形状补偿非线性。同样，通过试验调节相对于启动器的旋转轴线的凸轮偏离和在图19所示的差分传感器的情况下的诸凸轮的相对径向位置，能提出如图17-19所示的旋转传感器的线性度问题。

本发明提供一种不接触磁性位移传感器，这种传感器减少了要求与被测量位移的物体相连的零件的数量。在许多用途中，标板能与其位移被测量的物体组成在一起。例如，能将一金属活塞与一楔形部分或一偏心凸轮形成在一起，而楔形部分或偏心凸轮能与上述的传感器的固定部分结合而形成磁路。

由于移动物体需要最少数量的零件，所以更换或维修传感器只需要更换该固定部分。这一特点是特别有利的，因为许多已有的传感器在传感器的活动部分上采用了诸永久磁铁和一在传感器的固定部分上的磁场传感器。由于永久磁铁的磁场强度超时后会减弱，磁场传感器会失灵，修理已有的传感器常需更换活动部分和固定部分。通过将永久磁铁和磁场传感器结合为单个部分，就会减少维修和更换开支。

尽管结合诸实施例对本发明进行了描述，熟悉本领域的普通技术人员会认识到：只要不离开本发明的精神和范围，可从形状到细节对本发明作变化设计。

Claims

1.一种用于感测一阀箱与一阀门操作件之间的相对位移的位移传感器，该位移传感器包括：

磁铁装置，它安装于该阀箱，该磁铁装置具有第一和第二磁极片端部，

一磁通量传感器，该磁通量传感器安装于该阀箱在该第一与第二磁极片端部之间；

一标板，该标板安装于该阀门操作件，该标板包括一表面，该表面被相对于该磁铁装置设置和排列得使在该标板表面与相应的第一和第二磁极片端部之间形成第一和第二间隙；

一磁路，该磁路具有：

一在第一与第二磁极片端部之间的第一磁通路，该第一磁通路包含该磁通量传感器，该第一磁通路具有一固定的磁阻；以及

一在第一与第二磁极片端部之间的第二磁通路，该第二磁通路包含该标板，该第二磁通路具有一随该阀箱与该阀门操作件间的位移变化的磁阻。

2.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，该标板有一在第一与第二间隙之间的宽度，该宽度随该阀箱与该阀门操作件之间的位移变化。

3.如权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，第一和第二间隙的每一个有一在该阀箱与该阀门操作件之间有相对位移时恒定的长度。

4.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，标板包括一标板表面，该表面相对于磁铁装置设置得使在标板表面与至少一个磁极片端部之间形成一间隙，该间隙具有一随该阀箱与该阀门操作件之间的位移变化的长度。

5.如权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，标板表面设置得使它与该阀箱与该阀门操作件之间的位移的方向之间夹一锐角。

6.如权利要求5所述的位移传感器，其特征在于，标板表面平行于一位移方向，并包括至少一个与位移方向夹一锐角的侧边，间隙形成在该侧边与至少一磁极片端部之间。

7.如权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，相对位移是旋转的位移，标板表面是圆筒形表面。

8.如权利要求7所述的位移传感器，其特征在于，该阀门操作件绕一轴线转动，标板表面偏心于该轴线。

9.如权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，相对位移是直线位移，标板表面是一平面。

10.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，标板由一种具高磁导率的材料制成。

11.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，它包括处理器装置，该装置连接于磁通量传感器，用于根据由该磁通量传感器感测到的磁通量提供一表示位移的信号。

12.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，它包括：一安装于该阀箱上的箱体；安装于该箱体上的第一磁铁装置；安装于该箱体并位于第一磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间的第一磁通量传感器；安装于该箱体上的第二磁铁装置，该第二磁铁装置具有第一与第二磁极片端部；安装于该箱体中的一第二磁通量传感器，该第二磁通量传感器位于第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间的一第三磁通路中；以及，标板，该标板有至少一标板表面，该表面相对于第一和第二磁铁装置设置得使形成至少一在一位于标板表面与第一磁铁装置之间的第二磁通路中的第一间隙和一在一位于标板表面与第二磁铁装置之间的第四磁通路中的第二间隙，该第一和第二间隙具有各自的随该阀箱与该阀门操作件之间的位移相反地变化的长度。

13.如权利要求12所述的位移传感器，其特征在于，标板表面包括设置得与在该阀箱与该阀门操作件之间的位移方向夹一锐角的第一和第二侧边，第二磁通路形成于第一侧边与第一磁铁装置之间，第四磁通路形成于第二侧边与第二磁铁装置之间。

14.如权利要求12所述的位移传感器，其特征在于，第一磁铁装置包括一第一和一第二永久磁铁，第二磁铁装置包括该第二和一第三永久磁铁，第一、第二和第三磁铁形成通过在第一永久磁铁与标板表面之间的第一间隙的第二磁通路，第四磁通路通过在第三永久磁铁与标板表面之间的第二间隙。

15.如权利要求12所述的位移传感器，其特征在于，它包括处理器装置，该装置连接于第一和第二磁通量传感器，用于根据由第一和第二磁通量传感器感测到的磁通量提供一表示位移的信号。

16.如权利要求15所述的位移传感器，其特征在于，处理器装置按照下面的关系式计算位移，即

\frac{V_{1} - V_{2}}{V_{1} + V_{2}}

式中：V₁是由第一磁通量传感器感测到的磁通量的信号，V₂是由第二磁通量传感器感测到的磁通量的信号。

17.一种用于感测一阀箱与一阀门操作件之间的相对位移的位移传感器，该位移传感器包括：

一安装于该阀箱上的箱体；

安装于箱体上的磁铁装置，该磁铁装置具有第一和第二磁极片端部；

一安装于箱体上且位于第一与第二磁极片端部之间的磁通量传感器；以及

一标板，它安装于该阀门操作件上以在第一与第二磁极片端部之间形成一磁通路，该磁通路具有一随该阀箱与该阀门操作件之间的位移变化的磁阻。

18.如权利要求17所述的位移传感器，其特征在于，标板包括一标板表面，该表面相对于磁铁装置设置得使在标板表面与相应的第一和第二磁极片端部之间形成第一和第二间隙，标板有一在第一与第二间隙之间的宽度，该宽度随该阀箱与该阀门操作件之间的位移变化。

19.如权利要求18所述的位移传感器，其特征在于，第一和第二间隙的每一个有一在该阀箱与该阀门操作件之间有相对位移时恒定的长度。

20.如权利要求17所述的位移传感器，其特征在于，标板包括一标板表面，该表面相对于磁铁装置设置得使在标板表面与至少一个磁极片端部之间形成一间隙，该间隙具有一随该阀箱与该阀门操作件之间的位移变化的长度。

21.如权利要求20所述的位移传感器，其特征在于，标板表面设置得使它与一该阀箱与该阀门操作件间的位移的方向之间夹一锐角。

22.如权利要求20所述的位移传感器，其特征在于，标板表面平行于一位移方向，并包括至少一个与位移方向夹一锐角的侧边，磁通路包括一在该侧边与至少一磁极片端部之间的间隙。

23.如权利要求20所述的位移传感器，其特征在于，相对位移是旋转的位移，标板表面是圆筒形表面。

24.如权利要求23所述的位移传感器，其特征在于，该阀门操作件绕一轴线转动，标板表面偏心于该轴线。

25.如权利要求20所述的位移传感器，其特征在于，相对位移是直线位移，标板表面是一平面。

26.如权利要求17所述的位移传感器，其特征在于，标板由一种具高磁导率的材料制成。

27.如权利要求17所述的位移传感器，其特征在于，它包括处理器装置，该装置连接于磁通量传感器，用于根据由该磁通量传感器感测到的磁通量提供一表示位移的信号。

28.如权利要求17所述的位移传感器，其特征在于，它包括：安装于箱体上的第二磁铁装置，该第二磁铁装置具有第一和第二磁极片端部；一安装于箱体上且位于第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间的第二磁通量传感器；以及标板，该标板有至少一标板表面，该表面相对于第一和第二磁铁装置设置得使形成至少一在标板表面与第一磁铁装置之间的第一间隙和一在标板表面与第二磁铁装置之间的第二间隙，该第一和第二间隙具有各自的随该阀箱与该阀门操作件之间的位移相反地变化的长度。

29.如权利要求28所述的位移传感器，其特征在于，标板表面包括设置得与在该阀箱与该阀门操作件之间的位移方向夹一锐角的第一和第二侧边，第一间隙形成在第一侧边与第一磁铁装置之间，第二间隙形成在第二侧边与第二磁铁装置之间。

30.如权利要求28所述的位移传感器，其特征在于，第一磁铁装置包括一第一和一第二永久磁铁；第二磁铁装置包括该第二和一第三永久磁铁；第一、第二和第三永久磁铁形成一通过在第一磁铁与标板表面之间的第一间隙的第一磁通路和一通过在第三磁铁与标板表面之间的第二间隙的第二磁通路。

31.如权利要求28所述的位移传感器，其特征在于，它包括处理器装置，该装置连接于第一和第二磁通量传感器，用于根据由第一和第二磁通量传感器感测到的磁通量提供一表示位移的信号。

32.如权利要求28所述的差分位移传感器，其特征在于，处理装置按照下面的关系式计算位移，即

\frac{V_{1} - V_{2}}{V_{1} + V_{2}}

33.一种用于感测第一与第二构件之间的相对位移的差分位移传感器，它包括：

安装于第一构件上的第一和第二磁铁装置，该第一和第二磁铁装置的每一个具有第一和第二磁极片端部；

一安装于第二构件上的标板；

一第一磁路，该第一磁路具有：

一第一磁通路，它位于第一磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间，并包含一安装在第一磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间的第一磁通量传感器，第一磁通路具有一固定的磁阻；以及

一第二磁通路，它位于第一磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间，并包含至少标板的一部分，第二磁通路具有一随该第一与第二构件之间的位移变化的磁阻；以及

一第二磁路，该第二磁路具有：

一第三磁通路，它位于第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间，并包含一安装在第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间的第二磁通量传感器，第三磁通路具有一固定的磁阻；以及

一第四磁通路，它位于第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间，并包含至少标板的一部分，第四磁通路具有一随该第一与第二构件之间的位移变化的磁阻，第四磁通路中的磁阻随第二磁通路中的磁阻的减小而增大。

34.如权利要求33所述的差分位移传感器，其特征在于，第一和第二磁通量传感器根据由第一和第二磁通量传感器测得的磁通量提供一表示位移的信号。

35.如权利要求33所述的差分位移传感器，其特征在于，处理装置按照下面的关系式计算位移，即

\frac{V_{1} - V_{2}}{V_{1} + V_{2}}

36.如权利要求33所述的差分位移传感器，其特征在于，标板有一标板表面，该表面相对于第一磁铁装置设置得使在标板表面与第一磁铁装置之间形成一第一间隙而在标板表面与第二磁铁装置之间形成一第二间隙，标板表面包括其与该第一与第二构件之间的位移的方向夹一锐角的第一和第二侧边，第一间隙包括一在第一磁铁装置与第一侧边之间的长度，第二间隙包括一在第二磁铁装置与第二侧边之间的长度。

37.一种用于感测该第一与第二构件之间的相对位移的差分位移传感器，它包括：

一安装于第一构件的箱体；

安装于该箱体的第一和第二磁铁装置，它们的每一个具有第一和第二磁极片端部；

一第一磁通量传感器，它安装于箱体上并位于第一磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间；

一第二磁通量传感器，它安装于箱体上并位于第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间；以及

一标板，它安装于第二构件以在第一磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间形成一第一磁通路，并在第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间形成一第二磁通路，第一和第二磁通路的每个具有一随该第一与第二构件之间的位移变化的磁阻，第一磁通路的磁阻随第二磁通路的磁阻的减小而增大。

38.如权利要求37所述的差分位移传感器，其特征在于，标板有一标板表面，该表面相对于第一磁铁装置设置得使在标板表面与第一磁铁装置之间形成一第一间隙而在标板表面与第二磁铁装置之间形成一第二间隙，标板表面包括其与该第一与第二构件之间的位移的方向夹一锐角的第一和第二侧边，第一间隙包括一在第一磁铁装置与第一侧边之间的长度，第二间隙包括一在第二磁铁装置与第二侧边之间的长度。

39.在一具有一箱体和一活动的阀门操作件的阀门中，一种用于感测该阀门操作件相对于该箱体的相对位移的位移传感器，其中的该传感器包括：

磁铁装置，该磁铁装置具有第一和第二磁极片端部；

一安装于箱体的第一部分，它包括第一和第二磁极片端部和一磁性连接于第一和第二磁极片端部的磁通量感测装置；以及

一安装于该阀门操作件的标板，它具有一标板表面，该表面相对于第一和第二磁极片端部设置得使在标板表面与第一和第二磁极片端部之间形成一间隙，该间隙随阀门操作件与箱体之间的位移变化。

40.如权利要求39所述的位移传感器，其特征在于，标板表面设置得使它与一阀门操作件与箱体之间的位移的方向之间夹一锐角。

41.如权利要求39所述的位移传感器，其特征在于，标板表面平行于一位移方向，并包括至少一个与位移方向夹一锐角的侧边，间隙形成在该侧边与第一和第二磁极片端部之间。

42.如权利要求39所述的位移传感器，其特征在于，相对位移是旋转的位移，标板表面是圆筒形表面。

43.如权利要求42所述的位移传感器，其特征在于，阀门操作件绕一轴线转动，标板表面偏心于该轴线。

44.如权利要求39所述的位移传感器，其特征在于，相对位移是直线位移，标板表面是一平面。

45.一种用于感测阀箱与阀门操作件间的相对位移的位移传感器，它包括：

磁铁装置，该磁铁装置具有第一和第二磁极片端部；

一安装于阀箱的第一部分，它包括第一和第二磁极片端部和一磁性连接于第一和第二磁极片端部的磁通量感测装置；以及

一安装于阀门操作件的标板，它具有一标板表面，该表面相对于该第一部分设置得使在标板表面与第一和第二磁极片端部之间形成第一和第二间隙，该标板具有一在第一和第二间隙之间的、随该阀门操作件与阀箱之间的位移变化的宽度。

46.如权利要求45所述的位移传感器，其特征在于，第一和第二间隙中的每个间隙有一当在该阀箱与阀门操作件之间移动时保持恒定的长度。

47.一种磁通量发生器和检测装置，该磁通量发生器和检侧装置用于一感测阀箱与阀门操作件之间的位移的磁性位移传感器，其中，该位移传感器具有一标板，该标板安装于该阀门操作件以形成一垂直于位移方向的、具有一随该阀箱与该阀门操作件之间的位移变化的磁阻的磁通路，该磁通量发生器和检侧装置包括：

一安装于该阀箱的箱体；

安装于箱体的磁铁装置，用于产生一磁通量，该磁铁装置具有第一和第二磁极片端部，当该箱体安装于阀箱时该两个磁极片端部沿着磁通路与标板面对；以及

一安装于箱体并位于第一与第二磁极片端部之间的磁通量传感器。

48.如权利要求47所述的装置，其特征在于，第二磁通路形成在第一与第二磁极片端部之间并通过磁通量传感器，第二磁通路有一固定的磁阻。

49.如权利要求47所述的装置，其特征在于，它包括：安装于箱体上的第二磁铁装置，该第二磁铁装置有第一和第二磁极片端部，当箱体安装于该阀箱时这两磁极片端部与标板面对；以及一安装于箱体并位于第二磁铁装置的第一与第二磁极片端部之间的第二磁通量传感器。

50.如权利要求49所述的装置，其特征在于，第一磁铁装置包括一第一和一第二磁铁装置，第二磁铁装置包括该第二和一第三永久磁铁，第一磁铁的一端形成第一磁铁装置的第一磁极片端部，第二磁铁的一端形成第一磁铁装置的第二磁极片端部和第二磁铁装置的第一磁极片端部，第三磁铁的一端形成第二磁铁装置的第二磁极片端部；该装置还包括与诸磁极片端部相对的、第一、第二和第三磁铁的诸磁极片桥接端。

51.如权利要求47所述的装置，其特征在于，磁铁装置包括一第一和一第二永久磁铁，第一磁铁的一端形成第一磁极片端部，第二磁铁的一端形成第二磁极片端部；该装置还包括与诸磁极片端部相对的、第一和第二磁铁的诸磁极片桥接端。