一种测量微型气动斯特林制冷机推移活塞位移的装置

摘要

本发明公开了一种测量微型气动斯特林制冷机膨胀机推移活塞位移的装置。装置包括：改进的斜向进气的推移活塞进气端封头，连接推移活塞和铁芯的钨钢杆，实现间隙密封的密封弹簧座，改进的汽缸体压盖，一根细铁芯和线性可变差分变压器线圈。推移活塞进气端封头的顶端连接一根光滑钨钢杆，钨钢杆从密封弹簧座的小孔内穿过，其末端连接一根细铁芯。利用铁芯和线圈构成线性可变差分变压器位移传感器的磁芯和交变磁场，机电转换元件将处于交变磁场的磁芯位移转化为与位移成线性的电信号输出，从而实现推移活塞位移的测量。

说明书

技术领域

本发明涉及制冷机推移活塞位移测量技术，具体是指一种测量微型气动斯特林制冷机推移活塞位移的装置。

背景技术

气动斯特林制冷机结构简单，体积和质量很小，对于有轻量化需求的项目有重要意义。

推移活塞在膨胀机内的运动状态对我们研究膨胀机的气动性能具有重要意义。目前可查到的对制冷机推移活塞位移的测量技术是上海技术物理研究所的在双驱动式斯特林制冷机上安装线性可变差分变压器(LVDT)传感器的活塞位移测量技术。该被测活塞由板弹簧支撑，支撑部位为螺纹段，由螺母固定在板弹簧上，实现位移测量仅需在超出螺母的螺纹段连接一跟铁芯，膨胀机自身结构不需任何改动。目前国内外尚未有对本气动式膨胀机的活塞位移进行测量的报告。

发明内容

本发明的目的是设计一种测量微型气动斯特林制冷机膨胀机推移活塞位移的装置，解决此类制冷机推移活塞位移测量问题。

线性可变差分变压器(LVDT)已问世多年，它由3个固定线圈组成，它们的中孔轴向对齐，一个铁芯可在孔膛内自由移动，线圈将位移量转换为相应的电信号输出。由于其结构简单，工作可靠，寿命长，线性度好，重复性好，一直是绝对位置测量普遍使用的传感技术。

基于上述线性可变差分变压器测位移便利的特点，本发明采用线性可变差分变压器来测量本类型微型斯特林制冷机推移活塞的位移。该测量装置的具体结构如附图1所示，制冷机的膨胀机气缸本体由推移活塞1、汽缸体2、弹簧5、进气管7、弹簧座4和缸体压盖6组成，为了能将线性可变差分变压器安装在制冷机上，部分零件结构进行如下改进：推移活塞1的进气端封头从原来的一个直孔改进为如图2所示的结构，在端部中心有一个安装钨钢杆3的盲孔101，在侧面有四个斜进气孔102，四个斜进气孔102于直进气孔103相通；弹簧座4中间新开一个通孔，以便钨钢杆3穿越；缸体压盖6由板式结构改为倒“T”型结构，凸起的部分是中空的不锈钢薄壁柱形结构，其中空内腔安放铁芯8，外部圆柱安放变差分变压器线圈9。微型斯特林制冷机推移活塞的位移测量装置由钨钢杆3、铁芯8、和线圈9组成，钨钢杆3插入推移活塞1端面上小孔101中，用低温胶胶合固定，钨钢杆3穿越弹簧5、弹簧座4伸出制冷机的膨胀机体外进入缸体压盖6的中空柱形结构内腔中，铁芯8的断面打一小孔801(如附图3所示)，钨钢杆3伸出端插入铁芯小孔801中，用白茯胶粘合固定，线圈9套在缸体压盖4的不锈钢柱状体上。在进行位移测量时，推移活塞1的位移运动通过钨钢杆3传送给铁芯8，铁芯8相当于线性可变差分变压器传感器的磁芯，线圈9提供交变磁场，机电转换元件将处于交变磁场的磁芯位移转化为与位移成线性的电信号输出，从而实现对推移活塞位移的测量。

本发明的优点在于：成功地解决使用线性可变差分变压器位移传感器测量微型气动分置式斯特林制冷机膨胀推移活塞位移时对位移传感器的安装问题。装置采用的钨钢杆3和铁芯8的质量相对推移活塞质量极小，对整个膨胀机部分的固有频率几乎没有影响。

附图说明

图1为测量微型气动斯特林制冷机推移活塞位移装置的结构示意图，

图中：1——推移活塞；

2——汽缸体；

3——钨钢杆；

4——弹簧；

5——弹簧座；

6——缸体压盖；

7——进气管；

8——铁芯；

9——线圈。

图2为推移活塞1的结构示意图。

图3为铁芯8的剖面结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

根据图1所示的结构，本实施例的膨胀机推移活塞1直径为9mm，为不锈钢制，推移活塞1进气端封头轴向打一个Φ1mm，公差+20μm，深4mm的小孔101，为了保证小孔与推移活塞1封头外圆的同轴度，使用慢走丝同时割出小孔与蓄冷器封头的外圆，再上车床加工推移活塞1封头其它结构。钨钢杆3直径Φ1mm，为直接购得，钨钢杆3插入小孔101内，用低温胶粘合，为了保证粘合后细轴与蓄冷器封头外圆的同轴度，在车床上进行安装涂胶，粘合后不取下，搁置2天，待低温胶固化后取下，放入烘箱内80度烘烤6小时，使其完全定型。

装配时先将密封弹簧座4一端柱弹簧4旋上，钨钢杆3穿过密封弹簧座4，弹簧座4中间的通孔与钨钢杆3之间间隙密封，间隙为20μm。穿过弹簧座4后，再将柱弹簧旋到推移活塞1进气端螺纹上，然后将铁芯8与钨钢细轴连接，铁芯直径2mm，长23mm，一端打一个Φ1mm、正公差、深4mm的小孔801，钨钢细轴末端涂白茯胶，插入这个小孔内粘合固定。以上完成推移活塞整体的安装。

铁芯8外罩以一个不锈钢薄壁套管，套管与缸体压盖6一体和膨胀机汽缸体2密封固联，线圈9套在不锈钢薄壁套管上，铁芯8相当于线性可变差分变压器传感器的磁芯，线圈提供交变磁场，机电转换元件将处于交变磁场的磁芯位移转化为与位移成线性的电信号输出，从而实现测量推移活塞位移的目的。

选用Φ2mm的铁芯，约0.57g，钨钢杆约0.35g，而推移活塞1的质量约19g，因此钨钢杆3和铁芯8的质量相对推移活塞1质量极小，对整个膨胀机部分的固有频率几乎没有影响。